超低頻耐壓裝置主要關鍵技術

超低頻耐壓裝置主要關鍵技術一、產品及選用

1、命名說明

2、超低頻系列產品                         表1

3、根據被試對向選擇適當規格的產品。

使用時，試品電容量不得超過儀器的額定容量。試品電容量過小，會影響輸出波形。若小于0.05μF，儀器將不能正常輸出。可并聯0.1 μF的電容輔助輸出。下面是一些設備的電容量，供用戶參考。

不同發電機的單相對地電容量                          表2

交聯聚乙烯絕緣單芯電力電纜的電容量(μF/km)    表3

4、試品電流的估算方法：

計算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ

超低頻耐壓裝置主要關鍵技術二、絕緣耐壓試驗原理

超低頻絕緣耐壓試驗實際上是工頻耐壓試驗的一種替代方法。我們知道，在對大型發電機、電纜等試品進行工頻耐壓試驗時，由于它們的絕緣層呈現較大的電容量，所以需要很大容量的試驗變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設備，不但笨重，造價高，而且使用十分不便。為了解決這一矛盾，電力部門采用了降低試驗頻率，從而降低了試驗電源的容量。從國內外多年的理論和實踐證明，用0.1Hz超低頻耐壓試驗替代工頻耐壓試驗，不但能有同樣的等效性，而且設備的體積大為縮小，重量大為減輕 ，理論上容量約為工頻的五百分之一。試驗程序大大地減化，與工頻試驗相比優越性更多。這就是為什么發達國家普遍采用這一方法的原因。我國電力部以委托武漢高壓研究所起草了《35kV及以下交聯聚乙烯絕緣電力電纜超低頻（0.1Hz）耐壓試驗方法》行業標準。我國正在推廣這一方法，本儀器是根據我國這一需要研制而成的。可廣泛用于電纜、大型高壓旋轉電機、電力電容器的交流耐壓試驗之中。

超低頻耐壓裝置主要關鍵技術三、產品簡介

本產品接合了現代數字變頻先進技術，采用微機控制，升壓、降壓、測量、保護完全自動化，并且在自動升壓過程中能進行人工干預。由于全電子化，所以體積小重量輕、大屏幕液晶顯示，清晰直觀、打印機輸出試驗報告。設計指標完全符合《電力設備專用測試儀器通用技術條件，第4部分：超低頻高壓發生器通用技術條件》電力行業標準，使用十分方便。現在國內外均采用機械式的辦法進行調制和解調產生超低頻信號，所以存在正弦波波形不標準，測量誤差大，高壓部分有火花放電，設備笨重，而且正弦波的二，四象限還需要大功率高壓電阻進行放電整形，所以設備的整體功耗較大。本產品均能克服這樣一些不足之處，另外，還有如下特點需要特別說明：

電流、電壓數據均直接通過高壓側采樣獲得，所以數據真實、準確。

過壓保護：當輸出超過所設定的限壓值時，儀器將停機保護，動作時間小于２０ms。

過流保護：設計為高低壓雙重保護，高壓側可按設定值進行精準停機

保護；低壓側的電流超過額定電流時將進行停機保護，動作時間都小于２０ms。

★ 高壓輸出保護電阻設計在升壓體內，所以外面不需另接保護電阻。

由于采用了高低壓閉環負反饋控制電路，所以輸出無容升效應。

超低頻耐壓裝置主要關鍵技術四、技術參數

1、輸出額定電壓：參見表1

2、輸出頻率：0.1Hz、0.05Hz、0.01Hz。

3、帶載能力：參見表1    0.1  Hz  *大1.1μF

0.05 Hz  *大2.2μF

0.02 Hz  *大5.5μF

4、測量精度：３%

5、電壓正，負峰值誤差：≤３％

6、電壓波形失真度：≤５％

7、使用條件：戶內、戶外；溫度：-10℃∽+40℃；濕度：≤85％RH

8、電源：交流50 Hz，220V ±5%

9、電源保險管：參見表1

超低頻耐壓裝置主要關鍵技術五、結構說明

1、控制器面板示意圖  

                             圖1

圖1中各部件示意以及功能說明：

(1)“地”：接地端子，使用時與大地相連。

(2)“控制輸出”：輸出多芯插座，使用時與升壓體的輸入多芯插座相連。

(3)“對比度”：對比度調節旋扭，用于調節液晶顯示器的對比度。

(4)“功能鍵”：其功能由顯示器提示欄對應位置提示。

(5)“AC220V”：電源輸入插座，內藏保險管。

(6)“開關”：電源開關。內藏指示燈，開時亮，關時熄。

(7)“打印機”：打印測試報告。

(8)“液晶顯示器”：顯示測試數據。

2、升壓器結構示意圖

主要關鍵技術

超低頻通信系統天線效率很低，遠在幾千公里以外的水下潛艇接收到的信號非常微弱，這個信號還必須與頻段內的電磁噪聲和潛艇機動引起的噪聲進行競爭，所以超低頻收信機接收的信號信噪比非常低。現有的一些通信技術已不能滿足超低頻對潛通信的可靠性要求，必須在以下的主要關鍵技術上尋找突破。

1.發射天線設計技術

美國在超低頻通信研究的初期，曾考慮利用現有的甚低頻天線輻射超低頻信號。通過估算和試驗發現，天線輸入為兆瓦級的功率，其輻射功率只有幾十毫瓦，無法滿足超低頻通信要求。之后，美國對多種天線設計方案進行了研究和探索，只有中間饋電兩端接地的接地天線達到了實用價值。

2.大功率合成技術

由于超低頻天線輻射效率十分低下，要求發射機能提供兆瓦級的功率。為了提高發射機電源使用效率，上世紀七、八十年代開始研究利用大功率開關管進行信號"放大"技術。俄羅斯利用晶閘管的開關作用實現了大功率"放大"。開關管"放大"的基本思路是:它從輸入信號的波形采集有關信息(如相位)，利用這些信息去分別控制各功率開關，輸出幅度相同且含有特定相位的矩形脈沖，把這些相位按特定要求的矩形脈沖有序地疊加起來，經濾波而得到與輸入波形相似、但功率非常大的輸出。主要難題是開關速度高、功率大的開關管的制造技術需要突破，另外，開關管的**防護、波形合成技術需要進一步完善。

3.通信抗干擾技術

一方面由于超低頻頻率低，可用的頻率資源有限，工作頻率實際上是公開的，為敵方實施干擾創造了更多的機會;另一方面，潛艇接收超低頻信號時環境惡劣，接收信號的信噪比非常低下;這些都使通信的可靠性遭受到了致命的傷害。為了提高通信的可靠性，除了增大發射功率外，還要選取適當的調制解調和糾錯編碼譯碼方式，在有限的帶寬里使用擴頻技術，從軟件和硬件上對信號進行處理等措施。另外，在低噪聲放大技術、脈沖干擾削波技術、工頻(50Hz或60Hz交流)干擾抑制技術、海洋和大氣噪聲抑制技術、潛艇自噪聲抑制技術方等面需要進一步的研究。

4.提高通信速率技術

超低頻通信的信息速率由于受到發信天線帶寬的限制十分低，再使用糾錯編碼、擴頻通信等抗干擾技術后信息速率會變得更低，通信可靠性的提高是以犧牲信息速率為代價的，如美國早期的超低頻對潛艇通信系統信息速率的建議值是0.01bps，即發送一個字符需要五至十分鐘的時間，如此低的信息速率難以滿足通信實時性要求。

既要使通信可靠性提高，又要使通信速率不至于下降太低，需要解決和攻克的主要技術有兩個:一是在提高天線輻射效率的同時需提高天線帶寬的天線設計技術;二是提高信源和信道編碼效率的技術 。