Generator tegangan impuls Pengujian impuls merupakan salah satu instrumen dasar yang digunakan untuk menguji kekuatan isolasi peralatan tegangan tinggi dalam kondisi transien. Berbeda dengan pengujian kondisi tunak (AC atau DC), dalam pengujian impuls, peristiwa peningkatan transien yang dihasilkan oleh sambaran petir, operasi pensaklaran, dan gangguan sistem listrik direproduksi. Kejadian-kejadian ini menyebabkan beban listrik yang parah dalam waktu yang sangat singkat dan biasanya mengontrol batas desain isolasi. Inilah sebabnya mengapa pengujian impuls merupakan elemen yang diperlukan dalam kualifikasi transformator, bushing, kabel, switchgear, arrester, dan aset tegangan tinggi lainnya.
Di laboratorium dunia nyata, generator tegangan impuls sering dibandingkan dengan generator lonjakan tegangan tinggi untuk pengujian kekebalan EMC. Meskipun kedua sistem menghasilkan tegangan transien, tujuan dan sifat bentuk gelombangnya berbeda. Evaluasi isolasi dikhususkan untuk perilaku kerusakan sensor aliran, pengembangan streamer, dan kapasitas tahan bentuk impuls standar, bukan kekebalan peralatan. Mekanisme di balik cara generator impuls dibangun dan prinsip kerjanya sangat penting dalam menghasilkan data yang berguna tentang kekuatan isolasi.

Bentuk gelombang impuls standar dan konfigurasi generator

Pengujian tegangan impuls didasarkan pada penggunaan definisi gelombang standar yang menggambarkan realitas di dunia transien. Yang paling umum adalah gelombang impuls petir yang memiliki waktu muka yang curam dan waktu peluruhan yang lebih lambat, biasanya dinyatakan dalam mikrodetik, yaitu 1.2 mikrodetik untuk mencapai puncak dan 50 mikrodetik untuk mencapai setengah nilai. Gelombang impuls switching adalah gelombang dengan periode naik dan turun yang lebih panjang, dengan aplikasi pada perangkat tegangan ultra tinggi di mana petir dibandingkan dengan kejadian switching.
Setiap bentuk gelombang ini disebabkan oleh generator tegangan impuls yang mengisi bank kapasitor hingga tegangan tertentu dan kemudian melepaskannya ke jaringan pembentuk gelombang yang terdiri dari resistor dan kapasitansi. Susunan ini mengatur bagian depan dan belakang impuls. Alasan umum mengapa konfigurasi generator Marx begitu populer adalah karena mereka dapat dengan mudah menumpuk tegangan pengisian yang relatif rendah secara seri selama pelepasan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang sangat tinggi.
Kapasitansi, induktansi, dan resistansi liar dalam desain generator harus dipertimbangkan, dan ini mendistorsi bentuk gelombang. Elemen parasit ini menjadi lebih kuat seiring dengan peningkatan tingkat tegangan. Oleh karena itu, desain fisik dan pemilihan komponen yang cermat diperlukan untuk memastikan bahwa impuls yang dihasilkan sesuai dengan toleransi standar. Hal ini berbeda dengan generator lonjakan tegangan tinggi tujuan umum yang digunakan untuk menguji sistem impuls EMC. Sistem impuls EMC dioptimalkan pada fidelitas bentuk gelombang pada tegangan yang sangat tinggi, bukan pada laju pengulangan atau otomatisasi.

Susunan rangkaian uji dan teknik pengukuran

Penentuan kekuatan isolasi tidak hanya melibatkan pembangkitan impuls. Susunan rangkaian pengujian menentukan susunan tegangan dan mengidentifikasi kegagalan rangkaian. Generator tegangan impuls dihubungkan ke peralatan tegangan tinggi melalui kabel uji yang bertujuan untuk mengurangi korona dan pelepasan parsial. Jarak dan pelindung yang efektif menghindari kilatan api di luar objek uji yang akan membatalkan hasil.
Pengukuran biasanya dilakukan dengan pembagi tegangan kapasitif atau resistif ke osiloskop pita tinggi. Pembagi ini harus dikalibrasi dan respons impulsnya dirancang (untuk memastikan reproduksi gelombang cepat tanpa terlalu terhambat atau teredam). Pengukuran yang ada juga dapat diterapkan dalam identifikasi inisiasi kerusakan atau analisis perilaku pelepasan dalam kasus kilatan api.
Pembumian dan pentanahan sangat penting. Pentanahan atau sirkuit balik juga harus memiliki impedansi rendah dan tajam untuk mencegah pantulan yang mendistorsi bentuk impuls. Pentanahan yang buruk pada bidang tanah dan pengikatan merupakan biaya bagi pabrik-pabrik kecil karena kesalahan pengukuran terkait tanah dan risiko kegagalan keselamatan yang melekat di laboratorium pengujian. Tidak seperti pengujian lonjakan EMC di mana jaringan kopling digunakan untuk menentukan kondisi impedansi, pengujian bergantung pada konfigurasi medan bebas dan geometri fisik yang cerdas.

Prosedur pengujian dan evaluasi ketahanan isolasi

Prosedur pengujian impuls distandarisasi agar dapat dibandingkan antar laboratorium. Contoh urutan pengujian biasanya dilakukan dengan menerapkan serangkaian impuls pada tingkat tegangan yang meningkat hingga mencapai tegangan uji yang dibutuhkan. Isolasi akan dirancang sedemikian rupa sehingga putus setelah menerima sejumlah impuls tertentu. Pengujian ini menggunakan impuls polaritas positif dan negatif karena polaritas memengaruhi perkembangan dan kekuatan lucutan listrik (streamer).
Terdapat perbedaan kriteria evaluasi antara kerusakan internal dan kilatan api eksternal. Dalam beberapa situasi, kilatan api eksternal di udara atau di permukaan dapat diterima selama tidak merusak peralatan. Kegagalan terjadi akibat kegagalan internal pada isolasi padat atau cair. Sinyal akustik dan analisis bentuk gelombang yang berguna dalam pemeriksaan visual membantu menentukan jenis kejadian tersebut.
Pengkondisian juga diamati ketika menyangkut penggunaan impuls berulang. Ada yang menjadi lebih kuat setelah impuls awal sebagai hasil pengeringan atau redistribusi muatan, sedangkan yang lain memburuk secara bertahap. Dokumentasi parameter bentuk gelombang dan perilaku kerusakan sepanjang rangkaian memberikan pengetahuan tentang kualitas isolasi dan konsistensi proses produksi.

Tantangan praktis dan perbandingan dengan generator penangkal lonjakan arus

Pengoperasian generator tegangan impuls memiliki masalah praktis yang berbeda dengan masalah yang muncul pada pengoperasian generator lonjakan tegangan tinggi dalam pengujian EMC. Sistem impuls memiliki peringkat tegangan yang jauh lebih tinggi, dan biasanya memiliki frekuensi pengulangan yang lebih rendah, serta memiliki jarak aman dan margin keselamatan yang lebih besar. Oleh karena itu, waktu pengaturan dan pengetahuan operator menjadi elemen penting.
Pemeriksaan bentuk gelombang lebih menantang karena, pada ratusan kilovolt, diperlukan pembagi tegangan dan osiloskop khusus. Perilaku kerusakan udara ditentukan oleh kondisi lingkungan yang meliputi kelembaban, tekanan, dan suhu, dan harus dicatat. Variabel-variabel tersebut tidak begitu kritis dalam pengujian lonjakan EMC di mana tegangan lebih kecil dan peralatan tertutup.
Dengan perubahan ini, terdapat tumpang tindih konseptual. Generator impuls dan generator gelombang kejut sama-sama didasarkan pada pelepasan energi yang diatur dan pembentukan gelombang. Sistem pelengkap dengan filosofi desain dan ide keselamatan yang serupa sering kali dipasok oleh pemasok peralatan laboratorium yang berbeda. Perusahaan-perusahaan seperti LISUN menyediakan pengujian tegangan tinggi dan lonjakan arus, yang dapat berfungsi sebagai bantuan bagi laboratorium yang beroperasi di bidang penilaian isolasi dan EMC tanpa melanggar persyaratan.

Gambar: Generator tegangan impuls

Koordinasi isolasi

Pengujian generator tegangan impuls langsung mengarah pada pengambilan keputusan koordinasi isolasi. Resistansi yang ditetapkan selama pengujian laboratorium memandu ruang lingkup desain pemilihan perangkat proteksi dan margin keamanan sistem tenaga. Hasil pengujian dibandingkan dengan perkiraan tegangan lebih pada sistem untuk mempertahankan proteksi yang memadai dengan biaya yang wajar oleh para insinyur.
Temuan harus digeneralisasikan secara ketat. Kondisi di laboratorium berbeda dengan lingkungan layanan di mana penuaan akibat polusi dan tekanan mekanis terjadi secara bersamaan. Oleh karena itu, pengujian impuls tidak menggantikan tetapi melengkapi pengujian penuaan jangka panjang dan pengujian pelepasan parsial. Dengan metode ini, seseorang dapat memiliki perspektif yang sangat luas tentang kinerja isolasi dari waktu ke waktu.
Dokumen dan kemampuan audit sangat diperlukan. Laporan pengujian parameter bentuk gelombang berisi kondisi lingkungan dan perilaku yang diamati. Dokumen-dokumen tersebut bermanfaat dalam sertifikasi dan menawarkan standar yang dirujuk ketika peralatan perlu diperbaiki atau ditingkatkan kapasitasnya.

Kesimpulan

Penggunaan generator tegangan impuls Teknik-teknik tersebut masih menjadi pusat pengukuran kekuatan isolasi pada peralatan tegangan tinggi. Reproduksi perilaku dielektrik yang tidak dapat dicapai oleh pengujian kondisi tunak dilakukan dengan mereproduksi tegangan transien standar. Konfigurasi generator yang tepat, pengukuran yang cermat, dan interpretasi hasil yang teliti merupakan jaminan hasil yang mendukung kemampuan isolasi sebenarnya. Meskipun secara prinsip mirip dengan generator lonjakan tegangan tinggi, sistem impuls memiliki tujuan yang berbeda yang berorientasi pada integritas dielektrik. Jika dilakukan dengan cermat, sistem ini mendukung desain infrastruktur daya tegangan tinggi yang aman, andal, dan hemat biaya.