Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ ΙΚ Ο ΕΚ Π Α Ι Δ Ε Υ Τ Ι Κ Ο Ι Δ Ρ ΥΜ Α Χ Α Λ Κ Ι Δ Α Σ Σ Χ Ο Λ Η Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Κ Ω Ν Ε Φ Α Ρ Μ Ο Γ Ω Ν Τ Μ Η Μ Α :Η 6 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Του Π. ΚΟΥΚΟΥ Έκτακτου (Καθ. Εφαρμογών) ΣΠ. ΕΤΟΣ :2003-2004
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ...3 II. ΜΟΡΦΕΣ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΕΩΝ...5 1. Συνεχής τάση...6 2. Η βαθμίδα τάσεως...6 3. Εναλλασσόμενη τάση...7 4. Αποσβενύμενη περιοδική ταλάντωση...9 5. Κρουστικές τάσεις...9 5.1 Τυποποιημένες κρουστικές διπλοεκθετικές τάσεις...11 6. Ισοδυναμία πραγματικών με εργαστηριακές κρουστικές καταπονήσεις...11 ΙΙΙ. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ...12 1. Μετασχηματιστές Υψηλής Τάσεως...12 1.1 Πολυβάθμιοι μετασχηματιστές...13 1.2 Ισχύς των μετασχηματιστών δοκιμής...18 1.3 Τροφοδότηση των μετασχηματιστών δοκιμής...18 2. Κρουστικές γεννήτριες...20 2.1 Η μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια...20 2.2 Πολυβάθμιες κρουστικές γεννήτριες...27 3. Γεννήτριες υψηλής συνεχούς τάσεως...31 3.1 Γεννήτριες με ανόρθωση...31 3.2 Συνδεσμολογίες για πολλαπλασιασμό της τάσεως...33 3.3 Ηλεκτροστατική γεννήτρια Van-de-Graaf...37 IV. ΜΕΤΡΗΣΗ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ...40 1. Ηλεκτροστατικό βολτόμετρο...40 2. Διάκενο σφαιρών...42 3.2 Αμπερόμετρο με αυτεπαγωγή για τη μέτρηση εναλλασσόμενης τάσεως...48 3.3 Αμπερόμετρο με χωρητικότητα για τη μέτρηση εναλλασσόμενης τάσεως.48 4. Μετασχηματιστές μετρήσεως...50 5. Στρεφόμενο ηλεκτροστατικό βολτόμετρο...52 6. Καταμεριστές τάσεως...54 6.1 Καταμεριστές για συνεχή τάση...56 6.2 Καταμεριστές για ημιτονοειδή τάση...57 6.3 Καταμεριστές για μέτρηση κρουστικών τάσεων...64 6.4 Οι βραχίονες χαμηλής τάσεως των καταμεριστών...80 V. ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ...83 2
I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο ηλεκτρισμός είναι μία δευτερογενής μορφή ενέργειας που η μεγάλη αξία της συνίσταται στο γεγονός πως είναι εύχρηστη κα είναι σχετικά εύκολη η μεταφορά της σε μεγάλες αποστάσεις. Η ηλεκτρική βιομηχανία καλύπτει σήμερα ένα τεράστιο τομέα της ανθρώπινης δραστηριότητας και περιλαμβάνει τους ακόλουθους κλάδους: α) Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, που ουσιαστικά είναι ένας μετασχηματισμός δύσχρηστων πρωτογενών μορφών ενέργειας, όπως είναι ο άνθρακας, η υδραυλική, πυρηνική αιολική ή ηλιακή ενέργεια και-δυστυχώς το πετρέλαιο, που είναι ένα πολύ ευγενές υλικό για να χρησιμοποιείται σαν καύσιμη ύλη. β) Μεταφορά και διανομή ενέργειας που έχει σαν αντικείμενο τη μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από τις θέσεις παραγωγής της στους καταναλωτές και τέλος. γ) Χρησιμοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας που γίνεται στις διάφορες συσκευές και βιομηχανίες. Ο τελευταίος αυτός τομέας έχει λάβει σήμερα τέτοια ανάπτυξη που στην ουσία έδωσε την ώθηση για την δημιουργία ολόκληρων καινούργιων κλάδων της επιστήμης όπως είναι η ηλεκτρονική, οι τηλεπικοινωνίες κ.λ.π. Η βιομηχανία του ηλεκτρισμού, εκτός από την πιο πάνω υποδιαίρεση, μπορεί ακόμα να χωριστή, ανάλογα με το μέγεθος της ηλεκτρικής ισχύος που βρίσκεται αναμεμιγμένη σε κάποια ειδική εφαρμογή, είτε αυτή αφορά την παραγωγή, είτε τη χρησιμοποίησή της. Όταν η ισχύς αυτή είναι μεγάλη, η αντίστοιχη εφαρμογή εμπίπτει στον τομέα των «ισχυρών ρευμάτων» που στην αγγλόφωνη βιβλιογραφία είναι γνωστός με το όνομα «Power, ενώ όταν είναι μικρή εμπίπτει στον τομέα «ασθενών ρευμάτων» που στην αγγλόφωνη βιβλιογραφία του δίνονται επί μέρους εξειδικευμένα ονόματα π.χ. communications, controls, electronics κ.λ.π. Οι τομείς παραγωγής μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας ανήκουν κατ εξοχή στον κλάδο των ισχυρών ρευμάτων διότι αφορούν, κατά κανόνα, μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ισχύος. Επειδή τα δύο βασικά συστατικά της ηλεκτρικής ισχύος είναι η «τάση» και το «ρεύμα», έχει δημιουργηθεί, μέσα στον κλάδο των ισχυρών ρευμάτων, ο τομέας των «Υψηλών Τάσεων» που έχει σαν αντικείμενο τη μελέτη των προβλημάτων που αντιμετωπίζουν οι διάφορες ηλεκτρικές εγκαταστάσεις και συσκευές εξ αιτίας της ηλεκτρικής τάσεως που υφίστανται ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία τους ή τα στοιχεία αυτά και τη γη. Κατά τη μελέτη των προβλημάτων αυτών γίνεται κατά κανόνα πλήρης διαχωρισμός της παρουσίας της ηλεκτρικής τάσεως από την παρουσία του ρεύματος και έτσι μπορεί καμιά φορά να υπάρχουν προβλήματα υψηλής τάσεως σε μία συσκευή που εμπίπτει στον τομέα ασθενών ρευμάτων όπως είναι μία τηλεόραση, μία ιατρική εγκατάσταση ακτίνων Rontgen κ.λ.π.οι παράμετροι που υπεισέρχονται στον τομέα των υψηλών τάσεων είναι δύο: αφ ενός οι ηλεκτρικές καταπονήσεις που προκύπτουν κατά την λειτουργία μιας εγκαταστάσεως και που καθορίζονται από την μορφή, εύρος και διάρκεια των ηλεκτρικών τάσεων που εμφανίζονται στις διάφορες θέσεις της 3
εγκαταστάσεως και αφ ετέρου η συμπεριφορά των διαφόρων υλικών που παρεμβάλλονται ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία της εγκαταστάσεως που βρίσκονται υπό διαφορά τάσεως για την πρόληψη ηλεκτρικής υπερπηδήσεως και που ονομάζονται «μονώσεις». Ο τομέας των υψηλών τάσεων έχει σαν αντικείμενο την διάταξη μέσα στην εγκατάσταση με τον οικονομικότερο δυνατό τρόπο των κατάλληλων μονώσεων ώστε να προλαμβάνονται ανεπιθύμητες ηλεκτρικές υπερπηδήσεις. Το πρώτο βήμα για την επιτυχία του αντικειμενικού αυτού σκοπού είναι η πλήρης μελέτη των παραμέτρων των ηλεκτρικών καταπονήσεων (εύρος, μορφή, διάρκεια κλπ.) και η επινόηση μεθόδων για την κατά το δυνατόν μείωση της σοβαρότητας των καταπονήσεων αυτών τα οποία μέτρα ονομάζονται με το όνομα «έλεγχος των υπερτάσεων». Το επόμενο βήμα είναι η μελέτη των ιδιοτήτων των διαφόρων μονωτικών υλικών τα οποία μπορεί να είναι στερεά, όπως είναι το χαρτί, το γυαλί, το λάστιχο και μια ολόκληρη ποικιλία συνθετικών στερεών μονωτικών, υγρά, όπως είναι το λάδι των μετασχηματιστών και τα διάφορα συνθετικά υγρά, ή τέλος αέρια όπως είναι ο αέρας το εξαφθοριούχο θείο (SF6) κλπ ή και μείγματα αερίων. Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι μέχρι στιγμής, από τα ευρύτατα χρησιμοποιούμενα μονωτικά υλικά και γι αυτό δίνεται πιο κάτω έμφαση στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Μετά την ανεξάρτητη μελέτη των δύο παραμέτρων της ηλεκτρικής μονώσεως-καταπονήσεις και συμπεριφορά των υλικών-οφείλει να επακολουθήσει η σύνθεση: δηλαδή ο ορθολογιστικός και κατά το δυνατό οικονομικότερος συνδυασμός των δύο αυτών παραμέτρων για την εξασφάλιση της ομαλής λειτουργίας της εγκαταστάσεως. Ο ορθολογιστικός αυτός συνδυασμός χαρακτηρίζεται συχνά με το όνομα «διαβάθμιση των μονώσεων» που αντιστοιχεί στον αγγλόφωνο όρο «Insulation coordination. Ο μόνος τρόπος για τη μελέτη των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών διαφόρων μονωτικών υλικών είναι η υποβολή τους-μέσα σε ένα εργαστήριο-σε ηλεκτρικές καταπονήσεις όμοιες, ή ισοδύναμες, με αυτές που πρόκειται να υποστούν κατά την λειτουργία της ηλεκτρικής εγκαταστάσεως. Η μελέτη αυτή γίνεται είτε στα υλικά αυτά, λαμβανόμενα χωρισμένα από την εγκατάσταση είτε με την εγκατάσταση-η συσκευή-πλήρως συναρμολογημένη όπως π.χ. οι διηλεκτρικές δοκιμές που υποβάλλεται ένας μετασχηματιστής, ένα καλώδιο, ένας διακόπτης, μία γεννήτρια κλπ. Η ανεξάρτητη μελέτη των υλικών αποτελεί στην ουσία «βασική έρευνα» και αποβλέπει στην διατύπωση γενικών κανόνων για την συμπεριφορά τους. Η δοκιμή μιας ολόκληρης συσκευής ή εγκατάστασης αποτελεί μια βιομηχανική δοκιμή. Για την εκτέλεση και των δύο τύπων διηλεκτρικών δοκιμών απαιτούνται εκτεταμένες και πολυδάπανες εργαστηριακές εγκαταστάσεις για παραγωγή υψηλών εργαστηριακών τάσεων ομοίων ή ισοδύναμων μ αυτές που εμφανίζονται στα δίκτυα και για τη μέτρηση και καταγραφή των διαφόρων χαρακτηριστικών των τάσεων αυτών καθώς και των συνεπειών όταν εφαρμόζονται στις μονώσεις. Για το λόγο αυτό, το μάθημα των υψηλών τάσεων έχει υποδιαιρεθεί σε δύο μέρη. Στο πρώτο μέρος, που διδάσκεται αυτόνομα σαν Υ.Τ., αναπτύσσεται η τεχνική και οι μέθοδοι που εφαρμόζονται στα εργαστήρια υψηλών τάσεων για την μελέτη των ιδιοτήτων των διαφόρων 4
μονώσεων. Το δεύτερο μέρος διδάσκεται σαν μέρος του μαθήματος Π.Μ.Δ., αποβλέπει στο να κάνει γνωστές τις διηλεκτρικές καταπονήσεις που εμφανίζονται κατά την λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, στον τρόπο που οι διάφορες μονώσεις αποκρίνονται στις καταπονήσεις αυτές και τέλος, στην τεχνική που εφαρμόζεται για την πρόληψη ανεπιθύμητων ηλεκτρικών υπερπηδήσεων ανάμεσα στα διάφορα στοιχεία της εγκαταστάσεως ή προς τη γή με την μικρότερη δυνατή δαπάνη. II. ΜΟΡΦΕΣ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΕΩΝ Σαν μορφή μιας τάσεως ορίζεται στο διάγραμμα, στιγμιαίο εύρος-χρόνος, της τάσεως αυτής. Τις πιο πολλές φορές, σαν «μέγιστο εύρος» ή απλώς «εύρος» της τάσεως ενός αγωγού χαρακτηρίζεται η μέγιστη διαφορά τάσεως που παρουσιάζει ο αγωγός αυτός από ένα άλλο αγωγό που διατηρείται μόνιμα στο δυναμικό της γης. Μερικές φορές όμως μπορεί και οι δύο αγωγοί να παρουσιάζουν κάποια τάση ως προς τη γη, όπως π.χ. οι δύο φάσεις μιας τριφασικής γραμμής ή οι δύο πόλοι μιας γραμμής συνεχούς ρεύματος και στην περίπτωση αυτή το εύρος της τάσεως ανάμεσα στους δύο αγωγούς είναι ίσο με τη διαφορά των τάσεων που παρουσιάζουν οι δυο αυτοί αγωγοί προς τη γη σε μια ορισμένη χρονική στιγμή. Οι διάφορες τάσεις μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Στη μια ανήκουν τάσεις που η μορφή τους επαναλαμβάνεται σε σταθερά χρονικά διαστήματα. Οι τάσεις αυτές ονομάζονται «περιοδικές» και το σταθερό χρονικό διάστημα επαναλήψεως «περίοδος». Στην δεύτερη κατηγορία ανήκουν όλες οι υπόλοιπες μη περιοδικές μορφές τάσεως. Μια άλλη υποδιαίρεση στη μορφή των τάσεων μπορεί να γίνει ανάλογα με τη διατήρηση της πολικότητάς τους με το χρόνο έστω και αν το εύρος τους μεταβάλλεται. Τάσεις που διατηρούν την πολικότητά τους με το χρόνο λέγονται «μονόφορες». Μια συνεχής τάση είναι μια ειδική μορφή μονόφορης τάσεως Οι τάσεις που εμφανίζονται στα ηλεκτρικά δίκτυα και που συνήθως έχουν εύρος μεγαλύτερο από το εύρος της τάσεως κανονικής λειτουργίας του, οπότε καλούνται υπερτάσεις, έχουν κατά κανόνα ανώμαλη μορφή. Για τον έλεγχο όμως της διηλεκτρικής αντοχής των εγκαταστάσεων στο εργαστήριο χρησιμοποιούνται ορισμένες κανονικές μορφές τάσεων. Πιο κάτω δίνονται τα χαρακτηριστικά μερικών από τις πιο συνηθισμένες κανονικές μορφές τάσεων. 5
1. Συνεχής τάση Η συνεχής τάση είναι η πιο απλή μορφή τάσεως. Για τον πλήρη καθορισμό μιας συνεχούς τάσεως αρκεί το εύρος της, και εφ όσον αυτό δίνεται σε σχέση με το δυναμική της γης, η πολικότητά της. Η αναλυτική έκφραση μιας συνεχούς τάσεως είναι U=C όπου το μέτρο του C παριστάνει το εύρος της και το πρόσημο την πολικότητά της. 2. Η βαθμίδα τάσεως Τα χαρακτηριστικά που καθορίζουν μια συνεχή τάση δεν εξηγούν τον τρόπο που η τάση αυτή εφαρμόστηκε στην αρχή. Αν η συνεχής τάση αποκτήσει το πλήρες εύρος σχεδόν ακαριαία και στην συνέχεια παραμένει σταθερή ονομάζεται βαθμίδα τάσεως. Μια βαθμίδα τάσεως χαρακτηρίζεται από το εύρος της, την πολικότητά της και την στιγμή εφαρμογής της t0. Συχνά η στιγμή εφαρμογής της t0 λαμβάνεται σαν αρχή των χρόνων δηλαδή t0=0. Η αναλυτική έκφραση μιας βαθμίδας τάσεων είναι U(t)=C για t>t o U(t)=0 για t<t o Μια ειδική περίπτωση βαθμίδας τάσεως προκύπτει όταν C=1 και η τάση αυτή ονομάζεται «μοναδιαία βαθμίδα». Η μοναδιαία βαθμίδα, παρ όλο που με την ακριβή μορφή της ουδέποτε συναντάται στην πράξη, παρουσιάζει μεγάλο θεωρητικό ενδιαφέρον για την επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων. Το άθροισμα δύο βαθμίδων τάσεως U 1 (t) + U 2 (t) με αντίθετη πολικότητα και το ίδιο εύρος (U 2 = -U 1 ) και διαφορετικά t 0 δίνει την ορθογωνική τάση που παριστάνεται στο παρακάτω σχήμα. Γίνεται εύκολα αντιληπτό πως με διάφορους συνδυασμούς βαθμίδων τάσεως μπορεί να αναπαραχθεί Σχ.ΙΙ-1 Ορθογωνική τάση οποιαδήποτε μορφή τάσεως. Η τελευταία αυτή ιδιότητα σε συνδυασμό με την απλή αναλυτική έκφραση και αναλυτικό χειρισμό είναι που προσδίδουν στην μοναδιαία βαθμίδα μεγάλη θεωρητική σπουδαιότητα. 6
3. Εναλλασσόμενη τάση Εναλλασσόμενη ονομάζεται κάθε περιοδική τάση που οι μέσες τιμές των θετικών και των αρνητικών ημιπεριόδων λαμβανόμενες χωριστά είναι ίσες ή αλλιώς, που η μέση τιμή τους όταν ληφθούν και οι δύο ημιπερίοδοι μαζί είναι μηδέν. Σχ.ΙΙ-2 Παράδειγμα εναλλασσομένων τάσεων Τα παραπάνω σχήματα παρουσιάζουν δύο παραδείγματα εναλλασσόμενων τάσεων. Ειδικές μορφές εναλλασσόμενων τάσεων είναι αυτές που οι δύο ημιπερίοδοι παρουσιάζουν ορισμένη συμμετρία, εκ περιστροφής όπως η τάση του σχ (α) που παριστάνεται με πλήρη γραμμή ή με μετάθεση και περιστροφή περί του άξονα όπως θα ήταν αυτή που παριστάνεται με τη δεύτερη ημιπερίοδο διακεκομμένη. Οι ημιπερίοδοι της ειδικής αυτής μορφής εναλλασσόμενων τάσεων έχουν επί πλέον το ίδιο εύρος χωρίς όμως το χαρακτηριστικό αυτό να είναι απαραίτητο για να χαρακτηριστεί μια τάση σαν εναλλασσόμενη. Η πιο συνηθισμένη μορφή εναλλασσόμενης τάσεως είναι η ημιτονοειδής η οποία και εύκολα παράγεται και η αναλυτική της έκφραση είναι απλή. Επί πλέον, επειδή με τη χρήση σειρών ή ολοκληρωμάτων Fourier, οποιαδήποτε μορφή τάσεως μπορεί να εκφραστεί αναλυτικά σαν άθροισμα πολλών ημιτονοειδών, η τελευταία αποκτά και μεγάλη αναλυτική σημασία. Για το λόγο αυτό, η ημιτονοειδής τάση μαζί με τη μοναδιαία βαθμίδα αποτελούν τις δύο βασικές μορφές τάσεων. Μια συνήθης σύλληψη της ημιτονοειδούς τάσεως είναι σαν η προβολή πάνω στον άξονα των ημιτόνων του τριγωνομετρικού κύκλου ενός διανύσματος εύρους Ε που στρέφεται κατά την αντιωρολογιακή φορά με σταθερή κυκλική συχνότητα ω. 7
Σχ.ΙΙ-3 Ημιτονοειδής τάση Σύμφωνα με την παράσταση αυτή, η αναλυτική έκφραση μιας ημιτονοειδούς τάσεως θα είναι V(t)=E sin ωt H πιο πάνω έκφραση συνεπάγεται πως για t=0 το διάνυσμα Ε κατέχει τη δεξιά οριζόντια θέση. Αν για t=0 το διάνυσμα ξεκινάει από μια αρχική γωνία Φ, τότε η τάση παίρνει την αναλυτική έκφραση V(t)=E sin (ωt+φ) Η μέγιστη τιμή της ημιτονοειδούς τάσεως προκύπτει για sin (ωt+φ)=1 ή Σύμφωνα με την αναλυτική σχέση η στιγμιαία τιμή την ημιτονοειδούς τάσεως εκφράζεται από το φανταστικό μέρος της μιγαδικής εκφράσεως Ε e j(ωt+φ) και το μέτρο της με τον συντελεστή Ε. Εξ αιτίας της συχνής χρήσεως της εκφράσεως Ε e j(ωt+φ) για την παράσταση της στιγμιαίας τιμής μιας ημιτονοειδούς τάσεως παραλείπεται κατά κανόνα η διευκρίνιση πως μόνο το φανταστικό μέρος της εκφράσεως αυτής αντιπροσωπεύει την στιγμιαία τιμή της τάσεως. Επειδή Ε e j(ωt+φ) η στιγμιαία τιμή της τάσεως κατά την στιγμή t=0 θα είναι ίση με το φανταστικό μέρος της εκφράσεως, Ε e jφ. Αν αντί του μέτρου Ε, χρησιμοποιηθεί σαν συντελεστής όλων των πιο πάνω εκφράσεων τιμή Ε/ 2 τότε όλα τα αριθμητικά αποτελέσματα που προκύπτουν 8
από τη χρήση των εκφράσεων αυτών θα αφορούν ενδεικνυόμενες και όχι μέγιστες τιμές. 4. Αποσβενύμενη περιοδική ταλάντωση Μια περιοδική τάση που το εύρος των ημιπεριόδων της μειώνεται προοδευτικά ονομάζεται «αποσβενύμενη». Η πιο εύχρηστη αναλυτικά και που επίσης συναντάται συχνά στην πράξη είναι η εκθετική αποσβενύμενη ημιτονοειδής τάση που παριστάνεται στο παρακάτω σχήμα και εκφράζεται αναλυτικά από τη σχέση V(t)=U max ej(ωt+φ) e -αt Από την πιο πάνω σχέση προκύπτει πως το εύρος U max e -αt μειώνεται με τον χρόνο. Στη θεωρία γραμμών μεταφοράς μια ανάλογη μείωση (απόσβεση) συμβαίνει με το μήκος x, της γραμμής και που έτσι εκφράζεται από τον συντελεστή e -αt. Επειδή αυτό που χαρακτηρίζει τον ρυθμό της αποσβέσεως είναι ο συντελεστής «α» αυτός ορίζεται σαν ο «συντελεστής αποσβέσεως». Σχ.ΙΙ-4 Αποσβενύμμενη ημιτονοειδής τάση 5. Κρουστικές τάσεις Κάθε μονόφορη τάση με μικρή διάρκεια μπορεί, στην ηλεκτρική ορολογία, να χαρακτηριστεί σαν «κρουστική τάση». Οι πιο ενδιαφέρουσες κρουστικές τάσεις είναι αυτές που παράγονται στα εργαστήρια με κρουστικές γεννήτριες για διηλεκτρικές δοκιμές. Από τη μελέτη του κυκλώματος μιας κρουστικής γεννήτριας προκύπτει πως η μορφή της τάσεως που παράγεται με αυτή πλησιάζει την μορφή μιας διπλοεκθετικής τάσεως που έχει την αναλυτική έκφραση V(t)=U(e -α 1 t -e -α 2 t ) 9
Σχ.ΙΙ-5 Διπλοεκθετική κρουστική τάση και παριστάνεται στο Σχ.II-5 Μια διπλοεκθετική τάση, από την άποψη καταπονήσεως των ηλεκτρικών μονώσεων, χαρακτηρίζεται με τις ακόλουθες τρεις παραμέτρους. -Εύρος; U -Διάρκεια μετώπου; T f ή T cr -Διάρκεια ουράς; T q Το εύρος U είναι η μέγιστη τιμή της διπλοεκθετικής τάσεως. Σχ.ΙΙ-6 Παράμετροι διπλοεκθετικής τάσεως Το μέτωπο μπορεί να καθοριστεί είτε με τον πραγματικό χρόνο T cr ποξυ παρέρχεται από τη στιγμή ενάρξεως της τάσεως μέχρι τη στιγμή που παίρνει τη μέγιστη τιμή της, είτε με ένα συμβατικό χρόνο T f. Ο πιο συνηθισμένος συμβατικός χρόνος που συναντάται στους περισσότερους κανονισμούς 10
ορίζεται με την κατασκευή που δείχνεται στο παραπάνω σχήμα. Το ουσιαστικό χαρακτηριστικό του μετώπου μιας κρουστικής τάσεως είναι όχι η διάρκεια αλλά η «κλίση», δηλαδή ο ρυθμός με τον οποίο αυξάνει και οι χρόνοι T f ή T cr σε συνδυασμό με το εύρος της τάσεως σκοπό έχουν να καθορίσουν την κλίση αυτή. Επειδή, όπως αναφέρεται στο κεφάλαιο περί διαστάσεως του αέρος, μόνο η κλίση πάνω από ορισμένο ποσοστό του εύρους επηρεάζει το μηχανισμό διασπάσεως, έχουν προταθεί κατά καιρούς και άλλοι ορισμοί του μετώπου που να ανταποκρίνονται στην επίδραση του μετώπου αυτού στη διηλεκτρική αντοχή των μονώσεων. Η «ουρά» είναι αυτή που καθορίζει, μέχρι ενός σημείου, τη διάρκεια της κρουστικής τάσεως. Επειδή για την ανάπτυξη της διασπάσεως συμβάλλει, συνήθως, μόνο το μέρος της τάσεως που υπερβαίνει ορισμένη τιμή, η ουρά καθορίζεται με το χρόνο T q που η τάση υπερβαίνει το μισό εύρος της. Επειδή το μέτωπο έχει, κατά κανόνα, πολύ μικρότερη διάρκεια από την ουρά, ο χρόνος T q μετριέται από την αρχή της τάσεως. Μια κρουστική τάση με μέτωπο T cr και ουρά T q συμβολίζεται με το σύμβολο T cr /T q μς. 5.1 Τυποποιημένες κρουστικές διπλοεκθετικές τάσεις Οι κύριες ηλεκτρικές καταπονήσεις της μονώσεως ενός δικτύου προέρχονται από τρεις πηγές: -την κανονική τάση λειτουργίας -τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις -τις υπερτάσεις χειρισμών Για τον έλεγχο της μονώσεως έναντι των δύο τελευταίων χρησιμοποιούνται στο εργαστήριο κρουστικές τάσεις, σαν αυτές του σχ.ii-6, που παράγονται από κρουστικές γεννήτριες. Για τον έλεγχο της μονώσεως έναντι κεραυνών έχει τυποποιηθεί η κρουστική τάση με διάρκεια μετώπου T f =1,2 μς και διάρκεια ουράς T q =50 μς. Για τον έλεγχο έναντι υπερτάσεων χειρισμών δεν υπάρχει τυποποιημένη μορφή γιατί η μορφή αυτή, για λόγους που θα φανούν στο σχετικό κεφάλαιο, θα έπρεπε να εξαρτάται από το μήκος του διακένου. Επειδή όμως τα συνήθη διάκενα για υπερυψηλές τάσεις είναι περί τα 5 m και για το μήκος αυτό το πιο κρίσιμο μέτωπο τάσεως είναι, όπως θα δειχτεί, περί τα 250 μς, αναφέρεται συχνά σαν τυποποιημένη τάση χειρισμών η κρουστική τάση με διάρκεια μετώπου T cr =250μς και διάρκεια ουράς T q =2500μς. 6. Ισοδυναμία πραγματικών με εργαστηριακές κρουστικές καταπονήσεις Οι ηλεκτρικές καταπονήσεις που εμφανίζονται στα δίκτυα από ατμοσφαιρικά ή εσωτερικά αίτια έχουν, κατά κανόνα, ανώμαλη μορφή ενώ ο έλεγχος των μονώσεων στο εργαστήριο γίνεται με τις ομαλές διπλοεκθετικές τάσεις που παράγονται από τις κρουστικές γεννήτριες. Επειδή σκοπός των 11
δοκιμών είναι ο έλεγχος της ικανότητας της μονώσεως να αντέχει τις πραγματικές καταπονήσεις, είναι αναγκαία η γνώση ισοδυναμίας μεταξύ πραγματικών και εργαστηριακών καταπονήσεων. Η ουσία της ισοδυναμίας αυτής είναι πως οι εργαστηριακές και πραγματικές καταπονήσεις δημιουργούν για την εξεταζόμενη μόνωση τον ίδιο κίνδυνο διασπάσεως. Για τις ατμοσφαιρικές υπερτάσεις (κεραυνού) έχει οριστεί σαν τάση δοκιμής η κρούση 1,2/50 μς γιατί η μέση τιμή πολλών καταγραφέντων ρευμάτων κεραυνού κατέληξε σ αυτή περίπου τη μορφή. Είναι φανερό όμως πως, επειδή ο κάθε κεραυνός έχει, κατά κανόνα, διαφορετική μορφή από την τυποποιημένη τάση, η καταπόνηση που αντιπροσωπεύει θα διαφέρει από αυτή της τυποποιημένης κρούσεως. Για τις υπερτάσεις χειρισμών η ισοδυναμία καθίσταται ακόμα πιο πολύπλοκη διότι εκτός από την ανωμαλία της μορφής των απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια στη σχεδίαση των μονώσεων. Με εμπεριστατωμένες δοκιμές έχουν, εν πάση περιπτώσει καθοριστεί ορισμένες βασικές αρχές της ισοδυναμίας αυτής. ΙΙΙ. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΣΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Οι συνήθεις συσκευές που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια για την παραγωγή υψηλών τάσεων για τις δοκιμές είναι οι μετασχηματιστές για την παραγωγή εναλλασσομένων τάσεων, και οι κρουστικές γεννήτριες τύπου Marx για την παραγωγή κρουστικών τάσεων. Για την παραγωγή συνεχών υψηλών τάσεων οι πιο σύγχρονες συσκευές είναι πολυβάθμιοι ανορθωτές με ξηρά ανορθωτικά στοιχεία. Παλαιότερα χρησιμοποιείτο και ηλεκτροστατικές γεννήτριες, η συνηθέστερη από τις οποίες είναι η γεννήτρια Van-de-Graaf, η χρήση των οποίων είναι σήμερα πολύ περιορισμένη. Χρησιμοποιείτο επίσης στρεφόμενοι ανορθωτές που έχουν πια σχεδόν εγκαταλειφθεί. 1. Μετασχηματιστές Υψηλής Τάσεως Ένας οποιοδήποτε μετασχηματιστής, από αυτούς που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά δίκτυα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο εργαστήριο για δοκιμές, αρκεί να μπορεί να παράγει αρκετά υψηλή τάση για το είδος της δοκιμής που πρόκειται να εκτελεστεί. Ανάμεσα όμως στα ειδικά χαρακτηριστικά ενός μετασχηματιστή του δικτύου και ενός μετασχηματιστή δοκιμών υφίστανται οι πιο κάτω διαφορές: -Ένας μετασχηματιστής δικτύου χρησιμοποιείται για να τροφοδοτεί μεγάλες ποσότητες ισχύος ενώ η ισχύς η απαιτούμενη για τις δοκιμές είναι συνήθως μικρή. 12
-Οι μετασχηματιστές δικτύων κατασκευάζονται συχνά τριφασικοί, εκτός από τους πολύ μεγάλους που κατασκευάζονται ένας μετασχηματιστής για κάθε φάση, ενώ στο εργαστήριο χρησιμοποιείται, με λίγες εξαιρέσεις μόνο, μονοφασική τάση. -Για εργαστηριακές δοκιμές απαιτούνται τάσεις πολύ μεγαλύτερες από αυτές που χρησιμοποιούνται στα δίκτυα. Σαν παράδειγμα αναφέρεται πως η μέγιστη τάση προς γη που χρησιμοποιείται για μεταφορά ενέργειας είναι σήμερα 750/3=433 kv(rms) ενώ υπάρχούν μετασχηματιστές δοκιμών με τάση που ξεπερνά τα 200 kv(rms). Για όλους αυτούς τους λόγους παρόλο που κατά βάση ένας μετασχηματιστής ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μετασχηματιστής δοκιμής, οι τελευταίοι κατασκευάζονται με ειδικά χαρακτηριστικά που προσαρμόζονται στις ανάγκες του εργαστηρίου. 1.1 Πολυβάθμιοι μετασχηματιστές Όταν η απαιτούμενη τάση εξόδου του μετασχηματιστού δοκιμής είναι σχετικά υψηλή (πάνω από 400 ή 500 kv) η κατασκευή ενός συμβατικού μετασχηματιστή με δύο τυλίγματα γίνεται και δύσκολη και δαπανηρή. Η απάντηση σ αυτό το πρόβλημα δίνεται με τη κατασκευή πολυβάθμιων μετασχηματιστών. Η ηλεκτρική συνδεσμολογία ενός πολυβάθμιου μετασχηματιστή με τέσσερις βαθμίδες δείχνεται, στην απλούστερη μορφή της στο σχ, III-1. Κάθε βαθμίδα περιλαμβάνει τρία βασικά τυλίγματα: το «πρωτεύον» (1-2) από το οποίο γίνεται η τροφοδότηση της τάσεως, το «τύλιγμα υψηλής τάσεως» (2-3) και το «τύλιγμα διεγέρσεως» (3-4) που χρησιμεύει για την τροφοδότηση της επόμενης βαθμίδας. Το «πρωτεύον» και το «τύλιγμα» διεγέρσεως κατασκευάζονται για την τάση αυτή που είναι μόνο λίγα kv (3-4 kv). Το «τύλιγμα υψηλής τάσεως» καθορίζει την τάση με την οποία συμβάλλει κάθε βαθμίδα στην συνολική τάση του μετασχηματιστού και είναι της τάξεως μερικών εκατοντάδων kv. Όλες οι βαθμίδες είναι ίδιες. Από την τελευταία βαθμίδα μπορεί να παραλειφτεί το «τύλιγμα διεγέρσεως» αλλά συνήθως δεν γίνεται για να είναι όλες οι βαθμίδες εναλλακτικές. Ο μετασχηματιστής τροφοδοτείται με μια ρυθμιζόμενη τάση, Ε, από τους ακροδέκτες Α 1 -Α 2 της πρώτης βαθμίδας. Ο ακροδέκτης Α1 συνδέεται στη γή. Στο άκρο 4 της πρώτης βαθμίδας αναπτύσσεται η τάση u που είναι η ταση της βαθμίδας. Το τύλιγμα 3-4 της πρώτης βαθμίδας χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει το «πρωτεύον» της δεύτερης βαθμίδας. Το «πρωτεύον» της δεύτερης βαθμίδας, εκτός από τη μικρή διαφορά τάσης (3-4 kv) που θα επικρατεί ανάμεσα στα δύο άκρα του, θα βρίσκεται ολόκληρο σε μια τάση u πάνω από τη γη. Είναι προφανές λοιπόν πως ολόκληρη η δεύτερη βαθμίδα θα πρέπει να μονωθεί από τη γη για τάση u στο κατώτερο άκρο της που βρίσκεται το «πρωτεύον». Στο ανώτερο άκρο της δεύτερης βαθμίδας θα αναπτυχθεί η τάση 2u. Το κατώτερο άκρο της τρίτης βαθμίδας πρέπει να μονωθεί για τάση 2u κ.ο.κ, Η φυσική διάταξη των βαθμίδων ενός τετραβάθμιου μετασχηματιστού δείχνεται στο σχ. III-2. Το δοχείο της πρώτης βαθμίδας 13
εδράζεται στο έδαφος. Το δοχείο της δεύτερης βαθμίδας μονώνεται από το έδαφος με μονωτήρες που αντέχουν σε τάση u ( = 250 kv στην προκειμένη περίπτωση), το δοχείο της τρίτης βαθμίδας μονώνεται για τάση 2u ( = 500 kv) και της τέταρτης για τάση 3u ( = 750 kv). Το ανώτερο άκρο του τυλίγματος υψηλής τάσης της τέταρτης βαθμίδας βρίσκεται σε τάση 4u ( = 1000 kv) από το έδαφος που αποτελεί και τη συνολική τάση του υπ όψη μετσχηματιστού. Σχ.ΙΙΙ-1 Ηλεκτρική συνδεσμολογία πολυβάθμιου μετασχηματισμού με τέσσερις βαθμίδες. Σχ. ΙΙΙ-2 Φυσική διάταξη των τεσσάρων βαθμίδων ενός τετραβάθμιου μετασχηματισμού δοκιμών. Στο σχ.iii-3 δείχνεται η ηλεκτρική συνδεσμολογία ενός τριβάθμιου μετασχηματιστού που το μέσον του τυλίγματος υψηλής τάσεως είναι συνδεδεμένο με το δοχείο. Με τη συνδεσμολογία αυτή επιτυγχάνεται ώστε η μέγιστη τάση που εμφανίζεται ανάμεσα στο τύλιγμα υψηλής τάσεως και το δοχείο να είναι μόνο το μισό της τάσεως της βαθμίδας. Μ αυτό τον τρόπο γίνεται οικονομία μονώσεως. Η συνδεσμολογία αυτή παρουσιάζει όμως το μειονέκτημα πως και το δοχείο της πρώτης βαθμίδας πρέπει να μονωθεί από τη γη για τάση u/2. Πρέπει ακόμα να μονωθούν από το δοχείο για τάση u/2 οι 14
αγωγοί με τους οποίους συνδέεται το πρωτεύον με την πηγή ρυθμιζόμενης τάσεως. Στο σχ.iii-5 δείχνεται η ηλεκτρική συνδεσμολογία μιας βαθμίδας του μετασχηματιστού δοκιμών του IREQ (Institutde Recherche de l Hydro- Quebec) καθώς και τα χαρακτηριστικά της. Διακρίνεται το «πρωτεύον» (δεξιά), που χωρίζεται από το τύλιγμα υψηλής τάσεως, με ένα διάφραγμα, το «τύλιγμα υψηλής τάσεως» (μέσον) και το «τύλιγμα διεργέσεως» αριστερά. Παράλληλα προς το τύλιγμα συνδέεται μια αυτεπαγωγή (self de compensation) με δύο λήψεις, μια για 150 kvar και μια για 300 kvar. Η αυτεπαγωγή αυτή τοποθετήθηκε για την αντιστάθμιση της χωρητικότητας χωρητικών δοκιμιών. Όλα τα τυλίγματα, μαζί με την αυτεπαγωγή αντισταθμίσεως, βρίσκονται τοποθετημένα μέσα σε ένα μονωτικό κύλινδρο ύψούς 4,25 m και διαμέτρου 2,25 m. Με το μονωτικό αυτό δοχείο τα προβλήματα μονώσεως απλοποιούνται λιγο.στο σχ. III-6 δείχνονται έξη βαθμίδες σαν κι αυτή του σχ. III-5, τέσσερις συνδεμένες σε παραγωγή για το σχηματισμό ενός τετραβάθμιου μετασχηματιστού με ονομαστική τάση 2100 kv και δύο πρόσθετες βαθμίδες συνδεδεμένες παράλληλα με τις δύο κατώτερες βαθμίδες για να αυξήσουν την ισχύ τους. Αυτό γίνεται αναγκαίο σε τόσο μεγάλους μετασχηματιστές για να τροφοδοτηθούν πρόσθετες απώλειες οφειλόμενες σε χωρητικότητες σκεδάσεως. Σχ.ΙΙΙ-3 Ηλεκτρική συνδεσμολογία ενός τριβάθμιου μετασχηματιστού με τύλιγμα αντισταθμίσεως. 15
Σχ.ΙΙΙ-4 Ηλεκτρική συνδεσμολογία τριβάθμιου μετασχηματιστού με το μέσο του τυλίγματος υψηλός τάσεως συνδεδεμένο στο δοχείο. Σχ.ΙΙΙ-5 Συνδεσμολογία μιας βαθμίδας του μεστχηματιστού δοκιμών του IREQ. 16
Σχ.ΙΙΙ-6 Συνδεσμολογία μετασχηματισμού IREQ για την παραγωγή 2100kV. 17
1.2 Ισχύς των μετασχηματιστών δοκιμής Στις περισσότερες περιπτώσεις το δοκίμιο παρουσιάζει άπειρη αντίσταση (ή πολύ μεγάλη) μέχρι που να συμβεί διάσπαση. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις το δοκίμιο εμφανίζεται σαν μια σχετικά μικρή χωρητικότητα που είναι κυρίως η παράσιτη χωρητικότητα των αγωγών συνδέσεως και του δοκιμίου του ίδιου προς τη γή με ασήμαντη ενεργό κατανάλωση εκτός από μερικές εξαιρέσεις που αναφέρονται πιο κάτω. Η τροφοδοτούμενη λοιπόν από τον μετασχηματιστή ισχύς, πριν από τη διάσπαση, είναι μικρή. Έχει γι αυτό καθιερωθεί οι μετσχηματιστές δοκιμής να κατασκευάζονται ικανοί να διατηρηθούν στην πλευρά υψηλής τάσεως ρεύμα ενός Amper και έτσι η ισχύ του σε kva παρουσιάζεται να είναι ίση με την ονομαστική τάση του μετασχηματιστού σε kv. Εξαίρεση από τον κανόνα αυτό αποτελούν οι μετασχηματιστές, όχι πολύ υψηλής τάσεως, που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση των απωλειών ή της τάσεως βραχυκυκλώματος μετασχηματιστών ισχύος, μετασχηματιστές προοριζόμενοι για την μέτρηση των διηλεκτρικών απωλειών δοκιμίων καλωδίων μεγάλου σχετικά μήκους και μετασχηματιστές προοριζόμενοι για την δοκιμή μονωτήρων υπό συνθήκες ρυπάνσεως που κατασκευάζονται για μεγαλύτερη ισχύ. 1.3 Τροφοδότηση των μετασχηματιστών δοκιμής Όπως αναφέρθηκε, το πρωτεύον των μετασχηματιστών δοκιμής τροφοδοτείται με τάση που πρέπει να μπορεί να ρυθμίζεται με τρόπο συνεχή (χωρίς) βαθμίδες από μηδέν μέχρι την μέγιστη τάση του πρωτεύοντος που είναι συνήθως 3-4 kv. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται συνήθως, «ρυθμιστές». Ένας ρυθμιστής τάσεως είναι βασικά ένας μετασχηματιστής που τροφοδοτείται στο πρωτεύον του με τη σταθερή τάση του δικτύου και παράγει στο δευτερεύον του μια τάση που μπορεί να μεταβάλλεται από μηδέν μέχρι τη μέγιστη τάση τροφοδοτήσεως του μετασχηματιστού δοκιμής που όπως είπαμε είναι 3-4 KV. Ο ρυθμιστής πρέπει να μπορεί να φορτιστεί με την μέγιστη ισχύ που απορροφά ο μετασχηματιστής δοκιμιών. Η ρύθμιση της τάσεως γίνεται συνήθως με μεταβολή λήψεως από το δευτερεύον του μετασχηματιστού. Ο απλούστερος τρόπος για μεταβολή λήψεως στο δευτερεύον είναι μια ψήκτρα η οποία σύρεται κατακόρυφα πάνω στο τύλιγμα. Η ρύθμιση που προκύπτει μ αυτό τα τρόπο δεν είναι απόλυτα συνεχής αλλά γίνεται με μικρές βαθμίδες (πηδήματα) η κάθε μια των οποίων αντιστοιχεί στην τάση μιας και μόνης σπείρας του τυλίγματος. Ένας τύπος ρυθμιστού με τον οποίο επιτυγχάνεται απόλυτα συνεχής μεταβολή της τάσεως δείχνεται στο σχ. ΙΙΙ-7. Στο ρυθμιστή αυτό το τύλιγμα υψηλής τάσεως κατασκευάζεται στρεφόμενο. Συγχρόνως με τη στροφή του τυλίγματος η ψήκτρα μετακινείται αργά κατακόρυφα έτσι που να διατηρείται συνεχής επαφή ανάμεσα στην ψήκτρα και το τύλιγμα. 18
Ένας ακόμα τύπος ρυθμιστού για συνεχή μεταβολή της τάσεως έχει κατασκευαστεί από την εταιρεία Feranti στην Αγγλία. Τα δύο τυλίγματα, πρωτεύον και δευτερεύον, παραμένουν ακίνητα και κινείται μόνο ο σιδηρούς πυρήνας. Με την κίνηση του πυρήνα μεταβάλλεται η μαγνητική ζεύξη ανάμεσα στο πρωτεύον και το δευτερεύον του μετασχηματιστού. Η μεταβολή ζεύξεως ανάμεσα στα δύο τυλίγματα έχει σαν συνέπεια μεταβολή της τάσεως του δευτερεύοντος με την τάση τροφοδοτήσεως του πρωτεύοντος διατηρούμενη σταθερή. Σχ.ΙΙΙ-7 Ρυθμιστής τάσεως με συνεχή ρύθμιση Σαν πηγή ρυθμιζόμενης τάσεως μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια γεννήτρια. Η ρύθμιση της τάσεως μιας γεννήτριας γίνεται με μεταβολή του ρεύματος διεγέρσεως και είναι απλή. Η γεννήτρια όμως μόνη της σαν μηχανή είναι ήδη πολύ ακριβότερη από ένα ρυθμιστή τάσεως. Αν επί πλέον ληφθεί υπ όψη πως για την κίνηση της γεννήτριας χρειάζεται και ένας κινητήρας κατάλληλου μεγέθους και ενδεχόμενα και ένας ειδικός μετασχηματιστής για την τροφοδότηση του κινητήρα, η λύση της γεννήτριας εμφανίζεται απαγορευτικά ακριβή. Γεννήτρια σαν πηγή τροφοδοτήσεως ενός μετασχηματιστού δοκιμών χρησιμοποιείται αναγκαστικά όταν χρειάζεται όχι μόνο ρύθμιση της τάσεως αλλά και αλλαγή στης συχνότητας του ρεύματος. Η αλλαγή της συχνότητας γίνεται αναγκαία στην περίπτωση δοκιμής σε επαγόμενη τάση ενός μετασχηματιστού για έλεγχο της μονώσεως ανάμεσα στις σπείρες του τυλίγματος. 19
2. Κρουστικές γεννήτριες Κρουστικές γεννήτριες μπορούν να κατασκευαστούν μονοβάθμιες αλλά συνήθως κατασκευάζονται πολυβάθμιες. 2.1 Η μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια Το κύκλωμα μιας μονοβάθμιας κρουστική γεννήτριας δείχνεται στο σχ. III-8. Για να λειτουργήσει η γεννήτρια χρειάζεται ακόμα μια πηγή συνεχούς τάσεως Ε με την οποία φορτίζεται ο πυκνωτής C 1. Όταν ο πυκνωτής C 1 φορτιστεί στην επιθυμητή τάση Ε, δημιουργείται ένας σπινθήρας στον σπινθηριστή Σ, συνήθως με τη βοήθεια ενός trigatron που είναι ενσωματωμένο σε μια από τις σφαίρες του σπινθηριστού. Με τον σπινθήρα αυτό συνδέεται ο πυκνωτής C 1 στο υπόλοιπο κύκλωμα. Επειδή η αντίσταση R 2 είναι κατά κανόνα πολύ μικρότερη από την R 1, ο πυκνωτής C 2 θα φορτιστεί δια μέσου της R 2 με μια σταθερά χρόνου περίπου ίση προς R 2 C 2. Κατά την διάρκεια της φορτίσεως του C 2 σχηματίζεται το μέτωπο της κρουστικής τάσεως και αυτό δικαιολογεί για τα R 2, C 2 τα ονόματα «αντίσταση μετώπου» και «χωρητικότητα μετώπου». Σχ.ΙΙΙ-8 Κύκλωμα μονοβάθμιας κρουστική γεννήτριας. Η αντίσταση μετώπου R 1 δείχνεται στις δύο δυνατές θέσεις: πλευρά γεννήτριας, R 1 ή πλευρά φορτίου R 1 C 1 : χωρητικότητα φορτίσεως C 2 : χωρητικότητα μετώπου L 1 : εσωτερική αυτεπαγωγή L 2 : εξωτερική αυτεπαγωγή R 1 ή R 1 : αντίσταση ουράς R 2 : αντίσταση μετώπου 20