CIS Systems: Обзор применения камеры TRC411 с усилением изображения

С увеличением мощности энергосистем продолжают увеличиваться и требования к стабильности их энергоснабжения. Высоковольтное электрооборудование является важной частью энергосистемы и ядром электросистемы. Поэтому определение рабочего состояния и диагностика неисправностей высоковольтного электрооборудования становятся все более важными. Высоковольтные разряды являются основной причиной ухудшения изоляции энергетического оборудования.

По статистике, аварии, связанные с изоляцией, в настоящее время занимают второе место среди всех аварий в энергосистемах. Аварии имеют широкий спектр последствий, таких как длительные отключения электроэнергии и большие экономические потери, что несет угрозу безопасной и стабильной работе энергосистемы. Таким образом, исследование процесса высоковольтного разряда энергетического оборудования может обеспечить теоретическую основу для повышения производительности оборудования и имеет большое практическое значение в обеспечении безопасности и стабильности работы энергосистемы.

Воздух сам по себе не является проводником, но в случае приложения сильного напряжения произойдет пробой. Микроскопическое проявление заключается в том, что молекулы в воздухе ионизируются, макроскопическое же проявление заключается в том, что в воздухе появляется канал, состоящий из плазмы, и плазма может проводить электричество. При подаче высокого напряжения на один конец двух бесконтактных проводников происходит пробой воздуха в зазоре из-за высокой напряженности электрического поля. После пробоя воздуха в зазоре остаются положительные и отрицательные ионы. Они движутся в разрядном промежутке и образуют разрядный канал, образуя таким образом дугу.

Процесс разряда – это физическое явление, возникающее кратковременно. Человеческому глазу и обычному оборудованию сложно наблюдать процесс передачи тока в дуге. Использование камер с временным разрешением позволяет получить изображения процесса разряда, для дальнейшего анализа его различных стадий, обеспечивая надежную поддержку для диагностики процесса разряда высокого напряжения.

В данном эксперименте для получения изображения процесса точечного разряда в воздухе под высоким напряжением используется IsCMOS-камера TRC411 компании CISS с высоким временным разрешением, обладающая наносекундным затвором, высокоточным контролем времени и эффективным высококвантовым фотокатодом.

1. Совмещение камеры TRC411 с кончиком разрядной иглы, регулировка объектива для получения изображения четкого кончика иглы, настройка положения камеры для получения изображения кончика иглы вблизи центра области изображения;

2. Подключение выходной цепи высокого напряжения к кончику иглы, запуск генератора высокого напряжения и постепенное увеличение напряжения до 8 кВ до момента наблюдения на кончике иглы четкого разряда;

3. Установка камеры в режим внешнего запуска, использование сигнала затухания высоковольтного источника для запуска камеры, оптимизация параметров задержки, синхронизация времени открытия затвора камеры с пиковым значением напряжения;

4. Оптимизация усиления камеры и ширины затвора, получение кадров с полной и четкой дугой высоковольтного разряда.

Используя камеру TRC411 для съемки процесса высоковольтного разряда кончика иглы, можно получить четкое изображение формы и распределения дуги разряда, с помощью регулировки усиления камеры, времени экспозиции и других параметров. Благодаря эксперименту были предварительно изучены морфологические характеристики дуги при различных высоких напряжениях и было получено:

• Процесс разряда наблюдается при приложении напряжения выше 5 кВ;
• При приложении напряжении 5,5 кВ разряд концентрируется вблизи кончика иглы, а дуга в основном распространяется вдоль направления кончика иглы;
• При увеличении приложенного напряжения до 7,5 кВ интенсивность разряда усиливается. Дуга разряда наблюдается, как и в близи к кончику иглы, так и в области за ним, при этом дуга вблизи кончика иглы в основном распределяется вдоль направления кончика иглы, а дуга в области за кончиком иглы перпендикулярна острию иглы;
• Продолжительность процесса разряда дуги от возникновения до постепенного исчезновения составляла около 20 мкс.

Результаты показывают, что фотокатод Hi-QE Blue, интегрированный в серию IsCMOS-камер, работающих по принципу «light-by-light», имеет очень высокую эффективность отклика и превосходное соотношение сигнал/шум для излучения дугового разряда в диапазоне излучения 300-400 нм. IsCMOS-камеры серии «light-by-light» могут захватывать полный процесс высоковольтного разряда и четко изображать распределение дуги разряда.

Благодаря наносекундной ширине оптического затвора и пикосекундной точности синхронизации по времени камера может легко получить изображение временного среза генерации и расширения дуги разряда, что позволяет анализировать картину динамики дуги в течение всего процесса разряда. IsCMOS-камеры серии «light-by-light» стали мощным инструментом для диагностических исследований высоковольтных разрядов благодаря высокой квантовой эффективности в диапазоне излучения синего света, а также высокому коэффициенту усиления, точной временной синхронизации и другим функциям и возможностям.

IsCMOS-камеры серии «light-by-light» стали мощным инструментом для диагностических исследований высоковольтных разрядов благодаря высокой квантовой эффективности в диапазоне излучения синего света, а также высокому коэффициенту усиления, точной временной синхронизации и другим функциям и возможностям.

1. 500 пикосекундный оптический затвор
Съемка быстропротекающих явлений с пикосекундной точностью и значительное снижение фонового шума.

2. Сверхвысокая частота регистрации кадров
IsCMOS-камера TRC411 с частотой кадров 98 к/с при полном разрешении обеспечивает высокую скорость сбора данных и повышает эффективность эксперимента. Кроме того, частота регистрации кадров может достигать более 1300 кадров в секунду в области 16 линий.

3. Точное управление синхронизацией
Камера для усиления изображения, работающая по принципу «light-by-light», имеет три независимых входа и выхода контроллера синхронизации времени с минимальным временем задержки до 10 пикосекунд, а также настройкой внутреннего и внешнего триггера для достижения точной синхронизации с лазерами и другими устройствами.

4. Инновационная технология «нулевого шума»
Благодаря точному распознаванию однофотонных сигналов, темновой шум камеры и шум считывания полностью устраняются.