Evaluarea capacității de rezistență la tensiune a izolației echipamentelor electrice.

Un mijloc tehnic de testare și evaluare a capacității de rezistență la tensiune a izolației a echipamentelor electrice. Structurile de izolație trebuie utilizate pentru a izola părțile sub tensiune ale tuturor echipamentelor electrice de părțile împământate sau de alte corpuri sub tensiune neechipotențială, pentru a asigura funcționarea normală a echipamentului. Rigiditatea dielectrică a unui singur material izolator este exprimată ca intensitatea medie a câmpului electric de defalcare de-a lungul grosimii (unitatea este kV/cm). Structura de izolație a echipamentelor electrice, cum ar fi izolarea generatoarelor și transformatoarelor, este compusă dintr-o varietate de materiale, iar forma structurală este, de asemenea, extrem de complexă. Orice deteriorare locală a structurii de izolație va face ca întregul echipament să își piardă performanțele de izolație. Prin urmare, capacitatea totală de izolație a echipamentului poate fi exprimată în general doar prin tensiunea de testare (unitate: kV) pe care o poate rezista. Tensiunea de testare a rezistenței izolației poate indica nivelul de tensiune pe care echipamentul îl poate rezista, dar nu este echivalentă cu rezistența reală de izolație a echipamentului. Cerința specifică pentru coordonarea izolației sistemului de alimentare este de a coordona și formula tensiunea de testare a rezistenței la izolație a diferitelor echipamente electrice pentru a indica cerințele privind nivelul de izolație ale echipamentului. Testul tensiunii de rezistență a izolației este un test distructiv (vezi testul de izolație). Prin urmare, pentru unele echipamente cheie aflate în funcțiune, care nu dispun de piese de schimb sau necesită o perioadă lungă de timp pentru a fi reparate, ar trebui să vă gândiți cu atenție dacă să efectuați testul de tensiune de rezistență a izolației.

Atunci când diferite echipamente electrice din sistemul de alimentare funcționează, pe lângă faptul că suportă tensiunea de lucru AC sau DC, acestea vor suferi și diferite supratensiuni. Aceste supratensiuni nu numai că sunt de mare amplitudine, dar au și forme de undă și durate foarte diferite de tensiunea de lucru. Efectele lor asupra izolației și mecanismele care pot provoca defectarea izolației sunt, de asemenea, diferite. Prin urmare, este necesar să se folosească tensiunea de testare corespunzătoare pentru a efectua testul de tensiune de rezistență a echipamentelor electrice. Testele de rezistență la tensiunea de izolație specificate în standardele chineze pentru sistemele de alimentare cu curent alternativ includ: ① test de rezistență la frecvența de alimentare de scurtă durată (1 minut); ② test de tensiune de rezistență a frecvenței de putere pe termen lung; ③ Test de tensiune de rezistență DC; ④ test de rezistență la unda de șoc de funcționare; ⑤Test de rezistență la unda de șoc la fulger. De asemenea, prevede că performanța de izolație a echipamentelor electrice de la 3 până la 220 kv sub tensiunea de funcționare a frecvenței de alimentare, supratensiunea temporară și supratensiunea de funcționare este, în general, testată printr-un test de tensiune de rezistență la frecvența de alimentare de scurtă durată, iar testul de impact de funcționare nu este necesar. Pentru echipamentele electrice de 330 până la 500 kv, este necesar testul de impact de funcționare pentru a verifica performanța izolației la supratensiune de funcționare. Testul pe termen lung la tensiunea de rezistență a frecvenței de alimentare este un test efectuat pentru starea de degradare a izolației interne și a contaminării izolației externe a echipamentelor electrice.

Standardele de testare a tensiunii de rezistență a izolației au reglementări specifice în fiecare țară. Standardele chineze (GB311.1-83) stipulează nivelul de izolație de bază al echipamentelor de transmisie și transformare a puterii de 3-500 kv; 3-500kv putere de transmisie și transformare a echipamentelor de tensiune de rezistență la impuls de fulger, tensiune de rezistență la frecvența de putere de un minut; și echipamente de transmisie și transformare a puterii de 330-500 kv Tensiune de rezistență la impuls pentru funcționarea echipamentelor electrice. Departamentul de fabricare a echipamentelor electrice și departamentul de operare a sistemului de alimentare trebuie să respecte standardele atunci când selectează articolele și valorile tensiunii de testare pentru testul de tensiune de rezistență.

Testarea tensiunii de rezistență a frecvenței de alimentare

Folosit pentru a testa și evalua capacitatea izolației echipamentelor electrice de a rezista la tensiunea de frecvență a puterii. Tensiunea de testare trebuie să fie sinusoidală, iar frecvența trebuie să fie aceeași cu frecvența sistemului de alimentare. De obicei, se specifică faptul că un test de tensiune de rezistență de un minut este utilizat pentru a testa capacitatea de rezistență la tensiune pe termen scurt a izolației, iar un test de tensiune de rezistență pe termen lung este utilizat pentru a testa deteriorarea progresivă în interiorul izolației, cum ar fi descărcarea parțială. daune, pierderi dielectrice și daune termice cauzate de curentul de scurgere. Izolarea externă a echipamentelor de alimentare exterioare este afectată de factorii de mediu atmosferici. În plus față de testarea tensiunii de rezistență a frecvenței de alimentare într-o stare de suprafață uscată, este necesară și un test de rezistență la tensiune într-un mediu atmosferic simulat artificial (cum ar fi o stare umedă sau murdară).

Tensiunea sinusoidală AC poate fi exprimată în termeni de valoare de vârf sau valoare efectivă. Raportul dintre valoarea de vârf și valoarea efectivă este rădăcina pătrată doi. Forma de undă și frecvența tensiunii de testare aplicate efectiv în timpul testului se vor abate în mod inevitabil de la reglementările standard. Standardele chineze (GB311.3-83) stipulează că intervalul de frecvență al tensiunii de testare ar trebui să fie de la 45 la 55 Hz, iar forma de undă a tensiunii de testare ar trebui să fie apropiată de o undă sinusoidală. Condițiile sunt ca semiundele pozitive și negative să fie exact aceleași, iar valoarea de vârf și valoarea efectivă să fie aceleași. Raportul este egal cu ±0,07. În general, așa-numita valoare a tensiunii de testare se referă la valoarea efectivă, care este împărțită la valoarea sa de vârf.

Sursa de alimentare utilizată pentru testare constă dintr-un transformator de testare de înaltă tensiune și un dispozitiv de reglare a tensiunii. Principiul transformatorului de testare este același cu cel al transformatorului general de putere. Tensiunea sa nominală de ieșire ar trebui să îndeplinească cerințele de testare și să lase spațiu liber; tensiunea de ieșire a transformatorului de testare ar trebui să fie suficient de stabilă pentru a nu determina modificarea ieșirii din cauza căderii de tensiune a curentului de pre-descărcare pe rezistența internă a sursei de alimentare. Tensiunea fluctuează semnificativ pentru a evita dificultățile de măsurare sau chiar pentru a afecta procesul de descărcare. Prin urmare, sursa de alimentare de test trebuie să aibă o capacitate suficientă, iar impedanța internă trebuie să fie cât mai mică posibil. În general, cerințele pentru capacitatea transformatorului de testare sunt determinate de cât de mult curent de scurtcircuit poate scoate sub tensiunea de testare. De exemplu, pentru testarea probelor mici de izolație solidă, lichidă sau combinată în stare uscată, curentul de scurtcircuit al echipamentului trebuie să fie de 0,1 A; pentru testarea izolației cu autorestaurare (izolatoare, întrerupătoare de izolare etc.) în stare uscată, este necesar curentul de scurtcircuit al echipamentului Nu mai puțin de 0,1A; pentru testele de izolație exterioară cu ploaie artificială, curentul de scurtcircuit al echipamentului este necesar să nu fie mai mic de 0,5A; pentru încercările probelor cu dimensiuni mai mari, curentul de scurtcircuit al echipamentului este necesar să fie de 1A. În general, transformatoarele de testare cu tensiuni nominale mai mici adoptă în mare parte sistemul de 0,1 A, care permite ca 0,1 A să curgă continuu prin bobina de înaltă tensiune a transformatorului. De exemplu, capacitatea unui transformator de testare de 50 kV este setată la 5 kVA, iar capacitatea unui transformator de testare de 100 kV este de 10 kVA. Transformatoarele de testare cu tensiuni nominale mai mari adoptă de obicei sistemul 1A, care permite ca 1A să curgă continuu prin bobina de înaltă tensiune a transformatorului. De exemplu, capacitatea transformatorului de testare de 250 kV este de 250 kVA, iar capacitatea transformatorului de testare de 500 kV este de 500 kVA. Datorită dimensiunilor generale ale echipamentului de testare cu tensiune mai mare, mai mare, capacitatea echivalentă a echipamentului este, de asemenea, mai mare, iar sursa de alimentare de testare trebuie să furnizeze mai mult curent de sarcină. Tensiunea nominală a unui singur transformator de testare este prea mare, ceea ce va cauza unele dificultăți tehnice și economice în timpul producției. Cea mai mare tensiune a unui singur transformator de testare din China este de 750 kV și există foarte puține transformatoare de testare unice în lume cu o tensiune care depășește 750 kV. Pentru a satisface nevoile de testare a tensiunii AC a echipamentelor de putere de ultra-înaltă și ultra-înaltă tensiune, mai multe transformatoare de testare sunt de obicei conectate în serie pentru a obține tensiune înaltă. De exemplu, trei transformatoare de testare de 750 kV sunt conectate în serie pentru a obține o tensiune de testare de 2250 kV. Acesta se numește transformator de testare în serie. Când transformatoarele sunt conectate în serie, impedanța internă crește foarte repede și depășește cu mult suma algebrică a impedanțelor mai multor transformatoare. Prin urmare, numărul de transformatoare conectate în serie este adesea limitat la 3. Transformatoarele de testare pot fi, de asemenea, conectate în paralel pentru a crește curentul de ieșire sau conectate în formă de △ sau Y pentru funcționare trifazată.

Pentru a efectua teste de tensiune de rezistență la frecvența de alimentare pe mostre cu capacitate electrostatică mare, cum ar fi condensatoare, cabluri și generatoare de mare capacitate, dispozitivul de alimentare trebuie să fie atât de înaltă tensiune, cât și de mare capacitate. Vor fi dificultăți în realizarea acestui tip de dispozitiv de alimentare. Unele departamente au adoptat echipamente de testare de rezonanță serie de înaltă tensiune cu frecvență de putere (vezi echipamente de testare de rezonanță în serie de înaltă tensiune AC).

Testarea tensiunii de rezistență la impulsuri de fulger

Capacitatea izolației echipamentelor electrice de a rezista la tensiunea impulsului fulgerului este testată prin simularea artificială a formelor de undă a curentului fulgerului și a valorilor de vârf. Conform rezultatelor efective de măsurare a descărcării fulgerului, se crede că forma de undă a fulgerului este o curbă bi-exponențială unipolară cu un cap de undă lung de câteva microsecunde și o coadă de undă lungă de zeci de microsecunde. Majoritatea fulgerelor au polaritate negativă. Standardele diferitelor țări din întreaga lume au calibrat unda de șoc standard a fulgerului ca: timpul aparent al frontului de undă T1=1,2μs, cunoscut și sub numele de timpul capului de undă; timpul de vârf aparent al semi-undă T2=50μs, cunoscut și sub denumirea de timp de coadă a valului (vezi figura). Abaterea admisibilă între valoarea de vârf a tensiunii și forma de undă generată de dispozitivul de testare real și unda standard este: valoarea de vârf, ±3%; timpul capului de undă, ±30%; timp de vârf semi-undă, ±20%; forma de undă standard a fulgerului este de obicei exprimată ca 1,2 /50μs.

Tensiunea de testare a impulsului de fulger este generată de un generator de tensiune de impuls. Transformarea mai multor condensatori ai generatorului de tensiune de impuls din paralel în serie se realizează prin mai multe goluri cu bile de aprindere, adică mai multe condensatoare sunt conectate în serie atunci când golurile bile de aprindere sunt controlate pentru a se descărca. Viteza de creștere a tensiunii pe dispozitivul testat și viteza de scădere a tensiunii după valoarea de vârf pot fi ajustate prin valoarea rezistenței din circuitul condensatorului. Rezistența care afectează capul de undă se numește rezistența capului de undă, iar rezistența care afectează coada de undă se numește rezistență de coadă de undă. În timpul testului, timpul predeterminat al capului de undă și timpul de vârf al semi-undă al undei standard de tensiune de impuls sunt obținute prin modificarea valorilor rezistenței rezistenței capului de undă și rezistenței coadă de undă. Prin modificarea polarității și amplitudinii tensiunii de ieșire redresate a sursei de alimentare, se pot obține polaritatea necesară și valoarea de vârf a undei de tensiune de impuls. Din aceasta, pot fi realizate generatoare de tensiune de impuls de la sute de mii de volți la câteva milioane de volți sau chiar zeci de milioane de volți. Tensiunea mai mare a generatorului de tensiune de impuls proiectat și instalat de China este de 6000 kV.

Test de tensiune de impuls fulger

Conținutul include 4 articole. ①Test de tensiune de rezistență la impact: este de obicei utilizat pentru izolarea care nu se auto-restaurează, cum ar fi izolarea transformatoarelor, reactoarelor etc. Scopul este de a testa dacă aceste dispozitive pot rezista la tensiunea specificată de gradul de izolație. ② Test de impact de 50%: de obicei, izolațiile cu auto-restaurare, cum ar fi izolatoarele, golurile de aer etc. sunt folosite ca obiecte. Scopul este de a determina valoarea tensiunii U cu o probabilitate de flashover de 50%. Cu abaterea standard dintre această valoare a tensiunii și valoarea de flashover, pot fi determinate și alte probabilități de flashover, cum ar fi o valoare a tensiunii de flashover de 5%. U este în general considerată tensiune de rezistență. ③Test de defecțiune: Scopul este de a determina rezistența reală a izolației. Se desfășoară în principal în fabricile de producție de echipamente electrice. ④Test curbă tensiune-timp (test curbă volt-secundă): curba tensiune-timp arată relația dintre tensiunea aplicată și deteriorarea izolației (sau aprinderea izolației din porțelan) și timp. Curba volt-secundă (curba V-t) poate oferi o bază pentru luarea în considerare a coordonării izolației dintre echipamentele protejate, cum ar fi transformatoarele și echipamentele de protecție, cum ar fi descărcătoarele.

Pe lângă testarea cu valul complet de impulsuri de fulger, uneori echipamentele electrice cu înfășurări, cum ar fi transformatoare și reactoare, trebuie testate și cu unde trunchiate cu un timp de trunchiere de 2 până la 5 μs. Trunchierea poate apărea la începutul sau la sfârșitul valului. Generarea și măsurarea acestui val trunchiat și determinarea gradului de deteriorare cauzată echipamentului sunt toate relativ complexe și dificile. Datorită procesului său rapid și amplitudinii mari, testul de tensiune de impuls fulger are cerințe tehnice ridicate pentru testare și măsurare. Procedurile, metodele și standardele de testare detaliate sunt adesea stipulate pentru referință și implementare atunci când se efectuează teste.

Test de supratensiune la impuls de funcționare

Prin simularea artificială a formei de undă a supratensiunii de impuls de funcționare a sistemului de alimentare, este testată capacitatea izolației echipamentelor electrice de a rezista la tensiunea de impuls de funcționare. Există multe tipuri de forme de undă și vârfuri de supratensiune de funcționare în sistemele de alimentare, care sunt legate de parametrii de linie și starea sistemului. În general, este o undă de oscilație atenuată cu o frecvență care variază de la zeci de Hz la câțiva kiloherți. Amplitudinea sa este legată de tensiunea sistemului, care este de obicei exprimată ca de mai multe ori tensiunea de fază, de până la 3 până la 4 ori tensiunea de fază. Undele de șoc de funcționare durează mai mult decât undele de șoc ale fulgerului și au efecte diferite asupra izolației sistemului de alimentare. Pentru sistemele de alimentare de 220 kV și mai mici, testele de tensiune de rezistență la frecvența electrică de scurtă durată pot fi utilizate pentru a testa aproximativ starea izolației echipamentelor sub supratensiune de funcționare. Pentru sistemele și echipamentele de tensiune ultra-înaltă și ultra-înaltă de 330 kV și mai sus, supratensiunea de funcționare are un impact mai mare asupra izolației, iar testele de tensiune de frecvență de putere de scurtă durată nu mai pot fi utilizate pentru a înlocui aproximativ testele de tensiune de impuls de funcționare. Din datele de testare se poate observa că, pentru golurile de aer de peste 2m, neliniaritatea tensiunii de descărcare de funcționare este semnificativă, adică tensiunea de rezistență crește lent când distanța de spațiu crește și este chiar mai mică decât frecvența de putere pe termen scurt. tensiune de descărcare. Prin urmare, izolația trebuie testată prin simularea tensiunii de impuls de funcționare.

Pentru goluri lungi, izolatoare și izolație externă a echipamentelor, există două forme de undă de tensiune de testare pentru a simula supratensiunea de funcționare. ① Unda de dezintegrare exponențială neperiodică: similară cu undele de șoc ale fulgerului, cu excepția faptului că timpul de vârf al undei și timpul de jumătate de vârf sunt mult mai mari decât lungimea de undă de șoc al fulgerului. Comisia Electrotehnică Internațională recomandă ca forma de undă standard a tensiunii de impuls de funcționare să fie de 250/2500μs; când forma de undă standard nu poate îndeplini cerințele de cercetare, pot fi utilizate 100/2500μs și 500/2500μs. Undele de dezintegrare exponențială neperiodice pot fi generate și de generatoarele de tensiune de impuls. Principiul generării undelor de șoc fulgerului este practic același, cu excepția faptului că rezistența capului de undă, rezistența coadă a valului și rezistența la încărcare trebuie crescute de multe ori. În laboratoarele de înaltă tensiune este utilizat în mod obișnuit un set de generatoare de tensiune de impuls, echipate cu două seturi de rezistențe, atât pentru generarea de tensiune de impuls de fulger, cât și pentru generarea de tensiune de impuls de funcționare. Conform reglementărilor, abaterea admisă între forma de undă a tensiunii de impuls de operare generată și forma de undă standard este: valoarea de vârf, ±3%; cap de undă, ±20%; jumătate de timp de vârf, ±60%. ② Unda de oscilație atenuată: durata semi-undă 01 trebuie să fie de 2000 ~ 3000μs, iar amplitudinea semi-undă 02 ar trebui să atingă aproximativ 80% din amplitudinea semi-undă 01. Unda de oscilație atenuată este indusă pe partea de înaltă tensiune prin utilizarea unui condensator pentru a descărca partea de joasă tensiune a transformatorului de testare. Această metodă este folosită mai ales în testele de val de operare a transformatoarelor de putere la fața locului la substații, folosind transformatorul testat în sine pentru a genera forme de undă de testare pentru a-și testa propria capacitate de rezistență la tensiune.

Conținutul testului de supratensiune la impuls de funcționare include 5 articole: ① test de rezistență la impuls de funcționare; ② 50% test de aprindere a impulsului de funcționare; ③ test de defecțiune; ④ test de curbă de tensiune în timp (test de curbă volt-secundă); ⑤ tensiune de impuls de operare cap de undă Test de curbă. Primele patru teste sunt aceleași cu cerințele de testare corespunzătoare în testul de tensiune de impuls de fulger. Testul nr. 5 este necesar pentru caracteristicile de descărcare de șoc de funcționare, deoarece tensiunea de descărcare a unui spațiu de aer lung sub acțiunea undelor de șoc de operare se va modifica cu capul undei de șoc. La o anumită lungime a capului de undă, cum ar fi 150μs, tensiunea de descărcare este scăzută, iar acest cap de undă se numește cap de undă critică. Lungimea de undă critică crește ușor odată cu lungimea intervalului.

Test de tensiune de rezistență DC

Utilizați curent continuu pentru a testa performanța de izolație a echipamentelor electrice. Scopul este de a: ① determina capacitatea echipamentelor electrice de înaltă tensiune DC de a rezista la tensiunea DC; ② din cauza limitării capacității sursei de alimentare de testare CA, utilizați tensiune înaltă CC în loc de tensiune înaltă CA pentru a efectua teste de rezistență la tensiune pe echipamente CA de capacitate mare.

Tensiunea de testare DC este în general generată de sursa de alimentare AC printr-un dispozitiv redresor și este de fapt o tensiune pulsatorie unipolară. Există o valoare maximă a tensiunii U la vârful undei și o valoare minimă a tensiunii U la nivelul valului. Așa-numita valoare a tensiunii de testare DC se referă la valoarea medie aritmetică a acestei tensiuni de pulsație, adică evident că nu dorim ca pulsația să fie prea mare, astfel încât coeficientul de pulsație S al tensiunii de testare DC este prevăzut să nu depășească 3 %, adică tensiunea DC este împărțită în polarități pozitive și negative. Polaritățile diferite au mecanisme diferite de acțiune pe diferite izolații. În test trebuie specificată o polaritate. În general, pentru test este utilizată o polaritate care testează sever performanța izolației.

De obicei, se folosește un circuit redresor cu o jumătate de undă sau undă completă cu o singură etapă pentru a genera o tensiune DC ridicată. Datorită limitării tensiunii nominale a condensatorului și a stivei de siliciu de înaltă tensiune, acest circuit poate scoate în general 200 ~ 300 kV. Dacă este necesară o tensiune DC mai mare, se poate folosi metoda în cascadă. Tensiunea de ieșire a generatorului de tensiune DC în cascadă poate fi de 2n ori tensiunea de vârf a transformatorului de putere, unde n reprezintă numărul de conexiuni în serie. Căderea de tensiune și valoarea de ondulare a tensiunii de ieșire a acestui dispozitiv sunt funcții de numărul de serie, curentul de sarcină și frecvența rețelei AC. Dacă sunt prea multe serii și curentul este prea mare, căderea de tensiune și pulsația vor atinge cote intolerabile. Acest dispozitiv generator de tensiune DC în cascadă poate scoate o tensiune de aproximativ 2000-3000 kV și un curent de ieșire de numai zeci de miliamperi. Când faceți teste de mediu artificial, curentul de pre-descărcare poate ajunge la câteva sute de miliamperi sau chiar 1 amperi. În acest moment, ar trebui adăugat un dispozitiv de stabilizare a tensiunii tiristoarelor pentru a îmbunătăți calitatea tensiunii de ieșire. Este necesar ca atunci când durata este de 500ms și amplitudinea este de 500mA Când impulsul de curent de pre-descărcare trece o dată pe secundă, căderea de tensiune cauzată să nu depășească 5%.

În testul preventiv de izolație a echipamentelor sistemului de alimentare (vezi testul de izolație), tensiunea înaltă de curent continuu este adesea folosită pentru a măsura curentul de scurgere și rezistența de izolație a cablurilor, condensatoarelor etc., și se efectuează și testul de rezistență la izolație. Testele au arătat că atunci când frecvența este în intervalul de la 0,1 la 50 Hz, distribuția tensiunii în mediul multistrat este în principiu distribuită în funcție de capacitate. Prin urmare, testul de rezistență la tensiune folosind o frecvență ultra joasă de 0,1 Hz poate fi echivalent cu testul de rezistență la frecvența de alimentare, care evită utilizarea unei tensiuni de rezistență mari. Dificultatea echipamentelor de testare a tensiunii de rezistență AC de capacitate poate reflecta și starea de izolație a echipamentului testat. În prezent, testele de tensiune de rezistență la frecvență ultra joasă sunt efectuate pe izolația finală a motoarelor, care sunt considerate a fi mai eficiente decât testele de tensiune de rezistență la frecvența de putere.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.