Vrednotenje napetostne vzdržljivosti izolacije električne opreme.

Tehnično sredstvo za preizkušanje in ocenjevanje zmožnosti izolacijske vzdržljivosti električne opreme. Za izolacijo delov električne opreme pod napetostjo od ozemljenih delov ali od drugih neekvipotencialnih teles pod napetostjo je treba uporabiti izolacijske strukture, da se zagotovi normalno delovanje opreme. Dielektrična trdnost posameznega izolacijskega materiala je izražena kot povprečna prebojna električna poljska jakost vzdolž debeline (enota je kV/cm). Izolacijska struktura električne opreme, kot je izolacija generatorjev in transformatorjev, je sestavljena iz različnih materialov, strukturna oblika pa je tudi izjemno zapletena. Kakršna koli lokalna poškodba izolacijske strukture bo povzročila izgubo celotne opreme pri izolaciji. Zato se lahko skupna izolacijska sposobnost opreme na splošno izrazi le s preskusno napetostjo (enota: kV), ki jo lahko prenese. Preizkusna napetost izolacije lahko nakazuje nivo napetosti, ki jo lahko prenese oprema, vendar ni enakovredna dejanski izolacijski trdnosti opreme. Posebna zahteva za koordinacijo izolacije elektroenergetskega sistema je uskladiti in oblikovati preskusno napetost izolacije različne električne opreme, da se prikažejo zahteve glede ravni izolacije opreme. Preskus vzdržljive napetosti izolacije je rušilni preskus (glejte preskus izolacije). Zato morate za nekatere ključne delujoče naprave, ki nimajo nadomestnih delov ali jih je treba dolgo popravljati, skrbno razmisliti, ali boste izvedli preskus vzdržljive napetosti izolacije.

Ko deluje različna električna oprema v elektroenergetskem sistemu, bo poleg tega, da vzdrži delovno napetost AC ali DC, trpela tudi zaradi različnih prenapetosti. Te prenapetosti niso samo visoke amplitude, ampak imajo tudi valovne oblike in trajanje, ki se zelo razlikujejo od delovne napetosti. Tudi njihovi učinki na izolacijo in mehanizmi, ki lahko povzročijo razpad izolacije, so različni. Zato je treba za izvedbo preskusa vzdržljive napetosti električne opreme uporabiti ustrezno preskusno napetost. Preskusi vzdržljive napetosti izolacije, določeni v kitajskih standardih za napajalne sisteme izmeničnega toka, vključujejo: ① kratkotrajni (1 minuta) preskus vzdržljive napetosti električne frekvence; ② dolgoročni preskus vzdržljive napetosti močne frekvence; ③ Preizkus vzdržljive napetosti enosmernega toka; ④ obratovalni preskus vzdržljive napetosti udarnega vala; ⑤Preskus odpornosti na udarni val strele. Določa tudi, da se izolacijska učinkovitost električne opreme od 3 do 220 kv pod delovno napetostjo močnostne frekvence, začasno prenapetostjo in obratovalno prenapetostjo na splošno testira s kratkotrajnim preskusom vzdržljive napetosti moči frekvence, preskus obratovalnega udarca pa ni potreben. Za električno opremo od 330 do 500 kv je potreben preskus obratovalnega udarca, da se preveri učinkovitost izolacije pri delovni prenapetosti. Preskus dolgotrajne vzdržljive napetosti močne frekvence je preskus, ki se izvaja za stanje degradacije notranje izolacije in zunanje kontaminacije izolacije električne opreme.

Standardi za preskuse vzdržljive napetosti izolacije imajo v vsaki državi posebne predpise. Kitajski standardi (GB311.1-83) določajo osnovno raven izolacije opreme za prenos in pretvorbo moči 3-500 kv; 3-500kv oprema za prenos in pretvorbo električne energije vzdržljiva napetost impulza strele, vzdržljiva napetost enominutne moči; in 330-500kv oprema za prenos in transformacijo električne energije Impulzna vzdržljiva napetost za delovanje električne opreme. Oddelek za proizvodnjo električne opreme in oddelek za delovanje elektroenergetskega sistema morata upoštevati standarde pri izbiri predmetov in vrednosti preskusne napetosti za preskus vzdržljive napetosti.

Preskus vzdržljive napetosti električne frekvence

Uporablja se za testiranje in ocenjevanje sposobnosti izolacije električne opreme, da prenese napetost električne frekvence. Preskusna napetost mora biti sinusna in frekvenca mora biti enaka frekvenci elektroenergetskega sistema. Običajno je določeno, da se enominutni preskus vzdržljive napetosti uporablja za testiranje zmogljivosti izolacije, da prenese kratkotrajno napetost, preskus dolgotrajne vzdržljive napetosti pa se uporablja za testiranje progresivnega poslabšanja znotraj izolacije, kot je delna razelektritev. poškodbe, izgube dielektrika in toplotne poškodbe, ki jih povzroči uhajajoči tok. Na zunanjo izolacijo električne opreme na prostem vplivajo atmosferski okoljski dejavniki. Poleg preskusa vzdržljive napetosti močnostne frekvence na suhi površini je potreben tudi preskus vzdržljive napetosti v umetno simuliranem atmosferskem okolju (kot je mokro ali umazano stanje).

Izmenična sinusna napetost se lahko izrazi kot temenska vrednost ali efektivna vrednost. Razmerje med najvišjo in efektivno vrednostjo je kvadratni koren dva. Valovna oblika in frekvenca preskusne napetosti, ki se dejansko uporablja med preskusom, neizogibno odstopata od standardnih predpisov. Kitajski standardi (GB311.3-83) določajo, da mora biti frekvenčno območje preskusne napetosti od 45 do 55 Hz, valovna oblika preskusne napetosti pa mora biti blizu sinusnega vala. Pogoji so, da morata biti pozitivna in negativna polovična vala popolnoma enaka, najvišja vrednost in efektivna vrednost pa morata biti enaki. Razmerje je enako ±0,07. Na splošno se tako imenovana vrednost preskusne napetosti nanaša na efektivno vrednost, ki je deljena z najvišjo vrednostjo.

Napajalnik, uporabljen za preskus, je sestavljen iz visokonapetostnega preskusnega transformatorja in naprave za regulacijo napetosti. Načelo preskusnega transformatorja je enako kot pri splošnem močnostnem transformatorju. Njegova nazivna izhodna napetost mora izpolnjevati zahteve preskusa in pustiti prostor za manevrski prostor; izhodna napetost preskusnega transformatorja mora biti dovolj stabilna, da ne povzroči spremembe izhoda zaradi padca napetosti toka pred praznjenjem na notranjem uporu napajalnika. Napetost močno niha, da bi se izognili težavam pri merjenju ali celo vplivali na proces praznjenja. Zato mora imeti preskusni napajalnik zadostno kapaciteto, notranja impedanca pa mora biti čim manjša. Na splošno so zahteve glede zmogljivosti preskusnega transformatorja določene glede na to, koliko toka kratkega stika lahko odda pod preskusno napetostjo. Na primer, za preskus majhnih vzorcev trdne, tekoče ali kombinirane izolacije v suhem stanju mora biti tok kratkega stika opreme 0,1 A; za preskus samoobnovljive izolacije (izolatorji, izolacijska stikala itd.) v suhem stanju je potreben kratkostični tok opreme Ne manj kot 0,1 A; za preskuse zunanje izolacije z umetnim dežjem mora biti tok kratkega stika opreme najmanj 0,5 A; za preskuse vzorcev večjih dimenzij mora biti tok kratkega stika opreme 1A. Na splošno preskusni transformatorji z nižjimi nazivnimi napetostmi večinoma uporabljajo sistem 0,1 A, ki omogoča neprekinjen tok 0,1 A skozi visokonapetostno tuljavo transformatorja. Na primer, zmogljivost preskusnega transformatorja 50 kV je nastavljena na 5 kVA, zmogljivost preskusnega transformatorja 100 kV pa je 10 kVA. Preizkusni transformatorji z višjimi nazivnimi napetostmi običajno sprejmejo sistem 1A, ki omogoča neprekinjen pretok 1A skozi visokonapetostno tuljavo transformatorja. Na primer, zmogljivost preskusnega transformatorja 250 kV je 250 kVA, zmogljivost preskusnega transformatorja 500 kV pa 500 kVA. Zaradi skupnih dimenzij višjenapetostne preskusne opreme je večja tudi ekvivalentna kapacitivnost opreme, testno napajanje pa mora zagotavljati večji obremenitveni tok. Nazivna napetost posameznega preskusnega transformatorja je previsoka, kar bo povzročilo nekatere tehnične in ekonomske težave med proizvodnjo. Najvišja napetost posameznega preskusnega transformatorja na Kitajskem je 750 kV, na svetu pa je zelo malo posameznih preskusnih transformatorjev z napetostjo, ki presega 750 kV. Da bi zadovoljili potrebe testiranja izmenične napetosti ultravisoke napetosti in ultravisokonapetostne električne opreme, je več testnih transformatorjev običajno povezanih zaporedno, da se doseže visoka napetost. Na primer, trije preskusni transformatorji 750 kV so zaporedno povezani, da dobimo preskusno napetost 2250 kV. To se imenuje serijski preskusni transformator. Pri zaporedni vezavi transformatorjev se notranja impedanca zelo hitro poveča in močno preseže algebraično vsoto impedanc več transformatorjev. Zato je število zaporedno povezanih transformatorjev pogosto omejeno na 3. Testne transformatorje je mogoče povezati tudi vzporedno, da se poveča izhodni tok, ali povezati v obliki △ ali Y za trifazno delovanje.

Za izvedbo preskusov vzdržljive napetosti električne frekvence na vzorcih z veliko elektrostatično kapacitivnostjo, kot so kondenzatorji, kabli in generatorji velike zmogljivosti, mora biti napajalna naprava tako visokonapetostna kot tudi velika. Pri realizaciji te vrste napajalne naprave bodo težave. Nekateri oddelki so sprejeli visokonapetostno visokonapetostno resonančno testno opremo močnostne frekvence (glejte AC visokonapetostno serijsko resonančno testno opremo).

Preskus odpornosti na impulz strele

Sposobnost izolacije električne opreme, da prenese impulzno napetost strele, se testira z umetno simulacijo valovnih oblik in koničnih vrednosti toka strele. Glede na dejanske rezultate meritev razelektritve strele se domneva, da je valovna oblika strele unipolarna bieksponentna krivulja z valovno glavo, ki je dolga nekaj mikrosekund, in valovnim repom, ki je dolg več deset mikrosekund. Večina strel je negativne polarnosti. Standardi različnih držav po svetu so umerili standardni udarni val strele kot: čas navidezne fronte vala T1=1,2 μs, znan tudi kot čas glave vala; navidezni konični čas polvala T2=50 μs, znan tudi kot čas valovnega repa (glejte sliko). Dovoljeno odstopanje med vršno vrednostjo napetosti in valovno obliko, ki jo ustvari dejanska preskusna naprava, in standardnim valom je: vršna vrednost ±3 %; čas višine valov, ±30 %; čas vrha polvala, ±20 %; standardna valovna oblika strele je običajno izražena kot 1,2 /50 μs.

Preskusna napetost impulza strele se ustvari z generatorjem impulzne napetosti. Preoblikovanje več kondenzatorjev generatorja impulzne napetosti iz vzporednega v serijsko se doseže s številnimi režami vžigalnih kroglic, kar pomeni, da je več kondenzatorjev zaporedno povezanih, ko se reže vžigalnih kroglic nadzorujejo, da se izpraznijo. Hitrost dviga napetosti na preskušani napravi in ​​hitrost padca napetosti po konični vrednosti je mogoče prilagoditi z vrednostjo upora v kondenzatorskem vezju. Upor, ki vpliva na valovno glavo, se imenuje upor valovne glave, upor, ki vpliva na valovni rep, pa se imenuje upor valovnega repa. Med preskusom se vnaprej določeni čas valovne glave in čas vrha polvala standardnega impulznega napetostnega vala pridobita s spreminjanjem vrednosti upora upora valovne glave in upora valovnega repa. S spreminjanjem polarnosti in amplitude popravljene napajalne izhodne napetosti je mogoče doseči zahtevano polarnost in temensko vrednost impulznega napetostnega vala. Iz tega je mogoče ustvariti generatorje impulzne napetosti v razponu od sto tisoč voltov do več milijonov voltov ali celo desetine milijonov voltov. Višja napetost generatorja impulzne napetosti, ki jo je zasnovala in namestila Kitajska, je 6000 kV.

Preskus impulzne napetosti strele

Vsebina vključuje 4 elemente. ①Preskus napetosti, odporne na udarce: Običajno se uporablja za izolacijo, ki se ne obnavlja sama, kot je izolacija transformatorjev, reaktorjev itd. Namen je preizkusiti, ali lahko te naprave prenesejo napetost, določeno s stopnjo izolacije. ② 50-odstotni preskus prebojnega udarca: Običajno se kot predmeti uporabljajo samoobnovljive izolacije, kot so izolatorji, zračne reže itd. Namen je določiti vrednost napetosti U z verjetnostjo preplaha 50 %. S standardnim odklonom med to vrednostjo napetosti in vrednostjo preplaha je mogoče določiti tudi druge verjetnosti preplaha, kot je 5-odstotna vrednost napetosti preplaha. U se na splošno šteje za vzdržljivo napetost. ③Preskus razgradnje: Namen je določiti dejansko trdnost izolacije. Večinoma se izvaja v obratih za proizvodnjo električne opreme. ④Preskus krivulje napetost-čas (test krivulje volt-sekunda): Krivulja napetost-čas prikazuje razmerje med uporabljeno napetostjo in poškodbo izolacije (ali prebojom porcelanske izolacije) in časom. Volt-sekundna krivulja (V-t krivulja) je lahko podlaga za upoštevanje izolacijske koordinacije med zaščiteno opremo, kot so transformatorji, in zaščitno opremo, kot so odvodniki.

Poleg testiranja s polnim valom impulzov strele je včasih treba električno opremo z navitji, kot so transformatorji in reaktorji, preizkusiti tudi s prisekanimi valovi s časom prirezovanja od 2 do 5 μs. Obrezovanje se lahko pojavi na začetku ali koncu vala. Generiranje in merjenje tega okrnjenega vala ter določitev stopnje poškodbe opreme sta razmeroma zapletena in težka. Zaradi hitrega postopka in visoke amplitude ima preizkus impulzne napetosti strele visoke tehnične zahteve za testiranje in merjenje. Podrobni testni postopki, metode in standardi so pogosto določeni za referenco in izvajanje pri izvajanju testov.

Preskus obratovalne impulzne prenapetosti

Z umetno simulacijo valovne oblike prenapetostnega impulza delovanja elektroenergetskega sistema se testira sposobnost izolacije električne opreme, da prenese impulzno napetost delovanja. Obstaja veliko vrst delovnih prenapetostnih valovnih oblik in konic v elektroenergetskih sistemih, ki so povezani s parametri voda in statusom sistema. Na splošno gre za oslabljeno nihanje s frekvenco od deset Hz do nekaj kilohercev. Njegova amplituda je povezana s sistemsko napetostjo, ki je običajno izražena kot večkratna fazna napetost, do 3- do 4-kratna fazna napetost. Obratovalni udarni valovi trajajo dlje kot udarni valovi strele in imajo različne učinke na izolacijo elektroenergetskega sistema. Za elektroenergetske sisteme 220 kV in nižje se lahko uporabijo kratkotrajni preskusi vzdržljive napetosti električne frekvence za približno testiranje stanja izolacije opreme pod delovno prenapetostjo. Pri ultravisokonapetostnih in ultravisokonapetostnih sistemih in opremi 330 kV in več ima obratovalna prenapetost večji vpliv na izolacijo in kratkotrajnih napetostnih preskusov močnostne frekvence ni več mogoče uporabiti za približno nadomestitev obratovalnih impulznih napetostnih preskusov. Iz preskusnih podatkov je razvidno, da je za zračne reže nad 2 m nelinearnost delovne razelektritvene napetosti pomembna, to pomeni, da vzdržna napetost počasi narašča, ko se razdalja reže poveča, in je celo nižja od kratkotrajne električne frekvence napetost praznjenja. Zato je treba izolacijo preizkusiti s simulacijo delovne impulzne napetosti.

Za dolge reže, izolatorje in zunanjo izolacijo opreme sta na voljo dve valovni obliki preskusne napetosti za simulacijo delovne prenapetosti. ① Neperiodični eksponentni upadajoči val: podoben udarnemu valu strele, le da sta čas glave vala in čas polvrha veliko daljša od valovne dolžine udara strele. Mednarodna elektrotehnična komisija priporoča, da je standardna valovna oblika delovne impulzne napetosti 250/2500 μs; kadar standardna valovna oblika ne more izpolniti raziskovalnih zahtev, se lahko uporabita 100/2500 μs in 500/2500 μs. Neperiodične eksponentne upadajoče valove lahko ustvarijo tudi generatorji impulzne napetosti. Načelo generiranja udarnih valov strele je v bistvu enako, le da je treba odpornost glave valov, odpornost repa valov in odpornost na polnjenje večkrat povečati. Komplet generatorjev impulzne napetosti se običajno uporablja v visokonapetostnih laboratorijih, opremljenih z dvema nizoma uporov, tako za generiranje impulzne napetosti strele kot za generiranje delovne impulzne napetosti. Po predpisih je dovoljeno odstopanje med valovno obliko generirane delovne impulzne napetosti in standardno valovno obliko: temenska vrednost ±3 %; valovna glava, ±20 %; čas polovične konice, ±60 %. ② Oslabljeni oscilacijski val: trajanje polvala 01 mora biti 2000~3000 μs, amplituda polvala 02 pa mora približno doseči 80 % amplitude polvala 01. Oslabljen oscilacijski val se inducira na visokonapetostni strani z uporabo kondenzatorja za praznjenje nizkonapetostne strani preskusnega transformatorja. Ta metoda se večinoma uporablja pri preskusih delovnih valov močnostnih transformatorjev na kraju samem na transformatorskih postajah, pri čemer se sam testirani transformator uporablja za generiranje testnih valovnih oblik za testiranje lastne zmožnosti vzdržljivosti napetosti.

Vsebina preskusa prenapetostnega impulza delovanja vključuje 5 elementov: ① preskus vzdržljive napetosti obratovalnega impulza; ② 50 % preskus preskoka delovnega impulza; ③ preizkus okvare; ④ preskus krivulje napetosti in časa (test volt-sekundne krivulje); ⑤ test krivulje delovne impulzne napetosti. Prvi štirje preskusi so enaki ustreznim preskusnim zahtevam pri preskusu impulzne napetosti strele. Preskus št. 5 je potreben za karakteristike delovne udarne razelektritve, ker se bo izpustna napetost dolge zračne reže pod delovanjem delovnih udarnih valov spreminjala z glavo udarnega vala. Pri določeni dolžini valovne glave, kot je 150 μs, je napetost praznjenja nizka in ta valovna glava se imenuje kritična valovna glava. Kritična valovna dolžina se nekoliko poveča z dolžino reže.

Preizkus vzdržljive napetosti enosmernega toka

Za testiranje izolacijske učinkovitosti električne opreme uporabite enosmerni tok. Namen je: ① določiti sposobnost enosmerne visokonapetostne električne opreme, da prenese enosmerno napetost; ② zaradi omejitve zmogljivosti preskusnega napajalnika izmeničnega toka uporabite visoko napetost enosmernega toka namesto visoke napetosti izmeničnega toka za izvedbo preskusov vzdržljivosti napetosti na opremi izmeničnega toka z veliko kapacitivnostjo.

Preizkusno napetost enosmernega toka običajno ustvari napajalnik izmeničnega toka prek usmerniške naprave in je pravzaprav unipolarna pulzirajoča napetost. Najvišja vrednost napetosti U je na vrhu vala, minimalna vrednost napetosti U pa na dnu vala. Tako imenovana vrednost enosmerne preskusne napetosti se nanaša na aritmetično srednjo vrednost te pulzirajoče napetosti, kar pomeni, da očitno ne želimo, da bi bilo pulziranje preveliko, zato je določeno, da koeficient pulziranja S preskusne enosmerne napetosti ne presega 3 %, to pomeni, da je enosmerna napetost razdeljena na pozitivno in negativno polariteto. Različne polarnosti imajo različne mehanizme delovanja na različne izolacije. Pri preskusu je treba določiti eno polarnost. Na splošno se za preskus uporablja polarnost, ki resno preizkuša izolacijo.

Običajno se za ustvarjanje visoke enosmerne napetosti uporablja enostopenjsko polvalovno ali polvalovno usmerniško vezje. Zaradi omejitve nazivne napetosti kondenzatorja in visokonapetostnega silicijevega sklada lahko to vezje na splošno oddaja 200 ~ 300 kV. Če je potrebna višja enosmerna napetost, se lahko uporabi kaskadna metoda. Izhodna napetost kaskadnega generatorja enosmerne napetosti je lahko 2n-kratnik temenske napetosti močnostnega transformatorja, kjer n predstavlja število serijskih povezav. Vrednost padca napetosti in valovanja izhodne napetosti te naprave sta funkciji števila serij, obremenitvenega toka in omrežne frekvence AC. Če je serij preveč in je tok prevelik, bosta padec napetosti in pulziranje dosegla nevzdržno raven. Ta kaskadna naprava za generiranje enosmerne napetosti lahko oddaja napetost približno 2000-3000 kV in izhodni tok le desetine miliamperov. Pri testiranju v umetnem okolju lahko tok pred praznjenjem doseže več sto miliamperov ali celo 1 amper. V tem času je treba dodati tiristorsko napravo za stabilizacijo napetosti za izboljšanje kakovosti izhodne napetosti. Zahtevano je, da ko je trajanje 500 ms in amplituda 500 mA, ko tokovni impulz pred praznjenjem teče enkrat na sekundo, povzročeni padec napetosti ne presega 5 %.

Pri preventivnem preskusu izolacije opreme elektroenergetskega sistema (glejte preskus izolacije) se enosmerna visoka napetost pogosto uporablja za merjenje uhajalnega toka in izolacijske upornosti kablov, kondenzatorjev itd., izvaja pa se tudi preskus vzdržljive napetosti izolacije. Testi so pokazali, da je, ko je frekvenca v območju od 0,1 do 50 Hz, porazdelitev napetosti znotraj večplastnega medija v bistvu porazdeljena glede na kapacitivnost. Zato je lahko preskus vzdržljive napetosti z ultra nizko frekvenco 0,1 Hz enakovreden preskusu vzdržljive napetosti močnostne frekvence, ki preprečuje uporabo visoke vzdržljive napetosti. Težavnost zmogljivosti preskusne opreme za vzdržljivo AC napetost lahko odraža tudi stanje izolacije preskušane opreme. Trenutno se na končni izolaciji motorjev izvajajo ultra nizkofrekvenčni preskusi vzdržljive napetosti, ki veljajo za učinkovitejše od preskusov vzdržljive napetosti močnostne frekvence.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.