Оценка на способността за издържане на напрежение на изолацията на електрическото оборудване.

Техническо средство за тестване и оценка на способността за издържане на напрежение на изолацията на електрическо оборудване. Необходимо е да се използват изолационни структури за изолиране на частите под напрежение на цялото електрическо оборудване от заземените части или от други нееквипотенциални тела под напрежение, за да се осигури нормалната работа на оборудването. Диелектричната якост на единичен изолационен материал се изразява като средната напрегнатост на електрическото поле на пробив по дебелината (единицата е kV/cm). Изолационната структура на електрическото оборудване, като изолацията на генератори и трансформатори, се състои от различни материали, а структурната форма също е изключително сложна. Всяко локално увреждане на изолационната структура ще доведе до загуба на изолационните характеристики на цялото оборудване. Следователно цялостната изолационна способност на оборудването обикновено може да бъде изразена само чрез изпитвателното напрежение (единица: kV), на което може да издържи. Изпитвателното напрежение за издръжливост на изолацията може да показва нивото на напрежение, което оборудването може да издържи, но не е еквивалентно на действителната якост на изолацията на оборудването. Специфичното изискване за координиране на изолацията на електроенергийната система е да се координира и формулира изпитвателното напрежение за издържане на изолацията на различни електрически съоръжения, за да се покажат изискванията за ниво на изолация на оборудването. Тестът за издържано напрежение на изолацията е разрушителен тест (вижте тест за изолация). Ето защо, за някои ключови съоръжения в експлоатация, за които липсват резервни части или се нуждаят от дълго време за ремонт, трябва внимателно да обмислите дали да проведете тест за издържано напрежение на изолацията.

Когато различно електрическо оборудване в електроенергийната система работи, освен че издържат на променливо или постоянно напрежение, те ще страдат и от различни пренапрежения. Тези пренапрежения са не само с висока амплитуда, но също така имат вълнови форми и продължителност, които са много различни от работното напрежение. Техните ефекти върху изолацията и механизмите, които могат да причинят разрушаване на изолацията, също са различни. Следователно е необходимо да се използва съответното изпитвателно напрежение за провеждане на изпитване на издържано напрежение на електрическото оборудване. Тестовете за издържано напрежение на изолацията, определени в китайските стандарти за променливотокови захранващи системи, включват: ① краткотрайно (1 минута) изпитване за издържано напрежение на мощността; ② дългосрочен тест за издържане на напрежение на мощността; ③ Тест за издържано напрежение на постоянен ток; ④ тест за издържане на напрежение при работа на ударна вълна; ⑤Тест за устойчивост на напрежение на ударна вълна от мълния. Той също така постановява, че изолационните характеристики на електрическо оборудване от 3 до 220 kv при работно напрежение на захранващата честота, временно пренапрежение и работно пренапрежение обикновено се изпитват чрез краткотраен тест за издържане на напрежение на мощността на честотата и не се изисква изпитване при работно въздействие. За електрическо оборудване от 330 до 500 kv се изисква изпитване за работен удар, за да се провери ефективността на изолацията при работно пренапрежение. Дългосрочният тест за издържане на напрежение на мощността е тест, проведен за състоянието на влошаване на вътрешната изолация и замърсяване на външната изолация на електрическото оборудване.

Стандартите за изпитване на издържано напрежение на изолацията имат специфични разпоредби във всяка страна. Китайските стандарти (GB311.1-83) определят базовото ниво на изолация на 3-500kv електропреносно и трансформационно оборудване; 3-500kv електропреносно и трансформационно оборудване за издръжливост на напрежение на импулс на мълния, издържано напрежение на мощност за една минута; и 330-500kv електропреносно и трансформаторно оборудване Импулсно издържано напрежение за работа на електрически съоръжения. Отделът за производство на електрическо оборудване и отделът за експлоатация на електроенергийната система трябва да спазват стандартите при избора на елементите и стойностите на изпитвателното напрежение за изпитване на издържано напрежение.

Тест за издържано напрежение на мощността

Използва се за тестване и оценка на способността на изолацията на електрическото оборудване да издържа на напрежение с мощност. Тестовото напрежение трябва да е синусоидално и честотата трябва да е същата като честотата на електроенергийната система. Обикновено се уточнява, че едноминутен тест за издръжливост на напрежение се използва за тестване на способността за издържане на краткотрайно напрежение на изолацията, а тест за дълготрайно издържане на напрежение се използва за тестване на прогресивното влошаване вътре в изолацията, като частично разреждане повреда, диелектрична загуба и термична повреда, причинена от ток на утечка. Външната изолация на външно енергийно оборудване се влияе от атмосферни фактори на околната среда. В допълнение към изпитването за устойчивост на напрежение на мощностната честота в състояние на суха повърхност е необходимо също изпитване за устойчивост на напрежение в изкуствено симулирана атмосферна среда (като мокро или мръсно състояние).

Променливотоковото синусоидално напрежение може да бъде изразено като пикова стойност или ефективна стойност. Съотношението на пиковата стойност към ефективната стойност е корен квадратен две. Формата на вълната и честотата на тестовото напрежение, действително приложени по време на теста, неизбежно ще се отклоняват от стандартните разпоредби. Китайските стандарти (GB311.3-83) постановяват, че честотният диапазон на тестовото напрежение трябва да бъде от 45 до 55Hz, а формата на вълната на тестовото напрежение трябва да бъде близка до синусоида. Условията са положителните и отрицателните полувълни да са абсолютно еднакви, а пиковата стойност и ефективната стойност да са еднакви. Съотношението е равно на ±0,07. Като цяло, така наречената стойност на тестовото напрежение се отнася до ефективната стойност, която е разделена на нейната пикова стойност.

Захранването, използвано за изпитването, се състои от тестов трансформатор за високо напрежение и устройство за регулиране на напрежението. Принципът на тестовия трансформатор е същият като този на общия силов трансформатор. Неговото номинално изходно напрежение трябва да отговаря на изискванията на теста и да оставя място за свобода на действие; изходното напрежение на тестовия трансформатор трябва да е достатъчно стабилно, за да не предизвиква промяна на изхода поради спад на напрежението на тока преди разреждане на вътрешното съпротивление на захранването. Напрежението варира значително, за да се избегнат трудности при измерването или дори да се повлияе на процеса на разреждане. Следователно тестовото захранване трябва да има достатъчен капацитет и вътрешният импеданс трябва да бъде възможно най-малък. Обикновено изискванията за капацитета на тестовия трансформатор се определят от това колко ток на късо съединение може да изведе при изпитвателното напрежение. Например, за изпитване на малки проби от твърда, течна или комбинирана изолация в сухо състояние се изисква токът на късо съединение на оборудването да бъде 0,1 A; за изпитване на самовъзстановяваща се изолация (изолатори, изолиращи прекъсвачи и др.) в сухо състояние се изисква токът на късо съединение на оборудването не по-малко от 0,1A; за тестове за изкуствен дъжд на външна изолация се изисква токът на късо съединение на оборудването да бъде не по-малък от 0,5 A; за изпитване на образци с по-големи размери се изисква токът на късо съединение на оборудването да бъде 1А. Най-общо казано, тестовите трансформатори с по-ниски номинални напрежения приемат най-вече системата 0,1 A, която позволява 0,1 A непрекъснато да тече през бобината за високо напрежение на трансформатора. Например капацитетът на тестов трансформатор от 50 kV е настроен на 5 kVA, а капацитетът на тестов трансформатор от 100 kV е 10 kVA. Тестовите трансформатори с по-високо номинално напрежение обикновено приемат системата 1A, която позволява на 1A непрекъснато да тече през бобината за високо напрежение на трансформатора. Например капацитетът на тестовия трансформатор 250kV е 250kVA, а капацитетът на тестовия трансформатор 500kV е 500kVA. Поради общите размери на оборудването за изпитване с по-високо напрежение, Larger, еквивалентният капацитет на оборудването също е по-голям и тестовото захранване трябва да осигури по-голям ток на натоварване. Номиналното напрежение на един тестов трансформатор е твърде високо, което ще причини някои технически и икономически трудности по време на производството. Най-високото напрежение на единичен тестов трансформатор в Китай е 750kV, а в света има много малко единични тестови трансформатори с напрежение над 750kV. За да се отговори на нуждите от изпитване на променливотоково напрежение на оборудване за ултрависоко напрежение и свръхвисоко напрежение, няколко тестови трансформатора обикновено се свързват последователно, за да се получи високо напрежение. Например, три 750kV тестови трансформатора са свързани последователно, за да се получи 2250kV тестово напрежение. Това се нарича сериен тестов трансформатор. Когато трансформаторите са свързани последователно, вътрешният импеданс нараства много бързо и значително надвишава алгебричната сума на импедансите на няколко трансформатора. Следователно броят на трансформаторите, свързани последователно, често е ограничен до 3. Тестовите трансформатори могат също да бъдат свързани паралелно, за да се увеличи изходният ток, или свързани във форма △ или Y за трифазна работа.

За да се извършат изпитвания за издържано напрежение на силовата честота на проби с голям електростатичен капацитет, като кондензатори, кабели и генератори с голям капацитет, се изисква захранващото устройство да бъде както с високо напрежение, така и с голям капацитет. Ще има трудности при реализирането на този вид захранващо устройство. Някои отдели са приели оборудване за серийно резонансно изпитване с висока честота на мощността (вижте Оборудване за серийно резонансно изпитване с променлив ток с високо напрежение).

Тест за устойчивост на напрежение на импулс на мълния

Способността на изолацията на електрическото оборудване да издържи на импулсно напрежение на мълния се тества чрез изкуствено симулиране на вълни и пикови стойности на тока на мълния. Според действителните резултати от измерването на мълниеносния разряд се смята, че формата на вълната на мълнията е еднополярна би-експоненциална крива с глава на вълната, която е дълга няколко микросекунди, и опашка на вълната, която е дълга десетки микросекунди. Повечето светкавици са с отрицателна полярност. Стандартите на различни страни по света са калибрирали стандартната ударна вълна от мълния като: време на привидния фронт на вълната T1=1,2 μs, известно също като време на главата на вълната; привидно пиково време на полувълна T2=50 μs, известно също като време на опашката на вълната (вижте фигурата). Допустимото отклонение между пиковата стойност на напрежението и формата на вълната, генерирани от действителното тестово устройство, и стандартната вълна е: пикова стойност, ±3%; време на главата на вълната, ±30%; пиково време на полувълна, ±20%; стандартната форма на вълната на светкавицата обикновено се изразява като 1,2 /50 μs.

Изпитвателното напрежение на импулса на мълния се генерира от генератор на импулсно напрежение. Преобразуването на множеството кондензатори на генератора на импулсно напрежение от паралелни към последователни се постига чрез много междини на топките на запалването, т.е. множество кондензатори са свързани последователно, когато междините на топките на запалването се контролират за разреждане. Скоростта на нарастване на напрежението на тестваното устройство и скоростта на спад на напрежението след пиковата стойност могат да се регулират чрез стойността на съпротивлението в кондензаторната верига. Съпротивлението, което влияе на вълновата глава, се нарича съпротивление на вълновата глава, а съпротивлението, което засяга вълновата опашка, се нарича съпротивление на вълновата опашка. По време на теста, предварително определеното време на главата на вълната и пиковото време на полувълната на вълната на стандартното импулсно напрежение се получават чрез промяна на стойностите на съпротивлението на резистора на главата на вълната и резистора на вълната на опашката. Чрез промяна на полярността и амплитудата на изправеното изходно захранващо напрежение може да се получи необходимата полярност и пикова стойност на вълната на импулсното напрежение. От това могат да се реализират генератори на импулсно напрежение, вариращи от стотици хиляди волта до няколко милиона волта или дори десетки милиони волта. По-високото напрежение на генератора на импулсно напрежение, проектиран и инсталиран от Китай, е 6000kV.

Изпитване на импулсно напрежение на мълния

Съдържанието включва 4 елемента. ①Тест за напрежение на издръжливост на удар: Обикновено се използва за изолация, която не се самовъзстановява, като изолация на трансформатори, реактори и т.н. Целта е да се тества дали тези устройства могат да издържат на напрежението, определено от степента на изолация. ② 50% тест за пламък при удар: Обикновено като обекти се използват самовъзстановяващи се изолации като изолатори, въздушни междини и др. Целта е да се определи стойността на напрежението U с вероятност за пламък от 50%. Със стандартното отклонение между тази стойност на напрежението и стойността на пламъка могат да се определят и други вероятности на пламък, като например 5% стойност на напрежението на флаш. U обикновено се счита за издържано напрежение. ③Тест за разрушаване: Целта е да се определи действителната здравина на изолацията. Извършва се главно в заводи за производство на електрическо оборудване. ④Тест на кривата напрежение-време (тест на кривата волт-секунда): Кривата напрежение-време показва връзката между приложеното напрежение към повредата на изолацията (или прекъсване на порцелановата изолация) и времето. Кривата волт-секунда (V-t крива) може да предостави основа за разглеждане на координацията на изолацията между защитено оборудване като трансформатори и защитно оборудване като отводители.

В допълнение към тестването с пълна вълна от мълниеносни импулси, понякога електрическо оборудване с намотки като трансформатори и реактори също трябва да се тества с пресечени вълни с време на съкращаване от 2 до 5 μs. Отрязването може да се случи в началото или в края на вълната. Генерирането и измерването на тази пресечена вълна и определянето на степента на повреда, причинена на оборудването, са относително сложни и трудни. Поради бързия си процес и високата амплитуда, изпитването на импулсно напрежение на мълния има високи технически изисквания за изпитване и измерване. Подробни процедури за изпитване, методи и стандарти често се определят за справка и прилагане при провеждане на тестове.

Тест за импулсно пренапрежение при работа

Чрез изкуствено симулиране на формата на вълната на импулсното пренапрежение при работа на електроенергийната система се тества способността на изолацията на електрическото оборудване да издържи на импулсното напрежение при работа. Има много видове вълни и пикове на работни пренапрежения в енергийните системи, които са свързани с параметрите на линията и състоянието на системата. Обикновено това е отслабена трептяща вълна с честота, варираща от десетки Hz до няколко килохерца. Неговата амплитуда е свързана със системното напрежение, което обикновено се изразява като няколко пъти фазовото напрежение, до 3 до 4 пъти фазовото напрежение. Работните ударни вълни продължават по-дълго от ударните вълни от мълния и имат различен ефект върху изолацията на електроенергийната система. За енергийни системи от 220 kV и по-ниски могат да се използват кратковременни тестове за издържано напрежение на силовата честота за приблизително тестване на състоянието на изолацията на оборудването при работно пренапрежение. За системи и оборудване със свръхвисоко напрежение и ултрависоко напрежение от 330 kV и по-високо, работното пренапрежение има по-голямо въздействие върху изолацията и кратковременните тестове на напрежението на захранващата честота вече не могат да се използват за приблизително заместване на тестовете за работно импулсно напрежение. Може да се види от данните от изпитването, че за въздушни междини над 2 m нелинейността на работното разрядно напрежение е значителна, т.е. издържаното напрежение се увеличава бавно, когато разстоянието на междината се увеличава, и е дори по-ниско от краткотрайната мощностна честота разрядно напрежение. Следователно изолацията трябва да бъде тествана чрез симулиране на работното импулсно напрежение.

За дълги междини, изолатори и външна изолация на оборудване има две вълнови форми на изпитвателно напрежение за симулиране на работно пренапрежение. ① Непериодична експоненциална вълна на затихване: подобна на ударна вълна от мълния, с изключение на това, че времето на главата на вълната и полупиковото време са много по-дълги от дължината на вълната на удара на мълния. Международната електротехническа комисия препоръчва стандартната форма на вълната на работното импулсно напрежение да е 250/2500 μs; когато стандартната форма на вълната не може да отговори на изискванията за изследване, могат да се използват 100/2500 μs и 500/2500 μs. Непериодичните експоненциални вълни на затихване могат също да бъдат генерирани от генератори на импулсно напрежение. Принципът на генериране на ударни вълни от мълния е основно същият, с изключение на това, че съпротивлението на вълновата глава, съпротивлението на вълновата опашка и съпротивлението на зареждане трябва да се увеличат многократно. Комплект генератори на импулсно напрежение обикновено се използва в лаборатории за високо напрежение, оборудвани с два комплекта резистори, както за генериране на импулсно напрежение на мълния, така и за генериране на работно импулсно напрежение. Съгласно нормативната уредба допустимото отклонение между формата на вълната на напрежението на генерирания работен импулс и стандартната форма на вълната е: пикова стойност ±3%; глава на вълната, ±20%; полупиково време, ±60%. ② Атенюирана вълна на трептене: Продължителността на полувълната 01 трябва да бъде 2000~3000 μs, а амплитудата на полувълната 02 трябва грубо да достигне 80% от амплитудата на полувълната 01. Атенюираната вълна на трептене се индуцира от страната на високото напрежение чрез използване на кондензатор за разреждане на страната с ниско напрежение на тестовия трансформатор. Този метод се използва най-вече при изпитвания на работна вълна на силови трансформатори на място в подстанции, като се използва самият тестван трансформатор за генериране на тестови вълни, за да се тества неговата собствена способност за издържане на напрежение.

Съдържанието на теста за пренапрежение при работен импулс включва 5 елемента: ① тест за издържано напрежение при работен импулс; ② 50% тест за пламък на работен импулс; ③ тест за разбивка; ④ тест на кривата на напрежението и времето (тест на кривата волт-секунда); ⑤ работен импулс напрежение вълна глава тест крива. Първите четири теста са същите като съответните изисквания за изпитване при изпитване на импулсно напрежение на мълния. Изпитване № 5 е необходимо за работни характеристики на ударно разреждане, тъй като напрежението на разреждане на дълга въздушна междина под действието на работни ударни вълни ще се промени с главата на ударната вълна. При определена дължина на главата на вълната, като например 150 μs, разрядното напрежение е ниско и тази глава на вълната се нарича критична глава на вълната. Критичната дължина на вълната се увеличава леко с дължината на междината.

Изпитване на постоянно напрежение

Използвайте постоянен ток, за да тествате изолационните характеристики на електрическото оборудване. Целта е да се: ① определи способността на постояннотоковото електрическо оборудване с високо напрежение да издържа на постоянно напрежение; ② поради ограничението на капацитета на тестовото захранване с променлив ток, използвайте високо напрежение с постоянен ток вместо високо напрежение с променлив ток, за да проведете тестове за устойчивост на напрежение на променливотоково оборудване с голям капацитет.

DC тестовото напрежение обикновено се генерира от захранването с променлив ток чрез токоизправително устройство и всъщност е еднополюсно пулсиращо напрежение. Има максимална стойност на напрежението U при пика на вълната и минимална стойност на напрежението U при дъното на вълната. Така наречената стойност на тестовото напрежение за постоянен ток се отнася до средната аритметична стойност на това пулсиращо напрежение, т.е. очевидно не искаме пулсацията да е твърде голяма, така че коефициентът на пулсация S на напрежението за изпитване на постоянен ток е предвидено да не надвишава 3 %, т.е. постояннотоковото напрежение е разделено на положителни и отрицателни полярности. Различните полярности имат различни механизми на действие върху различните изолации. При теста трябва да се посочи една полярност. Обикновено за теста се използва полярност, която сериозно тества изолационните характеристики.

Обикновено се използва едностъпална полувълнова или пълновълнова токоизправителна верига за генериране на високо постоянно напрежение. Поради ограничението на номиналното напрежение на кондензатора и високоволтовия силициев стек, тази верига обикновено може да изведе 200 ~ 300 kV. Ако се изисква по-високо постоянно напрежение, може да се използва каскадният метод. Изходното напрежение на каскадния генератор на постоянно напрежение може да бъде 2n пъти пиковото напрежение на силовия трансформатор, където n представлява броя на серийните връзки. Спадът на напрежението и стойността на пулсациите на изходното напрежение на това устройство са функции на броя на сериите, тока на натоварване и честотата на променливата електрическа мрежа. Ако има твърде много серии и токът е твърде голям, спадът на напрежението и пулсацията ще достигнат непоносими нива. Това каскадно устройство за генериране на постоянно напрежение може да изведе напрежение от около 2000-3000 kV и изходен ток от само десетки милиампери. Когато се правят тестове в изкуствена среда, токът преди разреждане може да достигне няколкостотин милиампера или дори 1 ампер. По това време трябва да се добави тиристорно устройство за стабилизиране на напрежението, за да се подобри качеството на изходното напрежение. Изисква се, когато продължителността е 500 ms и амплитудата е 500 mA, когато импулсът на тока преди разреждане протича веднъж в секунда, причиненият спад на напрежението не надвишава 5%.

При превантивния тест на изолацията на оборудването на електрическата система (вижте теста на изолацията), постояннотоковото високо напрежение често се използва за измерване на тока на утечка и съпротивлението на изолацията на кабели, кондензатори и т.н., като също така се извършва тест за издържано напрежение на изолацията. Тестовете показват, че когато честотата е в диапазона от 0,1 до 50Hz, разпределението на напрежението вътре в многослойната среда основно се разпределя според капацитета. Следователно, тестът за издръжливост на напрежение с помощта на ултраниска честота от 0,1 Hz може да бъде еквивалентен на теста за издържане на напрежение на мощността, който избягва използването на голямо издържано напрежение на напрежение. Трудността на оборудването за изпитване на издържано AC напрежение може също да отразява състоянието на изолацията на тестваното оборудване. Понастоящем се провеждат изпитвания на издържано напрежение на свръхниска честота на крайната изолация на двигатели, които се считат за по-ефективни от изпитванията на издържано напрежение на силовата честота.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.