Hodnotenie napäťovej odolnosti izolácie elektrických zariadení.

Technický prostriedok na testovanie a hodnotenie izolačnej odolnosti elektrického zariadenia. Na izoláciu živých častí všetkých elektrických zariadení od uzemnených častí alebo od iných neekvipotenciálnych živých telies je potrebné použiť izolačné konštrukcie, aby sa zabezpečila normálna prevádzka zariadenia. Dielektrická pevnosť jednotlivého izolačného materiálu je vyjadrená ako priemerná intenzita prierazného elektrického poľa pozdĺž hrúbky (jednotka je kV/cm). Izolačná štruktúra elektrických zariadení, ako je izolácia generátorov a transformátorov, sa skladá z rôznych materiálov a konštrukčný tvar je tiež mimoriadne zložitý. Akékoľvek lokálne poškodenie izolačnej konštrukcie spôsobí, že celé zariadenie stratí svoje izolačné vlastnosti. Preto môže byť celková izolačná schopnosť zariadenia vo všeobecnosti vyjadrená iba skúšobným napätím (jednotka: kV), ktoré môže odolať. Skúšobné napätie izolácie môže indikovať úroveň napätia, ktorú zariadenie vydrží, ale nie je ekvivalentné skutočnej izolačnej sile zariadenia. Špecifická požiadavka na koordináciu izolácie napájacieho systému je koordinovať a formulovať skúšobné napätie izolácie rôznych elektrických zariadení, aby sa uviedli požiadavky na úroveň izolácie zariadenia. Skúška izolačným napätím je deštruktívna skúška (pozri skúšku izolácie). Preto v prípade niektorých kľúčových zariadení v prevádzke, ktorým chýbajú náhradné diely alebo ich oprava potrebuje dlhú dobu, by ste mali dôkladne zvážiť, či vykonať skúšku odolnosti voči napätiu izolácie.

Keď bežia rôzne elektrické zariadenia v napájacom systéme, okrem toho, že znesú striedavé alebo jednosmerné pracovné napätie, budú trpieť aj rôznymi prepätiami. Tieto prepätia majú nielen vysokú amplitúdu, ale majú aj priebehy a trvanie, ktoré sa veľmi líšia od pracovného napätia. Rozdielne sú aj ich účinky na izoláciu a mechanizmy, ktoré môžu spôsobiť rozpad izolácie. Preto je potrebné použiť zodpovedajúce testovacie napätie na vykonanie testu odolnosti elektrického zariadenia. Testy odolnosti voči napätiu izolácie špecifikované v čínskych normách pre systémy striedavého prúdu zahŕňajú: ① krátkodobý (1 minúta) test odolnosti voči napätiu napájacej frekvencie; ② test dlhodobého frekvenčného napätia; ③ Test jednosmerného výdržného napätia; ④ test odolnosti voči prevádzkovej rázovej vlne; ⑤ Test odolnosti voči rázovej vlne blesku. Stanovuje sa v ňom tiež, že izolačný výkon elektrického zariadenia 3 až 220 kv pri prevádzkovom napätí výkonovej frekvencie, dočasnom prepätí a prevádzkovom prepätí sa všeobecne testuje krátkodobou skúškou odolnosti proti napätiu pri výkonovej frekvencii a skúška prevádzkovým nárazom sa nevyžaduje. Pre elektrické zariadenia 330 až 500 kv je potrebná prevádzková nárazová skúška na kontrolu izolačného výkonu pri prevádzkovom prepätí. Dlhodobá skúška odolnosti voči napätiu pri výkonovej frekvencii je skúška vykonaná na zistenie stavu degradácie vnútornej izolácie a kontaminácie vonkajšej izolácie elektrického zariadenia.

Normy testovania odolnosti voči napätiu izolácie majú v každej krajine špecifické predpisy. Čínske normy (GB311.1-83) stanovujú základnú úroveň izolácie zariadení na prenos a transformáciu energie 3-500kv; 3-500kv zariadenia na prenos energie a transformáciu bleskového impulzu výdržné napätie, jednominútové výdržné napätie napájacej frekvencie; a zariadenia na prenos a transformáciu energie 330-500kv Impulzné výdržné napätie na prevádzku elektrických zariadení. Oddelenie výroby elektrických zariadení a oddelenie prevádzky napájacieho systému by mali pri výbere položiek a hodnoty testovacieho napätia pre skúšku výdrže dodržiavať normy.

Test odolnosti voči napätiu napájacej frekvencie

Používa sa na testovanie a hodnotenie schopnosti izolácie elektrických zariadení odolávať napätiu napájacej frekvencie. Testovacie napätie by malo byť sínusové a frekvencia by mala byť rovnaká ako frekvencia napájacieho systému. Zvyčajne sa špecifikuje, že na testovanie krátkodobej napäťovej odolnosti izolácie sa používa jednominútový test výdržného napätia a test dlhodobého výdržného napätia sa používa na testovanie progresívneho zhoršovania vo vnútri izolácie, ako je čiastočný výboj. poškodenie, dielektrická strata a tepelné poškodenie spôsobené zvodovým prúdom. Vonkajšia izolácia vonkajších energetických zariadení je ovplyvnená atmosférickými faktormi prostredia. Okrem testu odolnosti voči napätiu pri výkonovej frekvencii v stave suchého povrchu je potrebný aj test odolnosti voči napätiu v umelo simulovanom atmosférickom prostredí (ako je mokrý alebo špinavý stav).

Striedavé sínusové napätie môže byť vyjadrené ako špičková hodnota alebo efektívna hodnota. Pomer maximálnej hodnoty k efektívnej hodnote je druhá odmocnina. Tvar vlny a frekvencia testovacieho napätia skutočne aplikovaného počas testu sa nevyhnutne odchyľujú od štandardných predpisov. Čínske normy (GB311.3-83) stanovujú, že frekvenčný rozsah testovacieho napätia by mal byť 45 až 55 Hz a priebeh testovacieho napätia by mal byť blízky sínusovej vlne. Podmienkou je, že kladné a záporné polvlny by mali byť úplne rovnaké a maximálna hodnota a efektívna hodnota by mali byť rovnaké. Pomer sa rovná ±0,07. Vo všeobecnosti sa takzvaná hodnota testovacieho napätia vzťahuje na efektívnu hodnotu, ktorá sa vydelí jej špičkovou hodnotou.

Napájací zdroj používaný na test pozostáva z vysokonapäťového testovacieho transformátora a zariadenia na reguláciu napätia. Princíp testovacieho transformátora je rovnaký ako princíp všeobecného výkonového transformátora. Jeho menovité výstupné napätie by malo spĺňať požiadavky testu a ponechať priestor pre voľnosť; výstupné napätie testovacieho transformátora by malo byť dostatočne stabilné, aby nespôsobilo zmenu výstupu v dôsledku poklesu napätia predvybíjacieho prúdu na vnútornom odpore napájacieho zdroja. Napätie výrazne kolíše, aby sa predišlo ťažkostiam pri meraní alebo dokonca ovplyvnilo proces vybíjania. Preto musí mať testovací zdroj dostatočnú kapacitu a vnútorná impedancia by mala byť čo najmenšia. Vo všeobecnosti sú požiadavky na kapacitu skúšobného transformátora určené tým, koľko skratového prúdu môže vydať pod skúšobným napätím. Napríklad na skúšku malých vzoriek tuhej, tekutej alebo kombinovanej izolácie v suchom stave sa požaduje, aby bol skratový prúd zariadenia 0,1A; na skúšku samoobnovujúcej sa izolácie (izolátory, odpojovacie spínače atď.) v suchom stave je potrebný skratový prúd zariadenia Nie menej ako 0,1A; pre testy vonkajšej izolácie umelým dažďom sa požaduje, aby skratový prúd zariadenia nebol menší ako 0,5A; pre skúšky vzoriek s väčšími rozmermi sa požaduje skratový prúd zariadenia 1A. Všeobecne povedané, testovacie transformátory s nižším menovitým napätím väčšinou využívajú systém 0,1A, ktorý umožňuje nepretržitý tok 0,1A cez vysokonapäťovú cievku transformátora. Napríklad kapacita testovacieho transformátora 50 kV je nastavená na 5 kVA a kapacita testovacieho transformátora 100 kV je 10 kVA. Skúšobné transformátory s vyšším menovitým napätím zvyčajne používajú 1A systém, ktorý umožňuje 1A nepretržite prúdiť cez vysokonapäťovú cievku transformátora. Napríklad kapacita testovacieho transformátora 250 kV je 250 kVA a kapacita testovacieho transformátora 500 kV je 500 kVA. Kvôli celkovým rozmerom testovacieho zariadenia s vyšším napätím, Väčšie, je aj ekvivalentná kapacita zariadenia väčšia a testovací napájací zdroj musí poskytovať väčší zaťažovací prúd. Menovité napätie jedného skúšobného transformátora je príliš vysoké, čo spôsobí určité technické a ekonomické ťažkosti pri výrobe. Najvyššie napätie jedného testovacieho transformátora v Číne je 750 kV a na svete je len veľmi málo jednotlivých testovacích transformátorov s napätím presahujúcim 750 kV. Aby sa vyhovelo potrebám testovania striedavého napätia ultravysokého a ultravysokonapäťového energetického zariadenia, niekoľko testovacích transformátorov je zvyčajne zapojených do série, aby sa získalo vysoké napätie. Napríklad tri testovacie transformátory 750 kV sú zapojené do série, aby sa získalo testovacie napätie 2250 kV. Toto sa nazýva sériový testovací transformátor. Keď sú transformátory zapojené do série, vnútorná impedancia sa veľmi rýchlo zvyšuje a výrazne prevyšuje algebraický súčet impedancií niekoľkých transformátorov. Preto je počet sériovo zapojených transformátorov často obmedzený na 3. Skúšobné transformátory môžu byť tiež zapojené paralelne na zvýšenie výstupného prúdu, alebo môžu byť zapojené do tvaru △ alebo Y pre trojfázovú prevádzku.

Aby bolo možné vykonať testy odolnosti voči napätiu pri výkonovej frekvencii na vzorkách s veľkou elektrostatickou kapacitou, ako sú kondenzátory, káble a veľkokapacitné generátory, vyžaduje sa, aby napájacie zariadenie bolo vysokonapäťové aj veľkokapacitné. Pri realizácii tohto druhu napájacieho zariadenia budú ťažkosti. Niektoré oddelenia prijali vysokonapäťové sériové rezonančné testovacie zariadenie so striedavým napätím (pozri AC vysokonapäťové sériové rezonančné testovacie zariadenie).

Test odolnosti voči impulzu blesku

Schopnosť izolácie elektrického zariadenia odolávať napätiu bleskového impulzu sa testuje umelou simuláciou priebehov bleskového prúdu a špičkových hodnôt. Podľa skutočných výsledkov merania výboja blesku sa predpokladá, že priebeh blesku je unipolárna bi-exponenciálna krivka s vlnovou hlavou, ktorá je dlhá niekoľko mikrosekúnd a chvostom vlny, ktorá je dlhá desiatky mikrosekúnd. Väčšina bleskov má zápornú polaritu. Štandardy rôznych krajín po celom svete kalibrovali štandardnú bleskovú rázovú vlnu ako: zdanlivý čas čela vlny T1=1,2μs, tiež známy ako čas vlny; zdanlivý špičkový čas polvlny T2=50μs, známy aj ako čas konca vlny (pozri obrázok). Prípustná odchýlka medzi špičkovou hodnotou napätia a priebehom generovaným skutočným testovacím zariadením a štandardnou vlnou je: špičková hodnota, ±3 %; čas vlny, ±30 %; polvlnový špičkový čas, ±20 %; štandardný priebeh blesku sa zvyčajne vyjadruje ako 1,2 /50μs.

Skúšobné impulzné napätie blesku je generované generátorom impulzného napätia. Transformácia viacnásobných kondenzátorov generátora impulzného napätia z paralelného na sériový sa dosiahne prostredníctvom mnohých medzier zapaľovacích guľôčok, to znamená, že viaceré kondenzátory sú zapojené do série, keď sú medzery zapaľovacích guľôčok riadené tak, aby sa vybili. Rýchlosť nárastu napätia na testovanom zariadení a rýchlosť poklesu napätia po špičkovej hodnote je možné upraviť hodnotou odporu v obvode kondenzátora. Odpor, ktorý ovplyvňuje hlavu vlny, sa nazýva odpor hlavy vlny a odpor, ktorý ovplyvňuje chvost vlny, sa nazýva odpor chvosta vlny. Počas testu sa vopred stanovený čas vlny a špičkový čas polvlny štandardnej impulznej napäťovej vlny získajú zmenou hodnôt odporu rezistora vlny a rezistora vlny. Zmenou polarity a amplitúdy výstupného napätia usmerneného zdroja je možné získať požadovanú polaritu a špičkovú hodnotu impulznej napäťovej vlny. Z toho možno realizovať generátory impulzného napätia v rozsahu od stoviek tisíc voltov až po niekoľko miliónov voltov alebo dokonca desiatky miliónov voltov. Vyššie napätie generátora impulzného napätia navrhnutého a inštalovaného v Číne je 6000 kV.

Test bleskového impulzného napätia

Obsah obsahuje 4 položky. ① Test odolnosti proti nárazu: Zvyčajne sa používa na izoláciu bez samoobnovenia, ako je izolácia transformátorov, reaktorov atď. Účelom je otestovať, či tieto zariadenia vydržia napätie špecifikované stupňom izolácie. ② 50% test preskoku nárazom: Zvyčajne sa ako predmety používajú samoobnovujúce sa izolácie, ako sú izolátory, vzduchové medzery atď. Účelom je určiť hodnotu napätia U s pravdepodobnosťou flashoveru 50 %. So štandardnou odchýlkou ​​medzi touto hodnotou napätia a hodnotou flashoveru je možné určiť aj iné pravdepodobnosti preskoku, ako napríklad 5 % hodnotu napätia preskoku. U sa všeobecne považuje za výdržné napätie. ③ Test rozbitia: Účelom je určiť skutočnú pevnosť izolácie. Vykonáva sa najmä v závodoch na výrobu elektrických zariadení. ④Test krivky napätia a času (test krivky volt-sekunda): Krivka napätia a času ukazuje vzťah medzi aplikovaným napätím a poškodením izolácie (alebo preskočením porcelánovej izolácie) a časom. Krivka volt-sekunda (krivka V-t) môže poskytnúť základ pre zváženie koordinácie izolácie medzi chránenými zariadeniami, ako sú transformátory, a ochrannými zariadeniami, ako sú zvodiče.

Okrem testovania s plnou vlnou bleskových impulzov je niekedy potrebné otestovať elektrické zariadenia s vinutiami, ako sú transformátory a reaktory, aj skrátenými vlnami s časom skrátenia 2 až 5 μs. Skrátenie môže nastať na začiatku alebo na konci vlny. Generovanie a meranie tejto skrátenej vlny a určenie stupňa poškodenia zariadenia sú pomerne zložité a náročné. Vďaka rýchlemu procesu a vysokej amplitúde má test bleskového impulzného napätia vysoké technické požiadavky na testovanie a meranie. Podrobné skúšobné postupy, metódy a normy sú často stanovené ako referencia a implementácia pri vykonávaní skúšok.

Prevádzkový impulzný test prepätia

Umelým simulovaním priebehu impulzného prepätia prevádzky elektrizačnej sústavy sa testuje schopnosť izolácie elektrického zariadenia odolávať napätiu prevádzkového impulzu. V energetických systémoch existuje mnoho typov prevádzkových prepäťových vĺn a špičiek, ktoré súvisia s parametrami vedenia a stavom systému. Vo všeobecnosti ide o zoslabenú oscilačnú vlnu s frekvenciou v rozsahu od desiatok Hz do niekoľkých kilohertzov. Jeho amplitúda súvisí so systémovým napätím, ktoré sa zvyčajne vyjadruje ako niekoľkonásobok fázového napätia, až do 3 až 4-násobku fázového napätia. Prevádzkové rázové vlny trvajú dlhšie ako rázové vlny blesku a majú rôzne účinky na izoláciu elektrizačnej sústavy. Pre energetické systémy s napätím 220 kV a nižším je možné použiť krátkodobé testy odolnosti napájacieho kmitočtu na približné otestovanie stavu izolácie zariadenia pri prevádzkovom prepätí. Pre systémy a zariadenia s ultravysokým napätím a ultravysokým napätím 330 kV a viac má prevádzkové prepätie väčší vplyv na izoláciu a krátkodobé napäťové testy napájacej frekvencie už nemožno použiť na približnú náhradu prevádzkových impulzných napäťových testov. Z testovacích údajov je zrejmé, že pre vzduchové medzery nad 2 m je nelinearita prevádzkového vybíjacieho napätia významná, to znamená, že výdržné napätie sa zvyšuje pomaly, keď sa vzdialenosť medzery zväčšuje, a je dokonca nižšie ako krátkodobá výkonová frekvencia. vybíjacie napätie. Preto je potrebné testovať izoláciu simuláciou prevádzkového impulzného napätia.

Pre veľké medzery, izolátory a vonkajšiu izoláciu zariadenia existujú dva priebehy skúšobného napätia na simuláciu prevádzkového prepätia. ① Neperiodická exponenciálna vlna rozpadu: podobná rázovej vlne blesku, s tým rozdielom, že čas vlny a čas polovice vrcholu sú oveľa dlhšie ako vlnová dĺžka rázu blesku. Medzinárodná elektrotechnická komisia odporúča, aby bol štandardný priebeh prevádzkového impulzného napätia 250/2500 μs; keď štandardný priebeh nemôže spĺňať požiadavky výskumu, možno použiť 100/2500 μs a 500/2500 μs. Neperiodické exponenciálne vlny rozpadu môžu byť generované aj generátormi impulzného napätia. Princíp generovania bleskových rázových vĺn je v podstate rovnaký, až na to, že odpor hlavy vlny, odpor chvosta vlny a odpor nabíjania treba mnohonásobne zvýšiť. Vo vysokonapäťových laboratóriách sa bežne používa súprava generátorov impulzného napätia, vybavená dvoma súpravami odporov, a to ako na generovanie bleskového impulzného napätia, tak aj na generovanie prevádzkového impulzného napätia. Podľa predpisov je povolená odchýlka medzi vygenerovaným priebehom prevádzkového impulzného napätia a štandardným priebehom: špičková hodnota, ±3 %; výška vlny, ±20 %; polovičný čas, ±60 %. ② Utlmená oscilačná vlna: Trvanie polvlny 01 sa vyžaduje 2000~3000μs a amplitúda polvlny 02 by mala dosiahnuť zhruba 80% amplitúdy polvlny 01. Utlmená oscilačná vlna sa indukuje na vysokonapäťovej strane pomocou kondenzátora na vybitie nízkonapäťovej strany testovacieho transformátora. Táto metóda sa väčšinou používa pri testoch prevádzkových vĺn výkonového transformátora na mieste v rozvodniach, pričom samotný testovaný transformátor sa používa na generovanie testovacích kriviek na testovanie vlastnej odolnosti voči napätiu.

Obsah testu prevádzkového impulzného prepätia zahŕňa 5 položiek: ① test výdrže prevádzkového impulzu; ② 50% prevádzkový impulzný test preskoku; ③ test poruchy; ④ test časovej krivky napätia (test krivky volt-sekunda); ⑤ prevádzková impulzná napäťová vlna test krivky. Prvé štyri testy sú rovnaké ako zodpovedajúce požiadavky testu pri skúške impulzným bleskom. Skúška č. 5 sa vyžaduje pre prevádzkové charakteristiky rázového výboja, pretože výbojové napätie dlhej vzduchovej medzery pri pôsobení prevádzkových rázových vĺn sa bude meniť s výškou rázovej vlny. Pri určitej dĺžke vlny, napríklad 150 μs, je vybíjacie napätie nízke a táto vlna sa nazýva kritická vlna. Kritická vlnová dĺžka sa mierne zvyšuje s dĺžkou medzery.

Test jednosmerného výdržného napätia

Použite jednosmerný prúd na testovanie izolačného výkonu elektrického zariadenia. Účelom je: ① určiť schopnosť jednosmerného vysokonapäťového elektrického zariadenia odolať jednosmernému napätiu; ② kvôli obmedzeniu kapacity testovacieho zdroja striedavého prúdu použite vysoké jednosmerné napätie namiesto vysokého striedavého napätia na vykonanie testov odolnosti voči napätiu na vysokokapacitnom striedavom zariadení.

Jednosmerné testovacie napätie je vo všeobecnosti generované striedavým napájaním cez usmerňovacie zariadenie a je to vlastne unipolárne pulzujúce napätie. Existuje maximálna hodnota napätia U na vrchole vlny a minimálna hodnota napätia U v dolnej časti vlny. Takzvaná hodnota testovacieho jednosmerného napätia sa vzťahuje na aritmetickú strednú hodnotu tohto pulzujúceho napätia, to znamená, že samozrejme nechceme, aby pulzácia bola príliš veľká, takže koeficient pulzácie S DC testovacieho napätia je stanovený tak, aby nepresiahol 3. %, to znamená, že jednosmerné napätie je rozdelené na kladnú a zápornú polaritu. Rôzne polarity majú rôzne mechanizmy pôsobenia na rôzne izolácie. V teste musí byť špecifikovaná jedna polarita. Vo všeobecnosti sa na test používa polarita, ktorá prísne testuje izolačný výkon.

Zvyčajne sa na generovanie vysokého jednosmerného napätia používa jednostupňový polvlnový alebo celovlnný usmerňovací obvod. Kvôli obmedzeniu menovitého napätia kondenzátora a vysokonapäťovej kremíkovej sady môže tento obvod vo všeobecnosti vydávať 200 ~ 300 kV. Ak je potrebné vyššie jednosmerné napätie, možno použiť kaskádovú metódu. Výstupné napätie kaskádového generátora jednosmerného napätia môže byť 2n-násobok špičkového napätia výkonového transformátora, kde n predstavuje počet sériových spojení. Pokles napätia a hodnota zvlnenia výstupného napätia tohto zariadenia sú funkciami počtu sérií, zaťažovacieho prúdu a frekvencie striedavého prúdu. Ak je sérií príliš veľa a prúd je príliš veľký, pokles napätia a pulzácia dosiahne netolerovateľnú úroveň. Toto kaskádové zariadenie na generovanie jednosmerného napätia môže vydávať napätie asi 2000-3000 kV a výstupný prúd len desiatky miliampérov. Pri testoch v umelom prostredí môže predvybíjací prúd dosiahnuť niekoľko stoviek miliampérov alebo dokonca 1 ampér. V tomto čase by malo byť pridané zariadenie na stabilizáciu tyristorového napätia na zlepšenie kvality výstupného napätia. Požaduje sa, aby pri trvaní 500 ms a amplitúde 500 mA, keď prúdový impulz pred vybíjaním preteká raz za sekundu, spôsobený pokles napätia nepresiahol 5 %.

Pri preventívnej skúške izolácie zariadení elektrizačnej sústavy (pozri skúška izolácie) sa často používa jednosmerné vysoké napätie na meranie zvodového prúdu a izolačného odporu káblov, kondenzátorov a pod. a vykonáva sa aj skúška izolačným napätím. Testy ukázali, že keď je frekvencia v rozsahu 0,1 až 50 Hz, rozloženie napätia vo viacvrstvovom médiu je v podstate rozdelené podľa kapacity. Preto test odolnosti voči napätiu s použitím ultranízkej frekvencie 0,1 Hz môže byť ekvivalentný testu odolnosti voči napätiu pri výkonovej frekvencii, čím sa zabráni použitiu výdrže vysokého napätia. Náročnosť kapacitného testovacieho zariadenia na striedavé napätie môže odrážať aj izolačný stav testovaného zariadenia. V súčasnosti sa na koncovej izolácii motorov vykonávajú ultranízkofrekvenčné testy odolnosti voči napätiu, ktoré sa považujú za účinnejšie ako testy výdržného napätia pri výkonovej frekvencii.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.