Оцінка здатності витримувати напругу ізоляції електрообладнання.

Технічний засіб для перевірки та оцінки здатності ізоляції витримувати напругу електрообладнання. Необхідно використовувати ізоляційні конструкції для ізоляції струмоведучих частин усього електричного обладнання від заземлених частин або інших нееквіпотенціальних тіл під напругою, щоб забезпечити нормальну роботу обладнання. Діелектрична міцність окремого ізоляційного матеріалу виражається як середня напруженість електричного поля пробою по товщині (одиниця — кВ/см). Структура ізоляції електрообладнання, наприклад ізоляції генераторів і трансформаторів, складається з різноманітних матеріалів, і конструкція також надзвичайно складна. Будь-яке локальне пошкодження ізоляційної конструкції призведе до втрати ізоляційних характеристик усього обладнання. Таким чином, загальну ізоляційну здатність обладнання, як правило, можна виразити лише випробувальною напругою (одиниця: кВ), яку воно може витримати. Випробувальна напруга ізоляції може вказувати на рівень напруги, який може витримати обладнання, але вона не еквівалентна фактичній міцності ізоляції обладнання. Особливою вимогою до координації ізоляції системи живлення є координація та формулювання витримуваної випробувальної напруги ізоляції різного електричного обладнання, щоб вказати вимоги до рівня ізоляції обладнання. Випробування ізоляції на витримку напруги є руйнівним випробуванням (див. випробування ізоляції). Таким чином, для деякого ключового обладнання в експлуатації, яке не має запасних частин або потребує тривалого ремонту, ви повинні ретельно розглянути питання про проведення випробування ізоляції на витримувану напругу.

Коли різне електричне обладнання в енергосистемі працює, окрім того, що витримує робочу напругу змінного або постійного струму, воно також страждатиме від різних перенапруг. Ці перенапруги не тільки мають високу амплітуду, але також мають форму хвилі та тривалість, які сильно відрізняються від робочої напруги. Їх вплив на ізоляцію та механізми, які можуть спричинити її руйнування, також різні. Тому необхідно використовувати відповідну випробувальну напругу для проведення випробування електрообладнання на витримувану напругу. Випробування ізоляції на витримувану напругу, визначені китайськими стандартами для систем живлення змінного струму, включають: ① короткочасне (1 хвилина) випробування витримуваної напруги промислової частоти; ② довгострокове випробування на витримку напруги промислової частоти; ③ Випробування постійної напруги; ④ випробування робочої напруги на ударну хвилю; ⑤Випробування на витримку напруги ударної хвилі блискавки. Він також передбачає, що характеристики ізоляції електричного обладнання від 3 до 220 кВ під робочою напругою промислової частоти, тимчасовою перенапругою та робочою перенапругою, як правило, перевіряються шляхом короткочасного випробування витримуваної напруги промислової частоти, а випробування робочого удару не вимагається. Для електрообладнання від 330 до 500 кВ необхідне випробування на робочий удар, щоб перевірити ефективність ізоляції під робочою перенапругою. Довгострокове випробування на витримку напруги промислової частоти - це випробування, яке проводиться на стан внутрішньої деградації ізоляції та зовнішнього забруднення ізоляції електричного обладнання.

Стандарти випробування ізоляції на витримувану напругу мають окремі правила в кожній країні. Китайські стандарти (GB311.1-83) передбачають базовий рівень ізоляції обладнання для передачі та трансформації електроенергії 3-500 кВ; 3-500kv обладнання для передачі та трансформації електроенергії, витримувана напруга імпульсу блискавки, витримувана напруга однієї хвилини; та 330-500 кВ обладнання для передачі та перетворення електроенергії Імпульсна витримувана напруга для роботи електрообладнання. Відділ виробництва електрообладнання та відділ експлуатації енергосистеми повинні відповідати стандартам при виборі предметів і значень випробувальної напруги для випробування витримуваною напругою.

Випробування витримуваної напруги промислової частоти

Використовується для перевірки та оцінки здатності ізоляції електричного обладнання витримувати напругу промислової частоти. Випробувальна напруга має бути синусоїдальною, а частота – такою ж, як частота системи живлення. Зазвичай вказується, що однохвилинне випробування напругою, що витримується, використовується для перевірки здатності ізоляції витримувати короткочасну напругу, а випробування довгострокової напруги, що витримується, використовується для перевірки прогресуючого погіршення внутрішньої ізоляції, наприклад, часткового розряду. пошкодження, втрати діелектрика та термічні пошкодження, викликані струмом витоку. На зовнішню ізоляцію зовнішнього енергетичного обладнання впливають атмосферні фактори. На додаток до випробування на витримку напруги промислової частоти в стані сухої поверхні також потрібне випробування на витримку напруги в штучно змодельованому атмосферному середовищі (наприклад, у вологому або брудному стані).

Синусоїдальна напруга змінного струму може бути виражена через пікове значення або ефективне значення. Співвідношення пікового значення до ефективного значення дорівнює кореню квадратному з двох. Форма хвилі та частота випробувальної напруги, фактично застосованої під час випробування, неминуче відхилятимуться від стандартних правил. Китайські стандарти (GB311.3-83) передбачають, що частотний діапазон тестової напруги має бути від 45 до 55 Гц, а форма хвилі тестової напруги має бути близькою до синусоїдальної. Умови полягають у тому, що позитивні та негативні напівхвилі повинні бути абсолютно однаковими, а пікове значення та ефективне значення мають бути однаковими. Відношення дорівнює ±0,07. Як правило, так зване значення тестової напруги відноситься до ефективного значення, яке поділено на його пікове значення.

Джерело живлення, що використовується для випробування, складається з високовольтного випробувального трансформатора та пристрою регулювання напруги. Принцип випробувального трансформатора такий же, як і загального силового трансформатора. Його номінальна вихідна напруга повинна відповідати вимогам випробувань і залишати вільний простір; вихідна напруга випробувального трансформатора повинна бути достатньо стабільною, щоб не викликати зміни вихідного сигналу через падіння напруги струму перед розрядом на внутрішньому опорі джерела живлення. Напруга значно коливається, щоб уникнути труднощів вимірювання або навіть вплинути на процес розряду. Тому тестове джерело живлення повинно мати достатню потужність, а внутрішній опір повинен бути якомога меншим. Як правило, вимоги до потужності випробувального трансформатора визначаються тим, який струм короткого замикання він може видавати під випробувальною напругою. Наприклад, для випробування невеликих зразків твердої, рідкої або комбінованої ізоляції в сухому стані струм короткого замикання обладнання повинен становити 0,1 А; для випробування самовідновлюваної ізоляції (ізоляторів, роздільників тощо) у сухому стані необхідний струм короткого замикання обладнання не менше 0,1 А; для випробувань зовнішньої ізоляції штучним дощем струм короткого замикання обладнання повинен бути не менше 0,5 А; для випробувань зразків більших розмірів струм короткого замикання обладнання повинен становити 1 А. Загалом, тестові трансформатори з нижчою номінальною напругою переважно використовують систему 0,1 А, яка дозволяє 0,1 А безперервно протікати через високовольтну котушку трансформатора. Наприклад, потужність випробувального трансформатора 50 кВ встановлена ​​на 5 кВА, а потужність випробувального трансформатора 100 кВ становить 10 кВА. Випробувальні трансформатори з більш високою номінальною напругою зазвичай використовують систему 1A, яка дозволяє 1A безперервно протікати через високовольтну котушку трансформатора. Наприклад, потужність випробувального трансформатора 250 кВ становить 250 кВА, а потужність випробувального трансформатора 500 кВ — 500 кВА. Через загальні розміри випробувального обладнання з високою напругою, Larger, еквівалентна ємність обладнання також більша, і тестове джерело живлення має забезпечувати більший струм навантаження. Номінальна напруга одного тестового трансформатора є занадто високою, що спричинить деякі технічні та економічні труднощі під час виготовлення. Найвища напруга одного тестового трансформатора в Китаї становить 750 кВ, і в світі дуже мало одиничних тестових трансформаторів з напругою, що перевищує 750 кВ. Щоб задовольнити потреби випробування напруги змінного струму силового обладнання надвисокої та надвисокої напруги, декілька випробувальних трансформаторів зазвичай з’єднують послідовно для отримання високої напруги. Наприклад, три випробувальні трансформатори 750 кВ з’єднані послідовно, щоб отримати випробувальну напругу 2250 кВ. Це називається серійним тестовим трансформатором. При послідовному з’єднанні трансформаторів внутрішній опір зростає дуже швидко і значно перевищує алгебраїчну суму повних опорів кількох трансформаторів. Тому кількість трансформаторів, з’єднаних послідовно, часто обмежена 3. Випробувальні трансформатори також можна з’єднати паралельно, щоб збільшити вихідний струм, або з’єднати у формі △ або Y для трифазної роботи.

Для проведення випробувань витримуваної напруги промислової частоти на зразках з великою електростатичною ємністю, таких як конденсатори, кабелі та генератори великої ємності, джерело живлення має бути як високовольтним, так і великої ємності. Виникнуть труднощі з реалізацією такого пристрою електроживлення. Деякі департаменти прийняли високовольтне резонансне випробувальне обладнання (див. випробувальне резонансне випробувальне обладнання високої напруги змінного струму).

Випробування грозового імпульсу на стійкість до напруги

Здатність ізоляції електрообладнання витримувати імпульсну напругу блискавки перевіряється штучним моделюванням хвиль струму блискавки та пікових значень. Згідно з фактичними результатами вимірювання розряду блискавки, вважається, що форма хвилі блискавки є однополярною біекспоненціальною кривою з головою хвилі довжиною кілька мікросекунд і хвостом хвилі довжиною десятки мікросекунд. Більшість блискавок має негативну полярність. Стандарти різних країн світу відкалібрували стандартну ударну хвилю блискавки як: час видимого фронту хвилі T1=1,2 мкс, також відомий як час напору хвилі; уявний піковий час напівхвилі T2=50 мкс, також відомий як час хвилі (див. малюнок). Допустимі відхилення між піковим значенням напруги та формою хвилі, створеної фактичним випробувальним пристроєм, і стандартною хвилею: пікове значення ±3%; час напору хвилі, ±30%; піковий час напівхвилі, ±20%; стандартна форма хвилі блискавки зазвичай виражається як 1,2 /50 мкс.

Випробувальна напруга грозового імпульсу генерується генератором імпульсної напруги. Перетворення декількох конденсаторів генератора імпульсної напруги з паралельного в послідовне досягається за допомогою багатьох кулькових проміжків запалювання, тобто кілька конденсаторів з’єднані послідовно, коли кулькові проміжки запалювання контролюються для розряду. Швидкість зростання напруги на досліджуваному пристрої та швидкість падіння напруги після пікового значення можна регулювати значенням опору в ланцюзі конденсатора. Опір, який впливає на голову хвилі, називається опором голови хвилі, а опір, який впливає на хвіст хвилі, називається опором хвилі. Під час випробування заданий час голови хвилі та піковий час напівхвилі стандартної хвилі імпульсної напруги отримують шляхом зміни значень опору резистора головки хвилі та резистора хвилі. Змінюючи полярність і амплітуду випрямленої вихідної напруги джерела живлення, можна отримати необхідну полярність і пікове значення хвилі імпульсної напруги. З цього можна створити генератори імпульсної напруги від сотень тисяч вольт до кількох мільйонів вольт або навіть десятків мільйонів вольт. Вища напруга генератора імпульсної напруги, розробленого та встановленого Китаєм, становить 6000 кВ.

Випробування імпульсної напруги блискавки

Контент включає 4 елементи. ①Випробування напруги, що витримує удар: зазвичай використовується для ізоляції, яка не самовідновлюється, наприклад ізоляції трансформаторів, реакторів тощо. Мета полягає в тому, щоб перевірити, чи можуть ці пристрої витримувати напругу, визначену класом ізоляції. ② Випробування на спалах при ударі 50 %: зазвичай як об’єкти використовуються самовідновлювальні ізолятори, такі як ізолятори, повітряні проміжки тощо. Метою є визначення значення напруги U з ймовірністю спалаху 50%. За допомогою стандартного відхилення між цим значенням напруги та значенням спалаху також можна визначити інші ймовірності спалаху, наприклад 5% значення напруги спалаху. U зазвичай розглядається як витримувана напруга. ③Випробування на руйнування: мета полягає в тому, щоб визначити фактичну міцність ізоляції. В основному здійснюється на підприємствах з виробництва електрообладнання. ④Випробування кривої «напруга-час» (випробування кривої «вольт-секунда»): крива «напруга-час» показує зв’язок між прикладеною напругою та пошкодженням ізоляції (або спалахом порцелянової ізоляції) та часом. Вольт-секунда крива (крива V-t) може стати основою для розгляду координації ізоляції між захищеним обладнанням, таким як трансформатори, і захисним обладнанням, таким як розрядники.

На додаток до тестування за допомогою повної хвилі імпульсів блискавки, іноді електричне обладнання з обмотками, наприклад трансформатори та реактори, також потребує перевірки за допомогою усічених хвиль із часом усікання від 2 до 5 мкс. Відсікання може відбуватися на початку або в кінці хвилі. Генерація та вимірювання цієї усіченої хвилі та визначення ступеня пошкодження обладнання є відносно складними та складними. Завдяки швидкому процесу та високій амплітуді випробування імпульсною напругою блискавки має високі технічні вимоги до тестування та вимірювання. Детальні процедури випробувань, методи та стандарти часто обумовлюються для довідки та впровадження під час проведення випробувань.

Випробування робочої імпульсної перенапруги

Шляхом штучного моделювання форми імпульсу перенапруги роботи енергосистеми перевіряється здатність ізоляції електрообладнання витримувати імпульсну напругу роботи. Існує багато типів робочих форм сигналів перенапруги та піків в енергосистемах, які пов’язані з параметрами лінії та станом системи. Як правило, це ослаблена коливальна хвиля з частотою від десятків Гц до кількох кілогерц. Його амплітуда пов’язана з системною напругою, яка зазвичай виражається як кілька разів фазної напруги, до 3-4 разів фазної напруги. Робочі ударні хвилі тривають довше, ніж ударні хвилі блискавки, і по-різному впливають на ізоляцію енергосистеми. Для енергосистем 220 кВ і нижче можна використовувати короткочасні випробування витримуваної напруги промислової частоти, щоб приблизно перевірити стан ізоляції обладнання під робочою перенапругою. Для систем і обладнання надвисокої та надвисокої напруги 330 кВ і вище робоча перенапруга має більший вплив на ізоляцію, і короткочасні випробування напругою промислової частоти більше не можуть використовуватися для приблизної заміни випробувань робочої імпульсної напруги. З даних випробувань видно, що для повітряних проміжків понад 2 м нелінійність робочої напруги розряду є значною, тобто витримувана напруга повільно зростає, коли відстань збільшується, і навіть нижче, ніж короткочасна частота живлення. напруга розряду. Тому ізоляцію необхідно перевірити шляхом імітації робочої імпульсної напруги.

Для довгих проміжків, ізоляторів і зовнішньої ізоляції обладнання існують дві форми сигналів тестової напруги для імітації робочої перенапруги. ① Неперіодична хвиля експоненціального розпаду: подібна до ударної хвилі блискавки, за винятком того, що час напору хвилі та час напівпікового випромінювання значно довший за довжину хвилі удару блискавки. Міжнародна електротехнічна комісія рекомендує, щоб стандартна форма сигналу робочої імпульсної напруги становила 250/2500 мкс; коли стандартна форма сигналу не відповідає вимогам дослідження, можна використовувати 100/2500 мкс і 500/2500 мкс. Неперіодичні експоненціальні хвилі загасання також можуть бути створені генераторами імпульсної напруги. Принцип генерації ударних хвиль блискавки в основному той самий, за винятком того, що опір голови хвилі, опір хвилі хвилі та опір заряджання повинні бути збільшені багаторазово. Набір генераторів імпульсної напруги зазвичай використовується в лабораторіях високої напруги, оснащених двома комплектами резисторів, як для генерації імпульсної напруги блискавки, так і для генерації робочої імпульсної напруги. Згідно з нормативними документами допустиме відхилення між формою хвилі напруги робочого імпульсу та стандартною формою сигналу становить: пікове значення ±3%; напір хвилі, ±20%; напівпіковий час, ±60%. ② Хвиля ослабленого коливання: тривалість напівхвилі 01 повинна становити 2000~3000 мкс, а амплітуда напівхвилі 02 повинна приблизно досягати 80% амплітуди напівхвилі 01. Ослаблена хвиля коливань індукується на стороні високої напруги за допомогою конденсатора для розрядки сторони низької напруги тестового трансформатора. Цей метод здебільшого використовується під час випробування робочої хвилі силового трансформатора на підстанціях із використанням самого перевіреного трансформатора для генерування тестових сигналів для перевірки його власної здатності витримувати напругу.

Зміст випробування на перенапругу робочого імпульсу включає 5 пунктів: ① випробування витримуваної напруги робочого імпульсу; ② випробування спалаху робочого імпульсу 50%; ③ тест на розрив; ④ перевірка кривої напруги в часі (випробування вольт-секундної кривої); ⑤ тест кривої хвилі напруги робочого імпульсу. Перші чотири випробування такі ж, як і відповідні вимоги випробувань у випробуванні імпульсної напруги блискавки. Випробування № 5 необхідне для характеристик робочого ударного розряду, тому що розрядна напруга довгого повітряного проміжку під дією робочих ударних хвиль буде змінюватися з напором ударної хвилі. При певній довжині хвилі, наприклад 150 мкс, розрядна напруга є низькою, і ця хвиля називається критичною. Критична довжина хвилі трохи збільшується зі збільшенням довжини зазору.

Випробування постійної напруги

Використовуйте джерело постійного струму для перевірки ізоляції електрообладнання. Метою є: ① визначити здатність високовольтного електричного обладнання постійного струму витримувати напругу постійного струму; ② через обмеження тестової потужності джерела живлення змінного струму використовуйте високу напругу постійного струму замість високої напруги змінного струму для проведення випробувань на витримку напруги обладнання змінного струму великої ємності.

Випробувальна напруга постійного струму, як правило, генерується джерелом живлення змінного струму через випрямний пристрій і фактично є уніполярною пульсуючою напругою. Існує максимальне значення напруги U на піку хвилі, а мінімальне значення напруги U — на спаді хвилі. Так зване значення випробувальної напруги постійного струму відноситься до середнього арифметичного значення цієї пульсуючої напруги, тобто, очевидно, ми не хочемо, щоб пульсація була надто великою, тому коефіцієнт пульсації S випробувальної напруги постійного струму не повинен перевищувати 3. %, тобто постійна напруга ділиться на позитивну і негативну полярності. Різні полярності мають різні механізми дії на різні ізоляції. У тесті повинна бути вказана одна полярність. Як правило, для перевірки використовується полярність, яка серйозно перевіряє характеристики ізоляції.

Зазвичай для генерації високої напруги постійного струму використовується одноступінчаста напівхвильова або повнохвильова схема випрямляча. Через обмеження номінальної напруги конденсатора та високовольтної кремнієвої панелі ця схема зазвичай може видавати 200~300 кВ. Якщо потрібна більш висока постійна напруга, можна використовувати каскадний метод. Вихідна напруга каскадного генератора постійного струму може в 2n разів перевищувати пікову напругу силового трансформатора, де n означає кількість послідовних з’єднань. Падіння напруги та значення пульсацій вихідної напруги цього пристрою є функціями кількості серій, струму навантаження та частоти мережі змінного струму. Якщо серій занадто багато, а струм занадто великий, падіння напруги та пульсація досягнуть нестерпного рівня. Цей пристрій каскадного генерування постійної напруги може видавати напругу близько 2000-3000 кВ і вихідний струм лише в десятки міліампер. Під час проведення випробувань у штучному середовищі струм перед розрядом може досягати кількох сотень міліампер або навіть 1 ампер. У цей час слід додати тиристорний стабілізатор напруги для поліпшення якості вихідної напруги. Необхідно, щоб при тривалості 500 мс і амплітуді 500 мА, коли імпульс струму перед розрядом протікає один раз на секунду, падіння напруги не перевищувало 5%.

Під час профілактичного випробування ізоляції обладнання системи живлення (див. випробування ізоляції) висока напруга постійного струму часто використовується для вимірювання струму витоку та опору ізоляції кабелів, конденсаторів тощо, а також виконується випробування ізоляції на стійкість до напруги. Випробування показали, що коли частота знаходиться в діапазоні від 0,1 до 50 Гц, розподіл напруги всередині багатошарового середовища в основному розподіляється відповідно до ємності. Таким чином, випробування на витримку напруги з використанням наднизької частоти 0,1 Гц може бути еквівалентним випробуванню витримкою напруги промислової частоти, що дозволяє уникнути використання високої витримуваної напруги. Складність ємності обладнання для випробування витримуваної напруги змінного струму також може відображати стан ізоляції обладнання, що тестується. В даний час на кінцевій ізоляції двигунів проводяться випробування на напругу, що витримується наднизькою частотою, які вважаються більш ефективними, ніж випробування на витримувану напругу промислової частоти.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.