Hodnocení napěťové odolnosti izolace elektrických zařízení.

Technický prostředek pro testování a hodnocení izolační odolnosti elektrického zařízení. Izolační konstrukce musí být použity k izolaci živých částí všech elektrických zařízení od uzemněných částí nebo od jiných neekvipotenciálních živých těles, aby byl zajištěn normální provoz zařízení. Dielektrická pevnost jednotlivého izolačního materiálu je vyjádřena jako průměrná intenzita průrazného elektrického pole podél tloušťky (jednotka je kV/cm). Izolační struktura elektrických zařízení, jako je izolace generátorů a transformátorů, se skládá z různých materiálů a konstrukční tvar je také extrémně složitý. Jakékoli lokální poškození izolační struktury způsobí ztrátu izolačního výkonu celého zařízení. Proto lze celkovou izolační schopnost zařízení obecně vyjádřit pouze zkušebním napětím (jednotka: kV), kterému může odolat. Zkušební napětí izolace může udávat úroveň napětí, které zařízení vydrží, ale není ekvivalentní skutečné izolační síle zařízení. Specifickým požadavkem na koordinaci izolace napájecího systému je koordinace a formulace zkušebního napětí izolace různých elektrických zařízení, aby bylo možné indikovat požadavky na úroveň izolace zařízení. Zkouška izolačního výdržného napětí je destruktivní zkouška (viz zkouška izolace). Proto u některých klíčových zařízení v provozu, která postrádají náhradní díly nebo potřebují dlouhou dobu na opravu, byste měli pečlivě zvážit, zda provést zkoušku izolačního napětí.

Při chodu různých elektrických zařízení v energetickém systému budou kromě toho, že vydrží střídavé nebo stejnosměrné pracovní napětí, trpět také různými přepětími. Tato přepětí mají nejen vysokou amplitudu, ale mají také průběhy a trvání, které se velmi liší od pracovního napětí. Rozdílné jsou také jejich účinky na izolaci a mechanismy, které mohou způsobit porušení izolace. Proto je nutné použít odpovídající zkušební napětí k provedení zkoušky odolnosti elektrického zařízení. Testy odolnosti izolačního napětí specifikované v čínských normách pro systémy střídavého napájení zahrnují: ① krátkodobou (1 minutu) test odolnosti proti napájecí frekvenci; ② dlouhodobý test odolnosti proti napětí; ③ DC test výdržného napětí; ④ test odolnosti proti provozní rázové vlně; ⑤ Test odolnosti proti rázové vlně blesku. Rovněž stanoví, že izolační výkon elektrického zařízení 3 až 220 kv pod provozním napětím napájecí frekvence, dočasným přepětím a provozním přepětím se obecně testuje krátkodobou zkouškou odolnosti proti elektrickému kmitočtu a zkouška provozním nárazem se nevyžaduje. U elektrických zařízení 330 až 500 kv je vyžadována provozní rázová zkouška pro kontrolu izolačního výkonu při provozním přepětí. Dlouhodobý test odolnosti proti elektrickému kmitočtu je test prováděný na stav degradace vnitřní izolace a vnějšího znečištění izolace elektrického zařízení.

Normy pro zkoušky izolačního napětí mají v každé zemi specifické předpisy. Čínské normy (GB311.1-83) stanoví základní úroveň izolace zařízení pro přenos a transformaci energie 3-500kv; 3-500kv zařízení pro přenos energie a transformaci bleskového impulzu výdržné napětí, jednominutové výdržné napětí napájecí frekvence; a zařízení pro přenos a transformaci energie 330-500kv Impulsní výdržné napětí pro provoz elektrických zařízení. Oddělení výroby elektrického zařízení a oddělení provozu energetického systému by mělo při výběru položek a hodnot zkušebního napětí pro zkoušku výdržným napětím dodržovat normy.

Zkouška výdržného napětí napájecí frekvence

Používá se k testování a vyhodnocování schopnosti izolace elektrického zařízení odolávat napájecímu frekvenčnímu napětí. Zkušební napětí by mělo být sinusové a frekvence by měla být stejná jako frekvence napájecího systému. Obvykle se uvádí, že jednominutová zkouška výdržným napětím se používá k testování schopnosti izolace krátkodobě odolávat napětí a zkouška dlouhodobou výdrží napětí se používá k testování progresivního zhoršování uvnitř izolace, jako je částečný výboj poškození, dielektrické ztráty a tepelné poškození způsobené svodovým proudem. Vnější izolace venkovních energetických zařízení je ovlivněna atmosférickými faktory prostředí. Kromě testu výdržného napětí na elektrickém kmitočtu v suchém stavu povrchu je vyžadován také test odolnosti proti napětí v uměle simulovaném atmosférickém prostředí (jako je mokrý nebo špinavý stav).

Střídavé sinusové napětí může být vyjádřeno jako špičková hodnota nebo efektivní hodnota. Poměr maximální hodnoty k efektivní hodnotě je druhá odmocnina. Tvar vlny a frekvence testovacího napětí skutečně použitého během testu se nevyhnutelně budou odchylovat od standardních předpisů. Čínské normy (GB311.3-83) stanoví, že frekvenční rozsah zkušebního napětí by měl být 45 až 55 Hz a průběh zkušebního napětí by se měl blížit sinusovce. Podmínkou je, že kladné a záporné půlvlny by měly být přesně stejné a maximální hodnota a efektivní hodnota by měly být stejné. Poměr je roven ±0,07. Obecně se tzv. hodnota zkušebního napětí vztahuje k efektivní hodnotě, která se dělí její špičkovou hodnotou.

Napájecí zdroj použitý pro zkoušku se skládá z vysokonapěťového zkušebního transformátoru a zařízení pro regulaci napětí. Princip zkušebního transformátoru je stejný jako u obecného výkonového transformátoru. Jeho jmenovité výstupní napětí by mělo splňovat požadavky zkoušky a ponechat prostor pro volnost; výstupní napětí zkušebního transformátoru by mělo být dostatečně stabilní, aby nezpůsobilo změnu výstupu v důsledku poklesu napětí předvybíjecího proudu na vnitřním odporu napájecího zdroje. Napětí výrazně kolísá, aby se předešlo potížím s měřením nebo dokonce ovlivnilo proces vybíjení. Zkušební zdroj proto musí mít dostatečnou kapacitu a vnitřní impedance by měla být co nejmenší. Obecně jsou požadavky na kapacitu zkušebního transformátoru určeny podle toho, jaký zkratový proud může vydat pod zkušebním napětím. Například pro zkoušku malých vzorků pevné, kapalné nebo kombinované izolace v suchém stavu je požadován zkratový proud zařízení 0,1A; pro zkoušku samoobnovující se izolace (izolátory, oddělovací spínače atd.) v suchém stavu je vyžadován zkratový proud zařízení Ne méně než 0,1A; pro testy vnější izolace umělým deštěm se požaduje, aby zkratový proud zařízení nebyl menší než 0,5A; pro zkoušky vzorků větších rozměrů je požadován zkratový proud zařízení 1A. Obecně řečeno, zkušební transformátory s nižším jmenovitým napětím většinou používají systém 0,1A, který umožňuje 0,1A plynule protékat vysokonapěťovou cívkou transformátoru. Například kapacita zkušebního transformátoru 50 kV je nastavena na 5 kVA a kapacita zkušebního transformátoru 100 kV je 10 kVA. Zkušební transformátory s vyšším jmenovitým napětím obvykle používají 1A systém, který umožňuje 1A plynule protékat vysokonapěťovou cívkou transformátoru. Například kapacita zkušebního transformátoru 250 kV je 250 kVA a kapacita zkušebního transformátoru 500 kV je 500 kVA. Vzhledem k celkovým rozměrům zkušebního zařízení s vyšším napětím, větší, je také větší ekvivalentní kapacita zařízení a zkušební napájecí zdroj musí poskytovat větší zátěžový proud. Jmenovité napětí jednoho zkušebního transformátoru je příliš vysoké, což způsobí určité technické a ekonomické potíže při výrobě. Nejvyšší napětí jednoho zkušebního transformátoru v Číně je 750 kV a na světě je jen velmi málo jednotlivých zkušebních transformátorů s napětím přesahujícím 750 kV. Aby se vyhovělo potřebám testování střídavým napětím u ultravysokonapěťových a ultravysokonapěťových energetických zařízení, je obvykle několik testovacích transformátorů zapojeno do série pro získání vysokého napětí. Například tři zkušební transformátory 750 kV jsou zapojeny do série, aby se získalo zkušební napětí 2250 kV. Toto se nazývá sériový testovací transformátor. Když jsou transformátory zapojeny do série, vnitřní impedance roste velmi rychle a značně převyšuje algebraický součet impedancí několika transformátorů. Proto je počet sériově zapojených transformátorů často omezen na 3. Zkušební transformátory lze také zapojit paralelně pro zvýšení výstupního proudu nebo zapojit do tvaru △ nebo Y pro třífázový provoz.

Aby bylo možné provádět zkoušky odolnosti vůči napětí na vzorcích s velkou elektrostatickou kapacitou, jako jsou kondenzátory, kabely a velkokapacitní generátory, je vyžadováno, aby napájecí zařízení bylo vysokonapěťové i velkokapacitní. Při realizaci tohoto druhu napájecího zařízení budou potíže. Některá oddělení přijala zařízení pro vysokonapěťové sériové rezonanční zkoušky s vysokým napětím (viz zařízení na zkoušení vysokonapěťové sériové rezonance střídavého proudu).

Test odolnosti proti bleskovému impulsu

Schopnost izolace elektrického zařízení odolat impulznímu napětí blesku je testována umělou simulací průběhů bleskových proudů a špičkových hodnot. Podle skutečných výsledků měření výboje blesku se má za to, že průběh blesku je unipolární bi-exponenciální křivka s vlnovou hlavou dlouhou několik mikrosekund a koncem vlny, který je dlouhý desítky mikrosekund. Většina blesků má zápornou polaritu. Standardy různých zemí po celém světě kalibrovaly standardní rázovou vlnu blesku jako: zdánlivý čas čela vlny T1=1,2μs, také známý jako čas vlny; zdánlivý půlvlnný špičkový čas T2=50μs, také známý jako čas ocasu vlny (viz obrázek). Přípustná odchylka mezi špičkovou hodnotou napětí a průběhem generovaným skutečným zkušebním zařízením a standardní vlnou je: špičková hodnota, ±3 %; čas vlny, ±30 %; půlvlnný špičkový čas, ±20 %; standardní průběh blesku je obvykle vyjádřen jako 1,2 /50μs.

Impulzní testovací napětí je generováno generátorem impulsního napětí. Transformace vícenásobných kondenzátorů generátoru impulsního napětí z paralelního na sériový je dosažen prostřednictvím mnoha mezer zapalovacích kuliček, to znamená, že vícenásobné kondenzátory jsou zapojeny do série, když jsou mezery zapalovacích kuliček řízeny tak, aby se vybíjely. Rychlost nárůstu napětí na testovaném zařízení a rychlost poklesu napětí po dosažení špičkové hodnoty lze upravit hodnotou odporu v obvodu kondenzátoru. Odpor, který ovlivňuje hlavu vlny, se nazývá odpor hlavy vlny a odpor, který ovlivňuje ocas vlny, se nazývá odpor ocasu vlny. Během testu se získají předem stanovený čas spádu vlny a špičkový čas půlvlny standardní impulsní napěťové vlny změnou hodnot odporu rezistoru s vlnovou výškou a rezistoru s vlnovou špičkou. Změnou polarity a amplitudy výstupního napětí usměrněného napájecího zdroje lze získat požadovanou polaritu a špičkovou hodnotu vlny impulsního napětí. Z toho lze realizovat generátory impulsního napětí v rozsahu od stovek tisíc voltů až po několik milionů voltů nebo dokonce desítky milionů voltů. Vyšší napětí generátoru impulsního napětí navrženého a instalovaného v Číně je 6000 kV.

Test impulsního napětí blesku

Obsah obsahuje 4 položky. ① Test odolnosti proti nárazu: Obvykle se používá pro izolaci bez samoobnovení, jako je izolace transformátorů, reaktorů atd. Účelem je otestovat, zda tato zařízení vydrží napětí specifikované stupněm izolace. ② 50% rázový test přeskoku: Obvykle se jako předměty používají samoobnovující izolace, jako jsou izolátory, vzduchové mezery atd. Účelem je určit hodnotu napětí U s pravděpodobností přeskoku 50 %. Se směrodatnou odchylkou mezi touto hodnotou napětí a hodnotou přeskoku lze určit i další pravděpodobnosti přeskoku, jako je 5% hodnota napětí přeskoku. U je obecně považováno za výdržné napětí. ③Zkouška průrazu: Účelem je určit skutečnou pevnost izolace. Provádí se především v závodech na výrobu elektrických zařízení. ④Test křivky napětí-čas (test křivky volt-sekunda): Křivka napětí-čas ukazuje vztah mezi použitým napětím a poškozením izolace (nebo přeskok porcelánové izolace) a časem. Křivka volt-sekunda (křivka V-t) může poskytnout základ pro zvážení koordinace izolace mezi chráněnými zařízeními, jako jsou transformátory, a ochrannými zařízeními, jako jsou svodiče.

Kromě testování s plnou vlnou bleskových impulsů je někdy třeba elektrická zařízení s vinutími, jako jsou transformátory a reaktory, testovat také zkrácenými vlnami s dobou zkrácení 2 až 5 μs. Zkrácení může nastat na začátku nebo na konci vlny. Generování a měření této zkrácené vlny a určení stupně poškození zařízení jsou poměrně složité a obtížné. Díky rychlému procesu a vysoké amplitudě má test bleskového impulsního napětí vysoké technické požadavky na testování a měření. Podrobné zkušební postupy, metody a standardy jsou často stanoveny jako reference a implementace při provádění zkoušek.

Test provozního impulsního přepětí

Umělou simulací provozního impulsního přepětí elektrizační soustavy je testována schopnost izolace elektrického zařízení odolat provoznímu impulsnímu napětí. V energetických systémech existuje mnoho typů provozních přepěťových křivek a špiček, které souvisejí s parametry vedení a stavem systému. Obecně se jedná o utlumenou oscilační vlnu s frekvencí od desítek Hz do několika kilohertzů. Jeho amplituda je vztažena k systémovému napětí, které se obvykle vyjadřuje jako několikanásobek fázového napětí, až do 3 až 4násobku fázového napětí. Provozní rázové vlny trvají déle než rázové vlny blesku a mají různé účinky na izolaci energetického systému. Pro napájecí systémy 220 kV a méně lze použít krátkodobé testy výdržného napětí na napájecím kmitočtu k přibližnému testování stavu izolace zařízení při provozním přepětí. U systémů a zařízení ultravysokého napětí a ultravysokého napětí 330 kV a více má provozní přepětí větší vliv na izolaci a krátkodobé testy napětí na napájecí frekvenci již nelze použít k přibližné náhradě testů provozního impulsního napětí. Z testovacích dat lze vidět, že pro vzduchové mezery nad 2 m je nelinearita provozního vybíjecího napětí významná, to znamená, že výdržné napětí se zvyšuje pomalu, když se vzdálenost mezery zvětšuje, a je dokonce nižší než krátkodobá napájecí frekvence. vybíjecí napětí. Proto musí být izolace testována simulací provozního impulsního napětí.

Pro dlouhé mezery, izolátory a vnější izolaci zařízení existují dva průběhy zkušebního napětí pro simulaci provozního přepětí. ① Neperiodická exponenciální útlumová vlna: podobná rázové vlně blesku, až na to, že doba trvání vlny a doba poloviční špičky jsou mnohem delší než vlnová délka rázu blesku. Mezinárodní elektrotechnická komise doporučuje, aby standardní průběh provozního impulsního napětí byl 250/2500μs; když standardní průběh nemůže splnit požadavky výzkumu, lze použít 100/2500μs a 500/2500μs. Neperiodické exponenciální vlny rozpadu mohou být také generovány generátory impulsního napětí. Princip generování bleskových rázových vln je v zásadě stejný, až na to, že odpor hlavy vlny, odpor ocasu vlny a odpor nabíjení musí být mnohokrát zvýšeny. Ve vysokonapěťových laboratořích se běžně používá sada generátorů impulsního napětí, vybavená dvěma sadami odporů, jak pro generování bleskového impulsního napětí, tak pro generování provozního impulsního napětí. Podle předpisů je přípustná odchylka mezi generovaným provozním impulsním průběhem napětí a standardním průběhem: špičková hodnota, ±3 %; výška vlny, ±20 %; doba poloviční špičky, ±60 %. ② Utlumená oscilační vlna: Trvání půlvlny 01 je požadováno 2000~3000μs a amplituda půlvlny 02 by měla zhruba dosahovat 80% amplitudy půlvlny 01. Utlumená oscilační vlna je indukována na vysokonapěťové straně pomocí kondenzátoru k vybití nízkonapěťové strany zkušebního transformátoru. Tato metoda se většinou používá při zkouškách provozních vln výkonového transformátoru na místě v rozvodnách, přičemž samotný testovaný transformátor se používá ke generování zkušebních průběhů pro testování jeho vlastní schopnosti odolávat napětí.

Obsah testu provozního impulsního přepětí zahrnuje 5 položek: ① test výdrže provozního impulsu; ② 50% provozní impulsní test přeskoku; ③ test poruchy; ④ test časové křivky napětí (test křivky volt-sekunda); ⑤ provozní impulsní napěťová vlna test křivky. První čtyři testy jsou stejné jako odpovídající požadavky na test při zkoušce impulsním napětím blesku. Zkouška č. 5 je vyžadována pro provozní charakteristiky rázového výboje, protože výbojové napětí dlouhé vzduchové mezery při působení provozních rázových vln se bude měnit s hlavou rázové vlny. Při určité délce vlny, jako je 150 μs, je vybíjecí napětí nízké a tato výška vlny se nazývá kritická vlna. Kritická vlnová délka se mírně zvyšuje s délkou mezery.

Zkouška stejnosměrného výdržného napětí

Použijte stejnosměrný proud k testování izolačního výkonu elektrického zařízení. Účelem je: ① určit schopnost stejnosměrného vysokonapěťového elektrického zařízení odolat stejnosměrnému napětí; ② kvůli omezení kapacity testovacího napájecího zdroje střídavého proudu použijte k provádění testů odolnosti střídavého napětí na vysokokapacitním střídavém zařízení vysoké stejnosměrné napětí místo vysokého střídavého napětí.

Stejnosměrné testovací napětí je obecně generováno střídavým napájením přes usměrňovač a je to ve skutečnosti unipolární pulzující napětí. Existuje maximální hodnota napětí U ve špičce vlny a minimální hodnota napětí U ve spodní části vlny. Takzvaná hodnota DC testovacího napětí se vztahuje k aritmetické střední hodnotě tohoto pulzujícího napětí, to znamená, že samozřejmě nechceme, aby pulzace byla příliš velká, takže koeficient pulzace S testovacího DC napětí je stanoven tak, aby nepřesáhl 3 %, to znamená, že stejnosměrné napětí je rozděleno na kladnou a zápornou polaritu. Různé polarity mají různé mechanismy působení na různé izolace. V testu musí být specifikována jedna polarita. Obecně se pro test používá polarita, která přísně testuje izolační výkon.

Obvykle se pro generování vysokého stejnosměrného napětí používá jednostupňový půlvlnný nebo celovlnný usměrňovací obvod. Kvůli omezení jmenovitého napětí kondenzátoru a vysokonapěťové křemíkové sady může tento obvod obecně vydávat 200 ~ 300 kV. Pokud je požadováno vyšší stejnosměrné napětí, lze použít kaskádovou metodu. Výstupní napětí kaskádového generátoru stejnosměrného napětí může být 2nnásobkem špičkového napětí výkonového transformátoru, kde n představuje počet sériových spojení. Úbytek napětí a hodnota zvlnění výstupního napětí tohoto zařízení jsou funkcemi počtu sérií, zatěžovacího proudu a frekvence AC sítě. Pokud je sérií příliš mnoho a proud je příliš velký, pokles napětí a pulzace dosáhnou netolerovatelné úrovně. Toto kaskádové zařízení generující stejnosměrné napětí může vydávat napětí asi 2000-3000 kV a výstupní proud pouze desítky miliampérů. Při provádění testů v umělém prostředí může předvýbojový proud dosáhnout několika stovek miliampérů nebo dokonce 1 ampér. V tuto chvíli by mělo být přidáno zařízení pro stabilizaci napětí tyristoru pro zlepšení kvality výstupního napětí. Je požadováno, aby při trvání 500 ms a amplitudě 500 mA Při protékání impulzu předvybíjecího proudu jednou za sekundu nepřesáhl způsobený pokles napětí 5 %.

Při izolační preventivní zkoušce zařízení energetické soustavy (viz zkouška izolace) se často používá stejnosměrné vysoké napětí k měření svodového proudu a izolačního odporu kabelů, kondenzátorů apod. a provádí se také zkouška izolačního výdržného napětí. Testy ukázaly, že když je frekvence v rozsahu 0,1 až 50 Hz, rozložení napětí uvnitř vícevrstvého média je v podstatě rozděleno podle kapacity. Proto může být test odolnosti proti napětí s použitím ultranízké frekvence 0,1 Hz ekvivalentní testu odolnosti proti napájecímu kmitočtu, který se vyhýbá použití vysokého napěťového výdržného napětí. Obtížnost zařízení pro testování odolnosti vůči střídavému napětí může také odrážet izolační stav testovaného zařízení. V současné době se na koncové izolaci motorů provádějí zkoušky výdržného napětí na ultranízkém kmitočtu, které jsou považovány za účinnější než zkoušky výdržným napětím při výkonu.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.