2023-12-25
Elektrikli ekipmanın yalıtım dayanım voltajı kapasitesini test etmek ve değerlendirmek için teknik bir araç. Ekipmanın normal çalışmasını sağlamak için tüm elektrikli ekipmanların canlı kısımlarını topraklanmış parçalardan veya diğer eş potansiyel olmayan canlı gövdelerden izole etmek için yalıtım yapılarının kullanılması gerekir. Tek bir yalıtım malzemesinin dielektrik dayanımı, kalınlık boyunca ortalama arıza elektrik alanı kuvveti olarak ifade edilir (birim kV/cm'dir). Jeneratörlerin ve transformatörlerin yalıtımı gibi elektrikli ekipmanların yalıtım yapısı çeşitli malzemelerden oluşur ve yapısal şekil de son derece karmaşıktır. Yalıtım yapısına verilecek herhangi bir yerel hasar, tüm ekipmanın yalıtım performansını kaybetmesine neden olacaktır. Bu nedenle, ekipmanın genel yalıtım kapasitesi genellikle yalnızca dayanabileceği test voltajı (birim: kV) ile ifade edilebilir. Yalıtım dayanım testi voltajı, ekipmanın dayanabileceği voltaj seviyesini gösterebilir ancak ekipmanın gerçek yalıtım gücüne eşdeğer değildir. Güç sistemi yalıtım koordinasyonunun özel gereksinimi, ekipmanın yalıtım seviyesi gereksinimlerini belirtmek için çeşitli elektrikli ekipmanların yalıtım dayanım test voltajını koordine etmek ve formüle etmektir. Yalıtım dayanım gerilimi testi yıkıcı bir testtir (bkz. yalıtım testi). Bu nedenle, yedek parçası bulunmayan veya onarılması uzun zaman alan bazı önemli ekipmanlar için, izolasyon dayanım gerilimi testinin yapılıp yapılmayacağını dikkatlice düşünmelisiniz.
Güç sistemindeki çeşitli elektrikli ekipmanlar çalışırken, AC veya DC çalışma voltajına dayanmanın yanı sıra, çeşitli aşırı voltajlardan da zarar göreceklerdir. Bu aşırı gerilimlerin genliği yüksek olmasının yanı sıra çalışma geriliminden çok farklı dalga biçimleri ve süreleri de vardır. Yalıtım üzerindeki etkileri ve yalıtımın bozulmasına neden olabilecek mekanizmalar da farklıdır. Bu nedenle, elektrikli ekipmanın dayanma gerilimi testini gerçekleştirmek için ilgili test geriliminin kullanılması gereklidir. AC güç sistemleri için Çin standartlarında belirtilen yalıtım dayanım gerilimi testleri şunları içerir: ① kısa süreli (1 dakika) güç frekansı dayanım gerilimi testi; ② uzun vadeli güç frekansı dayanım gerilimi testi; ③ DC dayanım gerilimi testi; ④ çalışma şok dalgası dayanım gerilimi testi; ⑤Yıldırım şok dalgası dayanım gerilimi testi. Aynı zamanda, güç frekansı çalışma voltajı, geçici aşırı voltaj ve çalışma aşırı voltajı altındaki 3 ila 220kv elektrikli ekipmanın yalıtım performansının genellikle kısa süreli güç frekansı dayanım voltajı testi ile test edildiğini ve çalışma darbe testinin gerekli olmadığını da belirtir. 330 ila 500kv'luk elektrikli ekipmanlar için, aşırı çalışma voltajı altında yalıtım performansını kontrol etmek amacıyla çalışma darbe testi gereklidir. Uzun vadeli güç frekansı dayanım gerilimi testi, elektrikli ekipmanın iç yalıtımının bozulması ve dış yalıtımının kirlenmesi durumu için yapılan bir testtir.
Yalıtım dayanım gerilimi test standartlarının her ülkede özel düzenlemeleri vardır. Çin standartları (GB311.1-83), 3-500kv güç iletim ve dönüşüm ekipmanının temel yalıtım seviyesini şart koşar; 3-500kv güç iletim ve dönüşüm ekipmanı yıldırım darbe dayanım gerilimi, bir dakikalık güç frekansı dayanım gerilimi; ve 330-500kv güç iletim ve dönüşüm ekipmanı Elektrikli ekipmanın çalışması için darbe dayanım voltajı. Elektrikli ekipman imalat departmanı ve güç sistemi operasyon departmanı, dayanım gerilimi testi için öğeleri ve test gerilimi değerlerini seçerken standartlara uygun olmalıdır.
Güç frekansı dayanım gerilimi testi
Elektrikli ekipman yalıtımının güç frekansı voltajına dayanma yeteneğini test etmek ve değerlendirmek için kullanılır. Test voltajı sinüzoidal olmalı ve frekans, güç sistemi frekansıyla aynı olmalıdır. Yalıtımın kısa süreli gerilime dayanma kapasitesini test etmek için genellikle bir dakikalık dayanım gerilimi testinin kullanıldığı ve kısmi deşarj gibi yalıtım içindeki ilerleyici bozulmayı test etmek için uzun süreli dayanım gerilimi testinin kullanıldığı belirtilir. kaçak akımın neden olduğu hasar, dielektrik kaybı ve termal hasar. Dış mekan güç ekipmanlarının dış yalıtımı atmosferik çevresel faktörlerden etkilenir. Kuru yüzey durumundaki güç frekansı dayanım gerilimi testine ek olarak, yapay olarak simüle edilmiş atmosferik ortamda (ıslak veya kirli durum gibi) bir gerilim dayanım testi de gereklidir.
AC sinüzoidal voltaj, tepe değeri veya etkin değer cinsinden ifade edilebilir. Tepe değerinin etkin değere oranı karekök ikidir. Test sırasında gerçekte uygulanan test voltajının dalga biçimi ve frekansı, kaçınılmaz olarak standart düzenlemelerden sapacaktır. Çin standartları (GB311.3-83), test voltajının frekans aralığının 45 ila 55Hz olmasını ve test voltajının dalga formunun sinüs dalgasına yakın olmasını şart koşar. Koşullar, pozitif ve negatif yarım dalgaların tamamen aynı olması ve tepe değeri ile etkin değerin aynı olmasıdır. Oran ±0,07'ye eşittir. Genel olarak test voltajı değeri olarak adlandırılan değer, tepe değerine bölünen etkin değeri ifade eder.
Test için kullanılan güç kaynağı, yüksek voltajlı bir test transformatörü ve bir voltaj düzenleme cihazından oluşur. Test transformatörünün çalışma prensibi genel güç transformatörününkiyle aynıdır. Nominal çıkış voltajı test gereksinimlerini karşılamalı ve hareket alanı bırakmalıdır; Test transformatörünün çıkış voltajı, ön deşarj akımının güç kaynağının iç direnci üzerindeki voltaj düşüşü nedeniyle çıkışın değişmesine neden olmayacak kadar kararlı olmalıdır. Gerilim, ölçüm zorluklarını önlemek ve hatta deşarj sürecini etkilemek için önemli ölçüde dalgalanır. Bu nedenle test güç kaynağının yeterli kapasiteye sahip olması ve iç empedansın mümkün olduğu kadar küçük olması gerekir. Genel olarak test transformatörünün kapasitesinin gereklilikleri, test voltajı altında ne kadar kısa devre akımı üretebileceğine göre belirlenir. Örneğin, katı, sıvı veya kombinasyon izolasyonunun küçük numunelerinin kuru durumda test edilmesi için ekipmanın kısa devre akımının 0,1 A olması gerekir; Kendi kendini eski haline getiren yalıtımın (izolatörler, izolasyon anahtarları vb.) kuru durumda testi için, ekipmanın kısa devre akımı 0,1 A'dan az olmamalıdır; dış yalıtım yapay yağmur testleri için ekipmanın kısa devre akımının 0,5A'den az olmaması gerekir; Daha büyük boyutlu numunelerin testleri için ekipmanın kısa devre akımının 1A olması gerekmektedir. Genel olarak konuşursak, daha düşük nominal gerilimlere sahip test transformatörleri çoğunlukla 0,1A sistemini benimser ve bu da 0,1A'nın transformatörün yüksek gerilim bobininden sürekli olarak akmasına izin verir. Örneğin 50kV'luk bir test transformatörünün kapasitesi 5kVA'ya, 100kV'luk bir test transformatörünün kapasitesi ise 10kVA'ya ayarlanmıştır. Daha yüksek nominal gerilime sahip test transformatörleri genellikle 1A'nın transformatörün yüksek gerilim bobininden sürekli olarak akmasına izin veren 1A sistemini kullanır. Örneğin 250kV test transformatörünün kapasitesi 250kVA, 500kV test transformatörünün kapasitesi ise 500kVA'dır. Daha yüksek voltaj test ekipmanının genel boyutları nedeniyle, ekipmanın eşdeğer kapasitansı da daha büyüktür ve test güç kaynağının daha fazla yük akımı sağlaması gerekir. Tek bir test transformatörünün anma geriliminin çok yüksek olması, imalat sırasında bazı teknik ve ekonomik zorluklara neden olacaktır. Çin'de tek bir test transformatörünün en yüksek voltajı 750kV olup, dünyada 750kV'u aşan gerilime sahip çok az sayıda tek test transformatörü bulunmaktadır. Ultra yüksek gerilim ve ultra yüksek gerilim güç ekipmanlarının AC gerilim testi ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla, yüksek gerilim elde etmek için genellikle birkaç test transformatörü seri olarak bağlanır. Örneğin, 2250kV'luk bir test voltajı elde etmek için üç adet 750kV'luk test transformatörü seri olarak bağlanır. Buna seri test transformatörü denir. Transformatörler seri olarak bağlandığında, iç empedans çok hızlı bir şekilde artar ve birçok transformatörün empedanslarının cebirsel toplamını büyük ölçüde aşar. Bu nedenle seri olarak bağlanan transformatörlerin sayısı genellikle 3 ile sınırlıdır. Test transformatörleri, çıkış akımını artırmak için paralel olarak da bağlanabilir veya üç fazlı çalışma için △ veya Y şeklinde bağlanabilir.
Kondansatörler, kablolar ve büyük kapasiteli jeneratörler gibi elektrostatik kapasitansı büyük olan numuneler üzerinde güç frekansı dayanım gerilimi testlerinin yapılabilmesi için güç kaynağı cihazının hem yüksek voltajlı hem de büyük kapasiteli olması gerekmektedir. Bu tür bir güç kaynağı cihazının gerçekleştirilmesinde zorluklar olacaktır. Bazı bölümler, güç frekansı yüksek voltaj serisi rezonans test ekipmanını benimsemiştir (bkz. AC yüksek voltaj serisi rezonans test ekipmanı).
Yıldırım darbe dayanım gerilimi testi
Elektrikli ekipman yalıtımının yıldırım darbe gerilimine dayanma yeteneği, yıldırım akımı dalga formlarının ve tepe değerlerinin yapay olarak simüle edilmesiyle test edilir. Yıldırım deşarjının gerçek ölçüm sonuçlarına göre, yıldırım dalga formunun, birkaç mikrosaniye uzunluğunda bir dalga kafasına ve onlarca mikrosaniye uzunluğunda bir dalga kuyruğuna sahip, tek kutuplu, iki üstel bir eğri olduğuna inanılmaktadır. Çoğu yıldırım negatif kutupludur. Dünyadaki çeşitli ülkelerin standartları, standart yıldırım şok dalgasını şu şekilde kalibre etmiştir: görünür dalga ön süresi T1=1,2μs, aynı zamanda dalga baş süresi olarak da bilinir; görünen yarım dalga tepe süresi T2=50μs, aynı zamanda dalga kuyruk süresi olarak da bilinir (şekle bakın). Gerçek test cihazı tarafından oluşturulan voltaj tepe değeri ve dalga biçimi ile standart dalga arasındaki izin verilen sapma: tepe değeri, ±%3; dalga baş süresi, ±%30; yarım dalga tepe süresi, ±%20; standart yıldırım dalga biçimi genellikle 1,2 /50μs olarak ifade edilir.
Yıldırım darbesi test voltajı, bir darbe voltajı jeneratörü tarafından üretilir. Darbe voltajı jeneratörünün çoklu kapasitörlerinin paralelden seriye dönüşümü, birçok ateşleme bilyesi boşluğu aracılığıyla gerçekleştirilir, yani, ateşleme bilyesi aralıkları deşarj olacak şekilde kontrol edildiğinde birden fazla kapasitör seri olarak bağlanır. Test edilen cihazdaki gerilimin yükselme hızı ve tepe değerinden sonraki gerilim düşme hızı, kondansatör devresindeki direnç değeri ile ayarlanabilmektedir. Dalga başını etkileyen dirence dalga başı direnci, dalga kuyruğunu etkileyen dirence ise dalga kuyruğu direnci denir. Test sırasında, dalga başı direnci ve dalga kuyruk direncinin direnç değerleri değiştirilerek standart darbe gerilim dalgasının önceden belirlenen dalga baş süresi ve yarım dalga tepe süresi elde edilir. Düzeltilmiş güç kaynağı çıkış voltajının polaritesi ve genliği değiştirilerek, darbe voltaj dalgasının gerekli polaritesi ve tepe değeri elde edilebilir. Bundan yüzbinlerce volttan birkaç milyon volta ve hatta on milyonlarca volta kadar değişen darbe gerilimi jeneratörleri gerçekleştirilebilir. Çin tarafından tasarlanıp kurulan darbe voltaj jeneratörünün en yüksek voltajı 6000kV'dir.
Yıldırım darbe gerilimi testi
İçerik 4 öğeden oluşmaktadır. ①Darbe dayanım gerilimi testi: Genellikle transformatörlerin, reaktörlerin vb. izolasyonu gibi kendi kendini onarmayan izolasyon için kullanılır. Amaç, bu cihazların izolasyon derecesi tarafından belirtilen gerilime dayanıp dayanamayacağını test etmektir. ② %50 darbe atlama testi: Nesne olarak genellikle yalıtkanlar, hava boşlukları vb. gibi kendi kendini yenileyen yalıtım kullanılır. Amaç %50 atlama olasılığı ile U gerilim değerini belirlemektir. Bu gerilim değeri ile atlama değeri arasındaki standart sapma ile %5'lik atlama gerilim değeri gibi diğer atlama olasılıkları da belirlenebilir. U genellikle dayanma gerilimi olarak kabul edilir. ③Arıza testi: Amaç, yalıtımın gerçek gücünü belirlemektir. Esas olarak elektrikli ekipman üretim tesislerinde gerçekleştirilir. ④Gerilim-zaman eğrisi testi (Volt-saniye eğrisi testi): Gerilim-zaman eğrisi, uygulanan voltajın izolasyon hasarına (veya porselen izolasyon flashoverına) ve zamana karşı ilişkisini gösterir. Volt-saniye eğrisi (V-t eğrisi), transformatörler gibi korunan ekipmanlar ile parafudrlar gibi koruyucu ekipmanlar arasındaki yalıtım koordinasyonunun dikkate alınması için bir temel sağlayabilir.
Yıldırım darbelerinin tam dalgasıyla yapılan testlere ek olarak, bazen transformatörler ve reaktörler gibi sargılı elektrikli ekipmanların da 2 ila 5 μs kesme süresine sahip kesik dalgalarla test edilmesi gerekir. Dalganın başında veya sonunda kesme meydana gelebilir. Bu kesik dalganın üretilmesi ve ölçülmesi ile ekipmana verilen hasarın derecesinin belirlenmesi nispeten karmaşık ve zordur. Hızlı süreci ve yüksek genliği nedeniyle, yıldırım darbe gerilimi testi, test ve ölçüm için yüksek teknik gereksinimlere sahiptir. Ayrıntılı test prosedürleri, yöntemleri ve standartları, testler yürütülürken referans ve uygulama amacıyla sıklıkla şart koşulmaktadır.
Çalışma darbesi aşırı gerilim testi
Güç sisteminin çalışma darbesi aşırı gerilim dalga biçimini yapay olarak simüle ederek, elektrikli ekipmanın yalıtımının çalışma darbe gerilimine dayanma yeteneği test edilir. Güç sistemlerinde, hat parametreleri ve sistem durumuyla ilgili olan birçok çalışma aşırı gerilim dalga biçimi ve tepe noktası vardır. Genellikle onlarca Hz'den birkaç kilohertz'e kadar değişen frekansa sahip zayıflatılmış bir salınım dalgasıdır. Genliği, genellikle faz voltajının birkaç katı olarak, faz voltajının 3 ila 4 katına kadar ifade edilen sistem voltajıyla ilgilidir. Operasyon şok dalgaları, yıldırım şok dalgalarından daha uzun sürer ve güç sisteminin yalıtımı üzerinde farklı etkilere sahiptir. 220kV ve altındaki güç sistemleri için, aşırı çalışma voltajı altında ekipman yalıtımının durumunu yaklaşık olarak test etmek için kısa süreli güç frekansı dayanım voltajı testleri kullanılabilir. 330 kV ve üzeri ultra yüksek gerilim ve ultra yüksek gerilim sistemleri ve ekipmanları için, aşırı çalışma voltajının yalıtım üzerinde daha büyük etkisi vardır ve kısa süreli güç frekansı voltaj testleri artık yaklaşık olarak çalışma darbe voltajı testlerinin yerini almak için kullanılamaz. Test verilerinden, 2 m'nin üzerindeki hava boşlukları için çalışma deşarj voltajının doğrusal olmama durumunun önemli olduğu, yani aralık mesafesi arttıkça dayanma voltajının yavaş yavaş arttığı ve hatta kısa vadeli güç frekansından daha düşük olduğu görülebilir. deşarj gerilimi. Bu nedenle izolasyonun çalışma darbe gerilimi simüle edilerek test edilmesi gerekir.
Uzun boşluklar, yalıtkanlar ve ekipmanın dış yalıtımı için, çalışma aşırı gerilimini simüle etmek üzere iki test gerilimi dalga biçimi vardır. ① Periyodik olmayan üstel bozulma dalgası: Yıldırım şok dalgasına benzer, ancak dalga baş süresi ve yarı tepe süresi, yıldırım şoku dalga boyundan çok daha uzundur. Uluslararası Elektroteknik Komisyonu, çalışma darbe voltajının standart dalga biçiminin 250/2500μs olmasını önermektedir; standart dalga formu araştırma gereksinimlerini karşılayamadığında 100/2500μs ve 500/2500μs kullanılabilir. Periyodik olmayan üstel bozulma dalgaları, darbe voltajı üreteçleri tarafından da üretilebilir. Yıldırım şok dalgaları üretme prensibi temel olarak aynıdır, ancak dalga başı direnci, dalga kuyruğu direnci ve şarj direncinin birçok kez arttırılması gerekir. Hem yıldırım darbe voltajı üretmek hem de çalışma darbe voltajı üretmek için iki set dirençle donatılmış, yüksek voltaj laboratuvarlarında yaygın olarak bir dizi darbe voltajı jeneratörü kullanılır. Yönetmeliklere göre, oluşturulan çalışma darbe voltajı dalga biçimi ile standart dalga biçimi arasında izin verilen sapma şu şekildedir: tepe değeri, ±%3; dalga başı, ±%20; yarı zirve süresi, ±%60. ② Zayıflatılmış salınım dalgası: 01 yarım dalgasının süresinin 2000~3000μs olması gerekir ve 02 yarım dalgasının genliği, 01 yarım dalgasının genliğinin kabaca %80'ine ulaşmalıdır. Zayıflatılmış salınım dalgası, test transformatörünün alçak gerilim tarafını boşaltmak için bir kapasitör kullanılarak yüksek gerilim tarafında indüklenir. Bu yöntem çoğunlukla trafo merkezlerindeki yerinde güç trafosu çalışma dalgası testlerinde kullanılır; kendi gerilim dayanma kapasitesini test etmek için test dalga formları oluşturmak üzere test edilen transformatörün kendisi kullanılır.
Çalışma darbesi aşırı gerilim testinin içeriği 5 maddeyi içerir: ① çalışma darbesi dayanım gerilimi testi; ② %50 çalışma darbesi atlama testi; ③ arıza testi; ④ gerilim zaman eğrisi testi (volt-saniye eğrisi testi); ⑤ çalışma darbe voltajı dalga başlığı Eğrisi testi. İlk dört test, yıldırım darbe gerilimi testindeki ilgili test gereksinimleriyle aynıdır. Şok deşarj özelliklerinin çalıştırılması için Test No. 5 gereklidir, çünkü çalışan şok dalgalarının etkisi altındaki uzun bir hava boşluğunun deşarj voltajı, şok dalgası kafasıyla birlikte değişecektir. 150μs gibi belirli bir dalga başı uzunluğunda deşarj voltajı düşüktür ve bu dalga kafasına kritik dalga başı adı verilir. Kritik dalga boyu, boşluk uzunluğuyla birlikte hafifçe artar.
DC dayanım gerilimi testi
Elektrikli ekipmanın yalıtım performansını test etmek için DC gücü kullanın. Amaç: ① DC yüksek voltajlı elektrikli ekipmanın DC voltajına dayanma yeteneğini belirlemek; ② AC test güç kaynağı kapasitesinin sınırlaması nedeniyle, büyük kapasitanslı AC ekipmanında voltaj dayanım testleri yapmak için AC yüksek voltajı yerine DC yüksek voltajı kullanın.
DC test voltajı genellikle AC güç kaynağı tarafından bir doğrultucu cihaz aracılığıyla üretilir ve aslında tek kutuplu bir darbeli voltajdır. Dalga zirvesinde bir voltaj maksimum değeri U ve dalga çukurunda bir voltaj minimum değeri U vardır. DC test voltajı değeri olarak adlandırılan değer, bu titreşimli voltajın aritmetik ortalama değerini ifade eder; yani, açıkçası titreşimin çok büyük olmasını istemiyoruz, bu nedenle DC test voltajının titreşim katsayısı S'nin 3'ü aşmaması öngörülüyor. %, yani DC voltajı pozitif ve negatif polaritelere bölünmüştür. Farklı polaritelerin çeşitli yalıtımlar üzerinde farklı etki mekanizmaları vardır. Testte bir polarite belirtilmelidir. Test için genellikle yalıtım performansını ciddi şekilde test eden bir polarite kullanılır.
Yüksek DC voltajı üretmek için genellikle tek aşamalı yarım dalga veya tam dalga doğrultucu devresi kullanılır. Kapasitörün ve yüksek voltajlı silikon yığının nominal voltajının sınırlandırılmasından dolayı, bu devre genellikle 200~300kV çıkış verebilir. Daha yüksek DC voltajı gerekiyorsa kaskad yöntemi kullanılabilir. Kademeli DC voltaj jeneratörünün çıkış voltajı, güç transformatörünün tepe voltajının 2n katı olabilir; burada n, seri bağlantıların sayısını temsil eder. Bu cihazın çıkış voltajının voltaj düşüşü ve dalgalanma değeri seri sayısının, yük akımının ve AC şebeke frekansının fonksiyonudur. Çok fazla seri varsa ve akım çok büyükse gerilim düşümü ve titreşim dayanılmaz boyutlara ulaşacaktır. Bu kademeli DC voltaj üreten cihaz, yaklaşık 2000-3000kV'luk bir voltaj ve yalnızca onlarca miliamperlik bir çıkış akımı üretebilir. Yapay ortam testleri yapılırken, ön deşarj akımı birkaç yüz miliampere, hatta 1 ampere ulaşabilir. Şu anda, çıkış voltajının kalitesini artırmak için bir tristör voltaj dengeleme cihazı eklenmelidir. Süre 500 ms ve genlik 500 mA olduğunda Ön deşarj akım darbesi saniyede bir kez geçtiğinde, meydana gelen gerilim düşüşünün %5'i geçmemesi gerekir.
Güç sistemi ekipmanlarının yalıtım önleyici testinde (bkz. yalıtım testi), kabloların, kapasitörlerin vb. kaçak akımını ve yalıtım direncini ölçmek için sıklıkla DC yüksek voltajı kullanılır ve ayrıca yalıtım dayanım gerilimi testi de yapılır. Testler, frekans 0,1 ila 50Hz aralığında olduğunda, çok katmanlı ortam içindeki voltaj dağılımının temel olarak kapasitansa göre dağıtıldığını göstermiştir. Bu nedenle, 0,1Hz ultra düşük frekans kullanılarak yapılan gerilim dayanım testi, güç frekansı dayanım gerilimi testine eşdeğer olabilir ve bu da büyük gerilim dayanım geriliminin kullanılmasını önler. AC dayanım gerilimi test ekipmanı kapasitesinin zorluğu, test edilen ekipmanın yalıtım durumunu da yansıtabilir. Günümüzde motorların uç izolasyonlarında, güç frekansı dayanım gerilimi testlerinden daha etkili olduğu düşünülen ultra düşük frekanslı dayanım gerilimi testleri yapılmaktadır.
Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.