Evaluatie van de spanningsbestendigheid van de isolatie van elektrische apparatuur.

Een technisch middel om de isolatiespanningsbestendigheid van elektrische apparatuur te testen en evalueren. Er moeten isolatiestructuren worden gebruikt om de onder spanning staande delen van alle elektrische apparatuur te isoleren van de geaarde delen, of van andere niet-equipotentiale onder spanning staande lichamen, om de normale werking van de apparatuur te garanderen. De diëlektrische sterkte van een enkel isolatiemateriaal wordt uitgedrukt als de gemiddelde elektrische doorslagveldsterkte over de dikte (eenheid is kV/cm). De isolatiestructuur van elektrische apparatuur, zoals de isolatie van generatoren en transformatoren, bestaat uit een verscheidenheid aan materialen en ook de structurele vorm is uiterst complex. Elke lokale schade aan de isolatiestructuur zal ertoe leiden dat de gehele apparatuur zijn isolatieprestaties verliest. Daarom kan het algehele isolatievermogen van de apparatuur doorgaans alleen worden uitgedrukt in de testspanning (eenheid: kV) die deze kan weerstaan. De isolatieweerstandstestspanning kan het spanningsniveau aangeven waar de apparatuur bestand tegen is, maar is niet gelijk aan de werkelijke isolatiesterkte van de apparatuur. De specifieke vereiste voor de coördinatie van de isolatie van energiesystemen is het coördineren en formuleren van de isolatie die bestand is tegen de testspanning van verschillende elektrische apparatuur om de isolatieniveau-eisen van de apparatuur aan te geven. De isolatieweerstandsspanningstest is een destructieve test (zie isolatietest). Daarom moet u voor bepaalde belangrijke apparatuur die in gebruik is en die geen reserveonderdelen heeft of een lange reparatietijd nodig heeft, zorgvuldig overwegen of u een isolatie-spanningstest moet uitvoeren.

Wanneer verschillende elektrische apparaten in het energiesysteem in werking zijn, zullen ze niet alleen bestand zijn tegen AC- of DC-werkspanning, maar ook last hebben van verschillende overspanningen. Deze overspanningen hebben niet alleen een hoge amplitude, maar hebben ook golfvormen en duur die sterk verschillen van de werkspanning. Hun effecten op de isolatie en de mechanismen die het kapotgaan van de isolatie kunnen veroorzaken, zijn ook verschillend. Daarom is het noodzakelijk om de overeenkomstige testspanning te gebruiken om de weerstandsspanningstest van elektrische apparatuur uit te voeren. De isolatiebestendigheidsspanningstests gespecificeerd in de Chinese normen voor wisselstroomsystemen omvatten: ① korte tijd (1 minuut) netfrequentie-spanningstest; ② lange termijn stroomfrequentie bestand tegen spanningstest; ③ DC-bestendigheidsspanningstest; ④ operationele schokgolf is bestand tegen spanningstest; ⑤Bliksemschokgolf is bestand tegen spanningstest. Het bepaalt ook dat de isolatieprestaties van elektrische apparatuur van 3 tot 220 kV onder netfrequentie-bedrijfsspanning, tijdelijke overspanning en operationele overspanning in het algemeen worden getest door een kortstondige netfrequentie-spanningstest, en dat de operationele impacttest niet vereist is. Voor elektrische apparatuur van 330 tot 500 kV is de operationele impacttest vereist om de isolatieprestaties onder operationele overspanning te controleren. De langdurige netfrequentie-spanningstest is een test die wordt uitgevoerd om de toestand van interne isolatiedegradatie en externe isolatieverontreiniging van elektrische apparatuur te meten.

Isolatiebestendig spanningstestnormen hebben specifieke voorschriften in elk land. Chinese normen (GB311.1-83) bepalen het basisisolatieniveau van 3-500 kv-krachttransmissie- en transformatieapparatuur; 3-500kv stroomtransmissie- en transformatieapparatuur, bliksemimpuls is bestand tegen spanning, de stroomfrequentie van één minuut is bestand tegen spanning; en 330-500kv stroomtransmissie- en transformatieapparatuur Impuls-weerhoudspanning voor de werking van elektrische apparatuur. De productieafdeling voor elektrische apparatuur en de afdeling voor het bedienen van het energiesysteem moeten voldoen aan de normen bij het selecteren van de items en het testen van spanningswaarden voor de weerstandsspanningstest.

Stroomfrequentie is bestand tegen spanningstest

Wordt gebruikt voor het testen en evalueren van het vermogen van de isolatie van elektrische apparatuur om netfrequentiespanning te weerstaan. De testspanning moet sinusoïdaal zijn en de frequentie moet hetzelfde zijn als de frequentie van het voedingssysteem. Meestal wordt gespecificeerd dat een spanningstest van één minuut wordt gebruikt om het spanningsbestendigheidsvermogen van de isolatie op korte termijn te testen, en dat een spanningstest van lange termijn wordt gebruikt om de progressieve verslechtering in de isolatie te testen, zoals gedeeltelijke ontlading. schade, diëlektrisch verlies en thermische schade veroorzaakt door lekstroom. De externe isolatie van buitenapparatuur wordt beïnvloed door atmosferische omgevingsfactoren. Naast de netfrequentie-bestendigheidsspanningstest in een droge oppervlaktetoestand, is ook een spanningsbestendigheidstest in een kunstmatig gesimuleerde atmosferische omgeving (zoals een natte of vuile toestand) vereist.

AC-sinusvormige spanning kan worden uitgedrukt in termen van piekwaarde of effectieve waarde. De verhouding tussen piekwaarde en effectieve waarde is vierkantswortel twee. De golfvorm en frequentie van de tijdens de test daadwerkelijk toegepaste testspanning zullen onvermijdelijk afwijken van de standaardvoorschriften. Chinese normen (GB311.3-83) bepalen dat het frequentiebereik van de testspanning 45 tot 55 Hz moet zijn en dat de golfvorm van de testspanning dicht bij een sinusgolf moet liggen. De voorwaarden zijn dat de positieve en negatieve halve golven precies hetzelfde moeten zijn, en dat de piekwaarde en de effectieve waarde hetzelfde moeten zijn. De verhouding is gelijk aan ±0,07. Over het algemeen verwijst de zogenaamde testspanningswaarde naar de effectieve waarde, die wordt gedeeld door de piekwaarde.

De voor de test gebruikte voeding bestaat uit een hoogspanningstesttransformator en een spanningsregelaar. Het principe van de testtransformator is hetzelfde als dat van de algemene vermogenstransformator. De nominale uitgangsspanning moet voldoen aan de testvereisten en ruimte laten voor speelruimte; de uitgangsspanning van de testtransformator moet stabiel genoeg zijn om de uitvoer niet te laten veranderen als gevolg van de spanningsval van de voorontladingsstroom op de interne weerstand van de voeding. De spanning fluctueert aanzienlijk om meetproblemen te voorkomen of zelfs het ontlaadproces te beïnvloeden. Daarom moet de testvoeding voldoende capaciteit hebben en moet de interne impedantie zo klein mogelijk zijn. Over het algemeen worden de vereisten voor de capaciteit van de testtransformator bepaald door de hoeveelheid kortsluitstroom die deze kan leveren onder de testspanning. Voor het testen van kleine monsters van vaste, vloeibare of combinatie-isolatie in droge toestand moet de kortsluitstroom van de apparatuur bijvoorbeeld 0,1 A zijn; voor de test van zelfherstellende isolatie (isolatoren, scheidingsschakelaars, enz.) in droge toestand is de kortsluitstroom van de apparatuur vereist. Niet minder dan 0,1A; voor kunstmatige regentests voor externe isolatie moet de kortsluitstroom van de apparatuur niet minder zijn dan 0,5 A; voor tests van monsters met grotere afmetingen moet de kortsluitstroom van de apparatuur 1A zijn. Over het algemeen gebruiken testtransformatoren met lagere nominale spanningen meestal het 0,1A-systeem, waardoor 0,1A continu door de hoogspanningsspoel van de transformator kan stromen. Het vermogen van een 50 kV-testtransformator is bijvoorbeeld ingesteld op 5 kVA en het vermogen van een 100 kV-testtransformator is 10 kVA. Testtransformatoren met hogere nominale spanningen gebruiken meestal het 1A-systeem, waardoor 1A continu door de hoogspanningsspoel van de transformator kan stromen. De capaciteit van de 250 kV-testtransformator is bijvoorbeeld 250 kVA en de capaciteit van de 500 kV-testtransformator is 500 kVA. Vanwege de totale afmetingen van de testapparatuur met hogere spanning, groter, is de equivalente capaciteit van de apparatuur ook groter en moet de testvoeding meer belastingsstroom leveren. De nominale spanning van een enkele testtransformator is te hoog, wat tijdens de productie technische en economische problemen zal veroorzaken. De hoogste spanning van een enkele testtransformator in China is 750 kV, en er zijn maar weinig enkele testtransformatoren ter wereld met een spanning hoger dan 750 kV. Om te voldoen aan de behoeften van wisselspanningstests van ultrahoge spanning en ultrahoge spanningsapparatuur, worden meestal verschillende testtransformatoren in serie geschakeld om hoge spanning te verkrijgen. Zo worden bijvoorbeeld drie testtransformatoren van 750 kV in serie geschakeld om een ​​testspanning van 2250 kV te verkrijgen. Dit wordt een serietesttransformator genoemd. Wanneer de transformatoren in serie worden geschakeld, neemt de interne impedantie zeer snel toe en overschrijdt ruimschoots de algebraïsche som van de impedanties van verschillende transformatoren. Daarom is het aantal in serie geschakelde transformatoren vaak beperkt tot 3. De testtransformatoren kunnen ook parallel worden aangesloten om de uitgangsstroom te verhogen, of in een △- of Y-vorm worden aangesloten voor driefasig bedrijf.

Om netfrequentie- en spanningstests uit te voeren op monsters met een grote elektrostatische capaciteit, zoals condensatoren, kabels en generatoren met grote capaciteit, moet het voedingsapparaat zowel een hoge spanning als een grote capaciteit hebben. Er zullen problemen zijn bij het realiseren van dit soort voedingsapparaat. Sommige afdelingen hebben resonantietestapparatuur voor hoogspanningsseries met netfrequentie aangenomen (zie AC-serieresonantietestapparatuur voor hoogspanning).

Blikseminpuls is bestand tegen spanningstest

Het vermogen van de isolatie van elektrische apparatuur om bliksemimpulsspanning te weerstaan, wordt getest door bliksemstroomgolfvormen en piekwaarden kunstmatig te simuleren. Volgens de werkelijke meetresultaten van bliksemontladingen wordt aangenomen dat de bliksemgolfvorm een ​​unipolaire bi-exponentiële curve is met een golfkop die enkele microseconden lang is en een golfstaart die tientallen microseconden lang is. De meeste bliksem heeft een negatieve polariteit. De normen van verschillende landen over de hele wereld hebben de standaard bliksemschokgolf gekalibreerd als: schijnbare golffronttijd T1 = 1,2 μs, ook bekend als golfkoptijd; schijnbare halvegolfpiektijd T2=50μs, ook wel golfstaarttijd genoemd (zie figuur). De toegestane afwijking tussen de spanningspiekwaarde en golfvorm gegenereerd door het eigenlijke testapparaat en de standaardgolf is: piekwaarde, ±3%; golfkoptijd, ±30%; halvegolfpiektijd, ±20%; de standaard bliksemgolfvorm wordt gewoonlijk uitgedrukt als 1,2 /50 μs.

De bliksemimpulstestspanning wordt gegenereerd door een impulsspanningsgenerator. De transformatie van de meerdere condensatoren van de impulsspanningsgenerator van parallel naar serie wordt bereikt door veel ontstekingskogelspleten, dat wil zeggen dat meerdere condensatoren in serie worden geschakeld wanneer de ontstekingskogelspleten worden bestuurd om te ontladen. De snelheid van de spanningsstijging op het te testen apparaat en de snelheid van de spanningsdaling na de piekwaarde kunnen worden aangepast door de weerstandswaarde in het condensatorcircuit. De weerstand die de golfkop beïnvloedt, wordt de golfkopweerstand genoemd, en de weerstand die de golfstaart beïnvloedt, wordt de golfstaartweerstand genoemd. Tijdens de test worden de vooraf bepaalde golfkoptijd en halve golfpiektijd van de standaard impulsspanningsgolf verkregen door de weerstandswaarden van de golfkopweerstand en de golfstaartweerstand te veranderen. Door de polariteit en amplitude van de gelijkgerichte uitgangsspanning van de voeding te veranderen, kunnen de vereiste polariteit en piekwaarde van de impulsspanningsgolf worden verkregen. Hieruit kunnen impulsspanningsgeneratoren worden gerealiseerd die variëren van honderdduizenden volt tot enkele miljoenen volt of zelfs tientallen miljoenen volt. De hogere spanning van de door China ontworpen en geïnstalleerde impulsspanningsgenerator is 6000 kV.

Blikseminslagspanningstest

De inhoud bevat 4 items. ①Schokbestendigheidsspanningstest: wordt meestal gebruikt voor niet-zelfherstellende isolatie, zoals de isolatie van transformatoren, reactoren, enz. Het doel is om te testen of deze apparaten bestand zijn tegen de spanning die wordt gespecificeerd door de isolatieklasse. ② 50% impact flashover-test: Meestal worden zelfherstellende isolatiematerialen zoals isolatoren, luchtspleten enz. als objecten gebruikt. Het doel is om de spanningswaarde U te bepalen met een flashover-waarschijnlijkheid van 50%. Met de standaardafwijking tussen deze spanningswaarde en de flashoverwaarde kunnen ook andere flashoverkansen worden bepaald, zoals een 5% flashoverspanningswaarde. U wordt algemeen beschouwd als de houdspanning. ③Breakdown test: Het doel is om de werkelijke sterkte van de isolatie te bepalen. Hoofdzakelijk uitgevoerd in fabrieken voor elektrische apparatuur. ④Spanning-tijd-curvetest (Volt-seconde-curvetest): De spanning-tijd-curve toont de relatie tussen de aangelegde spanning en schade aan de isolatie (of flashover van porseleinisolatie) en de tijd. De volt-seconde-curve (V-t-curve) kan een basis vormen voor het overwegen van de isolatiecoördinatie tussen beschermde apparatuur zoals transformatoren en beschermende apparatuur zoals afleiders.

Naast het testen met de volledige golf van bliksemimpulsen moet elektrische apparatuur met wikkelingen zoals transformatoren en reactoren soms ook worden getest met afgeknotte golven met een afknottingstijd van 2 tot 5 μs. Afknotting kan plaatsvinden aan het begin of einde van de golf. Het genereren en meten van deze afgeknotte golf en het bepalen van de mate van schade aan de apparatuur zijn allemaal relatief complex en moeilijk. Vanwege het snelle proces en de hoge amplitude stelt de bliksemimpulsspanningstest hoge technische eisen voor testen en meten. Bij het uitvoeren van tests worden vaak gedetailleerde testprocedures, methoden en normen vastgelegd als referentie en implementatie.

Bedrijfsimpuls-overspanningstest

Door de golfvorm van de impuls-overspanning van het energiesysteem kunstmatig te simuleren, wordt het vermogen van de isolatie van elektrische apparatuur om de impulsspanning te weerstaan ​​getest. Er zijn veel soorten bedrijfsoverspanningsgolfvormen en -pieken in voedingssystemen, die verband houden met lijnparameters en systeemstatus. Over het algemeen is het een verzwakte oscillatiegolf met een frequentie variërend van tientallen Hz tot enkele kilohertz. De amplitude ervan is gerelateerd aan de systeemspanning, die gewoonlijk wordt uitgedrukt als meerdere keren de fasespanning, tot 3 tot 4 keer de fasespanning. Werkingsschokgolven duren langer dan bliksemschokgolven en hebben verschillende effecten op de isolatie van het energiesysteem. Voor voedingssystemen van 220 kV en lager kunnen kortdurende netfrequentietests worden gebruikt om bij benadering de toestand van de apparatuurisolatie te testen onder operationele overspanning. Voor ultrahoogspannings- en ultrahoogspanningssystemen en apparatuur van 330 kV en hoger heeft bedrijfsoverspanning een grotere impact op de isolatie, en kortstondige netfrequentiespanningstests kunnen niet langer worden gebruikt om operationele impulsspanningstests ongeveer te vervangen. Uit de testgegevens blijkt dat voor luchtspleten van meer dan 2 m de niet-lineariteit van de bedrijfsontladingsspanning aanzienlijk is, dat wil zeggen dat de weerstandsspanning langzaam toeneemt wanneer de spleetafstand groter wordt, en zelfs lager is dan de kortetermijnstroomfrequentie ontladingsspanning. Daarom moet de isolatie worden getest door de bedrijfsimpulsspanning te simuleren.

Voor lange openingen, isolatoren en externe isolatie van apparatuur zijn er twee testspanningsgolfvormen om bedrijfsoverspanning te simuleren. ① Niet-periodieke exponentiële vervalgolf: vergelijkbaar met een bliksemschokgolf, behalve dat de golfkoptijd en de halve piektijd veel langer zijn dan de bliksemschokgolflengte. De Internationale Elektrotechnische Commissie beveelt aan dat de standaardgolfvorm van de bedrijfsimpulsspanning 250/2500 μs is; wanneer de standaardgolfvorm niet aan de onderzoeksvereisten kan voldoen, kunnen 100/2500μs en 500/2500μs worden gebruikt. Niet-periodieke exponentiële vervalgolven kunnen ook worden gegenereerd door impulsspanningsgeneratoren. Het principe van het genereren van bliksemschokgolven is in principe hetzelfde, behalve dat de golfkopweerstand, golfstaartweerstand en oplaadweerstand vele malen moeten worden verhoogd. Een set impulsspanningsgeneratoren wordt vaak gebruikt in hoogspanningslaboratoria, uitgerust met twee sets weerstanden, zowel voor het genereren van bliksemimpulsspanning als voor het genereren van bedrijfsimpulsspanning. Volgens de regelgeving is de toegestane afwijking tussen de gegenereerde bedrijfspulsspanningsgolfvorm en de standaardgolfvorm: piekwaarde, ±3%; golfkop, ±20%; halve piektijd, ±60%. ② Verzwakte oscillatiegolf: de duur van de halve golf 01 moet 2000 ~ 3000 μs zijn, en de amplitude van de halve golf 02 moet ongeveer 80% van de amplitude van de halve golf 01 bereiken. De verzwakte oscillatiegolf wordt aan de hoogspanningszijde geïnduceerd door een condensator te gebruiken om de laagspanningszijde van de testtransformator te ontladen. Deze methode wordt meestal gebruikt bij golftests op locatie van stroomtransformatoren op onderstations, waarbij de geteste transformator zelf wordt gebruikt om testgolfvormen te genereren om zijn eigen spanningsbestendigheid te testen.

De inhoud van de bedrijfsimpuls-overspanningstest omvat 5 items: ① bedrijfsimpuls is bestand tegen spanningstest; ② 50% operationele impuls-flashover-test; ③ analysetest; ④ spanningstijdcurvetest (volt-seconde curvetest); ⑤ Bedrijfsimpulsspanningsgolfkop Curvetest. De eerste vier tests zijn hetzelfde als de overeenkomstige testvereisten bij de bliksemimpulsspanningstest. Test nr. 5 is vereist voor de werkingskarakteristieken van schokontlading, omdat de ontladingsspanning van een lange luchtspleet onder invloed van werkende schokgolven zal veranderen met de schokgolfkop. Bij een bepaalde golfkoplengte, zoals 150 μs, is de ontladingsspanning laag en deze golfkop wordt de kritische golfkop genoemd. De kritische golflengte neemt enigszins toe met de spleetlengte.

DC-bestendigheidsspanningstest

Gebruik gelijkstroom om de isolatieprestaties van elektrische apparatuur te testen. Het doel is om: ① het vermogen van elektrische DC-hoogspanningsapparatuur om gelijkspanning te weerstaan ​​te bepalen; ② Vanwege de beperking van de capaciteit van de AC-testvoeding, moet u DC-hoogspanning gebruiken in plaats van AC-hoogspanning om spanningstests uit te voeren op AC-apparatuur met grote capaciteit.

De gelijkstroomtestspanning wordt doorgaans gegenereerd door de wisselstroomvoeding via een gelijkrichter en is feitelijk een unipolaire pulserende spanning. Er is een maximale spanningswaarde U bij de golfpiek en een minimale spanningswaarde U bij het golfdal. De zogenaamde DC-testspanningswaarde verwijst naar de rekenkundige gemiddelde waarde van deze pulserende spanning, dat wil zeggen dat we uiteraard niet willen dat de pulsatie te groot is, dus wordt bepaald dat de pulsatiecoëfficiënt S van de DC-testspanning niet groter is dan 3 %, dat wil zeggen dat de gelijkspanning is verdeeld in positieve en negatieve polariteiten. Verschillende polariteiten hebben verschillende werkingsmechanismen op verschillende isolaties. Bij de test moet één polariteit worden gespecificeerd. Over het algemeen wordt voor de test een polariteit gebruikt die de isolatieprestaties ernstig test.

Meestal wordt een enkelfasige halfgolf- of dubbelzijdige gelijkrichterschakeling gebruikt om hoge gelijkspanning te genereren. Vanwege de beperking van de nominale spanning van de condensator en de hoogspannings-siliciumstapel kan dit circuit doorgaans 200 ~ 300 kV leveren. Als een hogere gelijkspanning vereist is, kan de cascademethode worden gebruikt. De uitgangsspanning van de cascade-gelijkspanningsgenerator kan 2n maal de piekspanning van de vermogenstransformator bedragen, waarbij n het aantal serieschakelingen vertegenwoordigt. De spanningsval en rimpelwaarde van de uitgangsspanning van dit apparaat zijn functies van het aantal series, belastingsstroom en AC-netfrequentie. Als er te veel series zijn en de stroom te groot is, zullen de spanningsval en de pulsatie ondraaglijke niveaus bereiken. Dit cascade-gelijkspanningsgenererende apparaat kan een spanning leveren van ongeveer 2000-3000 kV en een uitgangsstroom van slechts tientallen milliampère. Bij kunstmatige omgevingstests kan de voorontlaadstroom enkele honderden milliampère bereiken, of zelfs 1 ampère. Op dit moment moet een thyristorspanningsstabiliserend apparaat worden toegevoegd om de kwaliteit van de uitgangsspanning te verbeteren. Het is vereist dat wanneer de duur 500 ms is en de amplitude 500 mA is. Wanneer de voorontladingsstroompuls eenmaal per seconde doorstroomt, de veroorzaakte spanningsval niet groter is dan 5%.

Bij de preventieve isolatietest van voedingssysteemapparatuur (zie isolatietest) wordt DC-hoogspanning vaak gebruikt om de lekstroom en isolatieweerstand van kabels, condensatoren, enz. te meten, en wordt ook de isolatieweerstandsspanningstest uitgevoerd. Tests hebben aangetoond dat wanneer de frequentie in het bereik van 0,1 tot 50 Hz ligt, de spanningsverdeling binnen het meerlaagse medium in principe wordt verdeeld volgens de capaciteit. Daarom kan de spanningsbestendigheidstest met behulp van een ultralage frequentie van 0,1 Hz equivalent zijn aan de netfrequentie-bestendigheidsspanningstest, waardoor het gebruik van hoge spanningsbestendigheid wordt vermeden. De moeilijkheid van AC-capaciteit om spanningstestapparatuur te weerstaan, kan ook de isolatieconditie van de te testen apparatuur weerspiegelen. Momenteel worden ultra-laagfrequente spanningstests uitgevoerd op de eindisolatie van motoren, die als effectiever worden beschouwd dan netfrequentie-spanningstests.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.