Evaluasi kemampuan menahan tegangan isolasi peralatan listrik.

Sarana teknis untuk menguji dan mengevaluasi kemampuan menahan tegangan isolasi peralatan listrik. Struktur insulasi perlu digunakan untuk mengisolasi bagian aktif dari semua peralatan listrik dari bagian yang diarde, atau dari benda aktif non-ekipotensial lainnya, untuk memastikan pengoperasian normal peralatan tersebut. Kekuatan dielektrik suatu bahan isolasi tunggal dinyatakan sebagai rata-rata kuat rusaknya medan listrik sepanjang ketebalan (satuannya kV/cm). Struktur insulasi peralatan listrik, seperti insulasi generator dan trafo, terdiri dari berbagai macam bahan, dan bentuk strukturnya juga sangat kompleks. Kerusakan lokal apa pun pada struktur insulasi akan menyebabkan seluruh peralatan kehilangan kinerja insulasinya. Oleh karena itu, kemampuan insulasi keseluruhan peralatan umumnya hanya dapat dinyatakan dengan tegangan uji (satuan: kV) yang dapat ditahannya. Tegangan uji ketahanan isolasi dapat menunjukkan tingkat tegangan yang dapat ditahan oleh peralatan, tetapi tidak setara dengan kekuatan isolasi peralatan yang sebenarnya. Persyaratan khusus untuk koordinasi insulasi sistem tenaga adalah mengoordinasikan dan merumuskan tegangan uji ketahanan insulasi berbagai peralatan listrik untuk menunjukkan persyaratan tingkat insulasi peralatan tersebut. Uji tegangan ketahanan insulasi merupakan uji destruktif (lihat uji isolasi). Oleh karena itu, untuk beberapa peralatan utama yang beroperasi yang kekurangan suku cadang atau memerlukan waktu perbaikan yang lama, Anda harus mempertimbangkan dengan cermat apakah akan melakukan uji tegangan ketahanan isolasi.

Ketika berbagai peralatan listrik pada sistem tenaga listrik berjalan, selain menahan tegangan kerja AC atau DC, juga akan mengalami berbagai tegangan lebih. Tegangan lebih ini tidak hanya mempunyai amplitudo yang tinggi, tetapi juga mempunyai bentuk gelombang dan durasi yang sangat berbeda dengan tegangan kerja. Pengaruhnya terhadap isolasi dan mekanisme yang dapat menyebabkan kerusakan isolasi juga berbeda. Oleh karena itu, perlu menggunakan tegangan uji yang sesuai untuk melakukan uji tegangan ketahanan peralatan listrik. Uji tegangan ketahanan isolasi yang ditentukan dalam standar Tiongkok untuk sistem tenaga AC meliputi: ① uji tegangan ketahanan frekuensi daya jangka pendek (1 menit); ② frekuensi daya jangka panjang menahan uji tegangan; ③ Uji tegangan tahan DC; ④ uji tegangan tahan gelombang kejut operasi; ⑤ Uji tegangan tahan gelombang kejut petir. Hal ini juga menetapkan bahwa kinerja insulasi peralatan listrik 3 hingga 220kv di bawah tegangan operasi frekuensi daya, tegangan lebih sementara, dan tegangan lebih operasi umumnya diuji dengan uji tegangan ketahanan frekuensi daya jangka pendek, dan uji dampak pengoperasian tidak diperlukan. Untuk peralatan listrik 330 hingga 500kv, uji tumbukan pengoperasian diperlukan untuk memeriksa kinerja insulasi pada tegangan lebih pengoperasian. Uji tegangan ketahanan frekuensi daya jangka panjang merupakan pengujian yang dilakukan terhadap kondisi degradasi insulasi internal dan kontaminasi insulasi eksternal pada peralatan listrik.

Standar uji tegangan ketahanan isolasi memiliki peraturan khusus di setiap negara. Standar Tiongkok (GB311.1-83) menetapkan tingkat insulasi dasar peralatan transmisi dan transformasi daya 3-500kv; Peralatan transmisi dan transformasi daya 3-500kv tegangan tahan impuls petir, tegangan tahan frekuensi daya satu menit; dan peralatan transmisi dan transformasi daya 330-500kv Impuls menahan tegangan untuk pengoperasian peralatan listrik. Departemen manufaktur peralatan listrik dan departemen operasi sistem tenaga harus mematuhi standar ketika memilih item dan nilai tegangan uji untuk uji tegangan tahan.

Frekuensi daya menahan uji tegangan

Digunakan untuk menguji dan mengevaluasi kemampuan isolasi peralatan listrik dalam menahan tegangan frekuensi daya. Tegangan uji harus sinusoidal dan frekuensinya harus sama dengan frekuensi sistem tenaga. Biasanya ditentukan bahwa uji tegangan tahan satu menit digunakan untuk menguji kemampuan menahan tegangan jangka pendek dari insulasi, dan uji tegangan tahan jangka panjang digunakan untuk menguji kerusakan progresif di dalam insulasi, seperti pelepasan sebagian. kerusakan, kehilangan dielektrik, dan kerusakan termal yang disebabkan oleh arus bocor. Isolasi eksternal peralatan listrik luar ruangan dipengaruhi oleh faktor lingkungan atmosfer. Selain uji tegangan ketahanan frekuensi daya dalam kondisi permukaan kering, uji ketahanan tegangan dalam lingkungan atmosfer yang disimulasikan secara artifisial (seperti kondisi basah atau kotor) juga diperlukan.

Tegangan sinusoidal AC dapat dinyatakan dalam nilai puncak atau nilai efektif. Rasio nilai puncak terhadap nilai efektif adalah akar kuadrat dua. Bentuk gelombang dan frekuensi tegangan uji yang sebenarnya diterapkan selama pengujian pasti akan menyimpang dari peraturan standar. Standar Tiongkok (GB311.3-83) menetapkan bahwa rentang frekuensi tegangan uji harus 45 hingga 55Hz, dan bentuk gelombang tegangan uji harus mendekati gelombang sinus. Syaratnya adalah setengah gelombang positif dan negatif harus sama persis, dan nilai puncak serta nilai efektifnya harus sama. Rasionya sama dengan ±0,07. Umumnya yang disebut nilai tegangan uji mengacu pada nilai efektif, yang dibagi dengan nilai puncaknya.

Catu daya yang digunakan untuk pengujian terdiri dari trafo uji tegangan tinggi dan alat pengatur tegangan. Prinsip trafo uji sama dengan trafo daya pada umumnya. Tegangan keluaran pengenalnya harus memenuhi persyaratan pengujian dan memberikan ruang untuk kelonggaran; tegangan keluaran trafo uji harus cukup stabil agar tidak menyebabkan keluaran berubah karena penurunan tegangan arus pra-pengosongan pada resistansi internal catu daya. Tegangan berfluktuasi secara signifikan untuk menghindari kesulitan pengukuran atau bahkan mempengaruhi proses pelepasan. Oleh karena itu, catu daya uji harus memiliki kapasitas yang cukup dan impedansi internal harus sekecil mungkin. Secara umum, persyaratan kapasitas trafo uji ditentukan oleh seberapa besar arus hubung singkat yang dapat dihasilkan pada tegangan uji. Misalnya, untuk pengujian sampel kecil insulasi padat, cair atau kombinasi dalam keadaan kering, arus hubung singkat peralatan harus 0,1A; untuk pengujian insulasi yang dapat memulihkan sendiri (isolator, sakelar isolasi, dll.) dalam keadaan kering, arus hubung singkat peralatan diperlukan Tidak kurang dari 0,1A; untuk uji hujan buatan isolasi eksternal, arus hubung singkat peralatan harus tidak kurang dari 0,5A; untuk pengujian benda uji dengan dimensi lebih besar, arus hubung singkat peralatan harus 1A. Secara umum, transformator uji dengan tegangan pengenal lebih rendah sebagian besar mengadopsi sistem 0,1A, yang memungkinkan 0,1A mengalir terus menerus melalui kumparan tegangan tinggi transformator. Misalnya, kapasitas trafo uji 50kV diatur ke 5kVA, dan kapasitas trafo uji 100kV adalah 10kVA. Transformator uji dengan tegangan pengenal lebih tinggi biasanya mengadopsi sistem 1A, yang memungkinkan 1A mengalir terus menerus melalui kumparan tegangan tinggi transformator. Misalnya kapasitas trafo uji 250kV adalah 250kVA, dan kapasitas trafo uji 500kV adalah 500kVA. Karena dimensi keseluruhan peralatan uji tegangan lebih tinggi, Lebih Besar, kapasitansi setara peralatan juga lebih besar, dan catu daya uji perlu menyediakan lebih banyak arus beban. Tegangan pengenal transformator uji tunggal terlalu tinggi, yang akan menyebabkan kesulitan teknis dan ekonomi selama pembuatan. Tegangan tertinggi dari satu trafo uji di Cina adalah 750kV, dan hanya ada sedikit trafo uji tunggal di dunia dengan tegangan melebihi 750kV. Untuk memenuhi kebutuhan pengujian tegangan AC pada peralatan listrik tegangan ultra tinggi dan tegangan ultra tinggi, beberapa trafo uji biasanya dihubungkan secara seri untuk memperoleh tegangan tinggi. Misalnya, tiga transformator uji 750kV dihubungkan secara seri untuk memperoleh tegangan uji 2250kV. Ini disebut transformator uji seri. Ketika trafo dihubungkan secara seri, impedansi internal meningkat sangat cepat dan jauh melebihi jumlah aljabar impedansi beberapa trafo. Oleh karena itu, jumlah trafo yang dihubungkan secara seri seringkali dibatasi hingga 3. Trafo uji juga dapat dihubungkan secara paralel untuk meningkatkan arus keluaran, atau dihubungkan dalam bentuk △ atau Y untuk operasi tiga fasa.

Untuk melakukan uji tegangan ketahanan frekuensi daya pada sampel dengan kapasitansi elektrostatik besar, seperti kapasitor, kabel, dan generator berkapasitas besar, perangkat catu daya harus bertegangan tinggi dan berkapasitas besar. Akan ada kesulitan dalam mewujudkan perangkat catu daya semacam ini. Beberapa departemen telah mengadopsi peralatan uji resonansi seri tegangan tinggi frekuensi daya (lihat peralatan uji resonansi seri tegangan tinggi AC).

Uji tegangan ketahanan impuls petir

Kemampuan isolasi peralatan listrik untuk menahan tegangan impuls petir diuji dengan simulasi buatan bentuk gelombang arus petir dan nilai puncak. Berdasarkan hasil pengukuran debit petir yang sebenarnya, diyakini bahwa bentuk gelombang petir adalah kurva bi-eksponensial unipolar dengan tinggi gelombang beberapa mikrodetik dan ekor gelombang yang panjangnya puluhan mikrodetik. Kebanyakan petir berpolaritas negatif. Standar berbagai negara di dunia telah mengkalibrasi gelombang kejut petir standar sebagai: waktu muka gelombang semu T1=1,2μs, juga dikenal sebagai waktu kepala gelombang; waktu puncak setengah gelombang T2=50μs, juga dikenal sebagai waktu ekor gelombang (lihat gambar). Penyimpangan yang diperbolehkan antara nilai puncak tegangan dan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh perangkat uji sebenarnya dan gelombang standar adalah: nilai puncak, ±3%; waktu kepala gelombang, ±30%; waktu puncak setengah gelombang, ±20%; bentuk gelombang petir standar biasanya dinyatakan sebagai 1,2 /50μs.

Tegangan uji impuls petir dihasilkan oleh generator tegangan impuls. Transformasi beberapa kapasitor generator tegangan impuls dari paralel ke seri dicapai melalui banyak celah bola penyalaan, yaitu, beberapa kapasitor dihubungkan secara seri ketika celah bola penyalaan dikontrol untuk dilepaskan. Kecepatan kenaikan tegangan pada alat yang diuji dan kecepatan penurunan tegangan setelah nilai puncak dapat diatur dengan nilai resistansi pada rangkaian kapasitor. Hambatan yang mempengaruhi kepala gelombang disebut hambatan kepala gelombang, dan hambatan yang mempengaruhi ekor gelombang disebut hambatan ekor gelombang. Selama pengujian, waktu kepala gelombang yang telah ditentukan dan waktu puncak setengah gelombang dari gelombang tegangan impuls standar diperoleh dengan mengubah nilai resistansi resistor kepala gelombang dan resistor ekor gelombang. Dengan mengubah polaritas dan amplitudo tegangan keluaran catu daya yang diperbaiki, polaritas dan nilai puncak gelombang tegangan impuls yang diperlukan dapat diperoleh. Dari sini dapat diwujudkan pembangkit tegangan impuls mulai dari ratusan ribu volt hingga beberapa juta volt atau bahkan puluhan juta volt. Tegangan lebih tinggi dari generator tegangan impuls yang dirancang dan dipasang oleh China adalah 6000kV.

Uji tegangan impuls petir

Konten mencakup 4 item. ①Uji tegangan ketahanan benturan: Biasanya digunakan untuk insulasi yang tidak dapat pulih sendiri, seperti insulasi transformator, reaktor, dll. Tujuannya adalah untuk menguji apakah perangkat ini dapat menahan tegangan yang ditentukan oleh tingkat insulasi. ② Uji dampak flashover 50%: Biasanya insulasi yang dapat pulih sendiri seperti isolator, celah udara, dll. Tujuannya untuk menentukan nilai tegangan U dengan probabilitas flashover sebesar 50%. Dengan standar deviasi antara nilai tegangan ini dan nilai flashover, probabilitas flashover lainnya juga dapat ditentukan, seperti nilai tegangan flashover 5%. U umumnya dianggap sebagai tegangan penahan. ③Uji kerusakan: Tujuannya untuk mengetahui kekuatan insulasi yang sebenarnya. Terutama dilakukan di pabrik peralatan listrik. ④Uji kurva tegangan-waktu (uji kurva volt-detik): Kurva tegangan-waktu menunjukkan hubungan antara tegangan yang diberikan terhadap kerusakan isolasi (atau flashover isolasi porselen) dan waktu. Kurva volt-detik (kurva V-t) dapat memberikan dasar untuk mempertimbangkan koordinasi isolasi antara peralatan yang dilindungi seperti transformator dan peralatan pelindung seperti arester.

Selain pengujian dengan impuls petir gelombang penuh, terkadang peralatan listrik dengan belitan seperti trafo dan reaktor juga perlu diuji dengan gelombang terpotong dengan waktu pemotongan 2 hingga 5 s. Pemotongan dapat terjadi pada awal atau akhir gelombang. Pembangkitan dan pengukuran gelombang terpotong ini serta penentuan tingkat kerusakan yang ditimbulkan pada peralatan semuanya relatif rumit dan sulit. Karena prosesnya yang cepat dan amplitudo yang tinggi, uji tegangan impuls petir memiliki persyaratan teknis yang tinggi untuk pengujian dan pengukuran. Prosedur, metode, dan standar pengujian yang terperinci sering kali ditetapkan sebagai referensi dan penerapan saat melakukan pengujian.

Tes tegangan lebih impuls operasi

Dengan mensimulasikan secara artifisial bentuk gelombang tegangan lebih impuls operasi sistem tenaga, kemampuan isolasi peralatan listrik untuk menahan tegangan impuls operasi diuji. Ada banyak jenis bentuk gelombang dan puncak tegangan lebih yang beroperasi pada sistem tenaga listrik, yang terkait dengan parameter saluran dan status sistem. Umumnya merupakan gelombang osilasi yang dilemahkan dengan frekuensi berkisar antara puluhan Hz hingga beberapa kilohertz. Amplitudonya berhubungan dengan tegangan sistem, yang biasanya dinyatakan sebagai beberapa kali tegangan fasa, hingga 3 hingga 4 kali tegangan fasa. Gelombang kejut operasi bertahan lebih lama dibandingkan gelombang kejut petir dan mempunyai efek berbeda pada isolasi sistem tenaga. Untuk sistem tenaga listrik 220kV ke bawah, uji tegangan ketahanan frekuensi daya jangka pendek dapat digunakan untuk menguji kira-kira kondisi insulasi peralatan pada tegangan lebih operasi. Untuk sistem dan peralatan tegangan ultra-tinggi dan tegangan ultra-tinggi 330kV ke atas, tegangan lebih pengoperasian memiliki dampak yang lebih besar pada isolasi, dan uji tegangan frekuensi daya jangka pendek tidak lagi dapat digunakan untuk menggantikan uji tegangan impuls pengoperasian. Terlihat dari data pengujian bahwa untuk celah udara di atas 2m, ketidaklinieran tegangan pelepasan operasi cukup signifikan, yaitu tegangan tahan meningkat secara perlahan seiring dengan bertambahnya jarak celah, dan bahkan lebih rendah dari frekuensi daya jangka pendek. tegangan pelepasan. Oleh karena itu, insulasi harus diuji dengan mensimulasikan tegangan impuls operasi.

Untuk celah yang panjang, isolator dan peralatan insulasi eksternal, terdapat dua bentuk gelombang tegangan uji untuk mensimulasikan tegangan lebih operasi. ① Gelombang peluruhan eksponensial non-periodik: mirip dengan gelombang kejut petir, hanya saja waktu tinggi gelombang dan waktu setengah puncaknya jauh lebih lama daripada panjang gelombang kejut petir. Komisi Elektroteknik Internasional merekomendasikan bahwa bentuk gelombang standar tegangan impuls operasi adalah 250/2500μs; ketika bentuk gelombang standar tidak dapat memenuhi persyaratan penelitian, 100/2500μs dan 500/2500μs dapat digunakan. Gelombang peluruhan eksponensial non-periodik juga dapat dihasilkan oleh generator tegangan impuls. Prinsip pembangkitan gelombang kejut petir pada dasarnya sama, hanya saja hambatan kepala gelombang, hambatan ekor gelombang, dan hambatan pengisian harus ditingkatkan berkali-kali lipat. Seperangkat generator tegangan impuls yang biasa digunakan di laboratorium tegangan tinggi, dilengkapi dengan dua set resistor, baik untuk pembangkitan tegangan impuls petir maupun untuk pembangkitan tegangan impuls operasi. Menurut peraturan, deviasi yang diperbolehkan antara bentuk gelombang tegangan impuls operasi yang dihasilkan dan bentuk gelombang standar adalah: nilai puncak, ±3%; kepala gelombang, ±20%; waktu setengah puncak, ±60%. ② Gelombang osilasi yang dilemahkan: Durasi setengah gelombang 01 harus 2000~3000μs, dan amplitudo setengah gelombang 02 kira-kira harus mencapai 80% dari amplitudo setengah gelombang 01. Gelombang osilasi yang dilemahkan diinduksi pada sisi tegangan tinggi dengan menggunakan kapasitor untuk melepaskan sisi tegangan rendah dari transformator uji. Metode ini banyak digunakan dalam pengujian gelombang pengoperasian transformator daya di gardu induk, menggunakan transformator yang diuji itu sendiri untuk menghasilkan bentuk gelombang pengujian guna menguji kemampuan menahan tegangannya sendiri.

Isi uji tegangan lebih impuls operasi meliputi 5 item: ① uji tegangan ketahanan impuls operasi; ② Uji flashover impuls operasi 50%; ③ uji kerusakan; ④ uji kurva waktu tegangan (uji kurva volt-detik); ⑤ uji kurva kepala gelombang tegangan impuls operasi. Empat pengujian pertama sama dengan persyaratan pengujian terkait dalam pengujian tegangan impuls petir. Pengujian No. 5 diperlukan untuk karakteristik pelepasan kejut pengoperasian karena tegangan pelepasan celah udara yang panjang di bawah pengaruh gelombang kejut pengoperasian akan berubah seiring dengan tinggi gelombang kejut. Pada panjang kepala gelombang tertentu, seperti 150μs, tegangan pelepasannya rendah, dan kepala gelombang ini disebut kepala gelombang kritis. Panjang gelombang kritis sedikit bertambah seiring dengan bertambahnya panjang celah.

Uji tegangan tahan DC

Gunakan daya DC untuk menguji kinerja isolasi peralatan listrik. Tujuannya untuk: ① mengetahui kemampuan peralatan listrik tegangan tinggi DC dalam menahan tegangan DC; ② Karena keterbatasan kapasitas catu daya uji AC, gunakan tegangan tinggi DC, bukan tegangan tinggi AC, untuk melakukan uji ketahanan tegangan pada peralatan AC kapasitansi besar.

Tegangan uji DC umumnya dihasilkan oleh catu daya AC melalui perangkat penyearah, dan sebenarnya merupakan tegangan berdenyut unipolar. Terdapat nilai tegangan maksimum U pada puncak gelombang, dan nilai tegangan minimum U pada lembah gelombang. Yang disebut nilai tegangan uji DC mengacu pada nilai rata-rata aritmatika dari tegangan pulsasi tersebut, yaitu tentunya kita tidak ingin pulsasinya terlalu besar, sehingga koefisien pulsasi S dari tegangan uji DC ditetapkan tidak melebihi 3. %, yaitu tegangan DC dibagi menjadi polaritas positif dan negatif. Polaritas yang berbeda memiliki mekanisme kerja yang berbeda pada isolasi yang berbeda. Satu polaritas harus ditentukan dalam pengujian. Umumnya, polaritas yang sangat menguji kinerja isolasi digunakan untuk pengujian.

Biasanya rangkaian penyearah setengah gelombang atau gelombang penuh satu tahap digunakan untuk menghasilkan tegangan DC tinggi. Karena keterbatasan tegangan pengenal kapasitor dan tumpukan silikon tegangan tinggi, rangkaian ini umumnya dapat menghasilkan 200~300kV. Jika diperlukan tegangan DC yang lebih tinggi, metode kaskade dapat digunakan. Tegangan keluaran generator tegangan DC kaskade bisa 2n kali tegangan puncak transformator daya, dimana n mewakili jumlah sambungan seri. Nilai jatuh tegangan dan riak tegangan keluaran perangkat ini merupakan fungsi dari jumlah rangkaian, arus beban, dan frekuensi listrik AC. Jika terdapat terlalu banyak rangkaian dan arus terlalu besar, penurunan tegangan dan pulsasi akan mencapai tingkat yang tidak dapat ditoleransi. Perangkat pembangkit tegangan DC kaskade ini dapat menghasilkan tegangan sekitar 2000-3000kV dan arus keluaran hanya puluhan miliampere. Saat melakukan pengujian lingkungan buatan, arus pra-pengosongan dapat mencapai beberapa ratus miliampere, atau bahkan 1 amp. Pada saat ini, perangkat penstabil tegangan thyristor harus ditambahkan untuk meningkatkan kualitas tegangan keluaran. Diperlukan bahwa ketika durasinya 500 ms dan amplitudonya 500mA. Ketika pulsa arus pra-pengosongan mengalir satu kali per detik, penurunan tegangan yang ditimbulkan tidak melebihi 5%.

Dalam uji pencegahan insulasi peralatan sistem tenaga (lihat uji insulasi), tegangan tinggi DC sering digunakan untuk mengukur arus bocor dan resistansi isolasi kabel, kapasitor, dll., dan uji tegangan ketahanan insulasi juga dilakukan. Pengujian telah menunjukkan bahwa ketika frekuensi berada dalam kisaran 0,1 hingga 50Hz, distribusi tegangan di dalam media multi-lapisan pada dasarnya didistribusikan sesuai dengan kapasitansi. Oleh karena itu, uji ketahanan tegangan menggunakan frekuensi ultra-rendah 0,1Hz dapat setara dengan uji tegangan tahan frekuensi daya, sehingga menghindari penggunaan tegangan tahan tegangan yang besar. Sulitnya kapasitas menahan tegangan AC alat uji juga dapat mencerminkan kondisi isolasi peralatan yang diuji. Saat ini, uji tegangan tahan frekuensi ultra-rendah dilakukan pada insulasi ujung motor, yang dianggap lebih efektif daripada uji tegangan tahan frekuensi daya.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.