Jakie są rutynowe testy transformatorów napięcia na zewnątrz?

1. Wstęp

Zewnętrzne transformatory napięcia są kluczowym sprzętem zapewniającym bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych. Wymagana jest naukowa i kompleksowa analiza testów, aby uniknąć zagrożeń i strat majątkowych spowodowanych nieprawidłową eksploatacją. Analiza testów może przewodniczyć w formułowaniu strategii działania i środków ostrożności, zapewnić stabilną pracę sprzętu oraz maksymalizować korzyści ekonomiczne i społeczne.

2. Pojęcie zewnętrznych transformatorów napięcia

Zewnętrzny transformator napięcia to w istocie zewnętrzny transformator obniżający napięcie, którego podstawową funkcją jest izolacja wysokiego napięcia:

• Przekształca wysokie napięcie w napięcie wtórne wynoszące 100V lub mniej proporcjonalnie, aby spełnić potrzeby urządzeń pomiarowych i ochrony przekaźnikowej.

• Służy do kontroli/nadzoru linii wyjściowych w elektrowniach i stacjach transformatorowych, a także do rozliczenia energii między siecią a użytkownikami, oraz między elektrowniami a stacjami.
  Ma dużą wartość i przydatność, a należy go używać racjonalnie, aby maksymalizować jego wartość.

2.1 Metody testowe i zasady działania

Do testowania zewnętrznych transformatorów napięcia często stosuje się metodę połączenia odwrotnego. Metoda połączenia odwrotnego wykrywa tangens kąta strat dielektrycznych izolacji następujących trzech części:

• Izolacja między pierwszym ekranem elektrostatycznym (terminal X) a windinkami wtórnymi i trzecimi.

• Izolacja między pierwotnymi windinkami a końcówkami windinków wtórnych i trzecich.

• Izolacja między nośnikiem izolacyjnym a ziemią.

2.2 Analiza defektów metody połączenia odwrotnego

Metoda połączenia odwrotnego ma trzy niedostatki:

• Ograniczenie pomiarowe: Głównie odzwierciedla tangens kąta strat dielektrycznych izolacji między pierwszym ekranem elektrostatycznym a windinkami wtórnymi i trzecimi. Ponieważ pojemność tej części wynosi 1000 pF, co jest znacznie większe niż dwóch innych (dziesiątki pikofaradów), trudno jest odzwierciedlić zmiany kąta strat dielektrycznych tych dwóch ostatnich części.

• Niskie napięcie testowe: Poziom izolacji końcówki wysokonapiętej cewki kaskadowej jest niski. Napięcie testowe zaprojektowane przez producenta wynosi 2000V, a zwykle można zastosować tylko 1600V w badaniach prewencyjnych (niektóre jednostki stosują 2500-3000V. Chociaż może wykryć wilgoć i wodę, ogólne napięcie jest stosunkowo niskie, co wpływa na czułość pomiaru mostka).

• Zabrudzenie: Zanieczyszczenie płyt terminalnych i małych porcelanowych rurek wyprowadzonych z terminalu X zwiększa błąd pomiaru. Choć można użyć metody połączenia prostego, aby zmniejszyć wpływ (metoda połączenia prostego również mierzy tangens kąta strat dielektrycznych między pierwszym ekranem elektrostatycznym a windinkami wtórnymi i trzecimi), sam błąd pomiaru metody połączenia prostego jest nadal duży.

Dokładnie rzecz ujmując, transformatory napięcia i transformatory mocy mają podobne zasady działania. Ich podstawowa struktura składa się z trzech części: rdzenia, windingu pierwotnego i wtórnego. Główną funkcją transformatora mocy jest przesyłanie energii elektrycznej, dlatego zwykle ma dużą pojemność. Transformator napięcia ma głównie funkcję przekształcania napięcia, zapewniając zasilanie dla urządzeń pomiarowych i systemów ochrony przekaźnikowej, a także pomiar napięcia, mocy i energii elektrycznej w obwodach. Należy zauważyć, że transformatory napięcia mogą również analizować i monitorować awarie linii. Te czynniki decydują, że zewnętrzne transformatory napięcia mają stosunkowo małą pojemność. Normalnie, zewnętrzne transformatory napięcia działają w warunkach bez obciążenia. Schemat zasady działania transformatora napięcia przedstawiono na Rysunku 1.

Jak widać na schemacie, wysokonapięta cewka transformatora napięcia jest połączona równolegle z innymi odpowiednimi obwodami w obwodzie pierwotnym. Napięcie wtórne jest proporcjonalne do napięcia pierwotnego i odzwierciedla jego wartość. Stosunek napięć znamionowych windingu pierwotnego i wtórnego to stosunek transformacji znamionowy, zwykle K_n = U₁/U₂. Ponadto, winding pierwotny jest połączony równolegle w obwodzie pierwotnym, więc stronę wtórną nie można krótko połączyć – krótkie połączenie spowodowałoby silny prąd, uszkadzając transformator i nawet paraliżując linię w skrajnych przypadkach. Podobnie, podczas testów zewnętrznych transformatorów napięcia, aby uniknąć zbyt wysokiego lub zbyt niskiego napięcia, należy zazemdzić winding wtórny, rdzeń i obudowę. Zapewnia to bezpieczeństwo transformatora i zewnętrznego sprzętu, nawet jeśli wystąpią wypadki.

3. Klasyfikacja zewnętrznych transformatorów napięcia

• Klasyfikacja według zasady działania transformatorów napięcia: transformatory elektromagnetyczne i kondensacyjne.

• Klasyfikacja według specyficznych warunków pracy na zewnątrz: konwencjonalne zewnętrzne transformatory napięcia i specjalne zewnętrzne transformatory napięcia.

• Klasyfikacja według liczby faz transformatorów napięcia: typ jednofazowy i trójfazowy. Ogólnie rzecz biorąc, transformator napięcia jednofazowy to taki, który może być produkowany dla dowolnego poziomu napięcia i może przeprowadzać konwersję zgodnie z wymaganiami w różnych warunkach, aby zapewnić wszystkie potrzebne zmiany; natomiast transformator napięcia trójfazowy ogranicza się do poziomów napięcia 10 kV i poniżej. Mimo pewnych ograniczeń, ten typ transformatora napięcia jest stosunkowo odpowiedni do pełnienia swojej wartości i roli w określonych sytuacjach.

• Klasyfikacja według liczby windings transformatorów napięcia: typ dwuwindingowy kombinowany i typ trójwindingowy kombinowany.

• Klasyfikacja według struktury izolacji: suchy, poliesterowy, gazowy i olejowy. Oczywiście, co do tego, jaki typ zewnętrznego transformatora napięcia należy użyć, należy dokładnie rozważyć środowisko pracy i rzeczywiste cechy całego transformatora napięcia dla konkretnych analiz.

4. Analiza trybów połączeń zewnętrznych transformatorów napięcia w rutynowych testach

W całym teście zewnętrznych transformatorów napięcia, tryb połączenia jest stosunkowo kluczowym i ważnym elementem całego transformatora napięcia, a musimy go przeanalizować, aby zapewnić bezpieczeństwo i stabilność całego testu.

4.1 Połączenie jednowireowe

To jest tryb połączenia, który używa transformatora napięcia jednofazowego do pomiaru napięcia danej fazy do ziemi lub napięcia między fazami. Ten sposób połączenia transformatora napięcia jest głównie używany w stosunkowo symetrycznych obwodach trójfazowych.

4.2 Tryb połączenia V-V

Tzw. tryb połączenia V-V polega na połączeniu dwóch transformatorów jednofazowych w niekompletną strukturę. Ten tryb połączenia może być używany do lepszego pomiaru napięcia między fazami, ale ma również wadę, czyli nie można mierzyć napięcia do ziemi. Jest szeroko stosowany w sieciach energetycznych o napięciu 20 kV i poniżej, gdzie punkt neutralny nie jest zazemiony lub zazemiony za pomocą cewki gazu.

4.3 Połączenie Y0-Y0

Ten tryb połączenia polega głównie na połączeniu zarówno stron pierwotnej, jak i wtórnej transformatora jednofazowego w typ Y0. Ten tryb połączenia ma wielką zaletę, czyli może dostarczać zasilanie do liczników i relé wymagających napięcia, a także do liczników monitorujących izolację, które wymagają napięcia fazowego. Zwykle ten tryb połączenia jest stosowany tylko w systemach poniżej 35 kV.

5. Analiza uwag podczas rutynowych testów zewnętrznych transformatorów napięcia

• Podczas procesu testowego, przed formalnym testem transformatora napięcia, wymagane jest naukowe postępowanie i pomiary polarności i oporu izolacyjnego transformatora napięcia. Ma to na celu zapewnienie, aby transformator napięcia nie doznał niepotrzebnych strat z powodu czynników zewnętrznych podczas testu.

• Połączenie z zewnętrznym transformatorem napięcia powinno być poprawne. Szczególnie należy zwrócić uwagę, że winding pierwotny i obwód poddany testowi powinny być połączone równolegle, a winding wtórny i cewki napięciowe podłączonych urządzeń pomiarowych i systemów ochrony przekaźnikowej powinny być połączone równolegle. Należy również zwrócić uwagę na to, aby jednocześnie zapewnić poprawność polarności.

• Podczas testu obciążenie na stronie wtórnej transformatora napięcia nie powinno przekraczać jego określonej pojemności znamionowej w normalnych warunkach. Jeśli zostanie przekroczona, spowoduje to duży błąd danych całego transformatora, a nie można uzyskać wymaganych normalnych wartości.

• Stronę wtórną transformatora napięcia nie wolno krótko połączyć. Dzieje się tak, ponieważ wewnętrzny impedancja transformatora napięcia jest bardzo mała. Jeśli obwód zostanie krótko połączony, powstanie duży prąd, co spowoduje duże uszkodzenia całego sprzętu transformatora napięcia. W skrajnych przypadkach może nawet zagrozić bezpieczeństwu osobistemu personelu testowego. Ponadto, jeśli to możliwe, na stronie pierwotnej należy zainstalować pewne urządzenia ochronne i monitorujące, aby zapewnić stabilność całego systemu testowego i uniknąć niepotrzebnych sytuacji.

• Aby lepiej zapewnić pomiary odpowiednich testów i bezpieczeństwo osób prowadzących eksperymenty, podczas eksperymentu musi być zazemiona jedna strona windingu wtórnego. Zaleta polega na tym, że nawet w przypadku uszkodzenia izolacji, dobrze zapewnia bezpieczeństwo majątku i osobistego.

6. Podsumowanie

Przez analizę testową zewnętrznych transformatorów napięcia opracowano stosunkowo kompleksowe i naukowe metody testowe i uwagi. Prawdziwie zapewniają one normalny przebieg całego testu, chronią bezpieczeństwo sprzętu i personelu, a także stanowią solidne podstawy dla zastosowania zewnętrznych transformatorów napięcia w dziedzinie zasilania, aby maksymalizować ich wartość.