Які є типові випробування зовнішніх напругових перетворювачів

1. Вступ

Зовнішні перетворювачі напруги є ключовим обладнанням для забезпечення безпеки електричних пристроїв. Для уникнення небезпек та втрат від неправильного використання необхідний науковий та всебічний аналіз тестування. Аналіз тестування може направляти формулювання стратегій та заходів безпеки, забезпечуючи стабільну роботу обладнання та максимізацію економічної та соціальної ефективності.

2. Поняття зовнішніх перетворювачів напруги

Зовнішній перетворювач напруги є суттєво зовнішнім понижаючим перетворювачем, основною функцією якого є ізоляція високої напруги:

• Перетворює високу напругу на вторинну напругу 100В або нижче в пропорції, що задовольняє потреби вимірювальних приладів та реле захисту.

• Використовується для контролю/моніторингу виводу ліній у електростанціях та підстанціях, а також для розрахунку споживання електроенергії між мережею та споживачами, а також між електростанціями та підстанціями.
  Має високу цінність та придатність і повинен бути використаний раціонально, щоб максимально реалізувати його цінність.

2.1 Методи тестування та принципи роботи

Для тестування зовнішніх перетворювачів напруги часто використовується метод зворотнього з'єднання. Метод зворотнього з'єднання виявляє тангенс кута діелектричних втрат у ізоляції наступних трьох частин:

• Ізоляція між первинним електростатичним екраном (термінал X) та вторинними та третинними обмотками.

• Ізоляція між первинною обмоткою та кінцями вторинних та третинних обмоток.

• Ізоляція між ізоляційною опорою та землею.

2.2 Аналіз дефектів методу зворотнього з'єднання

Метод зворотнього з'єднання має три недоліки:

• Обмеження вимірювання: Основно відображає тангенс кута діелектричних втрат у ізоляції між первинним електростатичним екраном та вторинними та третинними обмотками. Оскільки ємність цієї частини досягає 1000пФ, що набагато більше, ніж у двох інших частин (десятки пікофарад), важко відобразити зміну кута діелектричних втрат у останніх двох частинах.

• Низька пробна напруга: Рівень ізоляції заземленого кінця високовольтного витка каскадного перетворювача напруги низький. Пробна напруга, проектована виробником, становить 2000В, а в профілактичних тестах зазвичай можна застосувати лише 1600В (деякі установи використовували 2500-3000В. Хоча це дозволяє виявити проникнення води та вологи, загальна напруга відносно низька, що впливає на чутливість вимірювання мосту).

• Забруднення: Забруднення термінальної плати та малого порцелянового рукава, веденого від терміналу X, збільшує похибку вимірювання. Хоча можна використовувати метод прямування, щоб зменшити вплив (метод прямування також вимірює тангенс кута діелектричних втрат між первинним електростатичним екраном та вторинними та третинними обмотками), похибка вимірювання методу прямування все одно велика.

З точністю до деталей, перетворювачі напруги та силові перетворювачі мають приблизно однаковий принцип роботи. Їх основна конструкція складається з трьох частин: серцевина, первинна обмотка та вторинна обмотка. Основною функцією силового перетворювача є передача електричної енергії, тому він зазвичай має велику потужність. Перетворювач напруги головним чином функціонує для перетворення напруги, забезпечуючи живлення вимірювальних приладів та пристроїв реле захисту, а також вимірювання напруги, потужності та електроенергії в колах. Слід зазначити, що перетворювачі напруги також можуть аналізувати та моніторити аварії на лініях. Ці фактори визначають, що зовнішні перетворювачі напруги мають відносно невелику потужність. Зазвичай зовнішні перетворювачі напруги працюють в режимі без навантаження. Діаграма аналізу принципу роботи перетворювача напруги показана на рис. 1.

Як видно з діаграми, високовольтна обмотка перетворювача напруги паралельна іншим відповідним колам в первинному колі. Другорядна напруга пропорційна первинній напругі та відображає її значення. Співвідношення номінальних напруг первинної та вторинної обмоток є номінальним коефіцієнтом перетворення, зазвичай K_n = U₁/U₂. Також, оскільки первинна обмотка паралельна в первинному колі, то другорядна сторона не може бути замкнена — замикання спричинить сильний струм, що може пошкодити перетворювач та, в крайньому випадку, паралізувати лінію. Аналогічно, під час тестування зовнішніх перетворювачів напруги, щоб уникнути надмірно високої або низької напруги, заземлюйте вторинну обмотку, серцевину та корпус. Це забезпечує безпеку перетворювача та зовнішнього обладнання, навіть якщо відбудуться аварії.

3. Класифікація зовнішніх перетворювачів напруги

• Класифікація за принципом роботи перетворювачів напруги: Електромагнітні перетворювачі напруги та конденсаторні перетворювачі напруги.

• Класифікація за характеристиками конкретних зовнішніх умов роботи: Звичайні зовнішні перетворювачі напруги та спеціальні зовнішні перетворювачі напруги.

• Класифікація за числом фаз перетворювачів напруги: Однофазні та трифазні типи. Зазвичай, однофазний перетворювач напруги означає, що його можна виготовити для будь-якого рівня напруги та виконувати перетворення за потребою в різних умовах, щоб забезпечити всі необхідні зміни; тоді як трифазний перетворювач напруги обмежений до рівнів напруги 10 кВ і нижче.Хоча цей тип перетворювача напруги має певні обмеження, він відносно підходить для виконання своєї цінності та ролі в певних ситуаціях.

• Класифікація за числом обмоток перетворювачів напруги: Подвійно-обмотковий комбінований тип та три-обмотковий комбінований тип.

• Класифікація за структурою ізоляції: Сухий тип, пластиковий заплавлений тип, газонаповнений тип та масло-наповнений тип. Звичайно, щодо того, який тип зовнішнього перетворювача напруги використовувати, необхідно повністю врахувати робоче середовище та фактичні характеристики всього перетворювача напруги для конкретного аналізу.

4. Аналіз режимів з'єднання зовнішніх перетворювачів напруги під час типових тестів

У ході всього тестування зовнішніх перетворювачів напруги, режим з'єднання є досить ключовим та важливим елементом усього перетворювача напруги, і нам потрібно його проаналізувати, щоб забезпечити безпеку та стабільність всього тесту.

4.1 Однопровідне з'єднання

Це режим з'єднання, який використовує однофазний перетворювач напруги для вимірювання напруги певної фази до землі або напруги між фазами. Цей режим з'єднання перетворювача напруги використовується переважно для відносно симетричних трифазних кол.

4.2 Режим з'єднання V-V

Так званий режим з'єднання V-V означає з'єднання двох однофазних перетворювачів у неповну структуру. Цей режим з'єднання може бути використаний для кращого вимірювання напруги між фазами, але він також має недолік, а саме, він не може вимірювати напругу до землі. Більш того, він широко використовується в електроенергетичних мережах з напругою 20 кВ і нижче, де нейтральна точка не заземлена або заземлена через дуговий гаситель.

4.3 Режим з'єднання Y0-Y0

Цей режим з'єднання в основному з'єднує обидві сторони первинної та вторинної обмотки однофазного перетворювача напруги у тип Y0. Цей режим з'єднання має велику перевагу, а саме, він може забезпечувати живлення вимірювальних приладів та реле, яким потрібна напруга, а також приладів моніторингу ізоляції, яким потрібна фазова напруга. Зазвичай цей режим з'єднання використовується лише в системах нижче 35 кВ.

5 Аналіз заходів безпеки під час типових тестів зовнішніх перетворювачів напруги

• У ході тестування, перед формальним тестуванням перетворювача напруги, необхідно провести наукову обробку та вимірювання полярності та опору ізоляції перетворювача напруги. Це зроблено для того, щоб забезпечити, що перетворювач напруги не зазнає непотрібних втрат через зовнішні фактори під час тестування.

• З'єднання зовнішнього перетворювача напруги повинно бути правильним. Особливо слід звернути увагу на те, що первинна обмотка та коло, яке тестується, повинні бути з'єднані паралельно, а вторинна обмотка та напругові катушки підключених вимірювальних приладів та пристроїв реле захисту повинні бути з'єднані паралельно. Також слід звернути увагу на правильність полярності.

• Під час тестування навантаження на вторинній стороні перетворювача напруги не повинно перевищувати його встановленої номінальної потужності в нормальних умовах. Якщо воно перевищує, це призведе до великого похибки даних всього перетворювача, і не можна отримати необхідні нормальні значення.

• На вторинній стороні перетворювача напруги не допускається короткого замикання. Це тому, що внутрішній імпеданс перетворювача напруги дуже малий. Якщо коло замкнено, виникає великий струм, що може завдати великого шкоди всьому обладнанню перетворювача напруги. У крайньому випадку, це може навіть загрожувати особистій безпеці персоналу, який проводить тест. Крім того, якщо це можливо, на первинній стороні слід встановити певне обладнання захисту та моніторингу, щоб забезпечити стабільність всього тестового системи та уникнути непотрібних ситуацій.

• Щоб краще забезпечити вимірювання відповідних тестів та безпеку відповідного персоналу, вторинна обмотка повинна бути заземлена в одній точці під час експерименту. Перевага цього полягає в тому, що навіть якщо відбувається пошкодження ізоляції, це добре забезпечує безпеку майна та особистого персоналу.

6 Висновок

Через аналіз тестування зовнішніх перетворювачів напруги, були сформульовані відносно повні та наукові методи та заходи безпеки. Це дійсно забезпечує нормальний прогрес усього тесту, захист обладнання та персоналу, а також надає надійну основу для застосування зовнішніх перетворювачів напруги в енергетичній галузі, щоб максимально реалізувати їхню цінність.