معايير وحسابات اختبار LTAC للمحولات الكهربائية

1 مقدمة

وفقًا لأحكام المعيار الوطني GB/T 1094.3-2017، الغرض الرئيسي لاختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) للمحولات الكهربائية هو تقييم قوة العزل الكهربائي من طرفي اللفائف ذات الجهد العالي إلى الأرض. ولا يهدف هذا الاختبار لتقييم عزل الدورات الداخلية أو العزل بين الأطوار.

مقارنة بالاختبارات العازلة الأخرى (مثل اختبار الصدمة الكاملة LI أو اختبار الصدمة التبديلية SI)، فإن اختبار LTAC يفرض تقييمًا أكثر صرامة على قوة العزل الرئيسي بين طرفي اللفائف ذات الجهد العالي، وطرفي الأسلاك ذات الجهد العالي، والمكونات المعدنية الأرضية مثل الهياكل الضاغطة، ووحدات الارتفاع، والخزان، بسبب مدة الاختبار الأطول (عادة 30 ثانية للمحولات ذات التردد 50 هرتز و36 ثانية للمحولات ذات التردد 60 هرتز).

أظهرت العديد من حالات فشل الاختبارات العازلة أن العديد من المحولات الكهربائية يمكنها تحمل اختبار الصدمة الكاملة (LI) واختبار الصدمة التبديلية (SI) ولكنها لا تزال تتعرض للكسر أثناء اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC)، مع حدوث الكسر غالبًا في الثواني الأخيرة من الاختبار. وهذا يوضح أهمية مدة الاختبار بشكل واضح في تقييم العزل الرئيسي ويؤكد على الطبيعة الصارمة لاختبار LTAC في تقييم قوة العزل الرئيسي.

لذلك، من الضروري للمهندسين المصممين للمحولات حساب توزيع الجهد في اللفائف بدقة أثناء اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) في مرحلة التصميم، وذلك لإجراء تصميم عازل علمي ومنطقي، وضمان هامش عزل كافٍ من مصدر التصميم.

2 تفسير المعايير

اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) للمحولات الكهربائية هو اختبار عازل ذو جهد عالي جديد تم إضافته في المعيار الوطني الأحدث GB/T 1094.3-2017. وقد تطور واختلف عن اختبار تحمل الجهد المستحث القصير (ACSD) الذي تم تحديده في المعيار السابق GB/T 1094.3-2003. يتم سرد الأحكام المتعلقة باختبار LTAC في الجدول أدناه:

يوفر المعيار التفسير التالي لاختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) للمحولات الكهربائية:

• بالنسبة للمحولات الكهربائية ذات Um ≤ 72.5 كيلوفولت، والتي تكون كلها معزولة تمامًا، يمكن تقييم قوة العزل الرئيسي بين طرفي اللفائف ذات الجهد العالي وطرفي الأسلاك ذات الجهد العالي والأرض بشكل كامل بواسطة اختبار الجهد المطبق (AV). لذلك، لا يُطلب اختبار LTAC.

• بالنسبة للمحولات الكهربائية ذات 72.5 < Um ≤ 170 كيلوفولت:

• إذا كانت معزولة تمامًا، رغم أنه يمكن التحقق من قوة العزل الرئيسي بشكل كافٍ بواسطة اختبار الجهد المطبق (AV)، إلا أن اختبار LTAC يتم تحديده كاختبار خاص. هذا يعني أنه ليس مطلوبًا بشكل عام خلال الاختبارات الروتينية، ولكنه يجب إجراؤه إذا طلب ذلك المستخدم صراحة.

• إذا كانت محايدة الأرض (معزولة متدرجة)، يتم تحديد اختبار LTAC كاختبار روتيني ويجب إجراؤه على كل وحدة أثناء اختبارات القبول في المصنع. ومع ذلك، بموافقة المستخدم، يمكن استبداله باختبار الصدمة التبديلية على الطرف الخطي (SI).

• بالنسبة للمحولات الكهربائية ذات Um > 170 كيلوفولت، سواء كانت معزولة تمامًا أو معزولة متدرجة، يتم تصنيف اختبار LTAC كاختبار خاص - عادةً ما يكون غير إلزامي إلا إذا طلب ذلك المستخدم صراحة. وفي هذه الحالة، لا يمكن استبداله باختبار الصدمة التبديلية على الطرف الخطي (SI).

في الواقع، بالنسبة للمحولات الكهربائية المعزولة تمامًا، بغض النظر عن مستوى الجهد، لا يتم أبداً إجراء اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC)، لأن قوة العزل الرئيسي بين طرفي اللفائف/الأسلاك ذات الجهد العالي والأرض يمكن التحقق منه بشكل أكثر صرامة بواسطة اختبار الجهد المطبق الروتيني لمدة دقيقة واحدة (AV).

يجب ملاحظة أنه بالنسبة للمحولات الكهربائية ذات Um > 170 كيلوفولت، لا يمكن استبدال اختبار LTAC باختبار SI. تظهر الحسابات النظرية والخبرات التاريخية أن اختبار LTAC هو حوالي 10٪ أكثر صرامة من اختبار SI لتقييم العزل الرئيسي من الطرف الخطي إلى الأرض في المحولات فوق 170 كيلوفولت.

3 طريقة الحساب

الغرض من إجراء اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) على محول كهربائي هو إحداث الجهد المحدد في الطرف ذو الجهد العالي، مع ضمان أن يصل الجهد في الطرف ذو الجهد المنخفض إلى قيمة قريبة قدر الإمكان من المستوى المحدد. لا توجد متطلبات إلزامية بشأن الطريقة المحددة للاختبار. الطريقة الأكثر شيوعًا لاختبار LTAC هي "طريقة التوصيل المعاكس والتثبيت الأرضي". تقدم هذه الفقرة موجزًا لهذه الطريقة باستخدام محول الكهرباء SZ18-100000/220 كمثال.

3.1 معلمات المحول

نسبة الجهد: 230 ± 8 × 1.25% / 37 كيلوفولت
نسبة السعة: 100 / 100 ميجا فولت أمبير
التردد المقنن: 50 هرتز
مجموعة النواقل: YNd11
مستويات العزل: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 دائرة الاختبار

يتم عرض مخطط دائرة اختبار تحمل الجهد المتغير للطرف الخطي (LTAC) لهذا المحول الكهربائي أدناه:

مخطط دائرة اختبار LTAC (مثال على الطور A)

الجانب ذو الجهد العالي في التوصيل 9، الجانب ذو الجهد المنخفض مغذي بـ 2.0 مرة الجهد المقنن

نقاط مهمة في دائرة اختبار LTAC هي كالتالي:

• يجب إجراء اختبار LTAC لكل طور على حدة، أي اختبار الجهد الزائد أحادي الطور بمعدل تأثير حوالي ضعف الجهد المقنن. في بعض الحالات، قد لا يكون من الممكن تحقيق ضعف الجهد المقنن بدقة، ويسمح بأخطاء طفيفة.

• على سبيل المثال، عند إجراء اختبار LTAC على الطور A من اللفائف ذات الجهد العالي: يتم تطبيق جهد معين Uax عبر طرفي الجهد المنخفض ax، مع تأريض الطرف x؛ بينما يتم ترك طرفي b و c على الجانب ذو الجهد المنخفض عائمين. على الجانب ذو الجهد العالي، يتم توصيل طرفي B و C معًا وتثبيتهما بالأرض، بينما يتم ترك الطرف A والطرف المحايد (0) مفتوحين (غير متصلين).

• يجب ضبط اللفائف ذات الجهد العالي في موقع توصيل محدد لضمان إحداث الجهد المطلوب البالغ 395 كيلوفولت (مع انحراف مسموح به ±3%) في الطرف A ذو الجهد العالي.

3.3 عملية الحساب

وفقًا لقانون فاراداي للإثارة الكهرومغناطيسية ومبدأ استمرارية التدفق المغناطيسي، تحت هذه التكوينة الاختبارية، يكون التدفق المغناطيسي في أطراف النواقل B وC مساويًا لنصف التدفق المغناطيسي في طرف الناقل A، ومعكوس الاتجاه. لذا سيكون الجهد المثير في اللفائف B وC له نفس السعة التي تعادل نصف الجهد المثير في اللفائف A.

مخطط توزيع التدفق المغناطيسي في النواقل أثناء اختبار LTAC
(مثال على الطور A ذو الجهد العالي)

دع نسبة التأثير للجهد المثير على الطور ذو الجهد المنخفض a تكون K، ولتكن الجهة ذات الجهد العالي في وضع التوصيل N. يمكن إنشاء المعادلة التالية:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(بما أن الطور B متأرض، Uᵦ = 0)

نظرًا لأن سعة التدفق المغناطيسي في طرف الناقل B هي نصف سعة التدفق المغناطيسي في طرف الناقل A، فإنه يتبع أن:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

لذلك:
1.5 × Uₐ₀ = 395

بالتعويض عن نسبة الجهد للمحول وإعدادات التوصيل:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

تحتوي هذه المعادلة على مجهولين، N وK، وبالتالي يوجد لها عدد لا نهائي من الحلول نظريًا. ومع ذلك، من وجهة نظر فيزيائية، فإن كلا المتغيرين مقيدان: يجب أن يكون N عددًا صحيحًا بين 1 و17، وأن يكون K تقريبًا مساويًا لـ 2.

حل المعادلة مع N = 9 يعطي K = 1.98.
أو بتعيين K = 2 وN = 9، ينتج جهد مثير Uₐ = 398.4 كيلوفولت.

باستخدام الصيغة أعلاه، يمكن حساب الجهد الأرضي المثير في أي نقطة على اللفائف خلال اختبار LTAC.

3.4 توزيع الجهد

باستخدام طريقة الحساب أعلاه، يمكن تحديد توزيع الجهد عبر اللفائف أثناء اختبار العزل LTAC على الطور A من اللفائف ذات الجهد العالي كما يلي:

توزيع الجهد على اللفائف أثناء اختبار LTAC أحادي الطور على الطور A

من خلال مخطط توزيع الجهد المثير أعلاه، يمكن ملاحظة أن الاختلاف في الجهد المثير بين اللفائف صغير نسبيًا أثناء اختبار LTAC أحادي الطور. لذا، فإن اختبار LTAC لا يشكل تقييمًا صارمًا - ولا يقيم بشكل كامل - قوة العزل الرئيسي بين اللفائف. ومع ذلك، يعتبر تقييم قوة العزل الرئيسي من الطرف ذو الجهد العالي إلى الأرض الأكثر صرامة تحت هذا الاختبار (وهذا الاستنتاج ينطبق بشكل خاص على المحولات ذات العزل المتدرج). أثناء التصميم، يجب الانتباه بشكل خاص إلى التحقق من قوة العزل الرئيسي بين طرفي اللفائف ذات الجهد العالي، وطرفي الأسلاك ذات الجهد العالي، والمكونات الأرضية مثل الهياكل الضاغطة، وجدران الخزان، وأعمدة المحولات ذات الجهد العالي تحت ظروف اختبار LTAC.