Ang Pamaagi sa Pag-ila sa LTAC Test para sa mga Power Transformers nga Basehan ug Kalkulasyon

1 Pagpapakilala

Batay sa mga disposisyon ng pambansang pamantayan GB/T 1094.3-2017, ang pangunahing layunin ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC) para sa mga power transformers ay upang i-evaluate ang AC dielectric strength mula sa high-voltage winding terminals hanggang sa lupa. Ito ay hindi naglalayong i-assess ang inter-turn insulation o phase-to-phase insulation.

Kumpara sa iba pang mga insulation tests (tulad ng full lightning impulse LI o switching impulse SI), ang LTAC test ay naglalapat ng mas mahigpit na pag-evaluate sa pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding terminals, high-voltage lead terminals, at mga grounded metallic components tulad ng clamping structures, riser units, at ang tank, dahil sa mas mahabang duration nito (karaniwang 30 segundo para sa 50 Hz transformers at 36 segundo para sa 60 Hz transformers).

Ang maraming kaso ng pagkakasira sa mga insulation test ay nagpapakita na maraming power transformers ay maaaring matiis ang lightning impulse (LI) at switching impulse (SI) tests ngunit pa rin ay nagkakaroon ng breakdown sa panahon ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC), na kung saan madalas nangyayari ang breakdowns sa huling ilang segundo ng test. Ito ay malinaw na nagpapakita ng kritikal na importansiya ng test duration sa pag-evaluate ng pangunahing insulation at nagbibigay-diin sa mahigpit na natura ng LTAC test sa pag-assess ng pangunahing insulation strength.

Dahil dito, mahalagang tama ang pagkalkula ng winding potential distribution sa panahon ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC) sa panahon ng disenyo ng transformer, upang maisagawa ang siyentipikong at mapagkaisang disenyo ng pangunahing insulation, at siguruhin ang sapat na insulation margin mula sa pinagmulan ng disenyo.

2 Pagsasalin ng Mga Pamantayan

Ang line terminal AC withstand voltage test (LTAC) para sa mga power transformers ay isang bagong idinagdag na item ng high-voltage insulation test sa pinakabagong pambansang pamantayan GB/T 1094.3-2017. Ito ay lumitaw at nahihiwalay mula sa short-time induced withstand voltage test (ACSD) na inilalarawan sa dating pamantayan GB/T 1094.3-2003. Ang mga kaugnay na disposisyon tungkol sa LTAC test ay nakalista sa talahanayang ito:

Ang pamantayan ay nagbibigay ng sumusunod na pagsasalin ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC) para sa mga power transformers:

• Para sa mga power transformers na may Um ≤ 72.5 kV, na lahat ay fully insulated, ang pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding at high-voltage lead terminals at lupa ay maaaring mabuo na i-evaluate ng applied voltage test (AV). Kaya, ang LTAC test ay hindi kinakailangan.

• Para sa mga power transformers na may 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Kung fully insulated, bagaman ang pangunahing insulation strength ay maaari pa ring mabuti na i-verify ng applied voltage test (AV), ang LTAC test ay itinakda bilang special test. Ito ibig sabihin ay hindi ito karaniwang kinakailangan sa routine testing, ngunit kailangang gawin kung eksplisitong hiniling ng user.

• Kung neutrally grounded (graded insulation), ang LTAC test ay itinakda bilang routine test at kailangang gawin sa bawat unit sa factory acceptance tests. Ngunit, sa kasunduan ng user, ito maaaring palitan ng line terminal switching impulse test (SI).

• Para sa mga power transformers na may Um > 170 kV, kahit fully insulated o graded insulation, ang LTAC test ay itinakda bilang special test—hindi ito karaniwang mandatory maliban kung espesyal na hiniling ng user. Sa kasong ito, gayunpaman, ito ay hindi maaaring palitan ng line terminal switching impulse test (SI).

Sa praktika, para sa fully insulated power transformers, anuman ang lebel ng voltage, ang line terminal AC withstand voltage test (LTAC) ay hindi kailanman ginagawa, dahil ang pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding/lead terminals at lupa ay maaaring mas mahigpit na i-verify ng routine 1-minute applied voltage test (AV).

Dapat tandaan na para sa mga power transformers na may Um > 170 kV, ang LTAC test ay hindi maaaring palitan ng SI test. Ang teoretikal na kalkulasyon at kasaysayan ng karanasan ay nagpapakita na para sa pag-evaluate ng pangunahing insulation mula sa line terminal hanggang sa lupa sa mga transformers na higit sa 170 kV, ang LTAC test ay humigit-kumulang 10% mas mahigpit kaysa sa SI test.

3 Pamamaraan ng Pagsusulit

Ang layunin ng paggawa ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC) sa isang power transformer ay upang i-induce ang inilaan na test voltage sa high-voltage terminal, habang sinisiguro na ang low-voltage terminal ay makarating sa voltage value na mahigit-kumulang sa inilaan. Walang mandatory na mga requirement tungkol sa tiyak na test method. Ang pinakakaraniwang LTAC test method ay ang "opposite-phase shorted and grounded support method." Ang seksyon na ito ay maikling ipapakilala ang metodyo na ito gamit ang SZ18-100000/220 power transformer bilang halimbawa.

3.1 Mga Parameter ng Transformer

Voltage ratio: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Capacity ratio: 100 / 100 MVA
Rated frequency: 50 Hz
Vector group: YNd11
Insulation levels: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Test Circuit

Ang circuit diagram para sa line terminal AC withstand voltage test (LTAC) ng power transformer na ito ay ipinapakita sa ibaba:

LTAC Test Circuit Diagram (Phase A as Example)

High-voltage side at tap 9, low-voltage side energized at 2.0 times rated voltage

Ang mga key points ng LTAC test circuit ay ang mga sumusunod:

• Ang LTAC test ay dapat gawin phase by phase, na ibig sabihin single-phase induced overvoltage test na may induction factor na humigit-kumulang 2 beses ang rated voltage. Sa ilang kaso, maaaring hindi maging eksaktong 2 beses, at maliit na pagbabago ay pinapayagan.

• Tinutukoy ang LTAC test sa phase A ng high-voltage winding bilang halimbawa: isang tiyak na voltage Uax ay inilapat sa low-voltage terminals ax, na may terminal x na lupa; ang terminals b at c sa low-voltage side ay iniwan na floating. Sa high-voltage side, ang terminals B at C ay shorted together at lupa, samantalang ang terminal A at ang neutral (0) terminal ay iniwan open (unconnected).

• Ang high-voltage winding ay dapat na naka-set sa isang tiyak na designated tap position upang masiguro na ang inilaang test voltage na 395 kV (na may allowable deviation ng ±3%) ay induced sa high-voltage line terminal A.

3.3 Proseso ng Pagsusulit

Batay sa Faraday's law of electromagnetic induction at sa prinsipyo ng magnetic flux continuity, sa itaas na test configuration, ang magnetic flux sa core limbs ng phases B at C ay katumbas ng kalahati ng magnetic flux sa core limb ng phase A, at sa kabaligtarang direksyon. Dahil dito, ang induced voltage sa windings ng phases B at C ay magkakaroon ng amplitude na katumbas ng kalahati ng induced voltage sa phase A.

Schematic Diagram of Core Flux Distribution during LTAC Test
(High-voltage Phase A as Example)

Hayaan ang induction factor ng excitation voltage sa low-voltage phase a na K, at hayaan ang high-voltage side na nasa tap position N. Ang sumusunod na equation ay maaaring itayo:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Dahil ang phase B ay lupa, Uᵦ = 0)

Dahil ang amplitude ng magnetic flux sa core limb ng phase B ay kalahati ng phase A, ito ay nangangahulugan na:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Kaya:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Substituting the transformer's voltage ratio and tap settings:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Ang equation na ito ay may dalawang unknowns, N at K, at kaya't teoretikal na may walang hangganang solusyon. Gayunpaman, mula sa pisikal na pananaw, parehong variables ay limited: N ay dapat integer sa pagitan ng 1 at 17, at K ay humigit-kumulang 2.

Solving the equation with N = 9 yields K = 1.98.
Alternatively, setting K = 2 and N = 9 gives an induced voltage Uₐ = 398.4 kV.

Gamit ang itaas na formula, ang induced ground potential sa anumang punto sa mga transformer windings sa panahon ng LTAC test ay maaaring makuha.

3.4 Voltage Distribution

Gamit ang itaas na pamamaraan ng pagsusulit, ang potential distribution sa mga windings sa panahon ng LTAC insulation test sa phase A ng high-voltage winding ay maaaring matukoy bilang sumusunod:

Winding Potential Distribution during Single-Phase LTAC Test on Phase A

Mula sa itaas na induced voltage distribution diagram, maaaring makita na sa panahon ng single-phase LTAC test, ang induced potential difference sa pagitan ng mga windings ay relatibong maliit. Kaya, ang LTAC test ay hindi naglalapat ng mahigpit na pag-evaluate—o hindi rin ito ganap na nag-aassess—sa pangunahing insulation strength sa pagitan ng mga windings. Gayunpaman, ang evaluation ng pangunahing insulation strength mula sa high-voltage line terminal hanggang sa lupa ay ang pinakamahigpit sa test na ito (ang konklusyon na ito ay espesyal na tumutukoy sa graded-insulation transformers). Sa panahon ng disenyo, kailangang bigyan ng espesyal na pansin ang verification ng pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding terminal, high-voltage lead terminal, at mga grounded components tulad ng clamping structures, tank walls, at high-voltage bushing risers sa panahon ng LTAC test conditions.