पावर ट्रांसफॉर्मर के लिए LTAC परीक्षण की मानक और गणना

1 परिचय

राष्ट्रीय मानक GB/T 1094.3-2017 के अनुसार, लाइन टर्मिनल AC धारा व्यतिरेक वोल्टेज परीक्षण (LTAC) का प्राथमिक उद्देश्य ऊँचे वोल्टेज विकर्ण संयोजनों से भूमि तक के AC धारा व्यतिरेक शक्ति का मूल्यांकन करना है। यह फेर और चक्र बीच की छेदन या चक्र से चक्र तक की छेदन का मूल्यांकन करने के लिए नहीं किया जाता है।

अन्य छेदन परीक्षणों (जैसे पूर्ण बिजलीपात छेदन LI या स्विचिंग छेदन SI) की तुलना में, LTAC परीक्षण की लंबी अवधि (आमतौर पर 50 Hz ट्रांसफॉर्मरों के लिए 30 सेकंड और 60 Hz ट्रांसफ॑र्मरों के लिए 36 सेकंड) के कारण ऊँचे वोल्टेज विकर्ण संयोजनों, ऊँचे वोल्टेज लीड संयोजनों, और ग्राम्पिंग संरचनाओं, आरोही इकाइयों, और टैंक जैसे भूमित धातु घटकों के बीच की मुख्य छेदन शक्ति पर अपेक्षाकृत अधिक सख्त मूल्यांकन लगाता है।

कई छेदन परीक्षण विफलता के मामलों ने दिखाया है कि कई विद्युत ट्रांसफॉर्मर बिजलीपात छेदन (LI) और स्विचिंग छेदन (SI) परीक्षणों को सहन कर सकते हैं लेकिन लाइन टर्मिनल AC धारा व्यतिरेक वोल्टेज परीक्षण (LTAC) के दौरान अंतिम कुछ सेकंडों में अभाव दिखाते हैं। यह स्पष्ट रूप से परीक्षण की अवधि के मुख्य छेदन मूल्यांकन में महत्व को दर्शाता है और LTAC परीक्षण की मुख्य छेदन शक्ति मूल्यांकन में गंभीरता को उजागर करता है।

इसलिए, ट्रांसफॉर्मर डिजाइन इंजीनियरों को लाइन टर्मिनल AC धारा व्यतिरेक वोल्टेज परीक्षण (LTAC) के दौरान विकर्ण वोल्टेज वितरण की गणना डिजाइन चरण में सही ढंग से करना आवश्यक है, ताकि वैज्ञानिक और तर्कसंगत मुख्य छेदन डिजाइन किया जा सके, जिससे डिजाइन स्रोत से पर्याप्त छेदन मार्जिन सुनिश्चित किया जा सके।

2 मानकों की व्याख्या

लाइन टर्मिनल AC धारा व्यतिरेक वोल्टेज परीक्षण (LTAC) विद्युत ट्रांसफॉर्मर के लिए एक नया उच्च वोल्टेज छेदन परीक्षण आइटम है जो नवीनतम राष्ट्रीय मानक GB/T 1094.3-2017 में शामिल किया गया है। यह पिछले मानक GB/T 1094.3-2003 में निर्धारित लघुकालीन प्रेरित धारा व्यतिरेक वोल्टेज परीक्षण (ACSD) से विकसित और अलग हुआ है। LTAC परीक्षण से संबंधित प्रावधान नीचे दिए गए तालिका में सूचीबद्ध हैं:

मानक विद्युत परिवर्तकों के लिए लाइन टर्मिनल एसी टोलरेंस वोल्टेज परीक्षण (LTAC) की निम्नलिखित व्याख्या प्रदान करता है:

• Um ≤ 72.5 kV के विद्युत परिवर्तकों के लिए, जो सभी पूर्ण रूप से अवरोधित होते हैं, उच्च-वोल्टेज फलक और उच्च-वोल्टेज लीड टर्मिनल और भूमि के बीच मुख्य अवरोधन शक्ति को लगाए गए वोल्टेज परीक्षण (AV) द्वारा पूरी तरह से मूल्यांकन किया जा सकता है। इसलिए, LTAC परीक्षण की आवश्यकता नहीं होती।

• 72.5 < Um ≤ 170 kV के विद्युत परिवर्तकों के लिए:

• अगर पूर्ण रूप से अवरोधित हो, तो यद्यपि मुख्य अवरोधन शक्ति को लगाए गए वोल्टेज परीक्षण (AV) द्वारा अभी भी यथेष्ट रूप से सत्यापित किया जा सकता है, LTAC परीक्षण को विशेष परीक्षण के रूप में निर्धारित किया गया है। यह अर्थ है कि यह सामान्य रूप से नियमित परीक्षण के दौरान आवश्यक नहीं होता, लेकिन यदि उपयोगकर्ता द्वारा व्यक्तिगत रूप से अनुरोध किया जाता है तो इसे किया जाना चाहिए।

• अगर न्यूट्रल ग्राउंडेड (ग्रेडेड इन्सुलेशन) हो, तो LTAC परीक्षण को नियमित परीक्षण के रूप में निर्धारित किया गया है और फैक्ट्री स्वीकृति परीक्षण के दौरान प्रत्येक इकाई पर इसे किया जाना चाहिए। हालांकि, उपयोगकर्ता की सहमति के साथ, इसे लाइन टर्मिनल स्विचिंग इम्पल्स परीक्षण (SI) से बदला जा सकता है।

• Um > 170 kV के विद्युत परिवर्तकों के लिए, चाहे पूर्ण रूप से अवरोधित हो या ग्रेडेड इन्सुलेशन, LTAC परीक्षण को विशेष परीक्षण के रूप में वर्गीकृत किया जाता है—सामान्य रूप से अनिवार्य नहीं, जब तक उपयोगकर्ता द्वारा विशेष रूप से अनुरोध न किया जाए। इस मामले में, हालांकि, इसे लाइन टर्मिनल स्विचिंग इम्पल्स परीक्षण (SI) से बदला नहीं जा सकता।

व्यवहार में, पूर्ण रूप से अवरोधित विद्युत परिवर्तकों के लिए, चाहे वोल्टेज स्तर का क्यों न हो, लाइन टर्मिनल एसी टोलरेंस वोल्टेज परीक्षण (LTAC) कभी नहीं किया जाता, क्योंकि उच्च-वोल्टेज फलक/लीड टर्मिनल और भूमि के बीच मुख्य अवरोधन शक्ति को नियमित 1-मिनट लगाए गए वोल्टेज परीक्षण (AV) द्वारा अधिक गंभीर रूप से सत्यापित किया जा सकता है।

यह ध्यान देने योग्य है कि Um > 170 kV के विद्युत परिवर्तकों के लिए, LTAC परीक्षण SI परीक्षण से प्रतिस्थापित नहीं किया जा सकता। दार्शनिक गणना और ऐतिहासिक अनुभव दोनों दिखाते हैं कि 170 kV से ऊपर के परिवर्तकों में लाइन टर्मिनल से भूमि तक के मुख्य अवरोधन का मूल्यांकन करने के लिए, LTAC परीक्षण SI परीक्षण की तुलना में लगभग 10% अधिक गंभीर होता है।

3 गणना विधि

विद्युत परिवर्तक पर लाइन टर्मिनल एसी टोलरेंस वोल्टेज परीक्षण (LTAC) करने का उद्देश्य उच्च-वोल्टेज टर्मिनल पर निर्दिष्ट परीक्षण वोल्टेज प्रेरित करना है, जबकि निम्न-वोल्टेज टर्मिनल को निर्दिष्ट स्तर के जितना निकट संभव हो वोल्टेज मान पर पहुंचाना है। विशिष्ट परीक्षण विधि के लिए कोई अनिवार्य आवश्यकताएं नहीं हैं। सबसे सामान्य LTAC परीक्षण विधि "विपरीत-फेज शॉर्टेड और ग्राउंडेड सपोर्ट विधि" है। इस खंड में SZ18-100000/220 विद्युत परिवर्तक के उदाहरण से इस विधि का संक्षिप्त विवरण दिया गया है।

3.1 परिवर्तक पैरामीटर

वोल्टेज अनुपात: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
क्षमता अनुपात: 100 / 100 MVA
निर्धारित आवृत्ति: 50 Hz
वेक्टर समूह: YNd11
इन्सुलेशन स्तर: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 परीक्षण सर्किट

इस विद्युत परिवर्तक के लिए लाइन टर्मिनल एसी टोलरेंस वोल्टेज परीक्षण (LTAC) का सर्किट आरेख नीचे दिखाया गया है:

LTAC परीक्षण सर्किट आरेख (फेज A के उदाहरण)

उच्च-वोल्टेज पक्ष टैप 9 पर, निम्न-वोल्टेज पक्ष 2.0 गुना निर्धारित वोल्टेज पर ऊर्जा दिया जाता है

LTAC परीक्षण सर्किट के मुख्य बिंदु निम्नलिखित हैं:

• LTAC परीक्षण फेज द्वारा फेज किया जाना चाहिए, अर्थात, एक एकल-फेज प्रेरित ओवरवोल्टेज परीक्षण जिसका प्रेरण गुणांक लगभग 2 गुना निर्धारित वोल्टेज होता है। कुछ मामलों में, यह ठीक 2 गुना प्राप्त करना संभव नहीं हो सकता, और छोटी विचलन अनुमत हैं।

• उच्च-वोल्टेज फलक के फेज A पर LTAC परीक्षण के उदाहरण को लें: निम्न-वोल्टेज टर्मिनल ax पर एक निश्चित वोल्टेज Uax लगाया जाता है, जिसमें टर्मिनल x ग्राउंड किया जाता है; निम्न-वोल्टेज पक्ष पर टर्मिनल b और c फ्लोटिंग छोड़ दिए जाते हैं। उच्च-वोल्टेज पक्ष पर, टर्मिनल B और C एक साथ शॉर्ट किए जाते हैं और ग्राउंड किए जाते हैं, जबकि टर्मिनल A और न्यूट्रल (0) टर्मिनल खुले (असंयोजित) छोड़ दिए जाते हैं।

• उच्च-वोल्टेज फलक को एक विशिष्ट निर्दिष्ट टैप स्थिति पर सेट किया जाना चाहिए ताकि उच्च-वोल्टेज लाइन टर्मिनल A पर 395 kV (±3% की अनुमत विचलन के साथ) का आवश्यक परीक्षण वोल्टेज प्रेरित हो सके।

3.3 गणना प्रक्रिया

फाराडे के विद्युत चुंबकीय प्रेरण के नियम और चुंबकीय फ्लक्स निरंतरता के सिद्धांत के अनुसार, उपरोक्त परीक्षण विन्यास के तहत, फेज B और C के कोर लिम्बों में चुंबकीय फ्लक्स फेज A के कोर लिम्ब में चुंबकीय फ्लक्स का आधा होता है, और विपरीत दिशा में। इसलिए, फेज B और C के फलकों में प्रेरित वोल्टेज का आयाम फेज A में प्रेरित वोल्टेज के आयाम का आधा होगा।

LTAC परीक्षण के दौरान कोर फ्लक्स वितरण का स्केमेटिक आरेख
(उच्च-वोल्टेज फेज A के उदाहरण)

निम्न-वोल्टेज फेज a पर उत्तेजन वोल्टेज के प्रेरण गुणांक को K और उच्च-वोल्टेज पक्ष को टैप स्थिति N माना जाए, तो निम्नलिखित समीकरण स्थापित किया जा सकता है:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(क्योंकि फेज B ग्राउंड किया गया है, Uᵦ = 0)

दिया गया है कि फेज B के कोर लिम्ब में चुंबकीय फ्लक्स का आयाम फेज A का आधा है, इसलिए:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

इसलिए:
1.5 × Uₐ₀ = 395

ट्रांसफॉर्मर के वोल्टेज अनुपात और टैप सेटिंग्स को प्रतिस्थापित करने पर:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

यह समीकरण दो अज्ञात राशियों, N और K, को धारण करता है, और इसलिए सैद्धांतिक रूप से अनंत रूप से बहुत से समाधान हो सकते हैं। हालांकि, भौतिक दृष्टिकोण से, दोनों चर विषम हैं: N 1 और 17 के बीच का एक पूर्णांक होना चाहिए, और K लगभग 2 के बराबर है।

N = 9 के साथ समीकरण को हल करने पर K = 1.98 मिलता है।
वैकल्पिक रूप से, K = 2 और N = 9 सेट करने पर उत्प्रेरित वोल्टेज Uₐ = 398.4 kV प्राप्त होता है।

उपरोक्त सूत्र का उपयोग करके, LTAC परीक्षण के दौरान ट्रांसफॉर्मर के वाइंडिंग्स के किसी भी बिंदु पर उत्प्रेरित ग्राउंड पोटेंशियल की गणना की जा सकती है।

3.4 वोल्टेज वितरण

उपरोक्त गणना विधि का उपयोग करके, उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग के फेज A पर LTAC इन्सुलेशन परीक्षण के दौरान वाइंडिंग्स पर पोटेंशियल वितरण निम्नलिखित रूप से निर्धारित किया जा सकता है:

एकल-फेज LTAC परीक्षण के दौरान फेज A पर वाइंडिंग पोटेंशियल वितरण

उपरोक्त उत्प्रेरित वोल्टेज वितरण आरेख से यह देखा जा सकता है कि एकल-फेज LTAC परीक्षण के दौरान, वाइंडिंग्स के बीच उत्प्रेरित पोटेंशियल अंतर सापेक्ष रूप से छोटा होता है। इसलिए, LTAC परीक्षण वाइंडिंग्स के बीच मुख्य इन्सुलेशन शक्ति का एक तात्कालिक मूल्यांकन—या पूर्ण मूल्यांकन—नहीं करता है। हालांकि, उच्च-वोल्टेज लाइन टर्मिनल से ग्राउंड तक के मुख्य इन्सुलेशन शक्ति का मूल्यांकन इस परीक्षण के तहत सबसे कठिन होता है (यह निष्कर्ष विशेष रूप से ग्रेडेड-इन्सुलेशन ट्रांसफॉर्मरों पर लागू होता है)। डिजाइन के दौरान, LTAC परीक्षण की स्थितियों के तहत उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग टर्मिनल, उच्च-वोल्टेज लीड टर्मिनल, और क्लैंपिंग संरचनाओं, टैंक दीवारों, और उच्च-वोल्टेज बुशिंग राइजर्स जैसे ग्राउंड के तत्वों के बीच मुख्य इन्सुलेशन शक्ति की जाँच पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।