Norme i izračun LTAC testa za transformator snage

1 Uvod

Prema odredbama državnog standarda GB/T 1094.3-2017, primarni cilj ispitivanja otpornosti na strujni napon (LTAC) za visokonaponske priključne točke transformatora snage je procijeniti dielektričnu otpornost između priključnih točaka visokog naponskog zavoja i zemlje. Ne služi za procjenu međuoborudovne izolacije ili izolacije između faza.

U usporedbi s drugim ispitivanjima izolacije (poput potpune munjske impulsnog napona LI ili prekidnog impulsnog napona SI), ispitivanje LTAC stavlja relativno strožiju procjenu glavne dielektrične čvrstoći između priključnih točaka visokog naponskog zavoja, terminala visokonaponskih vodova i zemljenih kovanih komponenti poput klampirajućih konstrukcija, riznih jedinica i rezervoara, zbog duže trajanja (obično 30 sekundi za transformatore na 50 Hz i 36 sekundi za transformatore na 60 Hz).

Brojni slučajevi propusta pri ispitivanju izolacije pokazali su da mnogi transformatori može podnijeti ispitivanja potpunog munjskog impulsnog napona (LI) i prekidnog impulsnog napona (SI), ali ipak doživljavaju propad tijekom ispitivanja strujnog naponotrpnosti (LTAC), sa propadima koji se često događaju u posljednjih nekoliko sekundi testa. To jasno pokazuje ključnu važnost trajanja testa u procjeni glavne izolacije i naglašava strogoću ispitivanja LTAC u procjeni glavne dielektrične čvrstoće.

Stoga je nužno inženjerima dizajna transformatora točno izračunati distribuciju potencijala zavoja tijekom ispitivanja strujnog naponotrpnosti (LTAC) u fazi dizajna, kako bi se provedao znanstveno i racionalno dizajn glavne izolacije, osiguravajući dovoljnu marge izolacije izvora dizajna.

2 Tumačenje standarda

Ispitivanje strujnog naponotrpnosti (LTAC) za visokonaponske priključne točke transformatora snage jest novi predmet visokonaponskog ispitivanja izolacije uveden u najnovijem državnom standardu GB/T 1094.3-2017. Razvio se i razdvojio od kratkotrajnog induciranog ispitivanja održivosti na strujni napon (ACSD) definiranog u prethodnom standardu GB/T 1094.3-2003. Relevantne odredbe vezane uz ispitivanje LTAC navedene su u tablici ispod:

Standard daje sljedeće tumačenje ispitivanja strujnog naponotrpnosti (LTAC) za visokonaponske priključne točke transformatora snage:

• Za transformatore snage s Um ≤ 72.5 kV, koji su svi potpuno izolirani, glavnu dielektričnu čvrstoću između visokonaponskog zavoja i terminala visokonaponskih vodova te zemlje može se potpuno procijeniti putem ispitivanja primjenjivanjem napona (AV). Stoga ispitivanje LTAC nije potrebno.

• Za transformatore snage s 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Ako su potpuno izolirani, iako se glavna dielektrična čvrstoća može adekvatno provjeriti putem ispitivanja primjenjivanjem napona (AV), ispitivanje LTAC definirano je kao posebno ispitivanje. To znači da obično nije potrebno tijekom redovitih ispitivanja, ali mora se provesti ako ga eksplicitno zahtijeva korisnik.

• Ako su neutrino zemljeni (razgrada izolacija), ispitivanje LTAC definirano je kao redovito ispitivanje i mora se provesti na svakoj jedinici tijekom fabričnih prihvatnih ispitivanja. Međutim, s suglasnošću korisnika, može se zamijeniti ispitivanjem prekidnog impulsa (SI) na priključnim točkama.

• Za transformatore snage s Um > 170 kV, bilo da su potpuno izolirani ili razgradeni, ispitivanje LTAC klasificirano je kao posebno ispitivanje—obično nije obavezno, osim ako ga specifično zahtijeva korisnik. U ovom slučaju, međutim, ne može se zamijeniti ispitivanjem prekidnog impulsa (SI) na priključnim točkama.

U praksi, za potpuno izolirane transformatore snage, bez obzira na naponsku razinu, ispitivanje strujnog naponotrpnosti (LTAC) nikada se ne provodi, jer se glavna dielektrična čvrstoća između visokonaponskog zavoja/terminala vodova i zemlje može rigoroznije provjeriti putem redovitog ispitivanja primjenjivanjem napona (AV) trajanjem 1 minuta.

Treba napomenuti da za transformatore snage s Um > 170 kV, ispitivanje LTAC ne može se zamijeniti ispitivanjem SI. Teorijski izračuni i povijesni iskustvi pokazuju da za procjenu glavne izolacije od priključne točke do zemlje u transformatorima iznad 170 kV, ispitivanje LTAC približno 10% stroža je od ispitivanja SI.

3 Metoda izračuna

Cilj provedbe ispitivanja strujnog naponotrpnosti (LTAC) na transformatoru snage jest inducirati određeni ispitni napon na visokonaponskom terminalu, osiguravajući da se niskonaponski terminal dosegne naponska vrijednost što bliža moguće određenoj razini. Nema obaveznih zahtjeva u pogledu specifične metode ispitivanja. Najčešća metoda ispitivanja LTAC jest "metoda suprotno faziranog kraceg spoja i zemljenja". Ova sekcija kratko uvodi u ovu metodu koristeći transformator snage SZ18-100000/220 kao primjer.

3.1 Parametri transformatora

Omjer napona: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Omjer kapaciteta: 100 / 100 MVA
Nominirana frekvencija: 50 Hz
Grupa vektora: YNd11
Razine izolacije: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Ispitni krug

Shema ispitnog kruga za ispitivanje strujnog naponotrpnosti (LTAC) ovog transformatora snage prikazana je u nastavku:

Dijagram ispitnog kruga za ispitivanje LTAC (faza A kao primjer)

Visokonaponska strana na položaju uzorka 9, niskonaponska strana energizirana na 2.0 puta nominirani napon

Ključni aspekti ispitnog kruga za ispitivanje LTAC su sljedeći:

• Ispitivanje LTAC treba provesti fazno, tj. jednofazno inducirano ispitivanje prekomjernog napona s faktorom indukcije približno 2 puta nominirani napon. U nekim slučajevima, točno 2 puta može ne biti moguće postići, pa su dopušteni manji odstupanja.

• Kao primjer, uzimajući ispitivanje LTAC na visokonaponskom zavojniku faze A: određeni napon Uax primjenjuje se na niskonaponskim terminalima ax, s terminalom x zemljenim; terminali b i c na niskonaponskoj strani ostaju nezauzeti. Na visokonaponskoj strani, terminali B i C su krace spojeni zajedno i zemljeni, dok terminal A i neutralni (0) terminal ostaju otvoreni (nezauzeti).

• Visokonaponski zavojnik mora biti postavljen na određeni položaj uzorka kako bi se osiguralo da se zahtjevani ispitni napon od 395 kV (s dopuštenim odstupanjem od ±3%) inducirao na visokonaponskom terminalu A.

3.3 Proces izračuna

Prema Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije i principu kontinuiteta magnetnog toka, pod gore navedenom ispitnom konfiguracijom, magnetni tok u grlima faza B i C jednak je polovini magnetnog toka u grlu faze A, ali u suprotnom smjeru. Stoga će inducirani napon u zavojnicima faza B i C imati amplitudu jednaku polovini induciranog napona u fazi A.

Semiotski dijagram distribucije magnetnog toka tijekom ispitivanja LTAC
(visokonaponska faza A kao primjer)

Neka je faktor indukcije pobudnog napona na niskonaponskoj fazi a K, a visokonaponska strana bude na položaju uzorka N. Može se postaviti sljedeća jednadžba:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Pošto je faza B zemljena, Uᵦ = 0)

S obzirom da je amplituda magnetnog toka u grlu faze B polovica onog u fazi A, slijedi:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Stoga:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Uvrštavanjem omjera napona transformatora i postavki uzorka:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Ova jednadžba sadrži dvije nepoznanice, N i K, i stoga teoretski ima beskonačno mnogo rješenja. Međutim, s fizičkog stajališta, obje varijable su ograničene: N mora biti cijeli broj između 1 i 17, a K je približno jednak 2.

Rješenje jednadžbe s N = 9 daje K = 1.98.
Alternativno, postavljanjem K = 2 i N = 9 dobiva se inducirani napon Uₐ = 398.4 kV.

Koristeći gornju formulu, može se izračunati inducirani zemljišni potencijal na bilo kojoj točki zavojnika tijekom ispitivanja LTAC.

3.4 Distribucija napona

Koristeći gornju metodu izračuna, može se utvrditi distribucija potencijala na zavojnicima tijekom ispitivanja izolacije LTAC na visokonaponskom zavojniku faze A na sljedeći način:

Distribucija potencijala na zavojnicima tijekom jednofaznog ispitivanja LTAC na fazi A

Iz gornjeg dijagrama distribucije induciranog napona može se vidjeti da tijekom jednofaznog ispitivanja LTAC, inducirana razlika potencijala između zavojnika relativno je mala. Stoga, ispitivanje LTAC ne stavlja rigoroznu procjenu—niti potpuno procjenjuje—glavnu dielektričnu čvrstoću između zavojnika. Međutim, procjena glavne dielektrične čvrstoće od visokonaponskog terminala do zemlje je najstroža tijekom ovog ispitivanja (ovaj zaključak se posebno odnosi na transformatore s razgradenom izolacijom). Tijekom dizajna, posebna pažnja mora se posvetiti provjeri glavne dielektrične čvrstoće između terminala visokonaponskog zavojnika, terminala visokonaponskih vodova i zemljenih komponenti poput klampirajućih konstrukcija, stijenki rezervoara i visokonaponskih vodova tijekom ispitivanja LTAC.