Стандарди и пресметување на тестот LTAC за електрични трансформатори

1 Вовед

Според одредбите на националниот стандард GB/T 1094.3-2017, основната цел на тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) за електрични трансформатори е да се оцени алтернативната диелектрична јачина од терминалите на висок напон до земја. Не служи за проценка на меѓувитковската изолација или фазно-меѓуфазна изолација.

Во споредба со други изолациони тестови (како пун молниев импулс LI или превклучувачки импулс SI), LTAC тестот нуди релативно построга проценка на главната изолационна јачина помеѓу терминалите на висок напон, терминалите на висок напон и земани метални компоненти како што се структурите за црвчење, агрегати за подигање и резервоарот, поради подолгата продолжителност (обично 30 секунди за 50 Hz трансформатори и 36 секунди за 60 Hz трансформатори).

Множество случаи на неуспех при изолационите тестови покажаа дека многу електрични трансформатори можат да издразнеат тестовите за молниев импулс (LI) и превклучувачки импулс (SI), но все уште испраќаат крах во тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC), со крашиња често што се случуваат во последните неколку секунди од тестот. Ова ясно го покажува критичниот значај на продолжителноста на тестот во проценката на главната изолација и истакнува строгата природа на LTAC тестот во проценката на главната изолационна јачина.

Затоа, е суштинско инженери-дизајнерите на трансформатори точно да пресметаат распределбата на потенцијалот во витковите токму во текот на тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) во фазата на дизајн, за да се изведе научна и рационална дизајн на главната изолација, осигурувајќи доволен изолационен марџин од изворот на дизајн.

2 Тлумачење на стандардите

Тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) за електрични трансформатори е новододаден високонапонски изолационен тестовски предмет во најновиот национален стандард GB/T 1094.3-2017. Еволуира и се раздели од краткосрочниот индуциран тест за издржливост на напон (ACSD) определен во претходниот стандард GB/T 1094.3-2003. Соодветните одредби за LTAC тестот се наоѓаат во следната табела:

Стандардот дава следното тлумачење за тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) за електрични трансформатори:

• За електрични трансформатори со Um ≤ 72.5 kV, кои се целосно изолирани, главната изолационна јачина помеѓу високонапонските виткови и терминалите на висок напон и земја може да биде целосно проценета со применети напонски тест (AV). Затоа, LTAC тестот не е потребен.

• За електрични трансформатори со 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Ако се целосно изолирани, иако главната изолационна јачина може да се адекватно верификува со применети напонски тест (AV), LTAC тестот е специфициран како посебен тест. Тоа значи дека обично не е потребен во рутински тестови, но мора да се изведе ако е експлицитно бараено од корисникот.

• Ако е нултично земан (разделена изолација), LTAC тестот е специфициран како рутински тест и мора да се изведе на секоја единица во текот на заводскиот приемен тест. Меѓутоа, со согласност на корисникот, може да се замени со превклучувачки импулс тест (SI) на линија.

• За електрични трансформатори со Um > 170 kV, независно дали се целосно изолирани или разделено изолирани, LTAC тестот е класифициран како посебен тест—обично не е задолжителен освен ако е експлицитно бараено од корисникот. Во овој случај, обачно, не може да се замени со превклучувачки импулс тест (SI) на линија.

На практика, за целосно изолирани електрични трансформатори, независно од напонското ниво, никогаш не се изведува тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC), бидејќи главната изолационна јачина помеѓу високонапонските/терминалите на висок напон и земја може да се построго верификува со рутинскиот 1-минутен применети напонски тест (AV).

Треба да се забележи дека за електрични трансформатори со Um > 170 kV, LTAC тестот не може да се замени со SI тест. Теоретски пресметки и историски искуства покажуваат дека за проценка на главната изолација од линија до земја во трансформатори над 170 kV, LTAC тестот е приближно 10% построг од SI тестот.

3 Метод на пресметка

Целта на изведувањето на тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) на електрични трансформатори е да се индуцира одреденото тест напонство на високонапонскиот терминал, додека се осигура дека нисконапонскиот терминал достигне напонска вредност колку што е можно поблиска до одредената вредност. Нема задолжителни барања за конкретен метод на тест. Најзастапениот LTAC метод на тест е „методот на противофазно кратурање и земање на поддршка“. Овој дел кратко го претставува овој метод користејќи го примерот на електричниот трансформатор SZ18-100000/220.

3.1 Параметри на трансформаторот

Однос на напони: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Однос на капацитети: 100 / 100 MVA
Измерената фреквенција: 50 Hz
Векторска група: YNd11
Нивоа на изолација: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Тестна шема

Шемата на тестот за издржливост на алтернативна напонска волта (LTAC) на овој електричен трансформатор е прикажана подолу:

Дијаграм на LTAC тестна шема (Пример: Фаза A)

Високонапонска страна на тап 9, нисконапонска страна запалена на 2.0 пати од номиналното напонство

Клучните точки на LTAC тестната шема се следниве:

• LTAC тестот треба да се изведе фаза по фаза, тоа е, еден-фазен индуциран прекомерен напонски тест со фактор на индукција околу 2 пати од номиналното напонство. Во некои случаи, можеби не е точно можно да се достигне точно 2 пати, и малите отклонувања се дозволени.

• Како пример, за LTAC тестот на фаза A на високонапонските виткови: одреден напон Uax се применува на нисконапонските терминали ax, со терминал x земан; терминалите b и c на нисконапонската страна се оставаат во високо напонство. На високонапонската страна, терминалите B и C се кратураат заедно и земани, додека терминал A и нултиот (0) терминал се оставаат отворени (неповрзани).

• Високонапонските виткови мора да се постават на одредена тап позиција за да се осигура дека одреденото тест напонство од 395 kV (со дозволено отклонување од ±3%) се индуцира на високонапонскиот линиски терминал A.

3.3 Процес на пресметка

Според законот на електромагнетната индукција и принципот на континуитет на магнетниот поток, при горенаведената тестна конфигурација, магнетниот поток во жилите на фазите B и C е еднаков на половина од магнетниот поток во жила на фаза A, и во спротивна насока. Затоа, индуцираниот напон во витковите на фазите B и C ќе има амплитуда еднаква на половина од индуцираниот напон во фаза A.

Схематичен дијаграм на распределба на магнетниот поток во текот на LTAC тестот
(Пример: Фаза A на висок напон)

Нека факторот на индукција на возбудниот напон на нисконапонската фаза a е K, и нека високонапонската страна е на тап позиција N. Може да се постави следната равенка:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(Бидејќи фаза B е земана, Uᵦ = 0)

Дадено дека амплитудата на магнетниот поток во жила на фаза B е половина од фаза A, следува:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Значи:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Заменувајќи го односот на напони на трансформаторот и тап подесувањата:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Оваа равенка содржи две непознати, N и K, и затоа теоретски има бесконечно многу решенија. Меѓутоа, од физичка гледна точка, и двете променливи се ограничени: N мора да е цел број помеѓу 1 и 17, а K е приближно еднаков на 2.

Решавајќи ја равенката со N = 9 се добива K = 1.98.
Алтернативно, поставувајќи K = 2 и N = 9, се добива индуциран напон Uₐ = 398.4 kV.

Користејќи го горенаведениот формул, може да се пресмета индуцираниот земиски потенцијал на било која точка на витковите на трансформаторот во текот на LTAC тестот.

3.4 Распределба на напон

Користејќи го горенаведениот метод на пресметка, може да се определи распределбата на потенцијалот по витковите во текот на LTAC тестот на изолација на фаза A на високонапонските виткови како што следува:

Распределба на потенцијалот на витковите во текот на еден-фазен LTAC тест на фаза A

Од горенаведениот дијаграм на распределба на индуцирани напони, може да се види дека во текот на еден-фазен LTAC тест, индуцираниот потенцијалниот разлик помеѓу витковите е релативно мал. Затоа, LTAC тестот не нуди строга проценка—ни не го проценува целосно—главната изолационна јачина помеѓу витковите. Меѓутоа, проценката на главната изолационна јачина од високонапонскиот линиски терминал до земја е најстрога при овој тест (ова заклучок важи специјално за трансформатори со разделена изолација). При дизајнот, особено внимание треба да се обиди да се верификува главната изолационна јачина помеѓу терминалот на високонапонскиот виток, терминалот на висок напон и земани компоненти како што се структури за црвчење, стените на резервоарот и високонапонски повисувачи во текот на условите на LTAC тестот.