Standardi i izračunavanje LTAC testa za transformere snage

1 Uvod

Prema odredbama nacionalnog standarda GB/T 1094.3-2017, primarni cilj testa izdržljivosti naizmenične napona (LTAC) za visokonaponske terminalne točke transformatora je proceniti izdržljivost naizmeničnog dielektričnog otpora između terminala visokonaponskog vijka i zemlje. Ne služi za procenu međuvitkovne izolacije niti faza-faza izolacije.

U poređenju sa drugim testovima izolacije (poput potpunog gremskog impulsa LI ili preključnog impulsa SI), LTAC test postavlja relativno strožiju procenu glavne izolacije između terminala visokonaponskog vijka, terminala visokonaponskih vodova i zemljenih metalnih komponenti, poput zategnutih struktura, rastegnuća i rezervoara, zbog duže trajanja (obično 30 sekundi za transformatore sa 50 Hz i 36 sekundi za transformatore sa 60 Hz).

Brojni slučajevi neuspelih testova izolacije pokazali su da mnogi transformatori mogu izdržati testove gremskog impulsa (LI) i preključnog impulsa (SI), ali ipak doživljavaju propad tokom testa izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC), sa propadima koji se često dešavaju u poslednjih nekoliko sekundi testa. Ovo jasno ukazuje na kritičnu važnost trajanja testa u proceni glavne izolacije i ističe strožinu LTAC testa u oceni glavne izolacije.

Stoga je neophodno inženjerima za dizajn transformatora tačno izračunati raspodelu potencijala vijaka tokom testa izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) u fazi dizajna, kako bi se obavio znanstveno i racionalno dizajn glavne izolacije, obezbeđujući dovoljnu marginu izolacije iz same izvore dizajna.

2 Tumačenje standarda

Test izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) za transformatore je novi visokonaponski test izolacije uveden u najnovijem nacionalnom standardu GB/T 1094.3-2017. Razvio se i razdvojio od kratkotrajnog induciranog testa izdržljivosti na napona (ACSD) predviđenog u prethodnom standardu GB/T 1094.3-2003. Odgovarajuće odredbe o LTAC testu navedene su u tabeli ispod:

Standard daje sledeće tumačenje testa izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) za transformatore:

• Za transformatore sa Um ≤ 72.5 kV, koji su svi potpuno izolirani, glavna izolacija između terminala visokonaponskog vijka i terminala visokonaponskih vodova i zemlje može biti potpuno procenjena putem testa primenjenog napona (AV). Stoga LTAC test nije potreban.

• Za transformatore sa 72.5 < Um ≤ 170 kV:

• Ako su potpuno izolirani, iako glavna izolacija može biti adekvatno verifikovana putem testa primenjenog napona (AV), LTAC test je definisan kao poseban test. To znači da se obično ne zahteva tokom redovnog testiranja, ali mora se izvršiti ako ga eksplicitno zahteva korisnik.

• Ako su neutralno zemljeni (razredni izolacija), LTAC test je definisan kao redovni test i mora se izvršiti na svakoj jedinici tokom fabričnog prihvatnog testiranja. Međutim, sa suglasnošću korisnika, može biti zamenjen testom preključnog impulsa (SI) na terminalu linije.

• Za transformatore sa Um > 170 kV, bilo da su potpuno izolirani ili razredni izolacija, LTAC test je klasifikovan kao poseban test - obično nije obavezan osim ako ga eksplicitno ne zahteva korisnik. U ovom slučaju, međutim, ne može biti zamenjen testom preključnog impulsa (SI) na terminalu linije.

U praksi, za potpuno izolirane transformatore, bez obzira na nivo napona, test izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) nikada se ne izvršava, jer se glavna izolacija između terminala visokonaponskog/visokonaponskih vodova i zemlje može rigoroznije verifikovati putem redovnog testa primenjenog napona (AV) trajanjem 1 minuta.

Treba napomenuti da za transformatore sa Um > 170 kV, LTAC test ne može biti zamenjen SI testom. Teorijski izračuni i istorijska iskustva pokazuju da za procenu glavne izolacije od terminala linije do zemlje u transformatorima iznad 170 kV, LTAC test je približno 10% stroži od SI testa.

3 Metod računanja

Cilj izvršavanja testa izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) na transformatoru je indukovati specifični test napon na visokonaponskom terminalu, dok se niskonaponski terminal dovede do voltaze što najbliže specifičnom nivou. Nema obaveznih zahteva u vezi sa specifičnim metodama testiranja. Najčešći metod LTAC testa je "metod suprotnofaznog kraceg i zemljenog podstavljanja." Ovaj odeljak kratko predstavlja ovaj metod korišćenjem transformatora SZ18-100000/220 kao primera.

3.1 Parametri transformatora

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

3.2 Testni krug

Shema testnog kruga za test izdržljivosti naizmeničnog napona (LTAC) ovog transformatora prikazana je ispod:

Dijagram testnog kruga LTAC (Faza A kao primer)

Visokonaponska strana na položaju 9, niskonaponska strana energizovana na 2.0 puta imeniti napon

Ključni aspekti testnog kruga LTAC su sledeći:

• LTAC test treba da se izvrši faza po fazi, tj. jednofazni indukovani prenapon test sa faktorom indukcije približno 2 puta imeniti napon. U nekim slučajevima može ne biti precizno moguće dostići tačno 2 puta, a manje odstupanje je dopušteno.

• Kao primer, uzimajući LTAC test na fazi A visokonaponskog vijka: određeni napon Uax se primenjuje između niskonaponskih terminala ax, sa terminalom x zemljenim; terminali b i c na niskonaponskoj strani ostaju flotirajući. Na visokonaponskoj strani, terminali B i C su kraceći zajedno i zemljeni, dok su terminal A i neutralni (0) terminal ostali otvoreni (nezajedno povezani).

• Visokonaponski vijak mora biti postavljen na određeno, designirano položaje da bi se osiguralo da se zahtevani test napon od 395 kV (sa dopuštenim odstupanjem od ±3%) indukuje na visokonaponskom terminalu A.

3.3 Proces računanja

Prema Faradejevom zakonu elektromagnetske indukcije i principu kontinuiteta magnetnog fluksa, pod ovim test konfiguracijom, magnetni fluks u stubcima jezgra faza B i C jednak je polovini magnetnog fluksa u stubcu faze A, i u suprotnom smeru. Stoga će indukovani napon u vijakovima faza B i C imati amplitudu jednaku polovini indukovanog napona u fazi A.

Semiotski dijagram raspodele magnetnog fluksa tokom LTAC testa
(Visokonaponska faza A kao primer)

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

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

Pošto je amplituda magnetnog fluksa u stubcu faze B polovina onog u fazi A, sledi:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Stoga:
1.5 × Uₐ₀ = 395

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

Ova jednačina sadrži dve nepoznate, N i K, i stoga teoretski ima beskonačno rešenja. Međutim, s fizikalne tačke gledišta, obe promenljive su ograničene: N mora biti ceo broj između 1 i 17, a K je približno jednak 2.

Rešavanje jednačine sa N = 9 daje K = 1.98.
Alternativno, postavljanjem K = 2 i N = 9 dobija se indukovani napon Uₐ = 398.4 kV.

Korišćenjem ove formule, može se izračunati indukovani potencijal zemlje na bilo kojoj tački vijaka transformatora tokom LTAC testa.

3.4 Raspodela napona

Korišćenjem gore navedene metode računanja, može se odrediti raspodela potencijala kroz vijake tokom LTAC testa izolacije na fazi A visokonaponskog vijka, kao što sledi:

Raspodela potencijala vijaka tokom jednofaznog LTAC testa na fazi A

Iz navedenog dijagrama indukovane naponske raspodele može se videti da tokom jednofaznog LTAC testa, indukovana razlika potencijala između vijaka je relativno mala. Stoga, LTAC test ne postavlja rigoroznu procenu - niti potpunu procenu - glavne izolacije između vijaka. Međutim, procena glavne izolacije između visokonaponskog terminala linije i zemlje je najstroža pod ovim testom (ova zaključka se posebno odnose na transformatore sa razredni izolacijom). Tako, u fazi dizajna, posebna pažnja mora biti posvećena verifikaciji glavne izolacije između terminala visokonaponskog vijka, terminala visokonaponskih vodova i zemljenih komponenti, poput zategnutih struktura, stenica rezervoara i rastegnuća visokonaponskih ulaznih bušenja, pod uslovima LTAC testa.