Pamantayan at Pagkalkula ng LTAC Test para sa mga Power Transformers

1 Pagkakataon

Ayon sa mga pangangailangan 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 nagbibigay ng mas mahigpit na pag-evaluate sa pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding terminals, high-voltage lead terminals, at 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 insulation test ay nagpapakita na maraming power transformers ay makakatagpo ng lightning impulse (LI) at switching impulse (SI) tests ngunit patuloy pa ring nakakaranas ng breakdown sa panahon ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC), na kung saan ang mga pagkakasira ay madalas nangyayari sa huling ilang segundo ng test. Ito ay malinaw na nagpapakita ng kritikal na kahalagahan 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 stage ng disenyo, upang maisagawa ang siyentipikong at maaring disenyo ng pangunahing insulation, at tiyakin ang sapat na insulation margin mula sa pinagmulan ng disenyo.

2 Pagsasalin ng Pamantayan

Ang line terminal AC withstand voltage test (LTAC) para sa mga power transformers ay isang bagong idinagdag na item ng mataas na insulation test na ipinakilala sa pinakabagong pambansang pamantayan GB/T 1094.3-2017. Ito ay lumitaw at nahati 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 talahanayan sa ibaba:

Ang pamantayan ay nagbibigay ng sumusunod na interpretasyon 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 itinalaga bilang espesyal na test. Ito ay nangangahulugan na hindi ito karaniwang kinakailangan sa routine testing, ngunit dapat itong gawin kung eksplisitong hinihiling ng user.

• Kung neutrally grounded (graded insulation), ang LTAC test ay itinalaga bilang routine test at dapat itong gawin sa bawat unit sa panahon ng factory acceptance tests. Gayunpaman, sa kasunduan ng user, ito ay 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 itinalaga bilang espesyal na test—hindi ito pangkaraniwang kinakailangan maliban kung espesyal na hinihiling ng user. Sa kasong ito, gayunpaman, hindi ito 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 nasa itaas ng 170 kV, ang LTAC test ay humigit-kumulang 10% mas mahigpit kaysa sa SI test.

3 Paraan ng Pagsusulit

Ang layunin ng paggawa ng line terminal AC withstand voltage test (LTAC) sa power transformer ay upang i-induce ang tinukoy na test voltage sa high-voltage terminal, habang tiyak na ang low-voltage terminal ay umabot sa voltage value na mahigit-kumulang sa tinukoy na lebel. Walang mandatory na mga pangangailangan tungkol sa partikular na paraan ng test. Ang pinaka karaniwang 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 bilang Halimbawa)

High-voltage side sa tap 9, low-voltage side energized sa 2.0 beses na rated voltage

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

• Ang LTAC test ay dapat gawin phase by phase, i.e., single-phase induced overvoltage test na may induction factor na humigit-kumulang 2 beses ang rated voltage. Sa ilang kaso, maaaring hindi maging eksakto na 2 beses, at minorya ang mga pagbabago ay pinapayagan.

• Bilang halimbawa, ang LTAC test sa phase A ng high-voltage winding: 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 inshort together at lupa, habang ang terminal A at ang neutral (0) terminal ay iniwan na open (unconnected).

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

3.3 Proseso ng Pagsusulit

Ayon sa Faraday's law of electromagnetic induction at principle of magnetic flux continuity, sa ilalim ng itinalagang 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. Kaya, 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 ng Core Flux Distribution sa panahon ng LTAC Test
(High-voltage Phase A bilang Halimbawa)

Hayaang ang induction factor ng excitation voltage sa low-voltage phase a ay K, at ang high-voltage side ay sa 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 naglalaman ng dalawang unknowns, N at K, at kaya't teoretikal na may walang hanggan na solusyon. Gayunpaman, mula sa pisikal na perspektibo, 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.

Gumamit ng itinalagang formula, ang induced ground potential sa anumang punto sa transformer windings sa panahon ng LTAC test ay maaaring ikalkula.

3.4 Voltage Distribution

Gumamit ng itinalagang paraan 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 sa Single-Phase LTAC Test sa Phase A

Mula sa itinalagang 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 nagbibigay ng mahigpit na evaluasyon—o hindi rin mabubuo—sa pangunahing insulation strength sa pagitan ng mga windings. Gayunpaman, ang evaluasyon 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, dapat bigyan ng espesyal na pansin ang veripikasyon ng pangunahing insulation strength sa pagitan ng high-voltage winding terminal, high-voltage lead terminal, at grounded components tulad ng clamping structures, tank walls, at high-voltage bushing risers sa ilalim ng kondisyon ng LTAC test.