Standards and Calculation of LTAC Test for Power Transformers Standartlar ve Güç Tranformatörleri için LTAC Testinin Hesaplaması

1 Giriş

Ulusal standart GB/T 1094.3-2017 hükümlerine göre, güç dönüştürücüler için hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) nin asıl amacı, yüksek gerilimli bobin ucu ile toprağa olan AC dielektrik dayanımı değerlendirilmesidir. Bu test, sarım arası yalıtım veya faz arası yalıtımı değerlendirmek için kullanılmaz.

Diğer yalıtım testleri (tam şimşek darbesi LI veya anahtarlama darbesi SI gibi) ile karşılaştırıldığında, LTAC testi, daha uzun süresi (genellikle 50 Hz dönüştürücüler için 30 saniye, 60 Hz dönüştürücüler için 36 saniye) nedeniyle, yüksek gerilimli bobin uçları, yüksek gerilimli bağlantı uçları ve tıkma yapıları, yükseltme birimleri, tank gibi topraklanmış metal parçalar arasındaki ana yalıtım gücünü nispeten daha sıkı bir şekilde değerlendirir.

Birçok yalıtım testi başarısızlık vakası, birçok güç dönüştürücüsünün şimşek darbesi (LI) ve anahtarlama darbesi (SI) testlerini dayanabilirken, hala hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) sırasında kırılma yaşayabileceğini göstermiştir. Kırılmalar genellikle testin son birkaç saniyesinde gerçekleşir. Bu, ana yalıtımı değerlendirmede test süresinin kritik öneminin açık bir göstergesidir ve LTAC testinin ana yalıtım gücünü değerlendirmedeki sert doğasını vurgular.

Bu nedenle, dönüştürücü tasarım mühendislerinin, tasarım aşamasında hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) sırasında sarım potansiyel dağılımını doğru hesaplaması, bilimsel ve makul bir ana yalıtım tasarımı gerçekleştirmesi, tasarım kaynağından yeterli yalıtım marjını sağlamak için önemlidir.

2 Standartların Yorumlanması

Güç dönüştürücüler için hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC), en son ulusal standart GB/T 1094.3-2017 de eklenen yeni bir yüksek gerilimli yalıtım testidir. Bu test, önceki standart GB/T 1094.3-2003 de belirtilen kısa süreli indüklenmiş dayanım voltaj testi (ACSD) den evrimleşerek ayrılmıştır. LTAC testiyle ilgili hükümler aşağıdaki tabloda listelenmiştir:

Standart, güç dönüştürücüler için hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) hakkında aşağıdaki yorumları sunmaktadır:

• Um ≤ 72.5 kV olan tüm kapalı yalıtımlı güç dönüştürücüler için, yüksek gerilimli bobin ve yüksek gerilimli bağlantı uçları ile toprak arasındaki ana yalıtım gücünü, uygulanan voltaj testi (AV) ile tam olarak değerlendirebilir. Bu nedenle, LTAC testi gerekli değildir.

• 72.5 < Um ≤ 170 kV olan güç dönüştürücüler için:

• Tamamen yalıtımlıysa, ana yalıtım gücünü yine de uygulanan voltaj testi (AV) ile yeterince doğrulayabilir, ancak LTAC testi özel bir test olarak belirlenmiştir. Bu, genellikle rutin test sırasında gerekli değildir, ancak kullanıcı tarafından açıkça talep edildiğinde gerçekleştirilmesi gerekir.

• Nötrle topraklanmış (seviyeli yalıtım) ise, LTAC testi rutin bir test olarak belirlenmiş ve fabrika kabul testlerinde her bir birim üzerinde gerçekleştirilmelidir. Ancak, kullanıcı onayıyla, bu test hat terminali anahtarlama darbesi testi (SI) ile değiştirilebilir.

• Um > 170 kV olan güç dönüştürücüler için, tamamen yalıtımlı veya seviyeli yalıtımlı olmasına bakılmaksızın, LTAC testi özel bir test olarak sınıflandırılır—genellikle kullanıcı tarafından açıkça istenmediği takdirde zorunlu değildir. Bu durumda, LTAC testi, hat terminali anahtarlama darbesi testi (SI) ile değiştirilemez.

Pratikte, tamamen yalıtımlı güç dönüştürücüler için, voltaj seviyesine bakılmaksızın, hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) asla gerçekleştirilmez, çünkü yüksek gerilimli bobin/bağlantı uçları ile toprak arasındaki ana yalıtım gücü, rutin 1 dakikalık uygulanan voltaj testi (AV) ile daha sıkı bir şekilde doğrulanabilir.

Um > 170 kV olan güç dönüştürücüler için, LTAC testi SI testi ile değiştirilemez. Teorik hesaplamalar ve geçmiş deneyimler, 170 kV üstündeki dönüştürücülerde hat terminalinden toprağa olan ana yalıtımı değerlendirmek için LTAC testinin, SI testine kıyasla yaklaşık %10 daha sıkı olduğunu göstermektedir.

3 Hesaplama Yöntemi

Güç dönüştürücüsü üzerinde hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) yapmanın amacı, yüksek gerilimli terminalde belirlenen test voltajını indüklemek ve düşük gerilimli terminalin belirlenen seviyeye mümkün olduğunca yakın bir voltaj değeri ulaşmasını sağlamaktır. Belirli bir test yöntemi konusunda zorunlu gereklilikler yoktur. En yaygın LTAC test yöntemi, "zıt fazlı kısa devre ve topraklanmış destek yöntemi"dir. Bu bölüm, bu yöntemi SZ18-100000/220 güç dönüştürücüsü örneğiyle kısaca tanıtmaktadır.

3.1 Dönüştürücü Parametreleri

Gerilim oranı: 230 ± 8 × 1.25% / 37 kV
Kapasite oranı: 100 / 100 MVA
Sabit frekans: 50 Hz
Vektör grubu: YNd11
Yalıtım seviyeleri: LI950 AC395 – LI400 AC200 / LI200 AC85

3.2 Test Devresi

Bu güç dönüştürücüsü için hat terminali AC dayanım voltaj testi (LTAC) devre diyagramı aşağıda gösterilmiştir:

LTAC Test Devre Diyagramı (Faz A Örneği)

Yüksek gerilimli taraf, tap 9 da, düşük gerilimli taraf, nominal voltajın 2.0 katında enerji alır

LTAC test devresinin önemli noktaları şunlardır:

• LTAC testi faz bazında gerçekleştirilmelidir, yani, yaklaşık 2 kat nominal voltajla tek fazlı indüklenmiş aşırı gerilim testidir. Bazı durumlarda, tam olarak 2 katına ulaşmak mümkün olmayabilir ve küçük sapmalar kabul edilir.

• Yüksek gerilimli bobinin Faz A'sındaki LTAC testi örneği: düşük gerilimli terminal a ile x arasında belirli bir voltaj Uax uygulanır, x terminali topraklanır; düşük gerilimli tarafındaki b ve c terminalleri serbest bırakılır. Yüksek gerilimli tarafta, B ve C terminalleri birleştirilip topraklanırken, A terminali ve nötr (0) terminali açıktır (bağlı değil).

• Yüksek gerilimli bobin, yüksek gerilimli hat terminalinde 395 kV (±3% izin verilen sapma ile) belirli test voltajının indüklenmesini sağlamak için belirli bir tap pozisyonunda ayarlanmalıdır.

3.3 Hesaplama Süreci

Faraday elektromanyetik indüksiyon yasası ve manyetik akı süreklilik prensibine göre, yukarıdaki test yapılandırması altında, B ve C fazlarının çekirdek bacaklarındaki manyetik akı, A fazının çekirdek bacaktaki manyetik akının yarısı kadardır ve ters yönde. Bu nedenle, B ve C fazlarındaki bobinlerde indüklenen gerilimin amplitudu, A fazındaki indüklenen gerilimin amplitudunun yarısı olacaktır.

LTAC Testi Sırasında Çekirdek Akı Dağılımı Şematik Gösterimi
(Yüksek Gerilimli Faz A Örneği)

Düşük gerilimli faz a'daki uyarıcı voltajın indüksiyon faktörü K olsun ve yüksek gerilimli taraf N tap pozisyonunda olsun. Aşağıdaki denklem kurulabilir:

Uₐ₀ + U₀₈ = 395
(B fazı toprağa bağlı olduğu için, Uᵦ = 0)

B fazının çekirdek bacaktaki manyetik akının amplitudunun A fazının yarısı olduğu düşünülürse:
U₀₈ = ½ Uₐ₀

Bu nedenle:
1.5 × Uₐ₀ = 395

Dönüşümün gerilim oranını ve tap ayarlarını yerine koyarak:
(230 / 1.732) × [1 + (9 − N) × 1.25%] × K × 1.5 = 395

Bu denklem, N ve K olmak üzere iki bilinmeyene sahiptir ve teorik olarak sonsuz sayıda çözümü vardır. Ancak, fiziksel açıdan, her iki değişken de kısıtlıdır: N, 1 ile 17 arasındaki bir tamsayı olmalı ve K yaklaşık 2'ye eşittir.

N = 9 için denklem çözülürse, K = 1.98 elde edilir.
Alternatif olarak, K = 2 ve N = 9 için, indüklenen gerilim Uₐ = 398.4 kV olur.

Yukarıdaki formül kullanılarak, LTAC testi sırasında dönüştürücünün bobinlerindeki herhangi bir noktada indüklenen toprak potansiyeli hesaplanabilir.

3.4 Gerilim Dağılımı

Yukarıdaki hesaplama yöntemi kullanılarak, yüksek gerilimli bobinin Faz A'sındaki LTAC yalıtım testi sırasında bobinlerdeki potansiyel dağılımı şu şekilde belirlenebilir:

Tek Fazlı LTAC Testi Sırasında Faz A Bobin Potansiyel Dağılımı

Yukarıdaki indüklenen gerilim dağılım diyagramından, tek fazlı LTAC testi sırasında bobinler arasındaki indüklenen potansiyel farkının oldukça küçük olduğunu görebiliriz. Bu nedenle, LTAC testi, bobinler arasındaki ana yalıtım gücünü sıkı bir şekilde değerlendirmiyor—veya tam olarak değerlendirmiyor. Ancak, yüksek gerilimli hat terminalinden toprağa olan ana yalıtım gücünün bu test altında en sıkı değerlendirildiği görülüyor (bu sonuç, özellikle seviyeli yalıtımlı dönüştürücüler için geçerlidir). Tasarım sırasında, LTAC test koşullarında yüksek gerilimli bobin terminali, yüksek gerilimli bağlantı terminali ve tıkma yapıları, tank duvarları, yüksek gerilimli bükme birimleri gibi topraklanmış bileşenler arasındaki ana yalıtım gücünün doğrulanmasına özel dikkat edilmelidir.