Aplikace napěťových stabilizátorů při vysokonapěťovém testování elektrického zařízení

Napětí je důležitým kritériem při testování kvality elektrické energie. Kvalita napětí určuje, zda může elektrický systém bezpečně fungovat, a má významný dopad na stabilitу celé elektrické sítě. V současné době jsou napěťové stabilizátory poměrně běžným elektrickým zařízením v elektrických systémech, schopnými rozumně a vědecky kontrolovat celý proces vysokonapěťových zkoušek elektrického zařízení, což neustále zvyšuje možnost takových zkoušek.

1. Požadavky na použití napěťových stabilizátorů při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení

V běžných situacích je třeba před zahájením vysokonapěťové zkoušky elektrického zařízení vybrat napěťový stabilizátor nainstalovaný na přední straně transformátoru, aby se zajistilo, že jeho specifikace splňují požadavky zkoušky. To zajišťuje, že měřené výsledky z transformátoru splňují standardní zkoušková kritéria, tedy že výstup zůstává stabilní, spojitý a se změnou uniformní, čímž umožňuje efektivní regulaci napětí. Použití napěťových stabilizátorů při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení zahrnuje následující požadavky:

• Zajistit stabilní a kvalitní výstup napětí; například vlnový obraz výstupního napětí stabilizátoru by měl přibližovat sinusovku a minimální výstupní napětí by mělo být co nejblíže nule.

• Napěťový stabilizátor musí mít vysokou kvalitu regulačních charakteristik, s nízkou regulační impedancí, jednoduchými a bezpečnými metodami nastavení, aby usnadnil hladké vysokonapěťové zkoušení elektrického zařízení.

• Minimalizovat hluk vygenerovaný během provozu napěťového stabilizátoru a zdůraznit energetickou efektivitu a ochranu životního prostředí během zkoušek.

• Zajistit, aby základní parametry napěťového stabilizátoru – včetně výstupního napětí, frekvence, počtu fází a kolísání výstupní kapacity – splňovaly požadavky vysokonapěťových zkoušek elektrického zařízení. Specificky se přesnost napěťového stabilizátoru vyjadřuje jako:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Menší chyba naznačuje lepší přesnost přístroje. Během ověřování musí být rozdíl mezi čtením a standardní hodnotou menší než stanovená přesnost.

2. Aplikace napěťových stabilizátorů při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení

Tři typy napěťových stabilizátorů jsou běžně používány při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení: styčné stabilizátory, indukční stabilizátory a cívečné stabilizátory. Tyto tři typy se výrazně liší v konstrukci a principu fungování, a každý má odlišné scénáře aplikace a vlastnosti použití. 

Během vysokonapěťových zkoušek obvykle napěťové stabilizátory asistují asynchronním motorem a mechanismům v převodu energie a jsou elektrickými zařízeními úzce spojenými s transformátory. Při vysokonapěťových zkouškách musí motor splňovat požadavek maximální nosná kapacita napěťového stabilizátoru 12 000 kW. Kromě toho, aby se snížil elektromagnetický hluk, by se měla mechanická síla stabilizátoru zvýšit použitím tuhé litiny.

2.1 Použití cívečných napěťových stabilizátorů
Elektromagnetický princip a vnitřní struktura cívečných napěťových stabilizátorů podobají transformátory. Efektivní regulaci výstupního napětí dosahují vertikálným posouváním krátkozamknutého závitě podél nohy jádra, čímž se mění rozdělení napětí a impedancí mezi dvěma závity v hlavním obvodu. Protože regulace nezávisí na styčných členech, je výstupní napětí z cívečného stabilizátoru relativně hladké a rovnoměrné, což jej činí snadno použitelným pro obecné vysokonapěťové zkoušky elektrického zařízení. 

Kromě toho jeho velká průtazná reaktance mu umožňuje snést významné proudové vlny. Z důvodu svých strukturálních a operačních charakteristik však cívečný stabilizátor ukazuje relativně vysokou krátkozaměnnou impedanci. Proto není vhodný pro vysokonapěťové zkouškové projekty vyžadující nízkou zdrojovou impedanci, jako jsou zkoušky vysokonapěťového znečištění (kontaminace). V porovnání s indukčními stabilizátory je výstupní vlnový obraz cívečných stabilizátorů více náchylný k deformaci. 

Dále po dlouhodobém použití může opotřebení a uvolnění přenosových komponent a pohyblivé cívky zvýšit hluk a vibrovaní, což může vést k poškození. Algoritmy toku energie lze použít k výpočtu složitých komponent ztráty napětí v elektrických systémech. Konkrétně jde o využití vztahu mezi uzlovými napětím, aktivní mocností a velikostí uzlových napětí k dekompozici P-Q rovnic, což snižuje koeficientní matici z 2N×2N na N×N, kde N je počet uzlů systému.

2.2 Použití indukčních napěťových stabilizátorů
Elektromagnetický princip a struktura indukčních napěťových stabilizátorů jsou podobné zadrženým asynchronním motorům s navinutým rotorem, zatímco jejich mechanismus převodu energie podobá transformátory. Regulaci bez kontaktu dosahují upravováním uhlového posunutí rotoru, které mění velikost a fázi indukované elektromotorické síly v statorových nebo rotorových závitech. 

V porovnání s cívečnými stabilizátory nabízejí indukční stabilizátory lepší celkové technické a ekonomické výkony a nižší impedanci – zejména, když výstupní napětí je v rozmezí 50%–100%, kde je impedancia výrazně nižší. Nicméně kvůli strukturálním a operačním omezením mají jednofázové indukční stabilizátory vysoké výrobní náklady, zejména u velkokapacitních jednotek. Pokud dosáhne excentricita rotoru jednofázové jednotky určitého prahu, mohou během provozu vznikat problémy s hlukem a vibrováním, což omezí výkon. Proto se v současnosti velkokapacitní jednofázové indukční stabilizátory téměř nevyrábějí. Přesto jsou zlepšené verze indukčních stabilizátorů efektivně používány při vysokonapěťových zkouškách s méně striktními požadavky.

2.3 Použití kontaktních napěťových regulátorů
Kontaktní napěťové regulátory jsou autotransformátory schopné poskytovat spojité výstupní napětí. Vytvářejí výstupní kmitoobraz s vynikajícími sinusoidálními charakteristikami, s dolní hranicí výstupu 0 V, a mají lineární, spojitou a hladkou regulační charakteristiku. Kromě toho lze jejich krátkozavodní impedance minimalizovat, a mají téměř shodné fázové úhly mezi vstupním a výstupním napětím a nízký provozní hluk, což je činí ideální pro vysokonapěťové zkoušky elektrického zařízení. Dle konfigurace jádra se kontaktní regulátory dělí na sloupové a toroidální typy.

Tradičně se při malých kapacitách vysokonapěťových zkoušek používaly především toroidální kontaktní regulátory díky své nízké ceně a vynikajícím vlastnostem. Nejvýznamnější nevýhodou kontaktních regulátorů je závislost na fyzických kontaktech pro nastavení, což může během provozu vést k vzniku jisker. Kapacita kontaktů je také omezená a relativně krátká životnost brání rozvoji velkokapacitních modelů. Díky neustálým úsilím technického personálu byly však problémy související s kontakty v podstatě vyřešeny.

3. Údržba napěťových regulátorů při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení

Před provedením údržby napěťových regulátorů používaných při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení musí personál důkladně pochopit vnitřní strukturu regulátoru, aby mohl přesně lokalizovat poruchy a zlepšit efektivitu údržby. Základní struktura napěťového regulátoru je uvedena v tabulce 1.

3.2 Problémy s úniky plynu z napěťového regulátoru

Při vysokonapěťových zkouškách elektrického zařízení jsou úniky plynu z napěťového regulátoru obvykle způsobeny nedostatečným uzavřením O-koleček a spojovacích míst. Mohou také vzniknout poškozením těsnícího kovu mezi nastavovacím sedlem a nastavovacím tyčí. Konkrétní řešení zahrnuje vypnutí plynného obvodu, rozebrání hlavního ventilu na straně napěťového regulátoru a pečlivé prozkoumání techniky pro identifikaci přesné polohy a povahy poruchy. Na základě praktické zkušenosti jsou pak provedeny vhodné vylepšení, která vyřeší únik plynu z propustného otvoru během regulačních operací v rámci vysokonapěťových zkoušek.

Během vysokonapěťových zkoušek se často vyskytuje problém s únikem plynu v nulové poloze při nastavování. Tento problém je především způsoben příliš silným sešroubováním nulového nastavovacího šroubu. K jeho zmírnění by měla být správně nastavena poloha nulového nastavovacího šroubu, což sníží pravděpodobnost úniku v nulové poloze.

Je třeba poznamenat, že operátoři by měli vyhnout se stání přímo před napěťovým regulátorem během nastavování, aby minimalizovali riziko nehod.

4. Závěr

V praxi, při provádění vysokonapěťových zkoušek elektrického zařízení, musí být prioritou bezpečnost osob. Zajištění bezpečnosti jak osob, tak zařízení je základní předpoklad pro správné odstraňování poruch a údržbu testovaných komponent. Tento přístup efektivně prodlužuje životnost zařízení a snižuje výskyt poruch. S rozšířenou aplikací napěťových regulátorů v rámci vysokonapěťových zkoušek elektrického zařízení, se zlepšuje každodenní život obyvatel a různé aspekty společnosti, což podporuje harmonický sociální rozvoj.