Jännitevaihtelujen soveltaminen sähkölaitteiden korkeajännitetestiin

Jännite on tärkeä kriteeri sähkölaadun testauksessa. Jännitteen laatu määrittelee, pystyykö sähköjärjestelmä toimimaan turvallisesti, ja sillä on merkittävä vaikutus koko sähköverkon vakautukseen. Nykyisin jännitesääntelylaitteet ovat suhteellisen yleisiä sähköjärjestelmissä, ja ne kykenevät hallitsemaan järjestelmällisesti ja tieteellisesti koko prosessia korkeajännitteisten sähkölaitteiden testauksessa, mikä parantaa jatkuvasti tällaisten testien toteutettavuutta.

1. Vaatimukset jännitesääntelylaitteiden käytölle korkeajännitteisten sähkölaitteiden testauksessa

Yleensä ennen korkeajännitteen testaamista sähkölaitteissa valitaan muuntajan etupuolelle asennettava jännitesääntelylaitte, jonka ominaisuudet täyttävät testivaatimukset. Tämä takaa, että muuntimen mittaus tulokset täyttävät standardin testikriteerit – eli, että ulostulo pysyy vakana, jatkuva ja muuttuu tasaisesti, mikä mahdollistaa tehokkaan jännitetason säätelyn. Jännitesääntelylaitteiden käytössä korkeajännitteisten sähkölaitteiden testauksessa on seuraavat vaatimukset:

• Takuu vakaa ja laadukas jännitteen ulostulo; esimerkiksi säätelylaitteen ulostulon jännitteen aalto muoto pitäisi olla lähellä sinimuotoista, ja minimijännite pitäisi olla mahdollisimman lähellä nollaa.

• Jännitesääntelylaitteen on oltava korkealaatuinen säätökenttä, alhainen säätöimpedanssi, yksinkertaiset ja turvalliset säätömenetelmät, mikä helpottaa sähkölaitteiden sujuvaa korkeajännitteistä testaamista.

• Minimoi jännitesääntelylaitteen toiminnassa aiheutuva melu ja korosta energiatehokkuus ja ympäristöystävällisyys testauksen aikana.

• Varmista, että jännitesääntelylaitteen peruspainot, kuten ulostulon jännite, taajuus, vaiheiden määrä ja ulostulon kapasiteetin heilahtelut, täyttävät korkeajännitteisten sähkölaitteiden testaustarpeet. Erityisesti jännitesääntelylaitteen tarkkuus ilmaistaan seuraavasti:

tgδ: ±(1% D + 0.0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Pienempi virhe tarkoittaa parempaa laitteen tarkkuutta. Varmennuksen aikana lukeman ja standardiarvon välinen ero on oltava pienempi kuin määritelty tarkkuus.

2. Jännitesääntelylaitteiden soveltaminen korkeajännitteisten sähkölaitteiden testauksessa

Kolme jännitesääntelylaitteen tyyppiä on yleisiä korkeajännitteisten sähkölaitteiden testauksessa: yhteyden luova säätimet, induktio säätimet ja liukuva rullasäädin. Nämä kolme tyypillistä eroavat merkittävästi rakenteessa ja toimintaperiaatteessa, ja kukin niistä omaa erilaisia sovellusskenaarioita ja käyttöominaisuuksia. 

Korkeajännitteen testauksessa jännitesääntelylaitteet yleensä auttavat epäsuhdetaistomotoreja ja mekanismeja energia muunnoksessa, ja ne ovat läheisesti yhteydessä muuntimiin. Korkeajännitteisissä testeissä moottorin on vastattava jännitesääntelylaitteen maksimikapasiteetin vaatimusta, joka on 12 000 kW. Lisäksi sähkömagneettisen melun vähentämiseksi säätimen mekaanista vahvuutta on vahvistettava käyttämällä tiivisti tuotettua teräsrunkoa.

2.1 Liukuvan rullasäätimen käyttö
Liukuvan rullasäätimen sähkömagneettinen periaate ja sisäinen rakenne muistuttavat muuntimia. Se saavuttaa tehokasta ulostulon jännitteen säätelyä liikuttamalla lyhytkiertoluukkoa pystysuunnassa ytimen osan pitkin, mikä muuttaa jännitteen ja impedanssin jakautumista kahden luukon välillä pääpiirissä. Koska säätö ei perustu kontaktiin, liukuvan rullasäätimen ulostulon jännite on suhteellisen sileä ja tasainen, mikä tekee siitä helpon ja kätevän käyttää yleisissä korkeajännitteisissä sähkölaite testeissä. 

Lisäksi sen suuri vuoto reaktanssi mahdollistaa suuret virtasurmat. Kuitenkin sen rakenteellisten ja toiminnallisten ominaisuuksien vuoksi, liukuvan rullasäätimen lyhytsolmu impedanssi on suhteellisen korkea. Siksi se ei ole sopiva korkeajännitteisiin testihankkeisiin, jotka edellyttävät matalaa lähdön impedanssia, kuten korkeajännitteisiin saastumistesteihin. Induktiosäätimien verrattuna, liukuvan rullasäätimen ulostulon aalto muoto on altis vääristymälle. 

Lisäksi pitkäaikaiseen käyttöön liittyen, kuluminen ja venyminen siirtokomponenteissa ja liikkuvassa luukossa voi lisätä melua ja värähtelyä, mikä voi johtaa vaurioitumiseen. Voimavirta algoritmit voidaan käyttää voimansiirtojärjestelmien monimutkaisten komponenttien laskentaan. Tarkemmin sanottuna, tämä tarkoittaa solmun jännitteen, aktiivisen tehon ja solmun jännitteen suuruuden välisen suhteen hyödyntämistä P-Q yhtälöiden hajoittamiseksi, mikä vähentää kerroinmatriisia 2N×2N:stä N×N:ään, missä N on järjestelmän solmujen määrä.

2.2 Induktiosäätimen käyttö
Induktiosäätimen sähkömagneettinen periaate ja rakenne muistuttavat pyöräytyskierron piiloituneen synkronoidun asynkronisen moottorin, kun taas sen energia muunnosmekanismi muistuttaa muuntimia. Säätämällä rotorin kulmaa se muuttaa indusoituun sähkömotori voiman suuruuden ja vaiheen statorin tai rotorin luukossa, saavuttaen kosketuksettomaksi jännitteen säätelyn. 

Verrattuna liukuvan rullasäätimiin, induktiosäätimet tarjoavat parempaa kokonaistechnologista ja taloudellista suorituskykyä sekä alhaisempaa impedanssia – erityisesti, kun ulostulon jännite on 50%–100% välillä, jolloin impedanssi on huomattavasti alhaisempi. Kuitenkin rakenteellisten ja toiminnallisten rajoitusten vuoksi yksivaiheisen induktiosäätimen valmistuskustannukset ovat korkeat, erityisesti suuryttilaitteille. Kun yksivaiheisen laitteen rotori saavuttaa tietyn kynnysarvon, toiminnassa voi ilmetä melu- ja värähtelyongelmia, mikä rajoittaa sen ulostulokapasiteettia. Siksi suuryttilaitteita ei nykyään usein valmisteta. Kuitenkin parannetut versiot induktiosäätimistä ovat tehokkaasti käytössä vähemmän vaativissa korkeajännitteisissä testeissä.

2.3 Yhteydenottotyyppisten jänniteohjainten käyttö
Yhteydenottotyyppiset jänniteohjaimet ovat automuunnokset, jotka pystyvät tuottamaan jatkuvaa jänniteoutputtia. Ne tuottavat output-jännitetahansia, joilla on erinomaiset siniäärimäiset ominaisuudet, alarajana 0 V, ja ne näyttävät lineaarisia, jatkuvia ja pehmeitä ohjausominaisuuksia. Lisäksi niiden lyhytkiertosäädös voidaan minimoida, ja ne ominaisuudet lähes samankertaisesti syöttö- ja output-jännitteen välillä sekä matalalla toimintamelulla, mikä tekee niistä ideaaleja sähköisen laitteen korkeajännitekokeisiin. Ytimen asettelun mukaan yhteydenottotyyppiset säädimet luokitellaan pylvästyypiksi ja toroidaalityypiksi. 

Perinteisesti pienkapasiteettiset korkeajännitekokeet olivat enimmäkseen perustuneet toroidaalisiin yhteydenottotyyppisiin säädimiin niiden matalan hinnan ja erinomaisen suorituskyvyn vuoksi. Yhteydenottotyyppisten säädinten huomattavin heikkous on niiden riippuvuus fysikaalisista yhteyksistä säädössä, mikä voi aiheuttaa tulehdusta toiminnassa. Yhteyden kapasiteetti on myös rajoitettu, ja niiden suhteellisen lyhyt käyttöikä on hidastanut suurkapasiteettisten mallien kehitystä. Kuitenkin teknisen henkilöstön jatkuvan työn ansiosta yhteyden liittyviä ongelmia on pääasiassa ratkaistu.

3. Sähköisen laitteen korkeajännitekokeissa käytettyjen jänniteohjainten huolto

Ennen sähköisen laitteen korkeajännitekokeissa käytettyjen jänniteohjainten huollon tekemistä, henkilökunnan on ymmärrettävä täsmällisesti ohjaimen sisäinen rakenne, jotta vikoja voidaan paikallistaa tarkasti ja huollon tehokkuutta parannetaan. Jänniteohjaimen perusrakenne on esitetty taulukossa 1.

3.2 Jänniteohjaimen kaasupuoliskulun ongelmat

Sähkökäyttöisen laitteen korkeajännitetestiissä jänniteohjaimen kaasupuoliskulu johtuu yleensä O-renkaan ja yhdistysliitosten riittämättömästä tiivisteestä. Se voi myös johtua tiivistämismetallin vaurioitumisesta säätöistuimen ja säätövarren välillä. Tarkka ratkaisu sisältää kaasusuuntimien sulkemisen, jänniteohjaimen pääventtiilipään purkamisen ja teknikoiden huolellisen tarkastuksen, jotta voidaan tunnistaa vian tarkka sijainti ja luonne. Käytännön kokemuksen perusteella toteutetaan sopivia parannuksia korjaamaan korkeajännitetesteissä tapahtuva kaasupuoliskulu purkautumisportista.

Korkeajännitetesteissä yleinen ongelma on nollasäädön aikana tapahtuva kaasupuoliskulu. Tämä johtuu pääasiassa nollasäädön ruuvun liian tiiviiseen kiinnitykseen. Tämän lievittämiseksi nollasäädön ruuvia tulisi säätää oikein, jotta vähennetään nollasäädön aikana tapahtuvan kaasupuoliskulun mahdollisuus.

On huomattava, että operaattorien tulisi välttää seisomista jänniteohjaimen edessä säätelyn aikana vähentääkseen onnettomuuksien riskiä.

4. Johtopäätös

Käytännössä sähkökäyttöisen laitteen korkeajännitetesteissä henkilöstön turvallisuuden on oltava etusijalla. Henkilöstön ja laitteen turvallisuuden varmistaminen on perustavanlaatuinen edellytys testikohteiden asianmukaiselle vianmääritykselle ja huolloille. Tämä lähestymistapa pidentää tehokkaasti laitteen käyttöikää ja vähentää vianmääritysten esiintyvyyttä. Jänniteohjainten laajalla soveltamisella sähkökäyttöisen laitteen korkeajännitetesteissä tuodaan mukavuutta asukkaiden arkeen ja yhteiskunnan eri aloille, mikä edistää harmonista yhteiskunnallista kehitystä.