Application des régulateurs de tension dans les essais à haute tension des équipements électriques

La tension est un critère important pour les tests de qualité d'énergie. La qualité de la tension détermine si le système électrique peut fonctionner en toute sécurité et a une incidence significative sur la stabilité du réseau électrique dans son ensemble. Actuellement, les stabilisateurs de tension sont des équipements électriques relativement courants dans les systèmes électriques, capables de contrôler de manière raisonnable et scientifique l'ensemble du processus des essais à haute tension sur les équipements électriques, permettant ainsi d'améliorer continuellement la faisabilité de tels essais.

1. Exigences pour l'utilisation des stabilisateurs de tension dans les essais à haute tension des équipements électriques

Dans la plupart des cas, avant de démarrer un essai à haute tension sur un équipement électrique, un stabilisateur de tension installé au niveau du transformateur doit être sélectionné pour s'assurer que ses spécifications répondent aux exigences de l'essai. Cela garantit que les résultats de mesure du transformateur satisfont aux critères standards de test - c'est-à-dire que la sortie reste stable, continue et change uniformément, permettant ainsi une régulation efficace de la tension. L'utilisation des stabilisateurs de tension dans les essais à haute tension des équipements électriques implique les exigences suivantes :

• Assurer une sortie de tension stable et de haute qualité ; par exemple, la forme d'onde de la tension de sortie du stabilisateur doit s'approcher d'une sinusoïde, et la tension de sortie minimale doit être aussi proche de zéro que possible.

• Le stabilisateur de tension doit posséder des caractéristiques de régulation de haute qualité, avec une faible impédance de régulation, des méthodes d'ajustement simples et sûres, pour faciliter le bon déroulement des essais à haute tension des équipements électriques.

• Minimiser le bruit généré lors du fonctionnement du stabilisateur de tension et mettre l'accent sur l'efficacité énergétique et la protection de l'environnement lors des essais.

• S'assurer que les paramètres fondamentaux du stabilisateur de tension, y compris la tension de sortie, la fréquence, le nombre de phases et les variations de capacité de sortie, répondent aux exigences des essais à haute tension sur les équipements électriques. Plus précisément, la précision du stabilisateur de tension est exprimée comme suit :

tgδ : ±(1% D + 0,0004)

Cx : ±(1% C + 1 pF)

Une erreur plus faible indique une meilleure précision de l'instrument. Lors de la vérification, la différence entre la lecture et la valeur standard doit être inférieure à la précision spécifiée.

2. Application des stabilisateurs de tension dans les essais à haute tension des équipements électriques

Trois types de stabilisateurs de tension sont couramment utilisés dans les essais à haute tension des équipements électriques : les stabilisateurs à contacts, les stabilisateurs à induction et les stabilisateurs à bobine mobile. Ces trois types diffèrent considérablement en termes de structure et de principe de fonctionnement, et chacun a des scénarios d'application et des caractéristiques d'utilisation distincts. 

Lors des essais à haute tension, les stabilisateurs de tension assistent généralement les moteurs asynchrones et les mécanismes dans la conversion d'énergie et sont des dispositifs électriques étroitement liés aux transformateurs. Dans les essais à haute tension, le moteur doit respecter la capacité de charge maximale du stabilisateur de tension, qui est de 12 000 kW. De plus, pour réduire le bruit électromagnétique, la solidité mécanique du stabilisateur doit être renforcée en utilisant une structure en fonte massif.

2.1 Utilisation des stabilisateurs de tension à bobine mobile
Le principe électromagnétique et la structure interne des stabilisateurs de tension à bobine mobile ressemblent à ceux des transformateurs. Ils réalisent une régulation efficace de la tension de sortie en déplaçant verticalement un enroulement court-circuité le long du membre du noyau pour modifier la distribution de la tension et de l'impédance entre les deux enroulements du circuit principal. Comme la régulation ne repose pas sur des contacts, la tension de sortie d'un stabilisateur à bobine mobile est relativement lisse et uniforme, ce qui le rend facile et pratique à utiliser pour les essais à haute tension généraux sur les équipements électriques. 

De plus, sa grande réactance de fuite lui permet de supporter des surintensités importantes. Cependant, en raison de ses caractéristiques structurelles et opérationnelles, le stabilisateur à bobine mobile présente une impédance de court-circuit relativement élevée. Il n'est donc pas adapté aux projets d'essais à haute tension nécessitant une faible impédance de source, tels que les essais de pollution (contamination) à haute tension. Par rapport aux stabilisateurs à induction, la forme d'onde de sortie des stabilisateurs à bobine mobile est plus susceptible de se distordre. 

De plus, après une utilisation prolongée, l'usure et le desserrage des composants de transmission et de la bobine mobile peuvent augmenter le bruit et les vibrations, potentiellement conduisant à des dommages. Les algorithmes de flux de puissance peuvent être utilisés pour calculer les composantes complexes de la perte de tension dans les systèmes électriques. Plus précisément, cela implique d'utiliser la relation entre les tensions aux nœuds, la puissance active et l'amplitude des tensions aux nœuds pour décomposer les équations P-Q, réduisant la matrice des coefficients de 2N×2N à N×N, où N est le nombre de nœuds du système.

2.2 Utilisation des stabilisateurs de tension à induction
Le principe électromagnétique et la structure des stabilisateurs de tension à induction sont similaires à ceux des moteurs asynchrones à rotor bobiné bloqués, tandis que leur mécanisme de conversion d'énergie ressemble à celui des transformateurs. En ajustant le déplacement angulaire du rotor, ils modifient l'amplitude et la phase de la force électromotrice induite dans les enroulements du stator ou du rotor, réalisant ainsi une régulation de tension sans contact. 

Comparés aux stabilisateurs à bobine mobile, les stabilisateurs à induction offrent de meilleures performances techniques et économiques globales et une impédance plus faible - en particulier lorsque la tension de sortie est comprise entre 50 % et 100 %, où l'impédance est notablement plus faible. Cependant, en raison des limitations structurelles et opérationnelles, les stabilisateurs à induction monophasés ont des coûts de fabrication élevés, en particulier pour les unités de grande capacité. Lorsque l'excentricité du rotor d'une unité monophasée atteint un certain seuil, des problèmes de bruit et de vibration peuvent survenir lors du fonctionnement, limitant ainsi sa capacité de sortie. Par conséquent, les stabilisateurs à induction monophasés de grande capacité sont rarement produits aujourd'hui. Cependant, des versions améliorées des stabilisateurs à induction sont efficacement utilisées dans les essais à haute tension avec des exigences moins strictes.

2.3 Utilisation des régulateurs de tension à contacts
Les régulateurs de tension à contacts sont des autotransformateurs capables de fournir une sortie de tension continue. Ils produisent des formes d'onde de sortie en tension avec d'excellentes caractéristiques sinusoïdales, avec une limite inférieure de sortie de 0 V, et présentent des caractéristiques de régulation linéaires, continues et lisses. De plus, leur impédance en court-circuit peut être minimisée, et ils offrent des angles de phase presque identiques entre les tensions d'entrée et de sortie ainsi qu'un faible niveau sonore, ce qui en fait des choix idéaux pour les essais haute tension sur les équipements électriques. En fonction de la configuration du noyau, les régulateurs à contacts sont classés en type colonne et type torique. 

Traditionnellement, les essais haute tension de petite capacité ont principalement utilisé des régulateurs à contacts toriques en raison de leur faible coût et de leurs excellentes performances. Le principal inconvénient des régulateurs à contacts est leur dépendance aux contacts physiques pour l'ajustement, ce qui peut générer des étincelles lors de l'exploitation. La capacité des contacts est également limitée, et leur durée de vie relativement courte a freiné le développement de modèles de grande capacité. Cependant, grâce aux efforts continus des techniciens, les problèmes liés aux contacts ont été en grande partie résolus.

3. Maintenance des régulateurs de tension dans les essais haute tension des équipements électriques

Avant d'effectuer la maintenance des régulateurs de tension utilisés dans les essais haute tension des équipements électriques, le personnel doit bien comprendre la structure interne du régulateur afin de localiser précisément les pannes et d'améliorer l'efficacité de la maintenance. La structure de base du régulateur de tension est présentée dans le Tableau 1.

3.2 Problèmes de fuite de gaz des régulateurs de tension

Dans les essais à haute tension des équipements électriques, la fuite de gaz des régulateurs de tension est généralement causée par un scellement insuffisant des joints toriques et des raccords. Elle peut également résulter d'un dommage au métal de scellement entre le siège de réglage et la tige de réglage. La solution spécifique implique de couper le circuit de gaz, de démonter l'extrémité de la vanne principale du régulateur de tension, et de faire inspecter soigneusement par des techniciens pour identifier l'emplacement exact et la nature de la panne. Sur la base de l'expérience pratique, des améliorations appropriées sont ensuite mises en œuvre pour résoudre la fuite de gaz du port de décharge de pression lors du réglage dans les essais à haute tension.

Lors des essais à haute tension, un problème courant est la fuite de gaz qui se produit à la position zéro lors du réglage. Cela est principalement dû à un serrage excessif de la vis de réglage zéro. Pour atténuer ce problème, la position de la vis de réglage zéro doit être ajustée correctement afin de réduire la probabilité de fuite à la position zéro.

Il convient de noter que les opérateurs doivent éviter de se placer directement devant le régulateur de tension lors du réglage afin de minimiser le risque d'accidents.

4. Conclusion

Dans les applications pratiques, lors de la réalisation d'essais à haute tension sur des équipements électriques, la sécurité des personnes doit être prioritaire. Assurer la sécurité des personnes et des équipements est la condition préalable fondamentale pour effectuer un dépannage et une maintenance appropriés des composants d'essai. Cette approche permet d'étendre efficacement la durée de vie des équipements et de réduire l'incidence des pannes. Avec l'application généralisée des régulateurs de tension dans les essais à haute tension des équipements électriques, une commodité est apportée à la vie quotidienne des résidents et à divers aspects de la société, favorisant ainsi le développement social harmonieux.