Applicazione dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione delle apparecchiature elettriche

La tensione è un criterio importante per i test di qualità dell'energia. La qualità della tensione determina se il sistema elettrico può funzionare in sicurezza e ha un impatto significativo sulla stabilità dell'intero sistema di rete elettrica. Attualmente, i regolatori di tensione sono dispositivi elettrici piuttosto comuni nei sistemi elettrici, in grado di controllare in modo ragionevole e scientifico l'intero processo dei test ad alta tensione sui dispositivi elettrici, migliorandone così continuamente la fattibilità.

1. Requisiti per l'uso dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici

In condizioni normali, prima di iniziare un test ad alta tensione su un dispositivo elettrico, deve essere selezionato un regolatore di tensione installato all'inizio del trasformatore per assicurare che le sue specifiche soddisfino i requisiti del test. Ciò garantisce che i risultati di misura dal trasformatore soddisfino i criteri standard di test, ovvero che l'uscita rimanga stabile, continua e cambi uniformemente, consentendo quindi una regolazione efficace della tensione. L'uso dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici comporta i seguenti requisiti:

• Garantire un'uscita di tensione stabile e di alta qualità; ad esempio, l'onda di uscita del regolatore dovrebbe approssimarsi a una sinusoide, e la tensione minima di uscita dovrebbe essere il più vicina possibile allo zero.

• Il regolatore di tensione deve possedere caratteristiche di regolazione di alta qualità, con bassa impedenza di regolazione, metodi di regolazione semplici e sicuri, per facilitare il test ad alta tensione dei dispositivi elettrici in modo fluido.

• Minimizzare il rumore generato durante l'operazione del regolatore di tensione e sottolineare l'efficienza energetica e la protezione ambientale durante i test.

• Assicurare che i parametri fondamentali del regolatore di tensione, inclusa la tensione di uscita, la frequenza, il numero di fasi e le fluttuazioni nella capacità di uscita, soddisfino i requisiti dei test ad alta tensione sui dispositivi elettrici. Specificamente, l'accuratezza del regolatore di tensione è espressa come:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Un errore più piccolo indica una maggiore precisione dello strumento. Durante la verifica, la differenza tra la lettura e il valore standard deve essere inferiore all'accuratezza specificata.

2. Applicazione dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici

Tre tipi di regolatori di tensione sono comunemente utilizzati nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici: regolatori a contatti, regolatori a induzione e regolatori a bobina mobile. Questi tre tipi differiscono significativamente in termini di struttura e principio di funzionamento, e ciascuno ha scenari di applicazione e caratteristiche d'uso distinti.

Durante i test ad alta tensione, i regolatori di tensione generalmente assistono i motori asincroni e i meccanismi nella conversione dell'energia ed sono dispositivi elettrici strettamente correlati ai trasformatori. Nei test ad alta tensione, il motore deve conformarsi alla capacità di carico massima del regolatore di tensione, pari a 12.000 kW. Inoltre, per ridurre il rumore elettromagnetico, la resistenza meccanica del regolatore dovrebbe essere potenziata utilizzando una struttura solida in ghisa.

2.1 Uso dei regolatori di tensione a bobina mobile
Il principio elettromagnetico e la struttura interna dei regolatori di tensione a bobina mobile sono simili a quelli dei trasformatori. Essi ottengono una regolazione efficace della tensione di uscita spostando verticalmente un avvolgimento cortocircuitato lungo la gamba del nucleo per alterare la distribuzione di tensione e impedenza tra i due avvolgimenti nel circuito principale. Poiché la regolazione non dipende da contatti, la tensione di uscita da un regolatore a bobina mobile è relativamente liscia e uniforme, rendendolo facile e conveniente da utilizzare per i test ad alta tensione generali sui dispositivi elettrici.

Inoltre, la sua reattanza di dispersione elevata gli consente di sopportare correnti impulsive significative. Tuttavia, a causa delle sue caratteristiche strutturali e operative, il regolatore a bobina mobile presenta un'impedenza a corto circuito relativamente alta. Pertanto, non è adatto per progetti di test ad alta tensione che richiedono un'impedenza di sorgente bassa, come i test di inquinamento (contaminazione) ad alta tensione. A confronto con i regolatori a induzione, l'onda d'uscita dei regolatori a bobina mobile è più soggetta a distorsioni.

Inoltre, dopo un uso prolungato, l'usura e il rilassamento dei componenti di trasmissione e della bobina mobile possono aumentare il rumore e la vibrazione, potenzialmente portando a danni. Gli algoritmi di flusso di potenza possono essere utilizzati per calcolare i componenti complessi della perdita di tensione nei sistemi elettrici. Specificamente, ciò comporta l'utilizzo della relazione tra le tensioni ai nodi, la potenza attiva e la magnitudine delle tensioni ai nodi per decomporsi le equazioni P-Q, riducendo la matrice dei coefficienti da 2N×2N a N×N, dove N è il numero di nodi del sistema.

2.2 Uso dei regolatori di tensione a induzione
Il principio elettromagnetico e la struttura dei regolatori di tensione a induzione sono simili a quelli dei motori asincroni a rotor bobinato bloccati, mentre il loro meccanismo di conversione di energia ricorda quello dei trasformatori. Regolano la tensione senza contatti modificando lo spostamento angolare del rotor, alterando la magnitudine e la fase della forza elettromotrice indotta negli avvolgimenti del statore o del rotor.

A confronto con i regolatori a bobina mobile, i regolatori a induzione offrono prestazioni tecniche ed economiche complessive superiori e un'impedenza inferiore, specialmente quando la tensione di uscita si trova nell'intervallo 50%-100%, dove l'impedenza è notevolmente inferiore. Tuttavia, a causa delle limitazioni strutturali e operative, i regolatori a induzione monofase hanno costi di produzione elevati, soprattutto per unità di grande capacità. Quando l'eccentricità del rotor di un'unità monofase raggiunge una certa soglia, possono verificarsi problemi di rumore e vibrazione durante l'operazione, limitando la capacità di uscita. Di conseguenza, oggi vengono raramente prodotti regolatori a induzione monofase di grande capacità. Tuttavia, versioni migliorate dei regolatori a induzione vengono utilizzate efficacemente nei test ad alta tensione con requisiti meno rigorosi.

2.3 Utilizzo dei regolatori di tensione a contatto
I regolatori di tensione a contatto sono autotrasformatori in grado di fornire un'uscita di tensione continua. Producono onde di uscita con caratteristiche sinusoidali eccellenti, con un limite inferiore di uscita di 0 V, e presentano caratteristiche di regolazione lineari, continue e lisce. Inoltre, la loro impedenza a cortocircuito può essere minimizzata, e presentano angoli di fase quasi identici tra le tensioni di ingresso e di uscita e un basso rumore operativo, rendendoli ideali per i test ad alta tensione su apparecchiature elettriche. A seconda della configurazione del nucleo, i regolatori a contatto sono classificati in tipo colonna e tipo toroidale. 

Tradizionalmente, i test ad alta tensione di piccola capacità hanno utilizzato principalmente regolatori a contatto toroidale a causa del loro costo contenuto e delle prestazioni eccellenti. Il difetto più notevole dei regolatori a contatto è la loro dipendenza da contatti fisici per l'aggiustamento, che possono generare scintille durante il funzionamento. La capacità di contatto è anche limitata, e la loro vita utile relativamente breve ha ostacolato lo sviluppo di modelli ad alta capacità. Tuttavia, grazie agli sforzi continui del personale tecnico, i problemi legati ai contatti sono stati in gran parte risolti.

3. Manutenzione dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione sulle apparecchiature elettriche

Prima di eseguire la manutenzione sui regolatori di tensione utilizzati nei test ad alta tensione sulle apparecchiature elettriche, il personale deve comprendere a fondo la struttura interna del regolatore per localizzare con precisione i guasti e migliorare l'efficienza della manutenzione. La struttura di base del regolatore di tensione è mostrata nella Tabella 1.

3.2 Problemi di perdita di gas del regolatore di tensione

Nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici, la perdita di gas dai regolatori di tensione è solitamente causata da un sigillaggio insufficiente degli anelli O e delle giunzioni di connessione. Può anche derivare dal danno al metallo di sigillatura tra il supporto di regolazione e l'asta di regolazione. La soluzione specifica prevede l'interruzione del circuito di gas, lo smontaggio della parte terminale principale del regolatore di tensione, e l'ispezione accurata da parte dei tecnici per identificare la posizione esatta e la natura della anomalia. In base all'esperienza pratica, vengono quindi implementate migliorie appropriate per risolvere la perdita di gas dalla valvola di rilascio durante i test ad alta tensione.

Durante i test ad alta tensione, un problema comune è la perdita di gas che si verifica nella posizione zero durante la regolazione. Questo è principalmente dovuto a un serraggio eccessivo dello zero-regolazione. Per mitigare questo, la posizione dello zero-regolazione deve essere adeguatamente regolata per ridurre la probabilità di perdita nella posizione zero.

Si deve notare che gli operatori devono evitare di stare direttamente davanti al regolatore di tensione durante la regolazione per minimizzare il rischio di incidenti.

4. Conclusione

Nelle applicazioni pratiche, quando si conducono test ad alta tensione sui dispositivi elettrici, la sicurezza del personale deve essere prioritaria. Garantire la sicurezza sia del personale che dell'equipaggiamento è la premessa fondamentale per effettuare correttamente il troubleshooting e la manutenzione dei componenti sottoposti a test. Questo approccio estende efficacemente la vita utile dell'equipaggiamento e riduce l'incidenza dei guasti. Con l'applicazione diffusa dei regolatori di tensione nei test ad alta tensione dei dispositivi elettrici, viene portata comodità alla vita quotidiana dei residenti e in vari aspetti della società, promuovendo così uno sviluppo sociale armonioso.