Zastosowanie regulatorów napięcia w wysokonapięciowych testach sprzętu elektrycznego

Napięcie jest ważnym kryterium w badaniach jakości energii. Jakość napięcia decyduje o tym, czy system energetyczny może działać bezpiecznie, i ma znaczący wpływ na stabilność całego systemu sieci energetycznej. Obecnie stabilizatory napięcia są stosunkowo powszechnym sprzętem elektrycznym w systemach energetycznych, zdolnym do rozsądnego i naukowego zarządzania całym procesem wysokonapięciowych testów urządzeń elektrycznych, co pozwala na ciągłe doskonalenie wykonalności takich testów.

1. Wymagania dotyczące użycia stabilizatorów napięcia w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych

W normalnych warunkach, przed rozpoczęciem wysokonapięciowego testu urządzenia elektrycznego, należy wybrać stabilizator napięcia zainstalowany na wejściu transformatora, aby zapewnić, że jego parametry spełniają wymagania testowe. To gwarantuje, że wyniki pomiarów z transformatora spełniają standardowe kryteria testowe - to znaczy, że wyjście pozostaje stabilne, ciągłe i zmienia się jednolicie, umożliwiając efektywne regulowanie napięcia. Użycie stabilizatorów napięcia w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych wiąże się z następującymi wymaganiami:

• Zapewnienie stabilnego i wysokiej jakości wyjścia napięcia; na przykład, fala napięcia wyjściowego stabilizatora powinna przybliżać się do fali sinusoidalnej, a minimalne napięcie wyjściowe powinno być jak najbliżej zera.

• Stabilizator napięcia musi posiadać wysokiej jakości cechy regulacji, niską impedancję regulacji, proste i bezpieczne metody regulacji, aby ułatwić płynne wysokonapięciowe testy urządzeń elektrycznych.

• Minimalizacja hałasu generowanego podczas działania stabilizatora napięcia oraz podkreślenie efektywności energetycznej i ochrony środowiska podczas testów.

• Zapewnienie, że podstawowe parametry stabilizatora napięcia - w tym napięcie wyjściowe, częstotliwość, liczba faz i wahania mocy wyjściowej - spełniają wymagania wysokonapięciowych testów urządzeń elektrycznych. Dokładność stabilizatora napięcia wyraża się jako:

tgδ: ±(1% D + 0,0004)

Cx: ±(1% C + 1 pF)

Mniejszy błąd wskazuje na lepszą precyzję instrumentu. Podczas weryfikacji różnica między odczytem a wartością standardową musi być mniejsza niż określona dokładność.

2. Zastosowanie stabilizatorów napięcia w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych

Trzy rodzaje stabilizatorów napięcia są często używane w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych: stabilizatory kontaktowe, indukcyjne i cewkowe. Te trzy typy różnią się znacznie strukturą i zasadą działania, a każdy ma specyficzne scenariusze zastosowania i charakterystyki użytkowania. 

Podczas wysokonapięciowych testów, stabilizatory napięcia ogólnie wspomagają asynchroniczne motory i mechanizmy w przekształcaniu energii i są urządzeniami elektrycznymi ściśle powiązanymi z transformatorami. W wysokonapięciowych testach, silnik musi spełniać wymagania maksymalnej obciążalności stabilizatora napięcia, które wynoszą 12 000 kW. Ponadto, aby zmniejszyć hałas elektromagnetyczny, należy wzmocnić mechaniczne właściwości stabilizatora, używając solidnej konstrukcji z żeliwa odlewniczego.

2.1 Użycie stabilizatorów napięcia cewkowych
Zasada elektromagnetyczna i wewnętrzna struktura stabilizatorów napięcia cewkowych przypominają te z transformatorów. Efektywne regulowanie napięcia wyjściowego osiąga się poprzez pionowe przesuwanie zakłóconej cewki wzdłuż ramienia rdzenia, co zmienia rozkład napięcia i impedancji między dwoma cewkami w obwodzie głównym. Ponieważ regulacja nie opiera się na kontaktach, napięcie wyjściowe z stabilizatora cewkowego jest stosunkowo gładkie i jednolite, co sprawia, że jest łatwy i wygodny w użyciu dla ogólnych wysokonapięciowych testów urządzeń elektrycznych. 

Ponadto, duża reaktancja przeciekowa umożliwia mu wytrzymywanie dużych impulsów prądu. Jednak ze względu na swoje konstrukcyjne i funkcjonalne cechy, stabilizator cewkowy ma stosunkowo wysoką impedancję krótkiego zwarcia. Dlatego nie nadaje się on do projektów wysokonapięciowych, które wymagają niskiej impedancji źródła, takich jak testy wysokonapięciowe zanieczyszczeń (zabrudzeń). W porównaniu do stabilizatorów indukcyjnych, fala napięcia wyjściowego stabilizatorów cewkowych jest bardziej narażona na zniekształcenia. 

Po długotrwałym użytkowaniu, zużycie i luźność elementów przekazywania i ruchomej cewki mogą zwiększać hałas i drgania, co potencjalnie prowadzi do uszkodzeń. Algorytmy przepływu mocy mogą być wykorzystywane do obliczania skomplikowanych składników strat napięcia w systemach energetycznych. Konkretnie, polega to na wykorzystaniu relacji między napięciami węzłów, aktywną mocą i amplitudą napięć węzłowych do dekompozycji równań P-Q, redukując macierz współczynników z 2N×2N do N×N, gdzie N to liczba węzłów systemu.

2.2 Użycie stabilizatorów napięcia indukcyjnych
Zasada elektromagnetyczna i struktura stabilizatorów napięcia indukcyjnych są podobne do tych z zamkniętych asynchronicznych silników z wirnikiem o zawinięciach, podczas gdy ich mechanizm przekształcania energii przypomina ten z transformatorów. Poprzez dostosowywanie kąta przesunięcia wirnika, modyfikują one wielkość i fazę indukowanej siły elektromotorycznej w zawinięciach stojana lub wirnika, osiągając bezkontaktową regulację napięcia. 

W porównaniu do stabilizatorów cewkowych, stabilizatory indukcyjne oferują lepsze ogólne techniczne i ekonomiczne wskaźniki oraz niższą impedancję - szczególnie, gdy napięcie wyjściowe mieści się w zakresie 50%-100%, gdzie impedancja jest znacznie niższa. Jednak ze względu na ograniczenia konstrukcyjne i funkcjonalne, jednofazowe stabilizatory indukcyjne mają wysokie koszty produkcji, zwłaszcza dla jednostek o dużej pojemności. Gdy ekscentryczność wirnika jednofazowego osiągnie pewien próg, podczas działania mogą wystąpić problemy z hałasem i drganiami, co ogranicza jego pojemność wyjściową. W związku z tym, dzisiaj rzadko produkowane są jednostki jednofazowe o dużej pojemności. Mimo to, udoskonalone wersje stabilizatorów indukcyjnych są skutecznie używane w wysokonapięciowych testach, które nie wymagają surowych standardów.

2.3 Użycie regulatorów napięcia kontaktowych
Regulatory napięcia kontaktowe to autotransformatory zdolne do zapewnienia ciągłego wyjściowego napięcia. Wy produkują fale napięcia o doskonałych charakterystykach sinusoidalnych, z dolnym limitem wyjścia wynoszącym 0 V, i cechują się liniowymi, ciągłymi i płynnymi charakterystykami regulacji. Dodatkowo, ich impedancja przy zwarciu może być zminimalizowana, a mają prawie identyczne kąty fazowe między napięciem wejściowym a wyjściowym oraz niski poziom hałasu podczas pracy, co czyni je idealnymi do wysokonapięciowych testów urządzeń elektrycznych. W zależności od konfiguracji rdzenia, regulatory kontaktowe dzielą się na typ kolumnowy i typ toroidalny. 

Tradycyjnie, w przypadku małych pojemności wysokonapięciowych testów, najczęściej używane były toroidalne regulatory kontaktowe ze względu na niską cenę i doskonałe właściwości. Najbardziej znaczącą wadą regulatorów kontaktowych jest ich oparcie na fizycznych kontaktach do dostosowania, co może prowadzić do pojawiania się iskrzenia podczas pracy. Pojemność kontaktów jest również ograniczona, a ich stosunkowo krótki czas użytkowania utrudnia rozwój modeli o dużej pojemności. Jednak dzięki ciągłym wysiłkom personelu technicznego, problemy związane z kontaktami zostały w większości rozwiązane.

3. Konserwacja regulatorów napięcia w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych

Przed przystąpieniem do konserwacji regulatorów napięcia używanych w wysokonapięciowych testach urządzeń elektrycznych, personel musi dokładnie zrozumieć wewnętrzną strukturę regulatora, aby precyzyjnie zlokalizować usterki i zwiększyć efektywność konserwacji. Podstawowa struktura regulatora napięcia przedstawiona jest w Tabeli 1.

3.2 Problemy z wyciekiem gazu w regulatorach napięcia

Podczas wysokonapięciowych testów sprzętu elektrycznego, wyciek gazu z regulatorów napięcia jest zwykle spowodowany niewystarczającą szczelnością pierścieni uszczelniających i połączeń. Może to również wynikać z uszkodzenia metalowej uszczelki między podstawą regulacyjną a wałem regulacyjnym. Konkretnym rozwiązaniem jest wyłączenie obwodu gazu, rozmontowanie głównego końca zaworu regulatora, a następnie dokładne przebadanie przez techników, aby ustalić dokładne miejsce i naturę usterki. Na podstawie praktycznego doświadczenia wprowadza się odpowiednie poprawki, aby rozwiązać problem z wyciekiem gazu z portu odciążeniowego podczas regulacji w wysokonapięciowych testach.

W trakcie wysokonapięciowych testów często występuje wyciek gazu w pozycji zerowej podczas regulacji. Jest to przede wszystkim spowodowane nadmiernym zaciskaniem śruby regulacyjnej zerowej. Aby to ograniczyć, należy odpowiednio dostosować pozycję śruby regulacyjnej zerowej, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wycieku w pozycji zerowej.

Należy pamiętać, że operatorzy muszą unikać stania bezpośrednio przed regulatorem napięcia podczas regulacji, aby minimalizować ryzyko wypadków.

4. Podsumowanie

W praktycznych zastosowaniach, podczas przeprowadzania wysokonapięciowych testów sprzętu elektrycznego, bezpieczeństwo personelu musi być priorytetem. Zapewnienie bezpieczeństwa zarówno personelu, jak i sprzętu, jest podstawowym warunkiem właściwej diagnostyki i konserwacji elementów testowych. Taki podejście efektywnie wydłuża czas użytkowania sprzętu i zmniejsza częstość awarii. Wraz z powszechnym zastosowaniem regulatorów napięcia w wysokonapięciowych testach sprzętu elektrycznego, przynosi to wygodę codziennemu życiu mieszkańców oraz różnym aspektom społeczeństwa, co przyczynia się do harmonijnego rozwoju społecznego.