Evaluación de la capacidad soportada de tensión del aislamiento de equipos eléctricos.

Un medio técnico para probar y evaluar la capacidad de tensión soportada de aislamiento de equipos eléctricos. Es necesario utilizar estructuras de aislamiento para aislar las partes vivas de todos los equipos eléctricos de las partes conectadas a tierra o de otros cuerpos vivos no equipotenciales, para garantizar el funcionamiento normal del equipo. La rigidez dieléctrica de un único material aislante se expresa como la intensidad del campo eléctrico de ruptura promedio a lo largo del espesor (la unidad es kV/cm). La estructura de aislamiento de equipos eléctricos, como el aislamiento de generadores y transformadores, se compone de una variedad de materiales y la forma estructural también es extremadamente compleja. Cualquier daño local a la estructura de aislamiento hará que todo el equipo pierda su rendimiento de aislamiento. Por lo tanto, la capacidad de aislamiento general del equipo generalmente sólo puede expresarse mediante la tensión de prueba (unidad: kV) que puede soportar. La tensión de prueba de resistencia al aislamiento puede indicar el nivel de tensión que el equipo puede soportar, pero no es equivalente a la resistencia de aislamiento real del equipo. El requisito específico para la coordinación del aislamiento del sistema eléctrico es coordinar y formular el voltaje de prueba de resistencia al aislamiento de varios equipos eléctricos para indicar los requisitos del nivel de aislamiento del equipo. La prueba de tensión soportada de aislamiento es una prueba destructiva (ver prueba de aislamiento). Por lo tanto, para algunos equipos clave en funcionamiento que carecen de repuestos o necesitan mucho tiempo para repararse, se debe considerar cuidadosamente si se debe realizar la prueba de voltaje soportado de aislamiento.

Cuando varios equipos eléctricos en el sistema de energía están en funcionamiento, además de soportar el voltaje de trabajo de CA o CC, también sufrirán diversas sobretensiones. Estas sobretensiones no sólo tienen una gran amplitud, sino que también tienen formas de onda y duraciones muy diferentes de la tensión de trabajo. Sus efectos sobre el aislamiento y los mecanismos que pueden provocar su rotura también son diferentes. Por lo tanto, es necesario utilizar el voltaje de prueba correspondiente para realizar la prueba de voltaje soportado de equipos eléctricos. Las pruebas de tensión soportada de aislamiento especificadas en las normas chinas para sistemas de energía de CA incluyen: ① prueba de tensión soportada de frecuencia industrial de corta duración (1 minuto); ② prueba de tensión soportada de frecuencia industrial a largo plazo; ③ Prueba de tensión soportada de CC; ④ prueba de tensión soportada de ondas de choque en funcionamiento; ⑤Prueba de tensión soportada por ondas de choque relámpago. También estipula que el rendimiento de aislamiento de equipos eléctricos de 3 a 220 kv bajo voltaje operativo de frecuencia industrial, sobretensión temporal y sobretensión operativa generalmente se prueba mediante una prueba de tensión soportada de frecuencia industrial de corta duración, y no se requiere la prueba de impacto operativo. Para equipos eléctricos de 330 a 500 kv, se requiere la prueba de impacto operativo para verificar el rendimiento del aislamiento bajo sobretensión operativa. La prueba de tensión soportada a frecuencia industrial a largo plazo es una prueba realizada para determinar la condición de degradación del aislamiento interno y contaminación del aislamiento externo de los equipos eléctricos.

Los estándares de prueba de tensión soportada de aislamiento tienen regulaciones específicas en cada país. Los estándares chinos (GB311.1-83) estipulan el nivel de aislamiento básico de los equipos de transformación y transmisión de energía de 3-500 kv; Equipos de transmisión y transformación de energía de 3-500 kv, voltaje soportado por impulso de rayo, voltaje soportado por frecuencia industrial de un minuto; y equipos de transmisión y transformación de energía de 330-500kv. Tensión soportada por impulso para la operación de equipos eléctricos. El departamento de fabricación de equipos eléctricos y el departamento de operación del sistema de energía deben cumplir con las normas al seleccionar los elementos y probar los valores de voltaje para la prueba de voltaje soportado.

Prueba de tensión soportada a frecuencia industrial

Se utiliza para probar y evaluar la capacidad del aislamiento de equipos eléctricos para soportar el voltaje de frecuencia industrial. El voltaje de prueba debe ser sinusoidal y la frecuencia debe ser la misma que la frecuencia del sistema de energía. Generalmente se especifica que se utiliza una prueba de tensión soportada de un minuto para probar la capacidad de resistencia a la tensión a corto plazo del aislamiento, y una prueba de tensión soportada a largo plazo para probar el deterioro progresivo dentro del aislamiento, como una descarga parcial. daños, pérdidas dieléctricas y daños térmicos causados ​​por corriente de fuga. El aislamiento externo de los equipos eléctricos exteriores se ve afectado por factores ambientales atmosféricos. Además de la prueba de tensión soportada a frecuencia industrial en un estado de superficie seca, también se requiere una prueba de tensión soportada en un entorno atmosférico simulado artificialmente (como un estado húmedo o sucio).

El voltaje sinusoidal de CA se puede expresar en términos de valor pico o valor efectivo. La relación entre el valor máximo y el valor efectivo es la raíz cuadrada de dos. La forma de onda y la frecuencia de la tensión de prueba realmente aplicada durante la prueba se desviarán inevitablemente de las normas estándar. Los estándares chinos (GB311.3-83) estipulan que el rango de frecuencia del voltaje de prueba debe ser de 45 a 55 Hz, y la forma de onda del voltaje de prueba debe ser cercana a una onda sinusoidal. Las condiciones son que las medias ondas positivas y negativas sean exactamente iguales y que el valor pico y el valor efectivo sean los mismos. La relación es igual a ±0,07. Generalmente, el llamado valor de tensión de prueba se refiere al valor efectivo, que se divide por su valor pico.

La fuente de alimentación utilizada para la prueba consta de un transformador de prueba de alto voltaje y un dispositivo regulador de voltaje. El principio del transformador de prueba es el mismo que el del transformador de potencia general. Su voltaje de salida nominal debe cumplir con los requisitos de prueba y dejar margen de maniobra; El voltaje de salida del transformador de prueba debe ser lo suficientemente estable como para no causar que la salida cambie debido a la caída de voltaje de la corriente de predescarga en la resistencia interna de la fuente de alimentación. El voltaje fluctúa significativamente para evitar dificultades de medición o incluso afectar el proceso de descarga. Por lo tanto, la fuente de alimentación de prueba debe tener capacidad suficiente y la impedancia interna debe ser lo más pequeña posible. Generalmente, los requisitos para la capacidad del transformador de prueba están determinados por la cantidad de corriente de cortocircuito que puede generar bajo el voltaje de prueba. Por ejemplo, para la prueba de pequeñas muestras de aislamiento sólido, líquido o combinado en estado seco, se requiere que la corriente de cortocircuito del equipo sea de 0,1 A; para la prueba de aislamiento autorregenerable (aisladores, seccionadores, etc.) en estado seco, se requiere una corriente de cortocircuito del equipo no inferior a 0,1 A; para pruebas de lluvia artificial de aislamiento externo, se requiere que la corriente de cortocircuito del equipo no sea inferior a 0,5 A; para ensayos de probetas de mayores dimensiones se requiere que la corriente de cortocircuito del equipo sea de 1A. En términos generales, los transformadores de prueba con voltajes nominales más bajos adoptan en su mayoría el sistema de 0,1 A, que permite que 0,1 A fluya continuamente a través de la bobina de alto voltaje del transformador. Por ejemplo, la capacidad de un transformador de prueba de 50 kV se establece en 5 kVA y la capacidad de un transformador de prueba de 100 kV es de 10 kVA. Los transformadores de prueba con voltajes nominales más altos generalmente adoptan el sistema 1A, que permite que 1A fluya continuamente a través de la bobina de alto voltaje del transformador. Por ejemplo, la capacidad del transformador de prueba de 250 kV es de 250 kVA y la capacidad del transformador de prueba de 500 kV es de 500 kVA. Debido a las dimensiones generales del equipo de prueba de voltaje más alto, la capacitancia equivalente del equipo también es mayor y la fuente de alimentación de prueba debe proporcionar más corriente de carga. La tensión nominal de un único transformador de prueba es demasiado alta, lo que provocará algunas dificultades técnicas y económicas durante la fabricación. El voltaje más alto de un solo transformador de prueba en China es de 750 kV, y hay muy pocos transformadores de prueba en el mundo con un voltaje superior a 750 kV. Para satisfacer las necesidades de las pruebas de voltaje CA de equipos de potencia de voltaje ultra alto y voltaje ultra alto, generalmente se conectan varios transformadores de prueba en serie para obtener alto voltaje. Por ejemplo, se conectan en serie tres transformadores de prueba de 750 kV para obtener una tensión de prueba de 2250 kV. Esto se llama transformador de prueba en serie. Cuando los transformadores se conectan en serie, la impedancia interna aumenta muy rápidamente y supera con creces la suma algebraica de las impedancias de varios transformadores. Por lo tanto, el número de transformadores conectados en serie a menudo se limita a 3. Los transformadores de prueba también pueden conectarse en paralelo para aumentar la corriente de salida, o conectarse en forma de △ o Y para funcionamiento trifásico.

Para realizar pruebas de tensión soportada de frecuencia industrial en muestras con gran capacitancia electrostática, como condensadores, cables y generadores de gran capacidad, se requiere que el dispositivo de suministro de energía sea tanto de alto voltaje como de gran capacidad. Habrá dificultades para realizar este tipo de dispositivo de suministro de energía. Algunos departamentos han adoptado equipos de prueba de resonancia en serie de alto voltaje y frecuencia industrial (consulte Equipos de prueba de resonancia en serie de alto voltaje de CA).

Prueba de tensión soportada al impulso del rayo

La capacidad del aislamiento de los equipos eléctricos para resistir la tensión de impulso del rayo se prueba simulando artificialmente las formas de onda y los valores máximos de la corriente del rayo. Según los resultados reales de las mediciones de la descarga de un rayo, se cree que la forma de onda del rayo es una curva biexponencial unipolar con una cabeza de onda de varios microsegundos de largo y una cola de onda de decenas de microsegundos de largo. La mayoría de los rayos son de polaridad negativa. Los estándares de varios países alrededor del mundo han calibrado la onda de choque del rayo estándar como: tiempo de frente de onda aparente T1 = 1,2 μs, también conocido como tiempo de cabeza de onda; tiempo pico aparente de media onda T2 = 50 μs, también conocido como tiempo de cola de onda (ver figura). La desviación permitida entre el valor máximo de voltaje y la forma de onda generada por el dispositivo de prueba real y la onda estándar es: valor máximo, ±3%; tiempo de cabeza de onda, ±30%; tiempo pico de media onda, ±20%; La forma de onda estándar del rayo suele expresarse como 1,2/50 μs.

La tensión de prueba de impulso del rayo se genera mediante un generador de tensión de impulso. La transformación de los múltiples condensadores del generador de voltaje de impulso de paralelo a serie se logra a través de muchos espacios entre bolas de encendido, es decir, se conectan múltiples capacitores en serie cuando se controla la descarga de los espacios entre bolas de encendido. La velocidad del aumento de voltaje en el dispositivo bajo prueba y la velocidad de la caída de voltaje después del valor máximo se pueden ajustar mediante el valor de resistencia en el circuito del capacitor. La resistencia que afecta a la cabeza de la onda se llama resistencia de la cabeza de la onda y la resistencia que afecta a la cola de la onda se llama resistencia de la cola de la onda. Durante la prueba, el tiempo de cabeza de onda predeterminado y el tiempo de pico de media onda de la onda de voltaje de impulso estándar se obtienen cambiando los valores de resistencia de la resistencia de cabeza de onda y de la resistencia de cola de onda. Al cambiar la polaridad y la amplitud del voltaje de salida de la fuente de alimentación rectificada, se puede obtener la polaridad requerida y el valor máximo de la onda de voltaje de impulso. A partir de esto se pueden realizar generadores de tensión de impulso que van desde cientos de miles de voltios hasta varios millones de voltios o incluso decenas de millones de voltios. El voltaje más alto del generador de voltaje de impulso diseñado e instalado por China es de 6000 kV.

Prueba de tensión de impulso de rayo

El contenido incluye 4 artículos. ①Prueba de tensión de resistencia al impacto: generalmente se utiliza para aislamientos que no se restauran automáticamente, como el aislamiento de transformadores, reactores, etc. El propósito es probar si estos dispositivos pueden soportar el voltaje especificado por el grado de aislamiento. ② Prueba de descarga disruptiva de impacto del 50%: por lo general, se utilizan como objetos aislamientos autorrecuperables, como aisladores, espacios de aire, etc. El objetivo es determinar el valor de tensión U con una probabilidad de descarga disruptiva del 50%. Con la desviación estándar entre este valor de voltaje y el valor de descarga disruptiva, también se pueden determinar otras probabilidades de descarga disruptiva, como un valor de voltaje de descarga disruptiva del 5%. Generalmente se considera que U es la tensión soportada. ③Prueba de rotura: el propósito es determinar la resistencia real del aislamiento. Realizado principalmente en plantas de fabricación de equipos eléctricos. ④Prueba de curva de voltaje-tiempo (prueba de curva de voltio-segundo): La curva de voltaje-tiempo muestra la relación entre el voltaje aplicado y el daño del aislamiento (o descarga disruptiva del aislamiento de porcelana) y el tiempo. La curva voltio-segundo (curva V-t) puede proporcionar una base para considerar la coordinación del aislamiento entre equipos protegidos, como transformadores, y equipos de protección, como descargadores.

Además de las pruebas con la onda completa de los impulsos del rayo, a veces los equipos eléctricos con devanados, como transformadores y reactores, también deben probarse con ondas truncadas con un tiempo de truncamiento de 2 a 5 μs. El truncamiento puede ocurrir al principio o al final de la onda. La generación y medición de esta onda truncada y la determinación del grado de daño causado al equipo son relativamente complejas y difíciles. Debido a su rápido proceso y alta amplitud, la prueba de voltaje de impulso de rayo tiene altos requisitos técnicos para prueba y medición. A menudo se estipulan procedimientos, métodos y estándares de prueba detallados para referencia e implementación al realizar pruebas.

Prueba de sobretensión de impulso de operación

Al simular artificialmente la forma de onda de sobretensión impulsiva de operación del sistema eléctrico, se prueba la capacidad del aislamiento del equipo eléctrico para resistir la tensión impulsiva de operación. Hay muchos tipos de formas de onda y picos de sobretensión operativa en los sistemas de energía, que están relacionados con los parámetros de la línea y el estado del sistema. Generalmente se trata de una onda de oscilación atenuada con una frecuencia que oscila entre decenas de Hz y varios kilohercios. Su amplitud está relacionada con el voltaje del sistema, que generalmente se expresa como varias veces el voltaje de fase, hasta 3 a 4 veces el voltaje de fase. Las ondas de choque de operación duran más que las ondas de choque de un rayo y tienen diferentes efectos sobre el aislamiento del sistema eléctrico. Para sistemas de energía de 220 kV y menos, se pueden utilizar pruebas de tensión soportada de frecuencia industrial de corta duración para probar aproximadamente la condición del aislamiento del equipo bajo sobretensión operativa. Para sistemas y equipos de voltaje ultra alto y voltaje ultra alto de 330 kV y superiores, la sobretensión operativa tiene un mayor impacto en el aislamiento, y las pruebas de voltaje de frecuencia industrial de corta duración ya no se pueden usar para reemplazar aproximadamente las pruebas de voltaje de impulso operativo. Se puede ver en los datos de la prueba que para espacios de aire superiores a 2 m, la no linealidad del voltaje de descarga de operación es significativa, es decir, el voltaje soportado aumenta lentamente cuando la distancia del espacio aumenta, y es incluso menor que la frecuencia de potencia a corto plazo. voltaje de descarga. Por lo tanto, el aislamiento debe probarse simulando la tensión de impulso de funcionamiento.

Para espacios largos, aisladores y aislamiento externo de equipos, hay dos formas de onda de voltaje de prueba para simular la sobretensión de operación. ① Onda de desintegración exponencial no periódica: similar a la onda de choque del rayo, excepto que el tiempo de cabeza de onda y el tiempo medio pico son mucho más largos que la longitud de onda del choque del rayo. La Comisión Electrotécnica Internacional recomienda que la forma de onda estándar del voltaje de impulso operativo sea 250/2500 μs; cuando la forma de onda estándar no puede cumplir con los requisitos de la investigación, se pueden utilizar 100/2500 μs y 500/2500 μs. Los generadores de voltaje de impulso también pueden generar ondas de caída exponencial no periódicas. El principio de generación de ondas de choque de rayos es básicamente el mismo, excepto que la resistencia de la cabeza de onda, la resistencia de la cola de onda y la resistencia de carga deben aumentarse muchas veces. En los laboratorios de alta tensión se utiliza habitualmente un conjunto de generadores de tensión de impulso, equipados con dos juegos de resistencias, tanto para generar tensión de impulso de rayo como para generar tensión de impulso de funcionamiento. Según las regulaciones, la desviación permitida entre la forma de onda de voltaje de impulso operativo generada y la forma de onda estándar es: valor pico, ±3%; cabeza de onda, ±20%; tiempo medio pico, ±60%. ② Onda de oscilación atenuada: se requiere que la duración de la media onda 01 sea de 2000 ~ 3000 μs, y la amplitud de la media onda 02 debe alcanzar aproximadamente el 80% de la amplitud de la media onda 01. La onda de oscilación atenuada se induce en el lado de alto voltaje mediante el uso de un capacitor para descargar el lado de bajo voltaje del transformador de prueba. Este método se utiliza principalmente en pruebas de ondas operativas de transformadores de potencia in situ en subestaciones, utilizando el propio transformador probado para generar formas de onda de prueba para probar su propia capacidad de resistencia a la tensión.

El contenido de la prueba de sobretensión de impulso de funcionamiento incluye 5 elementos: ① prueba de tensión soportada de impulso de funcionamiento; ② Prueba de descarga disruptiva de impulso operativo del 50%; ③ prueba de avería; ④ prueba de curva de tiempo de voltaje (prueba de curva de voltios-segundo); ⑤ Prueba de curva del cabezal de onda de voltaje de impulso operativo. Las primeras cuatro pruebas son los mismos que los requisitos de prueba correspondientes en la prueba de voltaje de impulso de rayo. Se requiere la prueba No. 5 para las características de descarga de choque en funcionamiento porque el voltaje de descarga de un espacio de aire largo bajo la acción de las ondas de choque en funcionamiento cambiará con el cabezal de la onda de choque. A una determinada longitud de la cabeza de onda, como 150 μs, el voltaje de descarga es bajo y esta cabeza de onda se denomina cabeza de onda crítica. La longitud de onda crítica aumenta ligeramente con la longitud del espacio.

Prueba de tensión soportada CC

Utilice alimentación CC para probar el rendimiento del aislamiento de los equipos eléctricos. El propósito es: ① determinar la capacidad de los equipos eléctricos de CC de alto voltaje para soportar el voltaje de CC; ② debido a la limitación de la capacidad de la fuente de alimentación de prueba de CA, utilice alto voltaje de CC en lugar de alto voltaje de CA para realizar pruebas de resistencia de tensión en equipos de CA de gran capacitancia.

El voltaje de prueba de CC generalmente lo genera la fuente de alimentación de CA a través de un dispositivo rectificador y, en realidad, es un voltaje pulsante unipolar. Hay un valor máximo de voltaje U en el pico de la onda y un valor mínimo de voltaje U en el valle de la onda. El llamado valor de voltaje de prueba de CC se refiere al valor medio aritmético de este voltaje de prueba, es decir, obviamente no queremos que la pulsación sea demasiado grande, por lo que se estipula que el coeficiente de pulsación S del voltaje de prueba de CC no debe exceder 3. %, es decir, el voltaje CC se divide en polaridades positiva y negativa. Diferentes polaridades tienen diferentes mecanismos de acción en distintos aislamientos. Se debe especificar una polaridad en la prueba. Generalmente, para la prueba se utiliza una polaridad que prueba rigurosamente el rendimiento del aislamiento.

Por lo general, se utiliza un circuito rectificador de media onda o de onda completa de una sola etapa para generar un alto voltaje de CC. Debido a la limitación del voltaje nominal del capacitor y la pila de silicio de alto voltaje, este circuito generalmente puede generar 200 ~ 300 kV. Si se requiere un voltaje CC más alto, se puede utilizar el método en cascada. El voltaje de salida del generador de voltaje CC en cascada puede ser 2n veces el voltaje máximo del transformador de potencia, donde n representa el número de conexiones en serie. La caída de voltaje y el valor de ondulación del voltaje de salida de este dispositivo son funciones del número de series, la corriente de carga y la frecuencia de la red eléctrica de CA. Si hay demasiadas series y la corriente es demasiado grande, la caída de tensión y las pulsaciones alcanzarán niveles intolerables. Este dispositivo generador de voltaje CC en cascada puede generar un voltaje de aproximadamente 2000-3000 kV y una corriente de salida de solo decenas de miliamperios. Al realizar pruebas en entornos artificiales, la corriente de predescarga puede alcanzar varios cientos de miliamperios o incluso 1 amperio. En este momento, se debe agregar un dispositivo estabilizador de voltaje de tiristor para mejorar la calidad del voltaje de salida. Se requiere que cuando la duración sea de 500 ms y la amplitud sea de 500 mA, cuando el pulso de corriente de predescarga fluya una vez por segundo, la caída de voltaje causada no supere el 5%.

En la prueba preventiva de aislamiento de equipos del sistema eléctrico (ver prueba de aislamiento), a menudo se utiliza alto voltaje CC para medir la corriente de fuga y la resistencia de aislamiento de cables, condensadores, etc., y también se realiza la prueba de tensión soportada de aislamiento. Las pruebas han demostrado que cuando la frecuencia está en el rango de 0,1 a 50 Hz, la distribución de voltaje dentro del medio multicapa se distribuye básicamente según la capacitancia. Por lo tanto, la prueba de tensión soportada utilizando una frecuencia ultrabaja de 0,1 Hz puede ser equivalente a la prueba de tensión soportada a frecuencia industrial, lo que evita el uso de tensión soportada de gran tensión. La dificultad del equipo de prueba de tensión soportada de CA de capacidad también puede reflejar la condición de aislamiento del equipo bajo prueba. En la actualidad, se llevan a cabo pruebas de tensión soportada de frecuencia ultrabaja en el aislamiento final de los motores, que se consideran más efectivas que las pruebas de tensión soportada de frecuencia industrial.

Weshine Electric Manufacturing Co., Ltd.