Standard di tensione di resistenza dei cavi e sistema risonante CA: confronto IEC/GB e capacità delle apparecchiature

1. Contesto del settore: evoluzione degli standard di tensione di resistenza dei cavi e sfide tecniche

Poiché i livelli di tensione del sistema di alimentazione continuano ad aumentare, i cavi XLPE (polietilene reticolato) hanno gradualmente sostituito i tradizionali cavi isolati in carta-impregnata di olio-, diventando la scelta principale per la trasmissione ad alta-tensione ed extra-alta-tensione. Tuttavia, nei test di messa in servizio prima del funzionamento del cavo e nei test preventivi dopo il funzionamento, la scelta dei metodi di prova è stata a lungo controversa.

Limitazioni del test della tensione di tenuta CC: a causa dei limiti delle apparecchiature in passato, il test della tensione di tenuta CA in loco dei cavi XLPE era difficile e il test della tensione di tenuta CC è stato ampiamente adottato come sostituto. Tuttavia, ricerche approfondite hanno confermato che la tensione CC ha un effetto cumulativo (o "effetto memoria") sull'isolamento XLPE, che può causare vari gradi di danno. Per i cavi a tensione extra-alta-, sono consentiti solo metodi di test CA.

In questo contesto,Test di resistenza alla tensione CAè diventato un consenso del settore. Per eseguire test sulla tensione di resistenza CA in-cavo CA di cavi-di grande{2}}capacità e alta-tensione, ilSistema di test risonante CAè emersa come la soluzione tecnica più critica.

2. Confronto tra gli standard di tensione di resistenza dei cavi IEC e GB

2.1 Principali norme applicabili

2.2 Differenze chiave nella tensione e nella durata del test

GB 50150-2016 specifica: Per i cavi isolati in gomma-e in plastica-, è necessario dare priorità al test della tensione di tenuta CA da 20 Hz a 300 Hz. I requisiti specifici di tensione e durata del test sono i seguenti:

Differenze standard IEC: IEC 60840 consiglia la tensione operativa massima del sistema CA con una durata di 5-minuti per i test di resistenza dei cavi XLPE. Al contrario, gli standard GB richiedono in genere una durata del test più lunga di 60 minuti per classi di tensione da 110 kV e superiori. Inoltre, esistono differenze in parametri specifici come la tensione di prova a impulso: la norma IEC 60840 specifica 250 kV per cavi da 26/45 kV, mentre il corrispondente standard GB specifica 200 kV.

Tendenza chiave: Sebbene i dettagli standard differiscano,Test di tensione di resistenza CA in sostituzione dei test CCè diventata una direzione comune sia per i framework IEC che per quelli GB. Entrambi richiedono test di resistenza alla tensione CA nell'intervallo di frequenza 20 Hz-300 Hz.

3. Analisi tecnica: principio di funzionamento del sistema di test risonante CA

3.1 Principio base della risonanza in serie

Il nucleo delSistema di test risonante CAÈrisonanza in serie. In un circuito CA contenente resistenza (R), induttanza (L) e capacità (C) in serie, la risonanza si verifica quando la frequenza di alimentazione soddisfa la seguente condizione:

f=1 / (2π√LC)

A questo punto, la tensione di alimentazione e la corrente del circuito sono in fase e la tensione attraverso il condensatore (oggetto di prova) e l'induttore è significativamente più alta della tensione della sorgente-per questo motivo viene anche chiamata risonanza in serierisonanza di tensione.

3.2 Componenti del sistema

Un tipicoSistema di test di risonanza in serieè costituito dai seguenti componenti principali:

3.3 Vantaggi principali

Grazie al fattore di qualità Q (Q=XL/R=XC/R), il sistema risonante in serie può raggiungere una grande capacità di test con piccola potenza di eccitazione e capacità della sorgente, ottenendo un'elevata tensione di test da una bassa tensione di eccitazione. ILdispositivo di prova di tensione di tenuta risonante in serie a frequenza variabile-poiché la tensione, la forma d'onda e la frequenza sono coerenti con l'effettivo stato del campo elettrico operativo all'interno dell'isolamento e la tensione di prova supera la tensione operativa-è considerato uno dei metodi più rigorosi, diretti ed efficaci per identificare la resistenza dell'isolamento delle apparecchiature elettriche.

4. Scenari applicativi del sistema di test risonante CA

4.1 Test di tensione di resistenza CA del cavo ad alta tensione

L'applicazione più diffusa delSistema di test risonante CAÈTest di resistenza alla tensione CA dei cavi XLPE ad alta tensione, che copre livelli di tensione da 6kV a 500kV.

Caso reale-: Una nuova sottostazione da 110 kV ha richiesto test di messa in servizio della tensione di tenuta CA su due circuiti di cavi XLPE in ingresso (modello VC-YJLW02-V-64/110-1×400mm², lunghezza totale 2,466 km). Secondo GB50150, la durata del test della tensione di tenuta CA dell'isolamento principale per cavi da 110 kV è di 60 minuti. È stato selezionato il sistema di test risonante in serie a frequenza variabile TPXZB-3900×5, dotato di 5 reattori da 780 kVA/130 kV/6 A/144 H. I calcoli hanno mostrato che la capacità del singolo cavo era di 0,385μF; con 3 reattori in parallelo, la frequenza di risonanza soddisfaceva il requisito di 30-300 Hz.

PerCavi a lunga-distanza da 220 kV, è stata verificata la fattibilità anche del metodo di compensazione parallela più risonanza in serie, con più reattori collegati in combinazioni serie/parallelo che forniscono una maggiore flessibilità.

4.2 GIS e test sui quadri

ILSistema risonante ACè ampiamente utilizzato per prove di tensione di tenuta CA di interruttori automatici GIS (-isolati in gas) e SF6. Le apparecchiature GIS hanno una capacità ridotta ma requisiti di tensione di prova molto elevati. Il sistema risonante in serie, grazie al suo elevato fattore di qualità, può raggiungere l'elevata tensione di prova richiesta con una capacità di alimentazione relativamente piccola. La frequenza di prova è generalmente di 30-300 Hz, con tensione di prova determinata dalla classe di tensione nominale dell'apparecchiatura.

4.3 Test di resistenza alla frequenza di alimentazione del trasformatore di potenza

ILdispositivo di prova di tensione di tenuta risonante in serieè applicabile anche alle prove di tenuta alla frequenza industriale di trasformatori da 6kV-500kV. Le strutture di isolamento del trasformatore hanno componenti di capacità significativi. Se combinato con reattori per formare un circuito risonante in serie, la tensione di prova CA richiesta può essere applicata agli avvolgimenti del trasformatore. Il sistema può funzionare anche in combinazione conAttrezzatura per test di trasformatoriper una diagnostica completa dell'isolamento.

4.4 Generatori e altre apparecchiature ad alta tensione

Anche i test di resistenza alla tensione CA di generatori idroelettrici, sbarre collettrici, boccole, trasformatori di strumenti e altre apparecchiature capacitive si basano sulSistema di test risonante CA. Il suo design modulare consente allo stesso sistema-attraverso combinazioni di reattori in serie/parallelo-di adattarsi a diversi requisiti di test di tensione, corrente e frequenza.

5. Tendenze del settore e sviluppo futuro

5.1 Transizione completa dal test risonante CC a quello CA

Con la proliferazione dei cavi XLPE e l’approfondimento dei risultati della ricerca,Test di resistenza alla tensione CAsi è evoluto da un "metodo raccomandato" a un "metodo prioritario". GB 50150-2016 richiede esplicitamente che i cavi isolati in gomma-e quelli isolati in plastica debbano dare la priorità ai test di resistenza alla tensione CA da 20 Hz a 300 Hz. Questa tendenza continua a guidare la crescente domanda del mercato per ilSistema di test risonante CA.

5.2 Test combinato di resistenza e scarica parziale

I tradizionali sistemi risonanti in serie sono stati limitati nella loro capacità di eseguire misurazioni simultanee di scariche parziali (PD) a causa del rumore di commutazione introdotto dall'alimentatore a frequenza variabile. Negli ultimi anni, grazie all'introduzione di moduli interruttore, tecnologia di rilevamento a doppio-sensore e altre innovazioni, la nuova-generazionesistemi di test risonanti in serieora è possibile eseguire contemporaneamente test di resistenza alla tensione e rilevamento PD. Questa direzione tecnica sta aggiornando ilSistema di test risonante CAda uno "strumento di resistenza alla tensione" autonomo a una "piattaforma diagnostica di isolamento" completa.

5.3 Maggiore tensione, maggiore capacità, maggiore intelligenza

I sistemi risonanti in serie-prodotti in Cina hanno raggiunto tensioni nominali fino a 1500 kV. Poiché i livelli di tensione della rete elettrica continuano ad aumentare, ilSistema di test risonante CAsi sta evolvendo verso un voltaggio più elevato, una maggiore capacità e una maggiore intelligenza. I sistemi di test risonanti di quarta-generazione sono ora dotati di CPU RISC a 32-bit e touchscreen capacitivi, che supportano la scansione automatica della frequenza, il tracciamento automatico dei punti di risonanza, il salvataggio automatico dei dati e l'esecuzione di query, migliorando significativamente l'efficienza e la sicurezza dei test.

6. Conclusione

ILSistema di test risonante CAè diventata la piattaforma tecnologica principale per i test di resistenza alla tensione di isolamento di apparecchiature elettriche ad alta-tensione. Sia che si seguano gli standard IEC o GB, la tecnologia di risonanza in serie fornisce la soluzione ingegneristica ottimale per soddisfare i requisiti di test di tensione di resistenza CA da 20 Hz a 300 Hz. Dai cavi da 110kV ai trasformatori da 500kV, dai GIS agli idrogeneratori, ilSistema di test di risonanza in serie-con i suoi vantaggi unici di fattore di alta qualità e grande capacità di test da un piccolo alimentatore-sta ridefinendo gli standard di test di isolamento per le apparecchiature elettriche ad alta-tensione.

Per il personale operativo e di manutenzione dei sistemi di alimentazione, i produttori di trasformatori e gli appaltatori di ingegneria energetica, una conoscenza approfondita diTensione di resistenza dielettrica del cavostandard eSistema risonante ACcapacità sono fondamentali per garantire la sicurezza delle apparecchiature e migliorare l’efficienza dei test.

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