Testowanie impulsu piorunowego transformatora mocy 15 MVA

1. Wprowadzenie

Testowanie impulsu piorunowego jest obowiązkowym badaniem typu dielektryka i rutynowym badaniem, które dowodzi, że transformator mocy jest w stanie wytrzymać strome skoki napięcia o dużej wartości spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi i operacjami przełączania w napowietrznym systemie przesyłowym. W przypadku transformatora mocy 15 MVA system izolacji należy sprawdzić pod kątem określonego podstawowego poziomu impulsu (BIL), który w przypadku tego urządzenia wynosi szczyt 170 kV. W artykule opisano konfigurację testu, zastosowany przebieg, interpretację zarejestrowanych oscylogramów oraz kryteria akceptacji stosowane w celu potwierdzenia integralności izolacji uzwojenia.

2. Napięcia znamionowe i testowe transformatora

Badanym urządzeniem jest trójfazowy transformator obniżający napięcie zanurzony w oleju, chłodzony ONAN. Poniżej podsumowano najważniejsze dane z tabliczki znamionowej i powiązane napięcia probiercze dielektryka. Jako pełnookresowy impuls piorunowy stosuje się BIL 170 kV, natomiast wartości impulsu przełączającego i wytrzymywanej częstotliwości sieciowej potwierdzają ogólną koordynację izolacji.

Tabela 1 - Wartości znamionowe z tabliczki znamionowej i napięcia probiercze dielektryka dla transformatora 15 MVA.

3. Obiektywne i obowiązujące standardy

Celem jest wykazanie, że izolacja transformatora może wytrzymać określony BIL bez awarii oraz wykrycie wszelkich wewnętrznych słabości izolacji. Test przeprowadza się zgodnie z normą IEC 60076-3 (Transformatory mocy - Poziomy izolacji, badania dielektryczne) i IEC 60060-1 (Techniki badań wysokiego napięcia). Cyfrowy system pomiaru impulsów rejestruje napięcie i prąd przejściowy w przewodzie neutralnym, tworząc oscylogramy wykorzystywane do oceny.

4. Konfiguracja testu i obwód

Impuls generowany jest przez wielostopniowy generator Marxa o napięciu 600 kV / 20 kJ i podawany na zacisk wysokiego napięcia (WN). Przewód neutralny jest uziemiony poprzez bocznik prądowy o niskiej indukcyjności, a uzwojenie niskiego napięcia jest zwarte i uziemione. Tłumiony pojemnościowy dzielnik napięcia dostarcza sygnał napięciowy do rejestratora cyfrowego. Zasadniczy układ to:

Generator impulsów: 8-stopniowy Marx, rezystory kształtujące czoło fali, wytwarzające falę standardową 1,2/50 µs.

Dzielnik napięcia: tłumiony dzielnik pojemnościowy, skalibrowany zgodnie z IEC 60060-2.

Pomiar prądu: bocznik o niskiej indukcyjności w punkcie neutralnym do rejestracji prądu przejściowego.

Nagrywanie: rejestrator cyfrowy, częstotliwość próbkowania większa lub równa 100 MS/s, w celu dokładnego przechwytywania z przodu.

Kolejność: jedna fala skalibrowana, następnie trzy pełne fale przy 170 kV, polaryzacja ujemna.

5. Przebieg impulsowy i parametry

Standardowy impuls piorunowy ma wirtualny czas czoła 1,2 µs i czas do połowy wartości 50 µs (oznaczony jako 1,2/50 µs). Zarejestrowane oscylogramy należy przeanalizować pod kątem wartości szczytowej, czasu czołowego i czasu do osiągnięcia połowy wartości. Odchylenia takie jak przeregulowanie, oscylacja lub zniekształcona fala ogonowa mogą wskazywać na rezonans uzwojenia lub częściową awarię.

Wartość szczytowa: 170 kV ± 3% dopuszczalna tolerancja.

Czas czołowy T1: 1,2 µs ± 30%.

Czas do osiągnięcia połowy wartości T2: 50 µs ± 20%.

Polaryzacja: ujemna (zgodnie z normą).

6. Interpretacja oscylogramów

Oscylogramy są głównym dowodem integralności izolacji. Zdrowy transformator wytwarza gładką falę napięcia o jednym szczycie i odpowiadający jej ślad prądu neutralnego składający się z ostrego początkowego impulsu pojemnościowego, po którym następują niskie, zanikające oscylacje. Porównania dokonuje się z falą odniesienia o obniżonym napięciu (zwykle 50–75% pełnego BIL). Oceniane są następujące podpisy:

*Normalny zapis - niezmieniony kształt fali od odniesienia; brak nagłego załamania napięcia.

*Awaria izolacji uzwojenia - nagły spadek napięcia lub fala przerywana, po której następuje wysoki prąd ciągły.

*Wyładowanie częściowe / błąd skrętu - zniekształcenie ogona i zwiększone oscylacje wysokiej częstotliwości.

*Przesunięta lub stłumiona fala – możliwy błąd impedancji szeregowej lub bocznikowej; wymaga dochodzenia.

7. Kryteria akceptacji

Próbę uznaje się za zaliczoną, gdy wszystkie trzy pełne fale przy napięciu 170 kV nie wykazują śladów przebicia. Bieżące oscylogramy muszą mieć identyczny kształt z zapisem odniesienia, z wyjątkiem oczekiwanego skalowania amplitudy. Jakakolwiek zmiana przekraczająca tolerancję szumu, zarówno w przebiegu napięcia, jak i prądu, wymaga powtórzenia testu i, jeśli zostanie potwierdzona, wewnętrznej kontroli uzwojenia.

Badanie udarem piorunowym przy napięciu 170 kV BIL zapewnia zdecydowaną weryfikację wytrzymałości izolacji transformatora 15 MVA. Łącząc rygorystyczną kontrolę kształtu fali z dokładną analizą zarejestrowanych oscylogramów, producenci i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą potwierdzić, że transformator niezawodnie wytrzyma przepięcia piorunowe podczas pracy i spełni wymagania normy IEC 60076-3.