Évaluation de la capacité de tenue en tension de l'isolation des équipements électriques.

Un moyen technique pour tester et évaluer la capacité de tension de tenue d’isolement des équipements électriques. Des structures d'isolation doivent être utilisées pour isoler les parties actives de tous les équipements électriques des parties mises à la terre ou d'autres corps sous tension non équipotentiels, afin d'assurer le fonctionnement normal de l'équipement. La rigidité diélectrique d'un seul matériau isolant est exprimée comme l'intensité moyenne du champ électrique de claquage le long de l'épaisseur (l'unité est kV/cm). La structure d'isolation des équipements électriques, telle que l'isolation des générateurs et des transformateurs, est composée d'une variété de matériaux et la forme structurelle est également extrêmement complexe. Tout dommage local à la structure isolante fera perdre à l’ensemble de l’équipement ses performances isolantes. Par conséquent, la capacité d’isolation globale de l’équipement ne peut généralement être exprimée que par la tension d’essai (unité : kV) qu’il peut supporter. La tension d'essai de tenue d'isolation peut indiquer le niveau de tension que l'équipement peut supporter, mais elle n'est pas équivalente à la résistance réelle de l'isolation de l'équipement. L'exigence spécifique pour la coordination de l'isolation du système électrique est de coordonner et de formuler la tension d'essai de tenue d'isolation de divers équipements électriques afin d'indiquer les exigences de niveau d'isolation de l'équipement. L'essai de tension de tenue d'isolement est un essai destructif (voir essai d'isolement). Par conséquent, pour certains équipements clés en fonctionnement qui manquent de pièces de rechange ou nécessitent beaucoup de temps pour être réparés, vous devez soigneusement réfléchir à l'opportunité d'effectuer un test de tension de tenue d'isolement.

Lorsque divers équipements électriques du système électrique fonctionnent, en plus de résister à la tension de fonctionnement alternative ou continue, ils souffriront également de diverses surtensions. Ces surtensions sont non seulement de grande amplitude, mais ont également des formes d'onde et des durées très différentes de la tension de fonctionnement. Leurs effets sur l’isolation et les mécanismes pouvant provoquer une rupture de l’isolation sont également différents. Par conséquent, il est nécessaire d’utiliser la tension d’essai correspondante pour effectuer l’essai de tension de tenue des équipements électriques. Les tests de tension de tenue d'isolement spécifiés dans les normes chinoises pour les systèmes d'alimentation en courant alternatif comprennent : ① test de tension de tenue à fréquence industrielle de courte durée (1 minute) ; ② test de tension de tenue à la fréquence industrielle à long terme ; ③ Test de tension de tenue CC ; ④ test de tension de tenue aux ondes de choc en fonctionnement ; ⑤Test de tension de tenue aux ondes de choc de la foudre. Il stipule également que les performances d'isolation des équipements électriques de 3 à 220 kV sous tension de fonctionnement à fréquence industrielle, surtension temporaire et surtension de fonctionnement sont généralement testées par un test de tension de tenue à fréquence industrielle de courte durée, et que l'essai d'impact en fonctionnement n'est pas requis. Pour les équipements électriques de 330 à 500 kV, l'essai d'impact en fonctionnement est requis pour vérifier les performances d'isolation sous surtension de fonctionnement. Le test de tension de tenue à la fréquence industrielle à long terme est un test effectué pour vérifier l'état de dégradation de l'isolation interne et la contamination de l'isolation externe des équipements électriques.

Les normes de test de tension de tenue d'isolement ont des réglementations spécifiques dans chaque pays. Les normes chinoises (GB311.1-83) stipulent le niveau d'isolation de base des équipements de transmission et de transformation d'énergie de 3 à 500 kV ; Équipement de transmission et de transformation de puissance 3-500kv, tension de tenue aux chocs de foudre, tension de tenue à la fréquence industrielle d'une minute ; et équipement de transmission et de transformation de puissance 330-500kv. Tension de tenue aux impulsions pour le fonctionnement des équipements électriques. Le service de fabrication d'équipements électriques et le service d'exploitation du système électrique doivent se conformer aux normes lors de la sélection des éléments et des valeurs de tension d'essai pour l'essai de tension de tenue.

Test de tension de tenue à fréquence industrielle

Utilisé pour tester et évaluer la capacité de l’isolation des équipements électriques à résister à la tension à fréquence industrielle. La tension d'essai doit être sinusoïdale et la fréquence doit être la même que la fréquence du système électrique. Il est généralement spécifié qu'un essai de tension de tenue d'une minute est utilisé pour tester la capacité de tenue à la tension à court terme de l'isolation, et qu'un essai de tension de tenue à long terme est utilisé pour tester la détérioration progressive à l'intérieur de l'isolation, telle qu'une décharge partielle. dommages, pertes diélectriques et dommages thermiques causés par le courant de fuite. L'isolation externe des équipements électriques extérieurs est affectée par les facteurs environnementaux atmosphériques. En plus de l'essai de tenue à la tension à fréquence industrielle sur un état de surface sèche, un essai de tenue à la tension dans un environnement atmosphérique artificiellement simulé (tel qu'un état humide ou sale) est également requis.

La tension sinusoïdale alternative peut être exprimée en termes de valeur de crête ou de valeur efficace. Le rapport entre la valeur maximale et la valeur efficace est la racine carrée de deux. La forme d'onde et la fréquence de la tension d'essai réellement appliquée pendant l'essai s'écarteront inévitablement des réglementations standard. Les normes chinoises (GB311.3-83) stipulent que la plage de fréquences de la tension de test doit être comprise entre 45 et 55 Hz et que la forme d'onde de la tension de test doit être proche d'une onde sinusoïdale. Les conditions sont que les demi-ondes positives et négatives soient exactement les mêmes, et que la valeur maximale et la valeur efficace soient les mêmes. Le rapport est égal à ±0,07. Généralement, la valeur dite de tension de test fait référence à la valeur efficace, qui est divisée par sa valeur de crête.

L'alimentation électrique utilisée pour le test se compose d'un transformateur de test haute tension et d'un dispositif de régulation de tension. Le principe du transformateur de test est le même que celui du transformateur de puissance général. Sa tension de sortie nominale doit répondre aux exigences des tests et laisser une marge de manœuvre ; la tension de sortie du transformateur de test doit être suffisamment stable pour ne pas provoquer de modification de la sortie en raison de la chute de tension du courant de pré-décharge sur la résistance interne de l'alimentation. La tension fluctue considérablement pour éviter les difficultés de mesure ou même affecter le processus de décharge. Par conséquent, l’alimentation de test doit avoir une capacité suffisante et l’impédance interne doit être aussi petite que possible. Généralement, les exigences relatives à la capacité du transformateur de test sont déterminées par la quantité de courant de court-circuit qu'il peut produire sous la tension de test. Par exemple, pour le test de petits échantillons d'isolant solide, liquide ou combiné à l'état sec, le courant de court-circuit de l'équipement doit être de 0,1 A ; pour le test d'isolation auto-réparatrice (isolateurs, sectionneurs, etc.) à l'état sec, le courant de court-circuit de l'équipement est requis. Pas moins de 0,1A ; pour les essais de pluie artificielle d'isolation externe, le courant de court-circuit de l'équipement ne doit pas être inférieur à 0,5 A ; pour les tests d'éprouvettes de plus grandes dimensions, le courant de court-circuit de l'équipement doit être de 1A. De manière générale, les transformateurs de test avec des tensions nominales inférieures adoptent principalement le système 0,1 A, qui permet à 0,1 A de circuler en continu à travers la bobine haute tension du transformateur. Par exemple, la capacité d'un transformateur de test de 50 kV est définie sur 5 kVA et la capacité d'un transformateur de test de 100 kV est de 10 kVA. Les transformateurs de test avec des tensions nominales plus élevées adoptent généralement le système 1A, qui permet à 1A de circuler en continu à travers la bobine haute tension du transformateur. Par exemple, la capacité du transformateur de test de 250 kV est de 250 kVA et la capacité du transformateur de test de 500 kV est de 500 kVA. En raison des dimensions globales de l'équipement de test à haute tension, plus grandes, la capacité équivalente de l'équipement est également plus grande et l'alimentation de test doit fournir plus de courant de charge. La tension nominale d'un seul transformateur de test est trop élevée, ce qui entraînera des difficultés techniques et économiques lors de la fabrication. La tension la plus élevée d'un transformateur de test unique en Chine est de 750 kV, et il existe très peu de transformateurs de test uniques dans le monde avec une tension supérieure à 750 kV. Afin de répondre aux besoins de test de tension alternative des équipements électriques à ultra haute tension et à ultra haute tension, plusieurs transformateurs de test sont généralement connectés en série pour obtenir une haute tension. Par exemple, trois transformateurs de test de 750 kV sont connectés en série pour obtenir une tension de test de 2 250 kV. C'est ce qu'on appelle un transformateur de test en série. Lorsque les transformateurs sont connectés en série, l'impédance interne augmente très rapidement et dépasse largement la somme algébrique des impédances de plusieurs transformateurs. Par conséquent, le nombre de transformateurs connectés en série est souvent limité à 3. Les transformateurs de test peuvent également être connectés en parallèle pour augmenter le courant de sortie, ou connectés en forme de △ ou de Y pour un fonctionnement triphasé.

Afin d'effectuer des tests de tension de tenue à fréquence industrielle sur des échantillons à grande capacité électrostatique, tels que des condensateurs, des câbles et des générateurs de grande capacité, le dispositif d'alimentation doit être à la fois haute tension et de grande capacité. Il y aura des difficultés à réaliser ce type de dispositif d'alimentation électrique. Certains départements ont adopté un équipement de test de résonance série haute tension à fréquence industrielle (voir Équipement de test de résonance série haute tension AC).

Test de tension de tenue aux chocs de foudre

La capacité de l’isolation des équipements électriques à résister à la tension de choc de foudre est testée en simulant artificiellement les formes d’onde et les valeurs maximales du courant de foudre. Selon les résultats réels des mesures de la décharge de foudre, on pense que la forme d'onde de la foudre est une courbe bi-exponentielle unipolaire avec une tête d'onde longue de plusieurs microsecondes et une queue d'onde longue de plusieurs dizaines de microsecondes. La plupart des éclairs sont de polarité négative. Les normes de divers pays à travers le monde ont calibré l'onde de choc de foudre standard comme suit : temps de front d'onde apparent T1 = 1,2 μs, également connu sous le nom de temps de tête d'onde ; temps de pointe apparent demi-onde T2 = 50 μs, également appelé temps de queue d'onde (voir figure). L'écart admissible entre la valeur de crête de tension et la forme d'onde générée par le dispositif de test réel et l'onde standard est : valeur de crête, ± 3 % ; temps de tête d'onde, ± 30 % ; temps de pointe demi-onde, ±20 % ; la forme d'onde standard de la foudre est généralement exprimée comme 1,2/50 μs.

La tension de test de choc de foudre est générée par un générateur de tension de choc. La transformation des multiples condensateurs du générateur de tension d'impulsion du parallèle à la série est obtenue grâce à de nombreux espaces à billes d'allumage, c'est-à-dire que plusieurs condensateurs sont connectés en série lorsque les espaces à billes d'allumage sont contrôlés pour se décharger. La vitesse de montée en tension sur l'appareil testé et la vitesse de chute de tension après la valeur maximale peuvent être ajustées par la valeur de résistance dans le circuit du condensateur. La résistance qui affecte la tête d'onde est appelée résistance de la tête d'onde, et la résistance qui affecte la queue d'onde est appelée résistance de la queue d'onde. Pendant le test, le temps de tête d'onde prédéterminé et le temps de crête de demi-onde de l'onde de tension d'impulsion standard sont obtenus en modifiant les valeurs de résistance de la résistance de tête d'onde et de la résistance de queue d'onde. En changeant la polarité et l'amplitude de la tension de sortie de l'alimentation redressée, la polarité requise et la valeur maximale de l'onde de tension d'impulsion peuvent être obtenues. A partir de là, des générateurs de tension d'impulsion allant de centaines de milliers de volts à plusieurs millions de volts voire des dizaines de millions de volts peuvent être réalisés. La tension la plus élevée du générateur de tension de choc conçu et installé par la Chine est de 6 000 kV.

Test de tension de choc de foudre

Le contenu comprend 4 éléments. ①Test de tension de tenue aux chocs : il est généralement utilisé pour les isolations non auto-réparatrices, telles que l'isolation des transformateurs, des réacteurs, etc. Le but est de tester si ces dispositifs peuvent résister à la tension spécifiée par le niveau d'isolation. ② Test de contournement par impact à 50 % : les isolants auto-réparateurs tels que les isolants, les entrefers, etc. sont généralement utilisés comme objets. L'objectif est de déterminer la valeur de tension U avec une probabilité de contournement de 50 %. Avec l'écart type entre cette valeur de tension et la valeur de contournement, d'autres probabilités de contournement peuvent également être déterminées, comme par exemple une valeur de tension de contournement de 5 %. U est généralement considéré comme la tension de tenue. ③Test de panne : le but est de déterminer la résistance réelle de l'isolation. Principalement réalisé dans les usines de fabrication d’équipements électriques. ④Test de courbe tension-temps (test de courbe tension-seconde) : La courbe tension-temps montre la relation entre la tension appliquée et les dommages à l'isolation (ou le contournement de l'isolation en porcelaine) et le temps. La courbe volt-seconde (courbe V-t) peut servir de base pour considérer la coordination de l'isolation entre les équipements protégés tels que les transformateurs et les équipements de protection tels que les parafoudres.

En plus des tests avec l'onde complète d'impulsions de foudre, les équipements électriques dotés d'enroulements tels que les transformateurs et les réacteurs doivent parfois également être testés avec des ondes tronquées avec un temps de troncature de 2 à 5 μs. La troncature peut se produire au début ou à la fin de la vague. La génération et la mesure de cette onde tronquée ainsi que la détermination du degré de dommage causé à l'équipement sont toutes relativement complexes et difficiles. En raison de son processus rapide et de sa grande amplitude, le test de tension de choc de foudre présente des exigences techniques élevées en matière de test et de mesure. Des procédures, méthodes et normes de test détaillées sont souvent stipulées à titre de référence et de mise en œuvre lors de la réalisation des tests.

Test de surtension par impulsion de fonctionnement

En simulant artificiellement la forme d'onde de surtension d'impulsion de fonctionnement du système électrique, la capacité de l'isolation des équipements électriques à résister à la tension d'impulsion de fonctionnement est testée. Il existe de nombreux types de formes d'onde et de pics de surtension de fonctionnement dans les systèmes électriques, qui sont liés aux paramètres de ligne et à l'état du système. Généralement, il s'agit d'une onde d'oscillation atténuée dont la fréquence varie de quelques dizaines de Hz à plusieurs kilohertz. Son amplitude est liée à la tension du système, qui est généralement exprimée en plusieurs fois la tension de phase, jusqu'à 3 à 4 fois la tension de phase. Les ondes de choc de fonctionnement durent plus longtemps que les ondes de choc de foudre et ont des effets différents sur l'isolation du système électrique. Pour les systèmes électriques de 220 kV et moins, des tests de tension de tenue à fréquence industrielle de courte durée peuvent être utilisés pour tester approximativement l'état de l'isolation de l'équipement en cas de surtension de fonctionnement. Pour les systèmes et équipements à ultra haute tension et à ultra haute tension de 330 kV et plus, la surtension de fonctionnement a un impact plus important sur l'isolation, et les tests de tension à fréquence industrielle de courte durée ne peuvent plus être utilisés pour remplacer approximativement les tests de tension de choc de fonctionnement. Il ressort des données de test que pour les entrefers supérieurs à 2 m, la non-linéarité de la tension de décharge de fonctionnement est significative, c'est-à-dire que la tension de tenue augmente lentement lorsque la distance d'entrefer augmente et est même inférieure à la fréquence d'alimentation à court terme. tension de décharge. Par conséquent, l'isolation doit être testée en simulant la tension de choc de fonctionnement.

Pour les longs espaces, les isolateurs et l'isolation externe des équipements, il existe deux formes d'onde de tension de test pour simuler la surtension de fonctionnement. ① Onde de décroissance exponentielle non périodique : similaire à l'onde de choc de foudre, sauf que le temps de tête d'onde et le temps de demi-crête sont beaucoup plus longs que la longueur d'onde du choc de foudre. La Commission électrotechnique internationale recommande que la forme d'onde standard de la tension d'impulsion de fonctionnement soit de 250/2 500 μs ; lorsque la forme d'onde standard ne peut pas répondre aux exigences de recherche, 100/2 500 μs et 500/2 500 μs peuvent être utilisés. Des ondes de décroissance exponentielle non périodiques peuvent également être générées par des générateurs de tension d'impulsion. Le principe de génération d'ondes de choc de foudre est fondamentalement le même, sauf que la résistance de la tête d'onde, la résistance de la queue d'onde et la résistance de charge doivent être augmentées plusieurs fois. Un ensemble de générateurs de tension de choc est couramment utilisé dans les laboratoires haute tension, équipés de deux jeux de résistances, à la fois pour générer une tension de choc de foudre et pour générer une tension de choc de fonctionnement. Conformément à la réglementation, l'écart admissible entre la forme d'onde de tension d'impulsion de fonctionnement générée et la forme d'onde standard est : valeur de crête, ± 3 % ; tête ondulée, ±20 % ; temps de demi-pointe, ±60 %. ② Onde d'oscillation atténuée : la durée de la demi-onde 01 doit être de 2 000 à 3 000 μs, et l'amplitude de la demi-onde 02 doit atteindre environ 80 % de l'amplitude de la demi-onde 01. L'onde d'oscillation atténuée est induite du côté haute tension en utilisant un condensateur pour décharger le côté basse tension du transformateur de test. Cette méthode est principalement utilisée dans les tests d'onde de fonctionnement des transformateurs de puissance sur site dans les sous-stations, en utilisant le transformateur testé lui-même pour générer des formes d'onde de test afin de tester sa propre capacité de tenue en tension.

Le contenu de l'essai de surtension aux impulsions de fonctionnement comprend 5 éléments : ① essai de tension de tenue aux impulsions de fonctionnement ; ② Test de contournement par impulsion de fonctionnement à 50 % ; ③ test de panne ; ④ Test de courbe de temps de tension (test de courbe volt-seconde) ; ⑤Test de courbe de tête d'onde de tension d'impulsion de fonctionnement. Les quatre premiers tests sont les mêmes que les exigences de test correspondantes dans le test de tension de choc de foudre. L'essai n° 5 est requis pour les caractéristiques de décharge de choc de fonctionnement car la tension de décharge d'un long entrefer sous l'action des ondes de choc de fonctionnement changera avec la tête d'onde de choc. À une certaine longueur de tête d'onde, telle que 150 μs, la tension de décharge est faible et cette tête d'onde est appelée tête d'onde critique. La longueur d'onde critique augmente légèrement avec la longueur de l'intervalle.

Test de tension de tenue CC

Utilisez l'alimentation CC pour tester les performances d'isolation des équipements électriques. L'objectif est de : ① déterminer la capacité des équipements électriques haute tension CC à résister à la tension continue ; ② En raison de la limitation de la capacité d'alimentation du test CA, utilisez la haute tension CC au lieu de la haute tension CA pour effectuer des tests de tenue en tension sur les équipements CA de grande capacité.

La tension de test CC est généralement générée par l'alimentation CA via un dispositif redresseur et est en fait une tension pulsée unipolaire. Il existe une valeur maximale de tension U au pic de la vague et une valeur minimale de tension U au creux de la vague. La valeur dite de la tension d'essai CC fait référence à la valeur moyenne arithmétique de cette tension de pulsation, c'est-à-dire que nous ne voulons évidemment pas que la pulsation soit trop grande, donc le coefficient de pulsation S de la tension d'essai CC ne doit pas dépasser 3. %, c'est-à-dire que la tension continue est divisée en polarités positive et négative. Différentes polarités ont différents mécanismes d'action sur diverses isolations. Une polarité doit être spécifiée dans le test. Généralement, une polarité qui teste sévèrement les performances d'isolation est utilisée pour le test.

Habituellement, un circuit redresseur demi-onde ou pleine onde à un étage est utilisé pour générer une tension continue élevée. En raison de la limitation de la tension nominale du condensateur et de la pile de silicium haute tension, ce circuit peut généralement produire 200 ~ 300 kV. Si une tension continue plus élevée est requise, la méthode en cascade peut être utilisée. La tension de sortie du générateur de tension continue en cascade peut être 2n fois la tension de crête du transformateur de puissance, où n représente le nombre de connexions en série. La chute de tension et la valeur d'ondulation de la tension de sortie de cet appareil sont fonction du nombre de séries, du courant de charge et de la fréquence du secteur AC. S'il y a trop de séries et que le courant est trop important, la chute de tension et les pulsations atteindront des niveaux intolérables. Ce dispositif générateur de tension continue en cascade peut produire une tension d'environ 2 000 à 3 000 kV et un courant de sortie de seulement quelques dizaines de milliampères. Lors de tests en environnement artificiel, le courant de pré-décharge peut atteindre plusieurs centaines de milliampères, voire 1 ampère. À ce stade, un dispositif de stabilisation de tension à thyristors doit être ajouté pour améliorer la qualité de la tension de sortie. Il est nécessaire que lorsque la durée est de 500 ms et l'amplitude de 500 mA. Lorsque l'impulsion de courant de pré-décharge circule une fois par seconde, la chute de tension provoquée ne dépasse pas 5 %.

Dans le test préventif d'isolement des équipements du système électrique (voir test d'isolement), la haute tension continue est souvent utilisée pour mesurer le courant de fuite et la résistance d'isolement des câbles, des condensateurs, etc., et le test de tension de tenue d'isolement est également effectué. Des tests ont montré que lorsque la fréquence est comprise entre 0,1 et 50 Hz, la distribution de tension à l'intérieur du support multicouche est essentiellement répartie en fonction de la capacité. Par conséquent, le test de tenue en tension utilisant une fréquence ultra-basse de 0,1 Hz peut être équivalent au test de tension de tenue à la fréquence industrielle, ce qui évite l'utilisation d'une tension de tenue en tension élevée. La difficulté de l'équipement de test de tension de tenue CA de capacité peut également refléter l'état d'isolation de l'équipement testé. À l'heure actuelle, des essais de tension de tenue à ultra-basse fréquence sont effectués sur l'isolation des extrémités des moteurs, qui sont considérés comme plus efficaces que les essais de tension de tenue à fréquence industrielle.

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