حلول الجهد العالي لاختبار المحولات في صناعة الطاقة عالية الجهد

حلول الجهد العالي لاختبار المحولات: الأحمال، والتصنيف، وحماية الثنائيات

الملخص

يُعدّ المحوّل الكهربائي أكثر أصول الجهد العالي اختبارًا في الشبكة الكهربائية، حيث تُختبر نسبة التحويل، ومقاومة العزل، ومعامل القدرة، والجهد الزائد المُستحث، واختبارات النبضات، وكلها تُجهد أجزاءً مختلفة من نظام الملفات. يعتمد كل اختبار من هذه الاختبارات على مجموعة من المكونات الداعمة، مثل مقاومات الحمل، ومقسمات الجهد، ومكثفات التدرج، وثنائيات الحماية. تُوضح هذه المقالة المكونات اللازمة لكل اختبار، وكيفية تحديدها لضمان موثوقية نتائج الاختبار.

1. سياق التطبيق: إثبات العزل عن قصد

ينقسم اختبار المحولات إلى فئتين. تُجرى الاختبارات الروتينية (النسبة، مقاومة الملفات، مقاومة العزل، ظل الزاوية δ، ومعاوقة قصر الدائرة) على كل وحدة؛ بينما تُثبت الاختبارات النوعية والخاصة (الجهد الزائد المستحث، الصواعق، نبضات التبديل، التفريغ الجزئي) كفاءة نظام العزل تحت الضغط. وتظهر مكونات الدعم في كلتا الفئتين.

يُعرّض اختبار الجهد الزائد المُستحث عند 1.3 ضعف الجهد المُقنن العزل بين اللفات وبين الأقراص للإجهاد؛ بينما تُعرّض نبضة برق مدتها 1.2/50 ميكروثانية اللفات الطرفية للإجهاد بموجة حادة. ويُحدد كل إجهاد متطلبات المقاومات والمكثفات والثنائيات في دائرة الاختبار.

2. المتطلبات الفنية

2.1 مقاومات الحمل ومقسم الجهد. تتطلب اختبارات قصر الدائرة واختبارات التحميل مقاومة تحميل في الملف الثانوي؛ بينما يتطلب قياس الجهد مقسم جهد مقاومي بنسبة ثابتة. ويتطلب كلا الاختبارين مقاومة حرارية منخفضة وتفاوتًا دقيقًا.

2.2 تصنيف المكثفات. أثناء اختبارات النبض، لا يتوزع الجهد بشكل خطي على طول الملف؛ بل تهيمن السعة الطفيلية إلى الأرض. تعمل المكثفات الموضوعة عبر أقسام الملف على معادلة التوزيع العابر وحماية اللفات الأقرب إلى نهاية الخط. يجب ألا يضيف عازل المكثف فقدًا قابلًا للقياس عند تردد الاختبار.

2.3 حماية الثنائيات. يؤدي حدوث شرارة كهربائية أثناء اختبار الجهد العالي إلى تفريغ تيار عابر حاد في أجهزة القياس. استعادة سريعة مجموعات ثنائيات HVD وتقوم شبكات التثبيت على أسلاك القياس بتحويل التيار العابر قبل وصوله إلى جهاز التسجيل، مع تحديد حجم PIV لأسوأ حالة انهيار:

2.4 إمكانية تتبع القياس. لا تكون نتيجة الاختبار دقيقة إلا بقدر دقة سلسلة المعايرة التي تدعمها. يجب أن تكون نسبة التقسيم، وقيمة الحمل، وعتبة التثبيت قابلة للتتبع إلى مرجع، مع توثيق فترة المعايرة. بالنسبة لاختبارات قبول المحولات، تتمثل القاعدة العملية في الحفاظ على كل مكون داعم أفضل بفئتين من التفاوت الذي يتم التحقق منه.

تحافظ قاعدة النسبة الثلاثية هذه على عدم اليقين في القياس من استهلاك هامش القبول، وهذا هو السبب في أن شبكات التقسيم المتطابقة ذات بيانات النسبة المعتمدة تستحق التحديد بدلاً من تركها لأرضية الاختبار.

الشكل 1 - دائرة اختبار المحول مع مكوناتها الداعمة: بنك أحمال HVR ومقسم الجهد، ومكثف التدرج، ومجموعة حماية HVD. يحدد كل عنصر موثوقية قياس مختلف.

3. نقاط ضعف المهندسين (ملاحظات ميدانية)

4. معايير الاختيار

5. حل HVC

إرشادات الاختيار. حدد لكل دور من أدوار الدعم مواصفاته الخاصة: يحتاج مقسم الجهد إلى نسبة معتمدة ومعامل درجة حرارة منخفض، ويحتاج بنك الأحمال إلى معدل نبضات يتناسب مع حمل الاختبار، وتحتاج مكثفات التدرج إلى تشغيل خالٍ من التفريغ الجزئي عند جهد الاختبار، وتحتاج ثنائيات الحماية إلى جهد ذروة عكسي أعلى من أسوأ وميض. في حال كانت أرضية الاختبار مغبرة أو رطبة، يُفضل استخدام عناصر أنبوبية ذات طلاء واقٍ؛ أما في حال ضيق مساحة العمل، فإن العناصر المسطحة ومكثفات الأقراص المدمجة تُناسب بشكل أفضل. يُقلل طلب مجموعة الدعم الكاملة من مصنع واحد مع بيانات اختبار متطابقة من وقت التأهيل، ويُوفر للمختبر جهة اتصال واحدة للاستفسارات المتعلقة بالمعايرة.

6. دراسة حالة هندسية (مرجع)

أعاد مركزٌ لإصلاح المحولات بناءَ منصة الاختبار الخاصة به بعدَ تكرار انحرافات اختبار الحمل وفقدان أحد أجهزة التسجيل. تستخدم المنصة الجديدة بنكَ مقاومة أنبوب HVR، ومقسم جهد مسطح HVR متطابق، ومكثفات N4700 لضبط الجهد العالي، وملاقط HVD على أسلاك القياس. نتائج ميدانية على مدى 12 شهرًا:

مناقشة الحالة. يُعدّ انخفاض نسبة الأحكام المُعاد صياغتها من 11% إلى 2% هو النتيجة الحاسمة: فجميع عمليات إعادة الاختبار القديمة تقريبًا كانت بسبب منصة الاختبار، وليس المحول. وتُعتبر حماية الأجهزة مكسبًا غير متوقع، إذ أن فقدان ثلاثة مسجلات بسبب الوميض الكهربائي كلّف ثلاثة أيام من بيانات الاختبار التي كان لا بد من إعادة إنشائها. إنّ منصة اختبار ذات مكونات داعمة مستقرة ومُصنّفة ومحمية تمنع إهدار كلٍّ من الأجهزة والجدول الزمني.

7. اعتبارات التصميم

• معدل ذروة الاختبار: تصل اختبارات النبض والاختبارات المستحثة إلى 2-3 أضعاف الجهد المقنن؛ حدد حجم المقاومات والمكثفات والثنائيات بناءً على الذروة، وليس على لوحة البيانات.
• الاستقرار يتفوق على الدقة: إن فاصلًا ثابتًا بنسبة 1% لا ينحرف يتفوق على فاصل بنسبة 0.1% يتحرك مع درجة الحرارة.
• قم بتقييم اللفة بأكملها: نادراً ما يكون مكثف التصنيف الواحد كافياً؛ قم بمطابقة ملف تعريف السعة الطفيلية مع سلسلة من وحدات التصنيف.
• قم بتثبيت المشبك قبل جهاز التسجيل: ضع مجموعة HVD بالقرب من أجهزة القياس قدر الإمكان حتى يكون مسار العابر قصيرًا.
• حافظ على مساحة الزحف سخية: أرضيات الاختبار مليئة بالغبار والرطوبة؛ العناصر الأنبوبية والطلاء المطابق يمنعان حدوث الوميض من على المنضدة.

8. المراجع

1. IEC 60076-1: 2011 ، محولات الطاقة - الجزء الأول: عامجنيف، سويسرا: اللجنة الكهروتقنية الدولية.
2. IEC 60076-3: 2013 ، محولات الطاقة - الجزء 3: مستويات العزل، واختبارات العزل الكهربائي، والمسافات الخارجية في الهواءجنيف، سويسرا: اللجنة الكهروتقنية الدولية.
3. أ. غرينوود، الظواهر الكهربائية العابرة في أنظمة الطاقة، الطبعة الثانية. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية: وايلي، 1991.
4. إي. كوفيل، دبليو إس زينجل، وجيه. كوفيل، هندسة الجهد العالي: الأساسيات، الطبعة الثانية. أكسفورد، المملكة المتحدة: نيونس (إلسيفير)، 2000.
5. تيكترونيكس، تقنيات قياس الجهد العالي - مذكرة تطبيقيةبيفرتون، أوريغون، الولايات المتحدة الأمريكية: تيكترونيكس.

صفحات منتجات HVC ذات الصلة: مكثفات مقابض الأبواب عالية الجهد · مرجعية المكثف.