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Il funzionamento sicuro dei trasformatori richiede non solo che le prestazioni del trasformatore soddisfino gli standard nazionali e i requisiti tecnici dell'utente, ma anche che la resistenza elettrica dell'isolamento del trasformatore soddisfi i requisiti standard. La resistenza elettrica di un trasformatore è una condizione necessaria per valutare il suo funzionamento sicuro e affidabile in condizioni di tensione di lavoro normale e anomale, e il test di tensione di tenuta alla frequenza industriale è uno dei test. Il test di tensione di tenuta a frequenza industriale di breve-tempo consiste nell'applicare una volta la tensione di tenuta nominale corrispondente (valore effettivo) all'isolamento. Durante la prova di tensione di tenuta a frequenza industriale, l'avvolgimento testato e i suoi conduttori del trasformatore, nonché i componenti ad esso collegati (come gli interruttori), sono tutti sottoposti alla stessa tensione di prova, mentre l'avvolgimento non testato viene cortocircuitato a terra. Per i trasformatori completamente isolati (ovvero con lo stesso livello di isolamento all'inizio e alla fine dell'avvolgimento), il livello di isolamento della frequenza industriale e il valore della tensione di tenuta alla frequenza industriale all'inizio e alla fine dell'avvolgimento sono coerenti. Per trasformatori con isolamento graduato (ovvero con diversi livelli di isolamento all'inizio e alla fine dell'avvolgimento), il valore di prova della tensione di tenuta alla frequenza industriale è coerente con il livello di isolamento della frequenza industriale all'estremità dell'avvolgimento.
Lo scopo della prova di tensione di tenuta a frequenza industriale è valutare la resistenza dell'isolamento principale tra l'avvolgimento e la terra e tra gli avvolgimenti. Questo obiettivo può essere pienamente raggiunto per i trasformatori completamente isolati, ma per i trasformatori a isolamento graduato è possibile valutare solo la resistenza dell'avvolgimento all'estremità del giogo di ferro e la resistenza dell'isolamento della parte dell'avvolgimento che porta a terra. Per quanto riguarda la resistenza dell'isolamento dell'avvolgimento verso terra e tra gli avvolgimenti, non può raggiungere l'obiettivo della valutazione.
1. Attrezzatura sperimentale
La prova di tensione di resistenza alla frequenza industriale consiste principalmente nell'alimentatore di prova, nel trasformatore di prova, nelle apparecchiature di misurazione e protezione. L'alimentatore deve essere regolabile nel test di tensione di resistenza alla frequenza industriale, che può essere ottenuto mediante regolatori di tensione ad accoppiamento automatico, regolatori di tensione della bobina di commutazione, gruppi elettrogeni sincroni, ecc. La capacità di un alimentatore regolabile dovrebbe generalmente corrispondere alla capacità del trasformatore di prova, richiedendo che la sua corrente di uscita sia uguale alla corrente nominale sul lato a bassa tensione del trasformatore di prova e che la sua tensione di uscita sia uguale o superiore alla tensione nominale sul lato a bassa tensione del trasformatore di prova.
Il gruppo elettrogeno sincrono è una fonte di alimentazione regolabile ideale. I suoi vantaggi sono la frequenza stabile e la buona forma d'onda. I suoi svantaggi sono il costoso, l'ingombro elevato e l'elevata rumorosità durante il funzionamento. Durante il test di resistenza alla tensione a frequenza industriale, a causa della natura capacitiva del carico, se la compensazione non è buona quando lo si utilizza come alimentatore, spesso si verifica l'autoeccitazione.
Un autotrasformatore è un alimentatore variabile che utilizza un contatto strisciante per spostarsi lungo l'avvolgimento. La sua regolazione della tensione non è uniforme ed è graduale, ma ogni stadio è finemente suddiviso. Grazie al prezzo basso, alla facile trasportabilità, alla bassa resistenza alle perdite, alla buona forma d'onda e all'ampio utilizzo. Tuttavia, a causa dei contatti striscianti, la sua capacità è limitata, il che lo rende adatto alla regolazione della tensione in trasformatori di prova di piccola capacità.
Il principio di regolazione della tensione di un regolatore a bobina consiste nel collegare in serie due avvolgimenti con spire uguali ma direzioni opposte e utilizzare un avvolgimento di corto-circuito per coprire i due avvolgimenti in serie. L'avvolgimento di cortocircuito-può muoversi su e giù, regolando così la tensione. A causa dell'assenza di contatti striscianti nel regolatore della bobina di cambio, la sua capacità può essere molto elevata e può essere utilizzata per testare trasformatori di capacità maggiore. Tuttavia, a causa della possibile saturazione del circuito magnetico nel nucleo di ferro del regolatore della bobina del cambio, la forma d'onda della tensione di uscita potrebbe essere scarsa. Pertanto, le misure dovrebbero essere adottate in base alla situazione reale al momento della selezione.
Il trasformatore di prova è un'apparecchiatura fondamentale per generare la tensione di prova. Dato che il trasformatore testato si comporta come un condensatore puro durante la prova di tensione di tenuta alla frequenza industriale, la dimensione della capacità del campione di prova è strettamente correlata alla selezione della capacità del trasformatore di prova. Durante l'esperimento, è generalmente richiesto che la tensione nominale del lato alta-tensione del trasformatore di prova sia leggermente superiore alla tensione di prova del campione di prova e che la sua corrente nominale non sia inferiore alla corrente di capacità massima del campione di prova. I dispositivi di misurazione e protezione sono apparecchiature essenziali per l'esecuzione di prove di tensione di tenuta a frequenza industriale. I dispositivi di misurazione comuni includono il gap sferico, il voltmetro elettrostatico, l'avvolgimento di misurazione del trasformatore di prova, il trasformatore ad alta tensione e il partitore di tensione capacitivo a frequenza di alimentazione. Il metodo di misurazione comunemente utilizzato attualmente consiste nell'utilizzare un partitore di tensione capacitivo a frequenza industriale collegato a un voltmetro di picco. Per evitare che la sovracorrente e la sovratensione causate dalla rottura del campione di prova causino danni eccessivi all'apparecchiatura di prova e al campione di prova, è generalmente necessario adottare alcuni metodi per proteggerli durante il test di tensione di tenuta alla frequenza industriale. I metodi di protezione comuni includono l'inserimento di un resistore con un determinato valore di resistenza in serie tra il trasformatore di prova e il campione di prova, il collegamento del traferro protettivo in parallelo con il campione di prova e l'installazione di dispositivi di protezione da sovratensione e sovracorrente sul lato a bassa tensione del trasformatore di prova.
2. Problemi da tenere presente nella prova di tenuta alla tensione
In primo luogo, se come fonte di alimentazione viene utilizzato un gruppo elettrogeno per le prove di tenuta alla tensione, è necessario prestare particolare attenzione al fenomeno di autoeccitazione del generatore. Prima del test, la corrente di capacità del sistema dovrebbe essere calcolata in base alla capacità del trasformatore testato e dovrebbe essere selezionato un valore di reattanza di compensazione appropriato. In secondo luogo, selezionare lo strumento di misura appropriato che soddisfi i requisiti di precisione in base al valore della tensione di tenuta del campione di prova. Quando si seleziona un partitore di tensione, è necessario prestare attenzione ai requisiti di posizionamento del partitore di tensione, in particolare alla selezione degli strumenti lato bassa-tensione. Il peak meter utilizzato per la calibrazione non deve essere sostituito con altri modelli di strumenti. In caso contrario, ciò influenzerà il rapporto del partitore di tensione e causerà errori di misurazione significativi.
Il resistore di protezione viene utilizzato per limitare la corrente di cortocircuito-quando il trasformatore testato si rompe. Se il resistore di protezione non è collegato in serie, equivale a cortocircuitare direttamente il trasformatore di prova con una tensione di uscita più elevata quando il trasformatore testato si rompe, generando una grande corrente di cortocircuito-e causando danni al trasformatore di prova. Si verificheranno oscillazioni pericolose nell'avvolgimento ad alta-tensione, con conseguente sovratensione sia sul campione che sul trasformatore di prova. Pertanto, è assolutamente necessario limitare la corrente di cortocircuito-al valore consentito, pertanto è necessario collegare un resistore di protezione e il suo valore di resistenza viene generalmente considerato come limite di corrente di cortocircuito-entro il livello consentito.