245

LUCRAREA A20

VERIFICAREA STABILITII DIELECTRICE A

APARATELOR DE COMUTAIE DE NALT TENSIUNE

1. Tematica lucrrii

1.1. Verificarea stabilitii dielectrice a izolaiei la frecven industrial;

1.2. Verificarea stabilitii dielectrice a izolaiei la unde de impuls de

tensiune normalizate;

1.3. Verificarea stabilitii dielectrice a izolaiei la tensiune continu.

2. Schemele electrice de ncercare sunt urmtoarele

Fig. 1.1. pentru ncercarea la frecven industrial;

Fig. 1.2. pentru ncercarea la unde de impuls de tensiune;

Fig. 1.3. pentru ncercarea la tensiune continu.

3. Modul de lucru

Aparatele electrice de nalt tensiune se ncearc conform specificaiilor

din normele de aparate (SR EN 60060), respectnd valorile specificate n SR CEI

60071 privind coordonarea izolaiei i procednd conform SR EN 60060 intitulat

"ncercarea echipamentului electric de nalt tensiune".

Principalele tipuri de ncercri sunt cele indicate n tematica lucrrii

prezentate, dar se execut i alte verificri ale izolaiei, cum este verificarea

nivelului descrcrilor pariale, .a..

Prin efectuarea acestor ncercri se urmrete a se determina limita

nivelului de inere a izolaiei echipamentelor electrice, precum i de a verifica

izolaia conform cerinelor de coordonare a acesteia, (aceasta efectundu-se

asupra tuturor echipamentelor construite i ca ncercare individual).

Forma tensiunilor aplicate simuleaz diverse supratensiuni care apar n

exploatare i care solicit izolaia mai mult dect tensiunea nominal.

246

n timpul efecturii ncercrilor, obiectele nvecinate cu obiectul de

ncercat trebuie s nu fie mai apropiate dect 1,5s, unde "s" este distana de

conturnare extern ntre electrozii obiectului de ncercat.

ncercrile se efectueaz n stare uscat sau sub ploaie artificial. De

asemenea se pot face ncercri sub cea, ghea, mediu poluat, mediu tropical,

etc. Aceste ncercri speciale se efectueaz conform normelor de produs.

Ploaia artificial se realizeaz cu ap, avnd conductivitatea electric

controlat, care se pulverizeaz prin duze de form specificat.

Condiiile atmosferice normale sunt:

- temperatura mediului ambiant: = 20oC ; - presiunea atmosferic: p = 1013 mbar;

- umiditate absolut: h0 = 11 gr/m3.

Not: Presiunea de 1013 mbar este echivalent cu presiunea de 760 mm Hg la 0oC.

Dac nlimea coloanei barometrice este H [mmHg] iar temperatura este de oC, presiunea n mbar corectat se calculeaz cu relaia:

( )p H= 1013760 1 18 10 4. [mbar] Umiditatea se poate msura prin diferite metode cu diverse aparate. Un

procedeu simplu este utilizarea diagramei din fig.4. i indicaiile a dou

termometre: unul cu rezervor uscat, altul cu rezervor nconjurat cu o pnz

groas de bumbac umezit dintr-un vas cu ap (aerul este suflat cu 2 m/s).

Tensiunea disruptiv msurat n condiiile ncercrii U(,p,h) se raporteaz la condiiile normale standard, aplicnd corecii:

U0(0, p0, h0) = U(,p, h) n care: - temperatura n timpul ncercrii; p - presiunea atmosferic n timpul ncercrii;

h - umiditatea n timpul ncercrii 0,289 - factor de corecie referitor

la densitatea aerului calculat conform SR EN 60060;

247

kh - factor de corecie referitor la umiditate, cu ajutorul cruia se

calculeaz factorul de corecie al umiditii kh (vezi SR EN 60060) .

Dac p se exprim n mbar i n oC, se obine fa de 20oC p H= +0 289 273. [mbar]. Factorul de corecie kh se ia din diagrama din figura 5.

Prin descrcarea disruptiv se nelege ansamblul de fenomene care au

loc la ruperea (distrugerea) izolaiei sub efectul cmpului electric comportnd un

traseu ce leag electrozii terminali ai obiectului de ncercat, reducnd diferena

de tensiune la zero, sau la o valoare apropiat de zero i producnd trecerea unui

curent.

Conturnarea este o descrcare disruptiv care are loc de-a lungul unui

dielectric solid plasat ntr-un dielectric gazos sau lichid (descrcare pe suprafaa

izolantului).

Scnteierea este o descrcare disruptiv care se produce ntre electrozi

aflai ntr-un dielectric gazos sau lichid, pierderea rigiditii dielectrice putnd s

fie temporar (izolaie autoregenerativ).

Strpungerea este o descrcare disruptiv care se produce, ntr-un

dielectric solid, conducnd la pierderea permanent a rigiditii dielectrice a

izolantului (izolaie neautoregenerativ).

Amorsarea este fenomenul tranzitoriu al stabilirii unei descrcri

disruptive.

Probabilitatea de descrcare disruptiv este probabilitatea ca la

aplicarea unei tensiuni de o anumit valoare s se produc o descrcare

disruptiv.

Tensiunea disruptiv 50% este tensiunea la care probabilitatea amorsrii

descrcrilor disruptive este de 50%.

n mod similar se poate defini tensiunea disruptiv 100% fiind cea mai

mic valoare a tensiunii la care apar 100% amorsri.

248

3.1 ncercarea la tensiunea de frecven industrial n stare uscat.

Ca surs de ncercare de nalt tensiune la frecven industrial se

utilizeaz transformatoare n cascad, ridictoare de tensiune. Parametrii

tensiunii sunt: frecvena, valoarea de vrf, valoarea eficace, forma undei de

tensiune.

Condiii impuse tensiunii:

- frecvena va fi cuprins ntre 40 i 62 Hz, sau conform normei de

produse (de exemplu, separatoarele se ncearc la o frecven ntre 20 i 70 Hz,

conform SR EN 60060).

- forma tensiunii este practic sinusoidal dac raportul ntre valoarea de

vrf i valoarea efectiva este 2 , cu toleran de +/-5%.

Schema circuitului de ncercare este prezentat n fig. 1.

Pentru limitarea solicitrilor se introduce o rezisten de ordinul k. Pentru msur se utilizeaz un divizor de tensiune i un voltmetru. Eroarea

dispozitivului nu trebuie s depeasc 3% la msurarea amplitudinii sau valorii

efective.

Tensiunea se aplic lent pornind de la valori mici astfel ca peste 75% din

valoarea estimat final, viteza de cretere nu trebuie s depeasc 2% pe

secund, din aceast valoare, dac viteza de cretere nu este automatizat.

ncercarea de inere se face mrind tensiunea la valoarea prescris pentru

obiectul de ncercat i se menine timp de 1 minut, dup care se scade lent.

ncercarea de descrcare disruptiv se face mrind tensiunea pn apare o

astfel de descrcare. Tensiunea atins n acel moment se va nota. Conturnarea se

constat msurnd curentul de descrcare. Rezultatele se vor trece n tabelul 1.

249

Tabelul 1: ncercarea la frecven industrial pe durata de 1 minut.

Tensiunea nominal Obser-

vaii

Obiectul

de

ncercat SR EN 60060 [kV] SR CEI 60071 [kV]

Tensiunea

de

ncercare

[kV]

3.2. ncercarea la und de impuls de tensiune normalizat

n laboratoarele de ncercri de nalt tensiune se produc dou tipuri de

unde de impuls standard.

O und de impuls (oc) care modeleaz supratensiunile de origine

atmosferic (externe), numit i und de impuls "scurt" i o und de impuls care

modeleaz supratensiunile de comutaie (interne), numit i und de impuls

"lung".

Prin supratensiuni de natur atmosferic se neleg supratensiunile care

apar ntre faz i pmnt, sau ntre faze, ntr-un anumit punct al reelei i sunt

generate de descrcri electrice atmosferice i a cror form poate fi asimilat n

ceea ce privete coordonarea izolaiei, cu cea a undei de impuls normalizate

produs n laborator, de regul 1/50 s, 1,2/50 s, 1,5/50 s. n ara noastr s-a adoptat conform recomandrilor SR CEI 60071, unda 1,2/50 s. Aceste descrcri apar sub forma loviturilor directe de trsnet asupra liniilor i staiilor,

deci i asupra aparatelor de comutaie, descrcri n firul de gard, descrcri n

stlpi, descrcri indirecte, reflexii ale undelor cltoare, .a.. Supratensiunile de

acest tip sunt de obicei unidirecionale i de foarte scurt durat numindu-se i

supratensiuni externe.

Prin supratensiuni de comutaie se neleg supratensiunile care apar ntre

faz i pmnt, sau ntre faze, ntr-un anumit punct al unei reele, generate printr-

o comutaie sau un defect, i la care forma poate fi asimilat, n ceea ce privete

coordonarea izolaiei, cu unda de impuls normalizat pentru supratensiuni de

250

comutaie. Supratensiunile de acest tip sunt de obicei amortizate i de scurt

durat. n laboratoarele de ncercri aceste supratensiuni sunt modelate prin unde

de impuls lungi de regul de tipul: 60/4000 s, 1700/800 s i 250/2500 s. n ara noastr s-a adoptat unda standard 250/2500 s. Undele de impuls standard se caracterizeaz conform figurilor 6 a, b prin:

a) polaritate;

b) valoare de vrf sau valoare de vrf convenional;

c) durata convenional a frontului T1;

d) durata convenional a semiamplitudinii T2;

e) durata convenional pn la tiere Tt;

f) durata convenional a cderii de tensiune n cursul tierii.

Valoarea tensiunii de ncercare este valoarea sa de vrf.

Tolerane admise pentru parametrii tensiunii:

- la valoarea de vrf: +/- 3% ;

- la durata frontului: +/- 30% ;

- la durata semiamplitudinii: +/- 20% .

Se admit mici oscilaii ale tensiunii de impuls dac n regiunea crestei ele

nu depesc 5% din valoarea de vrf. Pe partea ascendent a frontului (sub 50%

din valoarea de creast) se pot admite oscilaii cu o amplitudine de 10% din

valoarea de vrf.

Tensiunea de impuls se produce cu un circuit (generatorul Marx) n care

mai multe condensatoare se ncarc n paralel de la o surs de curent continuu i

se descarc n serie ntr-un circuit care conine obiectul de ncercat, aa cum

rezult din figura 2. Forma undei se ajusteaz cu rezistenele i condensatoarele

din circuit, examinnd oscilogramele ei. Msurarea tensiunii se face cu un

divizor de tensiune i un oscilograf. Valoarea de vrf mai poate fi msurat i cu

un eclator cu sfere (SR EN 60060) sau un voltmetru de vrf.

251

Tensiunea de impuls aplicat va fi de ambele polariti (negativ i

pozitiv) i se aplic la obiectele nesusceptibile la degradare progresiv (aer,

sticl, porelan, etc) astfel:

a) ncercarea de inere la impuls

Se aplic 15 impulsuri de tensiune asupra obiectului de ncercat,

considernd rezultatul satisfctor dac numrul descrcrilor disruptive ntr-o

izolaie autoregeneratoare nu depete doi.

b) ncercarea la 100% amorsri

Se aplic 5 impulsuri la valoarea de vrf prescris; dac fiecare impuls

provoac o descrcare disruptiv, rezulatul este satisfctor; dac dou sau mai

multe impulsuri nu provoac descrcri, se aplic nc 10 impulsuri i rezultatul

este satisfctor numai dac toate provoac descrcri disruptive.

Rezultatele ncercrilor se trec n tabelul 2.

Tabelul 2: ncercarea la impuls de tensiune

Descrcarea

disruptiv

Obiectul de

ncercat

Tensiunea

nominal

SR CEI

60071

[kV]

Tensiunea

de ncercare

SR CEI

60071

[kV]

Tensiunea

de inere

[kVmax] Seria 1 Seria 2

c) Caracteristica tensiune-timp (volt-secund)

O alt ncercare care se face este aceea de a stabili caracteristica volt-

secund a obiectului de ncercat. Aceast ncercare poate fi efectuat n dou

variante; la durata constant a frontului i amplitudine variabil; la amplitudine

constant i durata frontului variabil.

252

Exemplu: S-a determinat caracteristica volt-secund folosindu-se ca obiect de ncercat un izolator suport de 10 kV, meninndu-se durata frontului constant i variind amplitudinea aa cum rezult din figura 7a. Ca und de impuls s-a folosit unda lung 250/2500 s, (pentru supratensiuni de comutaie). Rezultatele ncercrii s-au trecut n diagrama din fig. 7.b.

n figura 8.a, b, c, d, e, f sunt prezentate oscilogramele obinute dup cum

urmeaz:

n figura a, se prezint oscilograma undei de impuls standard 250/2500 s (scara timpului 500 s/div). n figura b, aceeai oscilogram (scara timpului 100 s/div). n figura c, ncercarea izolatorului cu und ttiat pe spate (timpul de tiere

280s). n figura d, ncercarea cu und tiat la 220 s. n figura e, ncercarea cu und tiat pe front la 120 s. n figura f, ncercarea cu und tiat pe front, la 60 s.

3.3. ncercarea la tensiune continu

Tensiunea continu se caracterizeaz prin:

a) polaritate;

b) valoare medie aritmetic;

c) valoare maxim;

d) ondulaie.

Ondulaia este oscilaia periodic suprapus mediei aritmetice i are

valoarea egal cu jumtatea diferenei dintre valoarea maxim i valoarea

minim a tensiunii. Factorul de ondulaie este raportul ntre valoarea ondulaiei i

media aritmetic a tensiunii i nu trebuie s depeasc 5%.

253

Tensiunea se produce cu ajutorul redresoarelor prevzute cu condensatoare

de filtraj, aa cum rezult din figura 3. Pentru msurare se folosete un divizor de

tensiune a crui eroare nu trebuie s depeasc 5%.

Tensiunea se aplic obiectului de ncercat cu o valoare iniial redus (chiar 0).

a) ncercarea de inere:

Tensiunea se va mri la valoarea prescris de standard pentru obiectul de

ncercat, se va menine la valoarea respectiv timp de 1 minut (sau alt ciclu

specificat) i se va reduce prin descrcarea condensatorului de filtrare, pe o

rezisten aleas corespunztor.

Rezultatul ncercrii este satisfctor dac nu se produce o descrcare

disruptiv pe obiectul de ncercat. Se va nota tensiunea atins n momentul

descrcrii disruptive. Rezultatele se vor trece n tabelul 3.

b) ncercarea la descrcare disruptiv:

Tensiunea de ncercare se va mri pn cnd se produce o descrcare

disruptiv pe obiectul de ncercat. Se va nota tensiunea n momentul descrcrii.

Rezultatele se vor trece n tabelul 3.

Tabelul 3: ncercarea la tensiune continu.

Obiectul

ncercat

Tensiunea

nominal

[kV]

Tensiunea de

inere [kV]

Tensiunea de

descrcare

disruptiv [kV]

Observaii

4. ntrebri

1. Care sunt ncercrile prescrise de standarde pentru verificarea nivelului de

izolaie a aparatelor de comutaie de nalt tensiune ?

2. n ce const utilitatea verificrilor la nalt tensiune a izolaiei echipamentului

electric?

3. Care sunt convertoarele utilizate la msurarea tensiunilor nalte ?

254

4. Ce surse se utilizeaz n tehnica ncercrilor de stabilitate dielectric ?

5. Cum se execut ncercarea la frecven industrial ?

6. Dup ce principiu funcioneaz generatorul de impuls de tensiune (gen.

Marx)?

7. Cum decurge ncercarea la impuls de tensiune?

8. Care este importana caracteristicii volt-secund n coordonarea izolaiei?

9. Care sunt parametrii i formele undelor de impuls de tensiune normalizate?

10. Ce echipamente se ncearc la tensiune continu?

5. Bibliografie

1. Hortopan, G.: Aparate electrice de comutaie, vol II, Editura tehnic,

Bucureti 1996.

2. Hortopan, G.: Tehnica impulsului n laboratorul de nalt tensiune. E.T.

Bucureti 1966.

3. Truc, V.: Aparate electrice i TTI - Partea a II-a. Solicitrile dielectrice ale

aparatelor de comutaie, Ed. IPB 1978.

4. SR EN 60060: ncercarea echipamentului electric la nalt tensiune.

5. SR EN 60060: Reele electrice peste 1 kV. Coordonarea izolaiei. Nivele de

izolaie i protecie.

6. SR EN 60060: ntreruptoare pentru tensiuni alternative peste 1 kV. Metode de

ncercare a proteciei.

7. SR EN 60060: Separatoare de curent alernativ pentru tensiuni de 1 kV i

peste 1kV. Condiii generale.

8. SR EN 60060: Separatoare de sarcin de interior de nalt tensiune. Condiii

generale.

9. SR CEI - Publicaia 60060. ncercri la nalt tensiune.

10. SR CEI - Publicaia 60071-1, Coordonarea izolaiei.

11. Hortopan, G., Hortopan V.: unturi i divizoare de tensiune. Bucureti, Ed.

Tehnic 1978.

255

Fig.1. Schema de principiu 100 kV; 50 Hz.

Fig.2. Generator de impuls de tensiune 400 kV; 5kJ.

a) schema de principiu; b) schema electric cu module

256

Fig.3. Schema electric a instalaiei de ncercare la tensiune continu 200 kV.

a) schema de principiu; b) schema de montaj n cascad

257

Fig.4. Umiditatea absolut a aerului n funcie de

temperatura rezervorului uscat i umed.

Fig. 5. Factorul de corecie al umiditii kh .

258

Fig.6a. Und de impuls standard pentru supratensiuni atmosferice 1.2/50s

Fig.6.b Und de impuls standard pentru supratensiuni de comutaie; 250/2500 s

259

Fig. 7.a. Cu referire la caracteristica volt-secund.

Fig.7.b. Caracteristica tensiune-timp (volt-secund)

pentru un izolator suport de 10kV.

260

Fig.8. ncercare cu und de impuls lung 250 / 2500 s.