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Der sichere Betrieb von Transformatoren erfordert nicht nur, dass die Leistung des Transformators den nationalen Standards und technischen Anforderungen des Benutzers entspricht, sondern auch, dass die elektrische Isolationsfestigkeit des Transformators den Standardanforderungen entspricht. Die elektrische Festigkeit eines Transformators ist eine notwendige Voraussetzung für die Beurteilung seines sicheren und zuverlässigen Betriebs unter normaler Arbeitsspannung und anormalen Bedingungen, und der Netzfrequenz-Stehspannungstest ist einer dieser Tests. Bei der kurzzeitigen Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung wird einmalig die entsprechende Nenn-Stehspannung (Effektivwert) an die Isolierung angelegt. Bei der Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung werden die geprüfte Wicklung und ihre Zuleitungen des Transformators sowie die daran angeschlossenen Komponenten (z. B. Schalter) alle mit der gleichen Prüfspannung beaufschlagt, während die nicht geprüfte Wicklung gegen Erde kurzgeschlossen wird. Bei vollständig isolierten Transformatoren (d. h. mit dem gleichen Isolationsgrad am Anfang und am Ende der Wicklung) sind der Netzfrequenz-Isolationspegel und der Netzfrequenz-Stehspannungswert am Anfang und am Ende der Wicklung konsistent. Bei abgestuften isolierten Transformatoren (dh mit unterschiedlichen Isolationsniveaus am Anfang und Ende der Wicklung) stimmt der Prüfwert der Netzfrequenz-Stehspannung mit dem Netzfrequenz-Isolationsniveau am Ende der Wicklung überein.
Der Zweck der Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung besteht darin, die Hauptisolationsfestigkeit zwischen der Wicklung und der Erde sowie zwischen den Wicklungen zu beurteilen. Dieses Ziel kann bei vollständig isolierten Transformatoren vollständig erreicht werden, bei abgestuft isolierten Transformatoren kann jedoch nur die Isolationsfestigkeit der Wicklung zum Eisenjochende und die Isolationsfestigkeit der Wicklungsteilleitungen zur Erde beurteilt werden. Die Isolationsfestigkeit der Wicklung zur Erde und zwischen den Wicklungen kann das Bewertungsziel nicht erreichen.
1. Experimentelle Ausrüstung
Die Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung besteht hauptsächlich aus Prüfstromversorgung, Prüftransformator, Mess- und Schutzausrüstung. Das Netzteil sollte bei der Spannungsfestigkeitsprüfung der Netzfrequenz einstellbar sein, was durch selbstkoppelnde Spannungsregler, Schiebespulen-Spannungsregler, Synchrongeneratorsätze usw. erreicht werden kann. Die Kapazität eines einstellbaren Netzteils sollte im Allgemeinen der Kapazität des Prüftransformators entsprechen, sodass sein Ausgangsstrom gleich dem Nennstrom auf der Niederspannungsseite des Prüftransformators und seine Ausgangsspannung gleich oder größer als die Nennspannung auf der Niederspannungsseite des Prüftransformators sein muss.
Ein Synchrongeneratorsatz ist eine ideale einstellbare Stromquelle. Seine Vorteile sind eine stabile Frequenz und eine gute Wellenform. Seine Nachteile sind teuer, großer Platzbedarf und hohe Geräuschentwicklung im Betrieb. Bei der Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung kommt es aufgrund der kapazitiven Beschaffenheit der Last häufig zu Selbsterregung, wenn die Kompensation bei der Verwendung als Stromversorgung nicht gut ist.
Ein Spartransformator ist eine variable Stromversorgung, die sich mithilfe eines Schleifkontakts entlang der Wicklung bewegt. Seine Spannungsregelung ist nicht einheitlich und erfolgt abgestuft, sondern jede Stufe ist fein unterteilt. Aufgrund des niedrigen Preises, der einfachen Tragbarkeit, des geringen Leckwiderstands, der guten Wellenform und der breiten Einsatzmöglichkeiten. Aufgrund seiner Schleifkontakte ist seine Kapazität jedoch begrenzt, sodass es für die Spannungsregelung in Prüftransformatoren mit kleiner Kapazität geeignet ist.
Das Prinzip der Spannungsregelung eines Spulenreglers besteht darin, zwei Wicklungen mit gleichen Windungen, aber entgegengesetzter Wicklungsrichtung in Reihe zu schalten und eine Kurzschlusswicklung zu verwenden, um die beiden Wicklungen in Reihe zu schalten. Die Kurzschlusswicklung kann sich auf und ab bewegen und so die Spannung regulieren. Aufgrund des Fehlens von Schleifkontakten im Schiebespulenregler kann seine Kapazität sehr groß gemacht werden und kann zum Testen von Transformatoren mit größerer Kapazität verwendet werden. Aufgrund der möglichen Sättigung des Magnetkreises im Eisenkern des Schiebespulenreglers kann die Wellenform des Spannungsausgangs jedoch schlecht sein. Daher sollten bei der Auswahl Maßnahmen entsprechend der tatsächlichen Situation ergriffen werden.
Der Prüftransformator ist ein Schlüsselgerät zur Erzeugung der Prüfspannung. Da sich der geprüfte Transformator während der Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung wie ein reiner Kondensator verhält, hängt die Größe der Prüflingskapazität eng mit der Auswahl der Kapazität des Prüftransformators zusammen. Während des Experiments ist es im Allgemeinen erforderlich, dass die Nennspannung der Hochspannungsseite des Prüftransformators etwas höher ist als die Prüfspannung des Prüflings und sein Nennstrom nicht niedriger ist als der maximale Kapazitätsstrom des Prüflings. Mess- und Schutzgeräte sind wesentliche Geräte für die Durchführung von Spannungsfestigkeitsprüfungen. Zu den gängigen Messgeräten gehören Kugelspalt, elektrostatisches Voltmeter, Messwicklung des Prüftransformators, Hochspannungstransformator und kapazitiver Spannungsteiler für die Netzfrequenz. Die derzeit am häufigsten verwendete Messmethode ist die Verwendung eines kapazitiven Spannungsteilers für die Netzfrequenz, der an ein Spitzenvoltmeter angeschlossen ist. Um zu verhindern, dass Überströme und Überspannungen, die durch den Ausfall des Prüflings verursacht werden, übermäßige Schäden an der Prüfausrüstung und dem Prüfling verursachen, sollten im Allgemeinen bestimmte Methoden zu deren Schutz während der Netzfrequenz-Stehspannungsprüfung ergriffen werden. Zu den gängigen Schutzmethoden gehören das Einfügen eines Widerstands mit einem bestimmten Widerstandswert in Reihe zwischen dem Prüftransformator und dem Prüfling, das Parallelschalten des Schutzkugelspalts zum Prüfling und die Installation von Überspannungs- und Überstromschutzgeräten auf der Niederspannungsseite des Prüftransformators.
2. Bei der Spannungsfestigkeitsprüfung zu beachtende Probleme
Erstens: Wenn ein Generatorsatz als Stromquelle für Spannungsfestigkeitstests verwendet wird, sollte besonderes Augenmerk auf das Phänomen der Selbsterregung des Generators gelegt werden. Vor dem Test sollte der Kapazitätsstrom des Systems basierend auf der Kapazität des getesteten Transformators berechnet und ein geeigneter Kompensationsreaktanzwert ausgewählt werden. Zweitens wählen Sie basierend auf dem Spannungsfestigkeitswert des Prüflings das geeignete Messgerät aus, das die Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Bei der Auswahl eines Spannungsteilers sollte auf die Platzierungsanforderungen des Spannungsteilers geachtet werden, insbesondere auf die Auswahl niederspannungsseitiger Instrumente. Der zur Kalibrierung verwendete Peakmeter darf nicht durch andere Gerätemodelle ersetzt werden. Andernfalls wird das Spannungsteilerverhältnis beeinträchtigt und es kommt zu erheblichen Messfehlern.
Der Schutzwiderstand dient zur Begrenzung des Kurzschlussstroms bei Ausfall des geprüften Transformators. Wenn der Schutzwiderstand nicht in Reihe geschaltet ist, ist dies gleichbedeutend mit einem direkten Kurzschluss des Prüftransformators bei einer höheren Ausgangsspannung, wenn der geprüfte Transformator ausfällt, was einen großen Kurzschlussstrom erzeugt und zu Schäden am Prüftransformator führt. In der Hochspannungswicklung treten gefährliche Schwingungen auf, die zu Überspannungen sowohl am Prüfling als auch am Prüftransformator führen. Daher ist es unbedingt erforderlich, den Kurzschlussstrom auf den zulässigen Wert zu begrenzen. Daher muss ein Schutzwiderstand angeschlossen werden, und sein Widerstandswert wird im Allgemeinen als Kurzschlussstromgrenze innerhalb des zulässigen Werts verwendet.