MOEORW-سیستم تست هیپوت WHVA45 VLF: فلسفه طراحی و تحلیل مقایسه ای

در بهره برداری و نگهداری سیستم قدرت، ارزیابی وضعیت عایق کابل های{0} ولتاژ متوسط ​​برای اطمینان از قابلیت اطمینان منبع تغذیه بسیار مهم است. اگرچه آزمایش ولتاژ مقاومتی فرکانس AC توان-می تواند شرایط عملیاتی را واقعاً شبیه سازی کند، محدودیت اصلی آن ظرفیت عظیم تجهیزات مورد نیاز است. به عنوان مثال، یک کابل XLPE 35 کیلوولت 10 کیلومتری با ظرفیت تقریباً 1 µF، هنگامی که در فرکانس 50 هرتز آزمایش می‌شود، جریان شارژی چند آمپر یا حتی ده‌ها آمپر می‌کشد. این به یک ترانسفورماتور آزمایشی با ظرفیت بزرگ و تنظیم کننده ولتاژ نیاز دارد که تجهیزات را بسیار سنگین و حجیم می کند و مشکلات قابل توجهی در حمل و نقل و اتصال در سایت ایجاد می کند.

آزمایش ولتاژ مقاومت DC سبک، کم هزینه-و کارکرد ساده است و زمانی روش اصلی برای آزمایش کابل میدانی بود. با این حال، همانطور که درک مکانیسم‌های پیری در کابل‌های عایق‌شده پلیمری عمیق‌تر شده است، محدودیت‌های آزمایش DC آشکار شده‌اند: ولتاژ بالا DC باعث تجمع بار فضایی در عایق‌های XLPE و EPR می‌شود، تخلیه جزئی و رشد درخت الکتریکی را افزایش می‌دهد، سرعت عایق را تسریع می‌کند، و حتی می‌تواند باعث شود که پدیده پیری عایق سریع شود.

دقیقاً در برابر این پس زمینه فنی است که theMOEORW-WHVA45 توسعه یافته است. بر اساس منطق طراحی "تبادل فرکانس برای ظرفیت و یکپارچه سازی توابع برای تشخیص"، راه حل آزمایش میدانی را ارائه می دهد که معادل، ایمنی و قابلیت حمل را متعادل می کند.

I. فلسفه طراحی هسته

1.1 "فرکانس تبادل برای ظرفیت" - پیشرفتی در کوچک سازی

طراحی MOEORW-WHVA45 از درک عمیق رفتار الکتریکی بارهای خازنی شروع می شود. ظرفیت توزیع شده بین هادی و محافظ فلزی کابل برق باعث ایجاد جریان شارژی می شود که متناسب با فرکانس آزمایش است.هنگامی که فرکانس از 50 هرتز به 0.1 هرتز کاهش می یابد، جریان شارژ تقریباً 500 برابر کاهش می یابد و ظرفیت خروجی مورد نیاز منبع تغذیه آزمایشی نیز با همان ضریب کاهش می یابد.

*(اصل مختصر: جریان شارژ یک خازن=2 × π × فرکانس × ظرفیت × ولتاژ. هرچه فرکانس کمتر باشد، جریان کمتر است.)*

مزیت نظری کاهش قابل توجهی در ظرفیت تغذیه مورد نیاز است: برق معمولی 220 ولت برای به حرکت درآوردن تجهیزات کافی است و نیاز به منبع تغذیه سه فاز بالا- و تنظیم کننده ها یا راکتورهای ولتاژ بزرگ را از بین می برد. از منظر مهندسی، اندازه و وزن تا حد زیادی بهینه شده است: theMOEORW-WHVA45 در یک کیس Peli 1430 (430 میلی‌متر × 240 میلی‌متر × 340 میلی‌متر) قرار دارد و تنها 22 کیلوگرم وزن دارد، که واقعاً{11}قابلیت حمل{112} یک نفره{112} در سایت{112} قابل حمل{112} است. از نقطه نظر اثربخشی تست، مطالعات متعدد و استانداردهای بین‌المللی (IEEE 400.2، DL/T 849.4{18}}2004) تأیید کرده‌اند که تست مقاومت ولتاژ سینوسی 0.1 هرتز معادل خوبی با فرکانس توان-فرکانس 50 هرتز از نظر تشخیص اتلاف اتلاف در توزیع میدان الکتریکی و آزمایش‌های توزیع تلفات الکتریکی در داخل دستگاه فراهم می‌کند. عیوب، به ویژه درختکاری آب.

1.2 از "گذر/شکست" تا ارزیابی کمی

یکی دیگر از ویژگی‌های اصلی طراحی MOEORW-WHVA45، ادغام آزمایش ولتاژ مقاومتی VLF سینوسی خالص با اندازه‌گیری ضریب تلفات دی الکتریک (tanδ) است، که تجهیزات را از یک ابزار سنتی باینری «گذر/شکست» به یک سیستم ارزیابی کمی وضعیت عایق ارتقا می‌دهد.

تست‌های ولتاژ مقاومت معمولی (اعم از مقاومت-فرکانس، DC یا VLF خالص) اساساً آزمایش‌های "همه{-یا-هیچ‌چیز" هستند: اعمال ولتاژ، صبر کردن برای خرابی یا زمان پایان- و تولید یک نتیجه باینری. چنین نتیجه "عبور/ شکست" نمی تواند به سوالاتی مانند "میزان عمر در عایق باقی مانده است" یا "تا چه اندازه پیری پیشرفت کرده است" پاسخ دهد، بنابراین ارزش محدودی برای توسعه استراتژی نگهداری و تعمیر و نگهداری پیش بینی می کند.

ضریب تلفات دی الکتریک (tanδ) یک پارامتر کلیدی است که منعکس کننده اتلاف انرژی داخلی در مواد عایق است. برای یک کابل سالم، tanδ معمولاً بسیار کم است (حدود 10-4). با پیشرفت درختکاری آب، ورود رطوبت یا پیری حرارتی، ارزش تلفات به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

سیستم به طور خودکار آزمایش گرادیان چند سطحی را در سه سطح ولتاژ انجام می دهد: 0.5 U₀، 1.0 U₀ و 1.5 U₀. داده های مثال زیر منطق قضاوت را نشان می دهد:

نمونه نتایج آزمون معمولی

معیارهای قضاوت: اگر مقادیر tanδ در سراسر سطوح ولتاژ و زیر آستانه (معمولاً 0.004) پایدار باشد، کابل "نرمال" درجه بندی می شود. اگر مقادیر با ولتاژ به طور قابل توجهی افزایش یابند یا از آستانه تجاوز کنند، رتبه "توجه" یا "غیر طبیعی" است.

پس از آزمایش، سیستم به طور مستقیم یک رتبه بندی سلامت کابل (طبیعی / توجه / غیر طبیعی) را همراه با اقدامات توصیه شده برای تعمیر و نگهداری ارائه می دهد و به اپراتورها اجازه می دهد بدون دانش نظری عمیق در مورد تلفات دی الکتریک تصمیمات مهندسی بگیرند.

1.3 همه{1}}ادغام الکترونیکی

MOEORW-WHVA45 یک طراحی تماماً-الکترونیکی مبتنی بر فناوری میکروکنترلر مدرن، تبدیل فرکانس دیجیتال، و-دریافت AD با سرعت بالا اتخاذ می‌کند. در مقایسه با ژنراتورهای قدیمی‌تر-نوع VLF که بر افزایش ولتاژ مکانیکی یا نوسانات الکترومغناطیسی متکی هستند، رویکرد تمام{6}الکترونیکی نه تنها خطرات خرابی مانند قدیمی شدن تماس مکانیکی و تماس ضعیف را حذف می‌کند، بلکه به شکل موج ولتاژ خروجی با کیفیت- هم‌زمان بالا می‌رسد.

ولتاژ خروجی سینوسی 0.1 هرتز صاف، متقارن و دارای اعوجاج کم است. مزایای یک موج سینوسی با کیفیت بالا عبارتند از: خطی بودن خوب، اعوجاج شکل موج کوچک تحت بار خازنی، و ثبات اندازه گیری بالا. تنش میدان الکتریکی یکنواخت، نزدیکتر به شرایط عملیاتی AC سینوسی واقعی کابل. و یک منبع تحریک پایدار برای اندازه‌گیری tanδ بعدی، که دقت بالایی را تضمین می‌کند. علاوه بر این، سیستم از کنترل بازخورد منفی حلقه بسته با نمونه برداری ولتاژ و جریان مستقیماً در سمت ولتاژ بالا استفاده می کند و اثر افزایش ولتاژ خازنی را از بین می برد. خروجی چه در شرایط بدون بار و چه در شرایط بار کامل، بدون تغییر در ظرفیت بار، ثابت و قابل کنترل می ماند.

II. مقایسه با سایر محصولات

(مقایسه‌های زیر از منظر مهندسی میدانی-، با تمرکز بر تعادل بین راحتی استقرار، معادل‌سازی آزمون، و قابلیت تشخیصی، به جای مقایسه نظری جامع، انجام شده‌اند.)

2.1 VLF در مقابل قدرت-تست مقاومت فرکانس AC

فرکانس برق{0}AC (50/60 هرتز) روش استاندارد برای تست کارخانه و نوع کابل ها است و شرایط واقعی عملیاتی را به بهترین شکل شبیه سازی می کند. با این حال، مانع اصلی برای برنامه{4} در سایت، ظرفیت تجهیزات مورد نیاز است. برای کابل XLPE 10 کیلومتری فوق 1 µF، جریان آزمایشی 50 هرتز زیاد است و به یک ترانسفورماتور آزمایشی با ظرفیت بزرگ نیاز دارد. مجموعه کامل معمولاً صدها کیلوگرم یا حتی چندین تن وزن دارد و به تجهیزات حمل و نقل و بلند کردن اختصاصی نیاز دارد. استقرار در مکان‌های میدانی{12}}محدود یا ترافیکی{13}} بسیار دشوار است.

با کاهش فرکانس به 0.1 هرتز، MOEORW-WHVA45 از نظر تئوری تنها به حدود 1/500 توان- ظرفیت فرکانس نیاز دارد. هیچ تنظیم کننده یا راکتور ولتاژ بزرگی مورد نیاز نیست و وزن کل 22 کیلوگرمی به استقرار قابل حمل واقعی دست می یابد. اگرچه مدت زمان آزمایش نسبتاً طولانی‌تر است، اما این تأثیر عملی محدودی برای آزمایش‌های معمول راه‌اندازی و تعمیر و نگهداری دوره‌ای دارد.

2.2 VLF در مقابل تست مقاومت DC

تجهیزات تست مقاومت DC سبک وزن، ارزان و ساده برای کار است و زمانی اصلی ترین آزمایش کابل میدانی بود. با این حال، با درک عمیق‌تر مکانیسم‌های پیری در عایق‌های پلیمری، مضرات آزمایش DC مشخص شده‌اند: ولتاژ بالا DC باعث تجمع بار فضایی در عایق‌های XLPE و EPR می‌شود، باعث تخلیه جزئی و رشد درخت الکتریکی می‌شود، پیری عایق را تسریع می‌کند، و حتی ممکن است باعث شود کابل در مدت کوتاهی پس از گذراندن دوباره تست شود{1}.

TheMOEORW-WHVA45 تنش AC را با فرکانس فوق‌العاده-کم ترکیب می‌کند: مزایای تحریک AC را حفظ می‌کند و در عین حال ظرفیت منبع تغذیه را به شدت کاهش می‌دهد. فشار وارد شده به عایق قدیمی برای آشکار کردن عیوب اصلی کافی است، اما به اندازه کافی ملایم است تا از ایجاد آسیب اضافی جلوگیری شود. IEEE 400.2 صراحتاً آزمایش VLF AC را به عنوان روش ترجیحی برای تشخیص تعمیر و نگهداری میدانی کابل‌های پلیمری توصیه می‌کند.

2.3 VLF در مقابل تست مقاومت رزونانس سری

آزمایش تشدید سری از نظر تئوری می‌تواند بار خازنی بزرگی را با ظرفیت منبع تغذیه نسبتاً کوچک هدایت کند و ولتاژ بالای فرکانس-قدرت سینوسی{1} تقریباً تولید کند، که آن را به روشی ایده‌آل برای آزمایش‌های میدانی با هدف قدرت-هم ارزی فرکانس تبدیل می‌کند. با این حال، در عمل مهندسی، یک سیستم تشدید سری باید دقیقاً با راکتوری مطابق با ظرفیت کابل تحت آزمایش تنظیم شود. یک سیستم واحد نمی تواند به راحتی طیف وسیعی از طول کابل را پوشش دهد، و مجموعه کامل (جعبه کنترل، ترانسفورماتور تحریک، راکتور متغیر، تقسیم کننده ولتاژ و غیره) هنوز بسیار سنگین و پیچیده است.

طراحی تماماً-الکترونیکی و فرکانس ثابت- MOEORW-WHVA45 نیازمندی‌های آزمایش از ده‌ها متر تا چندین کیلومتر (حداکثر ظرفیت بار 5 µF) را با یک دستگاه پوشش می‌دهد. هیچ تطبیق یا تنظیم مورد نیاز نیست، هیچ لوازم جانبی خارجی پیچیده ای مورد نیاز نیست، و روش کار بسیار ساده شده است.

III. محدودیت های عمومی تست VLF

هر روش آزمایشی دامنه کاربرد خود را دارد و آزمایش VLF دارای محدودیت‌های ذاتی مشترک برای همه این محصولات است.

انحراف فرکانس تأیید- طیف کامل را محدود می‌کند.آزمایش VLF (معمولاً 0.1 هرتز - 0.01 هرتز) نمی تواند به طور کامل جایگزین آزمایش فرکانس{4}} توان 50/60 هرتز شود. توزیع تنش میدان الکتریکی داخلی و ویژگی‌های تلفات دی الکتریک با فرکانس متفاوت است، و برخی از عیوب که فقط در شرایط عملکرد فرکانس{6} قدرت آشکار می‌شوند، ممکن است در طول آزمایش 0.1 هرتز پنهان شوند که منجر به خطر منفی کاذب می‌شود.

عمق نفوذ سیگنال دارای محدودیت های فیزیکی است.برای کابل‌های{0}}قطر بزرگ یا عایق{1} ضخیم دیوار، سیگنال موج الکترومغناطیسی VLF در حین انتشار ضعیف می‌شود. عایق بیرونی ممکن است از لایه‌های داخلی محافظت کند و نقص‌هایی که در اعماق عایق قرار دارند ممکن است نادیده گرفته شوند.

حساسیت شرایط سطح بار آماده سازی سایت را افزایش می دهد.تست VLF به رطوبت سطح، آلودگی و غیره حساس است. آلاینده های سطحی می توانند باعث افزایش جریان نشتی یا تداخل تخلیه جزئی شوند که بر دقت نتیجه آزمایش تأثیر می گذارد. تمیز کردن کامل سطوح همیشه یک گزینه عملی در شرایط سخت محیطی نیست.

مدت زمان طولانی آزمایش بر پنجره های تعمیر و نگهداری تأثیر می گذارد.به دلیل فرکانس تست بسیار پایین، تکمیل یک چرخه کامل تست زمان قابل توجهی می‌طلبد (یک آزمایش تلفات دی‌الکتریک معمولی حدود 3.5 دقیقه طول می‌کشد؛ تست‌های ولتاژ مقاومتی می‌تواند 15 تا 60 دقیقه طول بکشد). در سناریوهایی که نیاز به عیب یابی سریع یا تعمیر اضطراری دارند، چرخه طولانی آزمایش ممکن است زمان از کار افتادن تجهیزات را افزایش دهد.

آستانه تشخیص به پرسنل آموزش دیده نیاز دارد.اگرچه این تجهیزات ارزیابی خودکار را فراهم می کند، اندازه گیری tanδ و تفسیر نتیجه هنوز به سطح معینی از پیشینه نظری و تجربه میدانی نیاز دارد. انواع کابل های مختلف و مراحل مختلف پیری ویژگی های تلفات دی الکتریک متمایز را نشان می دهند و کاربرد صحیح معیارهای ارزیابی همچنان بر قضاوت حرفه ای متکی است.

IV. خلاصه طراحی

طراحی MOEORW-WHVA45 حول سه بعد اصلی ساخته شده است:

بعد فیزیکی - یک پیشرفت با تبادل فرکانس برای ظرفیت.با بهره برداری از ویژگی های بارهای خازنی و استفاده از کاهش فرکانس به عنوان وسیله ای برای کاهش ظرفیت مورد نیاز، اندازه و وزن به طور چشمگیری کاهش می یابد. این یک ترجمه مهندسی ظریف از یک اصل فیزیکی بنیادی است.

بعد تشخیصی - از گذر/شکست باینری تا ارزیابی کمی.ارتقاء از یک نتیجه ساده "گذر/شکست" به اندازه‌گیری گرادیان tanδ در سه سطح-به این معنی است که نتیجه آزمون نه تنها به "آیا می‌گذرد؟" بلکه "وضعیت عایق چیست؟"، ارائه پشتیبانی مبتنی بر داده برای نگهداری بر اساس شرایط-.

بعد مهندسی - همه-ادغام الکترونیکی.الکترونیک قدرت مدرن جایگزین راه حل های مکانیکی می شود و خروجی سینوسی پایدار و درجه بالایی از اتوماسیون را ارائه می دهد. این امر آستانه فنی را برای اپراتورهای میدانی کاهش می دهد و در عین حال قابلیت اطمینان تست را افزایش می دهد.

با پشتیبانی از این سه بعد، MOEORW-WHVA45 تعادلی را بین قابلیت حمل، قابلیت تشخیصی، و دوستی عملیاتی متناسب با نیازهای مهندسی میدان ایجاد می‌کند. الزامات اولیه آزمایش های راه اندازی و تعمیر و نگهداری دوره ای را برآورده می کند و همچنین یک مسیر فنی برای ارزیابی وضعیت عایق عمیق تر ارائه می دهد و ابزاری را ارائه می دهد که هم کاربردی و هم آینده-به دنبال مدیریت سلامت کابل برق است.