Prova d'impuls llamp d'un transformador de potència de 15 MVA

1. Introducció

Les proves d'impuls de llamps són una prova obligatòria de tipus dielèctric i de rutina que demostra que un transformador de potència pot suportar les pujades de tensió pronunciades i d'alta magnitud causades per cops de llamps i operacions de commutació en un sistema de transmissió aèria. Per a un transformador de potència de 15 MVA, el sistema d'aïllament s'ha de verificar amb el nivell d'impuls bàsic (BIL) especificat, que per a aquesta unitat és de 170 kV pic. Aquest article descriu la configuració de la prova, la forma d'ona aplicada, la interpretació dels oscil·logrames gravats i els criteris d'acceptació utilitzats per confirmar la integritat de l'aïllament del bobinat.

2. Valoració del transformador i voltatges de prova

El dispositiu que s'està provant és un transformador reductor trifàsic refrigerat per ONAN i submergit en oli. A continuació es resumeixen les dades clau de la placa d'identificació i les tensions de prova dielèctriques associades. El BIL de 170 kV s'aplica com a impuls de llamp d'ona completa, mentre que l'impuls de commutació i els valors de resistència a la freqüència de potència confirmen la coordinació global de l'aïllament.

Taula 1 - Classificació de la placa d'identificació i tensions de prova dielèctrica per al transformador de 15 MVA.

3. Objectius i normes aplicables

L'objectiu és demostrar que l'aïllament del transformador pot suportar el BIL especificat sense avaria, i detectar qualsevol debilitat interna de l'aïllament. La prova es realitza d'acord amb la norma IEC 60076-3 (Transformadors de potència - Nivells d'aïllament, assaigs dielèctrics) i IEC 60060-1 (Tècniques d'assaig d'alta tensió). Un sistema digital de mesura d'impulsos registra la tensió i el corrent transitori a través del neutre, produint els oscil·logrames utilitzats per a l'avaluació.

4. Prova de configuració i circuit

L'impuls el genera un generador Marx multietapa de 600 kV / 20 kJ i s'aplica al terminal d'alta tensió (HV). El neutre es posa a terra a través d'una derivació de corrent de baixa inductància i el bobinatge BT està curtcircuitat i posat a terra. Un divisor de tensió capacitiu amortit lliura el senyal de tensió a la gravadora digital. La disposició essencial és:

Generador d'impulsos: resistències de conformació de front d'ona Marx de 8 etapes que produeixen una ona estàndard d'1,2/50 µs.

Divisor de tensió: divisor amortit-capacitiu, calibrat segons IEC 60060-2.

Mesura de corrent: derivació de baixa inductància al neutre per a l'enregistrament de corrent transitori.

Enregistrament: gravadora digital, freqüència de mostreig superior o igual a 100 MS/s, per a una captura precisa en temps real.

Seqüència: una ona calibrada, després tres ones completes a 170 kV, polaritat negativa.

5. Forma d'ona d'impuls i paràmetres

L'impuls de llamp estàndard té un temps de front virtual d'1,2 µs i un temps fins a la meitat del valor de 50 µs (designat 1,2/50 µs). Els oscil·logrames registrats s'han d'analitzar pel valor màxim, el temps frontal i el temps fins a la meitat del valor. Les desviacions com ara un sobrepassament, una oscil·lació o una ona de cua distorsionada poden indicar una ressonància de bobinatge o una ruptura parcial.

Valor pic: 170 kV ± 3 % de tolerància permesa.

Temps frontal T1: 1,2 µs ± 30 %.

Temps fins a la meitat del valor T2: 50 µs ± 20 %.

Polaritat: negativa (tal com especifica la norma).

6. Interpretació dels Oscil·logrames

Els oscil·logrames són la prova principal de la integritat de l'aïllament. Un transformador saludable produeix una ona de tensió suau i d'un sol pic i una traça de corrent neutre corresponent que consisteix en un pic capacitiu inicial agut seguit d'oscil·lacions baixes i en decadència. La comparació es fa amb una ona de referència de tensió reduïda (normalment entre el 50 i el 75 % de la BIL completa). S'avaluen les signatures següents:

* Registre normal: forma d'ona sense canvis de referència; cap caiguda brusca de la tensió.

* Avaria de l'aïllament del bobinatge: caiguda sobtada de tensió o ona picada seguida d'un corrent sostingut elevat.

* Descàrrega parcial / falla gir a gir: distorsió de la cua i augment de l'oscil·lació d'alta freqüència.

* Ona desplaçada o amortida: possible fallada d'impedància en sèrie o en derivació; requereix investigació.

7. Criteris d'acceptació

La prova es considera reeixida quan les tres ones completes a 170 kV no mostren cap evidència de ruptura. Els oscil·logrames actuals han de ser idèntics en forma al registre de referència, a part de l'escalat d'amplitud esperat. Qualsevol canvi que superi la tolerància acústica, ja sigui en la traça de tensió o de corrent, requereix la repetició de la prova i, si es confirma, la inspecció interna del bobinat.

Les proves d'impuls de llamp a un BIL de 170 kV ofereixen una verificació decisiva de la força d'aïllament del transformador de 15 MVA. En combinar un control rigorós de la forma d'ona amb una anàlisi acurada dels oscil·logrames gravats, els fabricants i els serveis públics poden confirmar que el transformador suportarà de manera fiable les sobretensions de llamps en servei i complirà els requisits de la norma IEC 60076-3.