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A operação segura dos transformadores exige não apenas que o desempenho do transformador atenda aos padrões nacionais e aos requisitos técnicos do usuário, mas também que a rigidez elétrica do isolamento do transformador atenda aos requisitos padrão. A resistência elétrica de um transformador é uma condição necessária para avaliar sua operação segura e confiável sob tensão normal de trabalho e condições anormais, e o teste de tensão suportável à frequência de energia é um dos testes. O teste de tensão suportável de frequência de potência de curto-tempo consiste em aplicar a tensão suportável nominal correspondente (valor efetivo) ao isolamento uma vez. Durante o teste de tensão suportável à frequência de potência, o enrolamento testado e seus terminais do transformador, bem como os componentes conectados a ele (como interruptores), são todos submetidos à mesma tensão de teste, enquanto o enrolamento não testado é curto-circuitado com o terra. Para transformadores totalmente isolados (ou seja, com o mesmo nível de isolamento no início e no final do enrolamento), o nível de isolamento da frequência industrial e o valor da tensão suportável à frequência industrial no início e no final do enrolamento são consistentes. Para transformadores isolados graduados (ou seja, com diferentes níveis de isolamento no início e no final do enrolamento), o valor de teste da tensão suportável à frequência industrial é consistente com o nível de isolamento da frequência industrial no final do enrolamento.
O objetivo do teste de tensão suportável à frequência industrial é avaliar a resistência do isolamento principal entre o enrolamento e o terra e entre os enrolamentos. Este objetivo pode ser totalmente alcançado para transformadores totalmente isolados, mas para transformadores isolados graduados, apenas a resistência do isolamento do enrolamento até a extremidade da forquilha de ferro e a resistência do isolamento da parte do enrolamento que leva ao terra podem ser avaliadas. Quanto à resistência de isolamento do enrolamento à terra e entre enrolamentos, não consegue atingir o objetivo de avaliação.
1. Equipamento experimental
O teste de tensão suportável de frequência de energia consiste principalmente em fonte de alimentação de teste, transformador de teste, equipamentos de medição e proteção. A fonte de alimentação deve ser ajustável no teste de tensão suportável de frequência de energia, o que pode ser alcançado por reguladores de tensão de autoacoplamento, reguladores de tensão de bobina de deslocamento, grupos geradores síncronos, etc. A capacidade de uma fonte de alimentação ajustável deve geralmente corresponder à capacidade do transformador de teste, exigindo que sua corrente de saída seja igual à corrente nominal no lado de baixa tensão do transformador de teste, e sua tensão de saída seja igual ou maior que a tensão nominal no lado de baixa tensão do transformador de teste.
O grupo gerador síncrono é uma fonte de energia ajustável ideal. Suas vantagens são frequência estável e boa forma de onda. Suas desvantagens são caro, grande área ocupada e alto ruído durante a operação. Durante o teste de tensão suportável à frequência de alimentação, devido à natureza capacitiva da carga, se a compensação não for boa ao utilizá-la como fonte de alimentação, muitas vezes ocorre autoexcitação.
Um autotransformador é uma fonte de alimentação variável que utiliza um contato deslizante para se mover ao longo do enrolamento. Sua regulação de tensão não é uniforme e é graduada, mas cada estágio é finamente dividido. Devido ao seu baixo preço, fácil portabilidade, baixa resistência a vazamentos, boa forma de onda e amplo uso. Porém, devido aos seus contatos deslizantes, sua capacidade é limitada, tornando-o adequado para regulação de tensão em transformadores de teste de pequena capacidade.
O princípio de regulação de tensão de um regulador de bobina é conectar dois enrolamentos com voltas iguais, mas direções de enrolamento opostas em série, e usar um enrolamento de-curto-circuito para cobrir os dois enrolamentos em série. O enrolamento-de curto-circuito pode se mover para cima e para baixo, regulando assim a tensão. Devido à ausência de contatos deslizantes no regulador da bobina de deslocamento, sua capacidade pode ser muito grande e pode ser usada para testar transformadores de maior capacidade. No entanto, devido à possível saturação do circuito magnético no núcleo de ferro do regulador da bobina de deslocamento, a forma de onda de saída de tensão pode ser fraca. Portanto, medidas devem ser tomadas de acordo com a situação real no momento da seleção.
O transformador de teste é um equipamento fundamental para gerar tensão de teste. Devido ao fato de o transformador testado se comportar como um capacitor puro durante o teste de tensão suportável à frequência de potência, o tamanho da capacitância da amostra de teste está intimamente relacionado à seleção da capacidade do transformador de teste. Durante o experimento, geralmente é necessário que a tensão nominal do lado de alta-tensão do transformador de teste seja ligeiramente superior à tensão de teste da amostra de teste e sua corrente nominal não seja inferior à corrente de capacitância máxima da amostra de teste. Dispositivos de medição e proteção são equipamentos essenciais para a realização de testes de tensão suportável à frequência de potência. Dispositivos de medição comuns incluem folga de esfera, voltímetro eletrostático, enrolamento de medição do transformador de teste, transformador de alta tensão e divisor de tensão capacitivo de frequência de energia. O método de medição comumente usado atualmente é usar um divisor de tensão capacitivo de frequência de energia conectado a um voltímetro de pico. Para evitar que sobrecorrente e sobretensão causadas pela quebra da amostra de teste causem danos indevidos ao equipamento de teste e à amostra de teste, certos métodos geralmente devem ser adotados para protegê-los durante o teste de tensão suportável de frequência de energia. Os métodos de proteção comuns incluem a inserção de um resistor com um determinado valor de resistência em série entre o transformador de teste e a amostra de teste, conectando o gap de proteção em paralelo com a amostra de teste e instalando dispositivos de proteção contra sobretensão e sobrecorrente no lado de baixa tensão do transformador de teste.
2. Questões a serem observadas no teste de resistência à tensão
Em primeiro lugar, se um grupo gerador for usado como fonte de energia para testes de resistência à tensão, atenção especial deverá ser dada ao fenômeno de autoexcitação do gerador. Antes do teste, a corrente de capacitância do sistema deve ser calculada com base na capacitância do transformador testado e um valor de reatância de compensação apropriado deve ser selecionado. Em segundo lugar, selecione o instrumento de medição apropriado que atenda aos requisitos de precisão com base no valor da tensão suportável da amostra de teste. Ao selecionar um divisor de tensão, deve-se prestar atenção aos requisitos de posicionamento do divisor de tensão, especialmente à seleção de instrumentos laterais de baixa-tensão. O medidor de pico utilizado para calibração não deve ser substituído por outros modelos de instrumentos. Caso contrário, afetará a relação do divisor de tensão e causará erros de medição significativos.
O resistor de proteção é usado para limitar a corrente de-curto-circuito quando o transformador testado quebra. Se o resistor de proteção não estiver conectado em série, será equivalente ao curto-circuito direto do transformador de teste em uma tensão de saída mais alta quando o transformador testado quebrar, o que gerará uma grande corrente de curto-circuito e causará danos ao transformador de teste. Ocorrerão oscilações perigosas no enrolamento de alta-tensão, resultando em sobretensão tanto na amostra de teste quanto no transformador de teste. Portanto, é muito necessário limitar a corrente de curto-circuito ao valor permitido, portanto, um resistor de proteção deve ser conectado, e seu valor de resistência é geralmente considerado como o limite-de corrente de curto-circuito dentro do nível permitido.