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串联谐振交流耐压试验方法

发布时间:2021-08-11 01:48:31人气:

交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法,它对判断电气设备能否继续投入运行具有决定性的意义,也是保证设备绝缘水平,避免发生绝缘事故的重要手段。根据国内外交流耐压试验的经验,IEC和CIGRE推荐了XLPE电力电缆进行交流耐压试验的试验标准:

交流耐压试验标准
交流耐压试验标准
试验电压与k值
试验电压与k值
通过大量的试验和研究都证明了,对XLPE电力电缆进行类工频的交流耐压试验,即采用50Hz或者接近50Hz的正弦波交流,不存在试验机理的等效性问题,得到的试验电压波形与运行电压波形类似或者等同。1997年的CIGREWG 21.09工作组报告指出:30-300Hz的交流耐压试验与工频耐压试验的等效性良好,推荐作为XLPE电缆线路的现场交接预防性试验使用。与此同时,瑞士的Zangel教授也提出了一个的论证:在50-300Hz下的交流绝缘耐压试验中试品的电压分布与50Hz下的电压分布相同。目前使用串联谐振方法进行交流耐压试验主要有调感式和固感式两种方法。

1)调感型串联谐振耐压试验方法
调感式串联谐振耐压试验方法是在50Hz工频电压的基础上,通过调节可调电抗器使电路呈纯阻性产生谐振的原理进行耐压试验。多节电抗器可以并联也可以串联使用,满足不同电压和电流等级下谐振的需求。但是调感式串联谐振耐压方法具有很大的局限性,虽然理论上电抗器可以实现容量和体积的无限制放大,但是目前的工艺并不能满足这一点,所以调感式串联谐振耐压试验不能够完成现有公里级别的XLPE电缆的耐压试验要求。
   
2)固定电感并联工频谐振变压器试验方法
这种方法采用可调电感的工频谐振变压器配合固定电抗器进行谐振耐压试验,也属于固感式串联谐振耐压试验。典型接线图如下图所示:
固定电感并联工频谐振变压器接线图
固定电感并联工频谐振变压器接线图
图中1为自耦调压器,2为谐振调压器,L1,L2,L3一起组成电抗器。由固定电抗器提供补偿电流,补偿工频谐振变压器容量的不足。缺点是可移动性能不好,不便于进行野外耐压试验。
    
3)调频式串联谐振耐压试验方法
调频式串联谐振方法是利用RLC串联谐振电路发生谐振的时候可以在试品电缆上产生高于输入电压Q倍电压的原理来进行交流耐压试验的。调频式串联谐振装置原理图如图所示。
调频式串联谐振耐压试验装置示意图
调频式串联谐振耐压试验装置示意图
调频式串联谐振耐压试验是利用可调高压电抗器的电感与回路中试品电缆及分压电容发生谐振,由串联谐振变频器输出所需要的谐振频率,在电缆上产生谐振高压的原理研制而成的。典型的试验装置示意图如图所示,装置工作时候,首先由工频电压AC220V或者380V输入,经过隔离变压器进行隔离,防止谐振时高压回路发生击穿造成安全隐患。然后将电压信号输送到主控制器进行调理,滤去杂散谐波等,然后通过变频器和调压器协调动作输送出所需要的频率和电压信号。励磁变压器用于升高电压到合适的试验电压范围。通过高压电抗器和分压电容以及试品电缆组成的串联LC回路产生谐振,完成整个调频串联谐振的试验过程。同时分压电容器还担负着采集试品电缆电压信号的作用,并反馈到主控制器。

根据RLC串联谐振的原理,当RLC串联电路发生谐振的时候,整个电路呈现纯阻性的状态,并且阻值到达最小值,此时电路的容性阻抗和感性阻抗相等,电源提供的有功功率全部消耗在回路电阻上,试品电缆中的电场能量与高压电抗器中的电磁场能量互相补充。谐振回路中的无功功率全部由高压电抗器提供。此时,高压电抗器上的电压降和试品电缆上的电压降数值大小相等,相位相反。所以当回路中的电抗器和试品电缆确定以后,只需要调节回路中的电源频率就可以很容易的产生谐振。
RLC串联回路原理图
RLC串联回路原理图
当RLC回路发生串联谐振的时候,电路呈现纯阻性。回路中的电流:
公式1

电阻、高压电抗器、电缆上的电压分别为:
公式2
其中Q称为串联谐振电路的品质因数,其数值等于谐振时感抗或者容抗与电阻的比值:
公式3
由上述分析可知,当RLC串联电路发生谐振时,电路消耗的有功功率仅仅为回路总电阻上的功耗,所以试验装置电源仅需要提供很小的电压就可以在试品电缆上得到Q倍于输入电压的电压值,Q值可达20-80。可以极大的降低试验电源的容量,便于工业领域的实现。

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