Wybór testera VLF w zależności od długości i pojemności kabla

Wybór testera VLF w zależności od długości i pojemności kabla

Większość zapytań dotyczących VLF zaczyna się tak samo: „Potrzebuję zestawu do kabla 15 kV”. Klasa napięcia to łatwe pytanie i nie decyduje o tym, czy test zostanie przeprowadzony. Dwa zasilacze 15 kV, jeden o długości 300 m i jeden o długości sześciu kilometrów, to nie ten sam test. Tym, co je odróżnia, jest pojemność, a pojemność uzyskujesz z długości.

Ten artykuł przedstawia zależność między długością, pojemnością a obciążeniem, które musi przenieść zestaw VLF, omawia dwa przykłady, a następnie omawia to, czego same liczby nie powiedzą. Jest to uwaga dotycząca wymiarowania, a nie katalog produktów.

Klasa napięcia określa, jak wysokie musi być napięcie testowe. Długość określa, ile ładunku musi przenieść zestaw, aby tam dotrzeć, a tym samym, ile prądu musi dostarczyć przy wybranej częstotliwości. Zestaw, który osiąga 35 kV na odcinku 400 m, może nie być w stanie osiągnąć tego samego napięcia na pięciu kilometrach tego samego kabla, ponieważ najpierw osiągnięty zostanie limit prądu.

Dlatego dwa instrumenty o tej samej znamionowej wartości napięcia mogą zachowywać się bardzo różnie w terenie, a liczba pojemności jest ważniejsza niż liczba kilovoltów na panelu przednim.

Wymiarowanie ma zatem pięć parametrów wejściowych, a nie jeden: wymagane napięcie testowe, wydajność prądowa i obciążeniowa zestawu, dostępne kroki częstotliwości, rzeczywista pojemność kabla oraz procedura testowa określająca napięcie, czas trwania i częstotliwość. Długość jest parametrem wejściowym, który wiąże dwa ostatnie.

Dla obciążenia pojemnościowego prąd przy częstotliwości testowej f wynosi:

Gdzie I to prąd, C to pojemność testowanego kabla (wszystkie fazy i akcesoria w zestawie), U to faktycznie zastosowane napięcie testowe, a f to częstotliwość testowa. Używaj spójnych jednostek: C w µF i U w kV dają I w mA z mnożnikiem 2πf.

Mnożnik dla każdej częstotliwości wynosi zatem:

Do tej zależności stosują się cztery warunki, które są ważniejsze niż sam wzór:

• Stan ustalony, sinusoidalny sygnał wyjściowy. Wyrażenie opisuje prąd pojemnościowy w stanie ustalonym. Nie opisuje fazy wzmocnienia, rozładowania ani zachowania przejściowego przy przebiciu.
• Pojemność traktowana jako stała. Pojemność nieznacznie zmienia się wraz z napięciem i temperaturą. Do celów wymiarowania wystarczająca jest wartość z karty katalogowej; w przypadku przypadków granicznych nie jest.
• Wartości szczytowe i RMS nie są wymienne. Normy zazwyczaj podają napięcie testowe jako wartość RMS, podczas gdy zestawy VLF są często określane w woltach szczytowych i miliamperach szczytowych. Konwersja między nimi za pomocą √2 jest ważna tylko dla przebiegu sinusoidalnego. Wyjścia VLF mają być bliskie sinusoidalnym, ale konwersję należy potwierdzić w specyfikacji zestawu i obowiązującej wersji normy, zamiast zakładać.

Ten ostatni punkt powoduje więcej błędów w wymiarowaniu niż cokolwiek innego. Zestaw „30 mA” i test „42 kV RMS” stają się porównywalne dopiero po wyrażeniu obu w ten sam sposób.

Pojemność kabla na fazę wynosi:

gdzie c to pojemność na fazę na kilometr z karty katalogowej producenta kabla, a L to długość trasy. Jako pierwszy szacunek, kable XLPE zazwyczaj mieszczą się w zakresie 0,2–0,35 µF/km na fazę dla konstrukcji trójżyłowych 10–15 kV i 0,15–0,25 µF/km na fazę dla konstrukcji jednożyłowych 35 kV. Konstrukcje z izolacją papierową w osłonie ołowianej są zazwyczaj wyższe, chociaż różnica zależy od konkretnego kabla. Te zakresy są tylko orientacyjne: konstrukcja, rozmiar przewodnika i grubość izolacji wpływają na wartość, dlatego nie należy ich traktować jako wartości projektowych. Obowiązuje karta katalogowa rzeczywistego kabla.

W praktyce zapomina się o trzech poprawkach:

• Fazy równoległe. Trzy fazy testowane razem przenoszą trzykrotnie większą pojemność niż jedna faza i pobierają trzykrotnie większy prąd.
• Akcesoria. Złącza, zakończenia i długie końcówki zapasowego kabla nawinięte na końcu dodają pojemności, a zapasowy kabel jest zazwyczaj tym elementem, którego nikt nie liczy.
• Pomiar jest lepszy od szacowania. Podczas testu wyświetlane są napięcie i prąd. C można obliczyć wstecznie z tej samej zależności i zachować jako zapis. W ciągu kilku przestojów jest to bardziej niezawodne niż jakakolwiek ogólna wartość na kilometr i sprawia, że następna decyzja o wymiarowaniu jest trywialna.

Poniższe napięcia testowe są założeniami używanymi do wizualizacji obliczeń. Nie są to zalecenia. Należy przyjąć rzeczywiste napięcie testowe, jego czas trwania i częstotliwość, przy której obowiązuje, z obowiązującej wersji normy lub specyfikacji dostawcy.

Przykład A — kabel 10 kV, napięcie testowe 26 kV RMS, 0,1 Hz

Przy 26 kV RMS odpowiadająca wartość szczytowa wynosi około 36,8 kV, więc prąd na mikrofarad wynosi około 0,628 * 36,8 ≈ 23 mA.

Przykład B — kabel 35 kV, napięcie testowe 42 kV RMS, 0,1 Hz

Przy 42 kV RMS wartość szczytowa wynosi około 59,4 kV, co daje około 37 mA na mikrofarad.

Odczytując w odniesieniu do zestawu o mocy znamionowej 30 mA szczytowo, praktyczne przesłanie jest zwięzłe: przy 0,1 Hz, około pięciu kilometrów kabla 10 kV lub czterech kilometrów kabla 35 kV to miejsce, w którym pojawia się limit prądu — a przejście na 0,05 Hz zmniejsza prąd o połowę, podwajając zasięg.

To jest sedno logiki wymiarowania: przy obciążeniu pojemnościowym, użyteczny zakres częstotliwości jest tak samo częścią specyfikacji, jak znamionowa wartość napięcia. Wysokonapięciowe źródło nie rośnie wraz z kablem — zamiast tego częstotliwość spada, pod warunkiem, że obowiązująca procedura testowa na to pozwala, a sprzęt to obsługuje.

Wymiarowanie jest konieczne, ale nie wystarczające. Pięć rzeczy wykracza poza wzór i regularnie decyduje o tym, czy zestaw jest użyteczny:

Waga i dostęp. Zestawy o wyższym napięciu składają się z więcej niż jednej jednostki. Instrument klasy 80 kV może być dostarczony jako dwa wzmacniacze połączone szeregowo plus oddzielny kontroler, podczas gdy niższe napięcia wymagają tylko jednego wzmacniacza. Jeśli kabel znajduje się w rozdzielni piwnicznej z wąskimi schodami, plan obsługi jest równie ważny jak mikrofarady.

Zasilanie terenowe. Zestawy te działają z jednofazowego zasilania sieciowego o napięciu około 220 V przy 50 Hz, dostępne są warianty 110 V / 60 Hz. W przypadku generatora zasilanie musi mieścić się w specyfikacji wejściowej zestawu i pozostawać stabilne, ponieważ niestabilne zasilanie wpływa na proces wzmocnienia.

Bardzo małe próbki. Problem odwrotny do długiego zasilacza: poniżej bardzo małej pojemności przebieg wyjściowy ulega pogorszeniu, a zwykłym rozwiązaniem jest podłączenie małego kondensatora równolegle, aby przywrócić czystą falę. Krótkie przewody fabryczne i krótkie uzwojenia silnika są typowymi przypadkami.

Czas trwania testu i okno przestoju. Czas trwania i krok napięcia są ustalane przez procedurę, którą stosujesz, a nie przez instrument. Potwierdź oba przed rezerwacją przestoju, ponieważ test 0,02 Hz na długim zasilaczu zajmuje obwód znacznie dłużej niż ten sam test przy 0,1 Hz.

Stan kabla. Wilgotny, stary lub wcześniej uszkodzony kabel może w ogóle nie przetrwać napięcia testowego. Jeśli obwód już uległ awarii, sekwencja zazwyczaj zaczyna się od lokalizacji uszkodzenia przed testem wytrzymałości. Jest to decyzja dotycząca zasobu, a nie instrumentu, i należy ją uwzględnić w planie testów przed zamówieniem zestawu.

• 1.Wymień każdy obwód w harmonogramie testów: klasa napięcia, konstrukcja, długość trasy, pojemność na kilometr oraz czy fazy będą testowane razem, czy osobno.
• 2.Przekształć każdy z nich na pojemność na fazę, uwzględniając akcesoria i wszelkie zapasowe kable.
• 3.Przyjmij napięcie testowe, czas trwania i częstotliwość z obowiązującej procedury.
• 4.Oblicz prąd przy tej częstotliwości, w tych samych jednostkach co znamionowa wartość zestawu, i porównaj z prądem wyjściowym zestawu — nie tylko z katalogową wartością pojemności.
• 5.Sprawdź ograniczenia fizyczne: liczbę jednostek, wagę, trasę dostępu, jakość zasilania i jak długo obwód będzie poza eksploatacją.

Jeśli krok 4 przekroczy limit, najpierw sprawdź, czy procedura dopuszcza niższy krok częstotliwości i czy zestaw obsługuje ten krok przy wymaganym napięciu. Częstotliwość można zmniejszyć tylko tam, gdzie norma, specyfikacja lub warunki sprzętowe na to pozwalają; w przeciwnym razie odpowiednim rozwiązaniem jest zestaw o większej zdolności obciążeniowej.

Klasa napięcia, konstrukcja kabla, długość trasy, pojemność na fazę i najwyższe napięcie testowe, które zamierzasz zastosować. Cztery z tych pięciu parametrów znajdują się na karcie katalogowej kabla; piąty jest w Twojej procedurze testowej. Dzięki tym liczbom dostawca może potwierdzić znamionową wartość napięcia, czy potrzebny jest jeden czy dwa wzmacniacze oraz które kroki częstotliwości obejmą cały harmonogram — zamiast cytować na podstawie klasy napięcia i mieć nadzieję, że zasilacze są krótkie.

Długość kabla decyduje o pojemności, pojemność o prądzie, a prąd przy danej częstotliwości decyduje o tym, czy dany zestaw może ukończyć test. Klasa napięcia określa tylko cel. Gdy ten porządek stanie się jasny, większość sporów dotyczących wymiarowania rozwiązuje się sama: pytanie przestaje być „ile kilovoltów”, a staje się „ile miliamperów przy jakiej częstotliwości, na jakich obwodach”.

XZH TEST buduje zestawy VLF AC hipot w szerokim zakresie napięć i obciążeń, w tym z konfiguracjami o stałej częstotliwości i konfiguracjami z automatycznym przemiataniem częstotliwości, i może potwierdzić konfigurację w odniesieniu do konkretnego harmonogramu testów. Jeśli masz listę kabli, pojemność na fazę i napięcie testowe, możemy sprawdzić dopasowanie przed wystawieniem zamówienia zakupu.