MOEORW-WHVA45 VLF Hipot Test System: ปรัชญาการออกแบบและการวิเคราะห์เปรียบเทียบ

ในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาระบบไฟฟ้า การประเมินสภาพฉนวนของสายเคเบิลแรงดันปานกลาง-ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ แม้ว่ากำลัง-ความถี่ AC ที่ทนทานต่อแรงดันไฟฟ้าสามารถจำลองสภาวะการทำงานได้อย่างแท้จริง แต่ข้อจำกัดหลักคือความจุของอุปกรณ์จำนวนมหาศาลที่ต้องใช้ ตัวอย่างเช่น สายเคเบิล XLPE 35 kV ยาว 10 กม. ที่มีความจุประมาณ 1 µF เมื่อทดสอบที่ 50 Hz จะดึงกระแสการชาร์จหลายแอมแปร์หรือหลายสิบแอมแปร์ สิ่งนี้ต้องการ-หม้อแปลงทดสอบความจุสูงและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า ทำให้อุปกรณ์มีน้ำหนักมากและเทอะทะมาก และทำให้เกิดปัญหาอย่างมากใน-การขนส่งและการเชื่อมต่อที่ไซต์งาน

การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้า DC มีน้ำหนักเบา ต้นทุนต่ำ- และใช้งานง่าย และครั้งหนึ่งเคยเป็นแนวทางหลักสำหรับการทดสอบสายเคเบิลภาคสนาม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกการเสื่อมสภาพในสายเคเบิลหุ้มฉนวนโพลีเมอร์-มีความลึกมากขึ้น ข้อจำกัดของการทดสอบ DC จึงปรากฏชัด: ไฟฟ้าแรงสูง DC ทำให้เกิดการสะสมประจุพื้นที่ในฉนวน XLPE และ EPR ส่งเสริมการคายประจุบางส่วนและการเติบโตของต้นไม้ไฟฟ้า เร่งการเสื่อมสภาพของฉนวน และอาจทำให้เกิดปรากฏการณ์ "ผ่านการทดสอบแต่ล้มเหลวหลังจากการจ่ายพลังงานไม่นาน"

ขัดกับฉากหลังทางเทคนิคนี้อย่างยิ่งที่ MOEORW-WHVA45 ได้รับการพัฒนา ตามตรรกะการออกแบบของ "การแลกเปลี่ยนความถี่สำหรับความจุและการรวมฟังก์ชันเพื่อการวินิจฉัย" ทำให้เป็นโซลูชันการทดสอบภาคสนามที่สร้างสมดุลระหว่างความเท่าเทียมกัน ความปลอดภัย และความสะดวกในการพกพา

I. ปรัชญาการออกแบบหลัก

1.1 "ความถี่ในการแลกเปลี่ยนเพื่อกำลังการผลิต" – ความก้าวหน้าในการย่อขนาด

การออกแบบ MOEORW-WHVA45 เริ่มต้นจากความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับพฤติกรรมทางไฟฟ้าของโหลดแบบคาปาซิทีฟ ความจุไฟฟ้าแบบกระจายระหว่างตัวนำและเกราะโลหะของสายไฟทำให้เกิดกระแสไฟชาร์จที่เป็นสัดส่วนกับความถี่ทดสอบเมื่อความถี่ลดลงจาก 50 Hz เป็น 0.1 Hz กระแสไฟชาร์จจะลดลงประมาณ 500 เท่า และความจุเอาต์พุตที่ต้องการของแหล่งจ่ายไฟทดสอบจะลดลงด้วยปัจจัยเดียวกัน

*(หลักการโดยย่อ: กระแสชาร์จของตัวเก็บประจุ=2 × π × ความถี่ × ความจุ × แรงดันไฟฟ้า ยิ่งความถี่ต่ำ กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งน้อยลง)*

ประโยชน์ทางทฤษฎีคือการลดความสามารถในการจ่ายที่ต้องการลงอย่างมาก: กำลังไฟหลัก 220 V ธรรมดาเพียงพอต่อการขับเคลื่อนอุปกรณ์ ทำให้ไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟสูงสาม-เฟสสูง- และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ จากมุมมองทางวิศวกรรม ขนาดและน้ำหนักได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด: MOEORW-WHVA45 บรรจุอยู่ในเคส Peli 1430 (430 มม. × 240 มม. × 340 มม.) และมีน้ำหนักเพียง 22 กก. ทำให้สามารถ-พกพาคนเดียวได้อย่างแท้จริงและใช้งาน-ไซต์ได้ทันที จากมุมมองประสิทธิภาพในการทดสอบ การศึกษาจำนวนมากและมาตรฐานสากล (IEEE 400.2, DL/T 849.4-2004) ได้ยืนยันว่าการทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าไซนูซอยด์ 0.1 Hz ให้ความเทียบเท่าที่ดีกับการทดสอบ AC ความถี่กำลัง 50 Hz ในแง่ของการกระจายสนามไฟฟ้าภายในฉนวน ความร้อนที่สูญเสียจากอิเล็กทริก และการตรวจจับข้อบกพร่องของฉนวน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสร้างน้ำ

1.2 จาก "ผ่าน/ไม่ผ่าน" สู่การประเมินเชิงปริมาณ

คุณลักษณะการออกแบบหลักอีกประการหนึ่งของ MOEORW-WHVA45 คือการบูรณาการการทดสอบแรงดันไฟฟ้า VLF แบบไซนูซอยด์บริสุทธิ์เข้ากับการวัดค่าตัวประกอบการสูญเสียไดอิเล็กทริก (tanδ) โดยอัปเกรดอุปกรณ์จากเครื่องมือ "ผ่าน/ไม่ผ่าน" แบบไบนารีแบบดั้งเดิมไปเป็นระบบการประเมินสภาพฉนวนเชิงปริมาณ

การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าแบบทั่วไป (ไม่ว่าจะเป็นกำลัง-ความถี่ DC หรือ VLF ล้วนๆ) ถือเป็นการทดสอบ "ทั้งหมด-หรือ-ไม่มีเลย" โดยพื้นฐานแล้ว: ใช้แรงดันไฟฟ้า รอการพังหรือหมดเวลา- และให้ผลลัพธ์แบบไบนารี ผลลัพธ์ "ผ่าน/ไม่ผ่าน" ดังกล่าวไม่สามารถตอบคำถาม เช่น "อายุการใช้งานที่เหลืออยู่ในฉนวน" หรือ "อายุมากขึ้นแค่ไหน" ดังนั้นจึงให้คุณค่าที่จำกัดสำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์และการพัฒนากลยุทธ์การบำรุงรักษา

ปัจจัยการสูญเสียอิเล็กทริก (tanδ) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่สะท้อนถึงการกระจายพลังงานภายในภายในวัสดุฉนวน สำหรับสายเคเบิลที่แข็งแรง โดยทั่วไป tanδ จะต่ำมาก (ประมาณ 10⁻⁴) เมื่อการสร้างน้ำ ความชื้นเข้า หรือการเสื่อมสภาพจากความร้อนดำเนินไป ค่าการสูญเสียจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ระบบจะทำการทดสอบการไล่ระดับหลาย-โดยอัตโนมัติที่ระดับแรงดันไฟฟ้าสามระดับ: 0.5 U₀, 1.0 U₀ และ 1.5 U₀ ข้อมูลตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงตรรกะการตัดสิน:

ตัวอย่างผลการทดสอบทั่วไป

เกณฑ์การตัดสิน: หากค่า tanδ คงที่ตลอดระดับแรงดันไฟฟ้าและต่ำกว่าเกณฑ์ (โดยทั่วไปคือ 0.004) สายเคเบิลจะได้รับการจัดอันดับเป็น "ปกติ" หากค่าเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญตามแรงดันไฟฟ้าหรือเกินเกณฑ์ ระดับจะเป็น "ความสนใจ" หรือ "ผิดปกติ"

หลังจากการทดสอบ ระบบจะส่งออกอัตราความสมบูรณ์ของสายเคเบิลโดยตรง (ปกติ / ความสนใจ / ผิดปกติ) พร้อมกับการดำเนินการบำรุงรักษาที่แนะนำ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตัดสินใจทางวิศวกรรมได้โดยไม่ต้องมีความรู้ทางทฤษฎีอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการสูญเสียอิเล็กทริก

1.3 การบูรณาการทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด-

MOEORW-WHVA45 นำการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด-มาใช้โดยใช้เทคโนโลยีไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่ การแปลงความถี่ดิจิทัล และ-การรับ AD ความเร็วสูง เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิด VLF- ประเภทเก่าที่ใช้การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเชิงกลหรือการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า วิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด-ไม่เพียงแต่ขจัดความเสี่ยงต่อความล้มเหลว เช่น อายุของการสัมผัสทางกลและการสัมผัสที่ไม่ดี แต่ยังให้การสังเคราะห์รูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตคุณภาพสูง-อีกด้วย

แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตไซน์ซอยด์ 0.1 Hz มีความราบรื่น สมมาตร และมีความบิดเบือนต่ำ ข้อดีของคลื่นไซน์คุณภาพสูง-ได้แก่: ความเป็นเชิงเส้นที่ดี การบิดเบือนของรูปคลื่นเล็กน้อยภายใต้โหลดแบบคาปาซิทีฟ และความสม่ำเสมอในการวัดสูง ความเค้นของสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอ ใกล้กับสภาพการทำงานของ AC ไซน์ซอยด์จริงของสายเคเบิล และแหล่งกระตุ้นที่เสถียรสำหรับการวัด tanδ ในภายหลัง ทำให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำสูง นอกจากนี้ ระบบยังใช้การควบคุมป้อนกลับเชิงลบแบบลูปปิด-พร้อมการสุ่มตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าและกระแสโดยตรงบน-ด้านแรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งกำจัดผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นแบบคาปาซิทีฟ เอาต์พุตยังคงมีเสถียรภาพและควบคุมได้ไม่ว่าจะอยู่ภายใต้สภาวะโหลดไม่-หรือโหลดเต็ม- โดยไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความจุโหลด

ครั้งที่สอง เปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์อื่นๆ

(การเปรียบเทียบต่อไปนี้จัดทำขึ้นจากมุมมองทางวิศวกรรม-ภาคสนาม โดยมุ่งเน้นไปที่ความสมดุลระหว่างความสะดวกในการใช้งาน ความเทียบเท่าในการทดสอบ และความสามารถในการวินิจฉัย มากกว่าการเปรียบเทียบทางทฤษฎีที่ครอบคลุม)

2.1 VLF เทียบกับกำลัง-การทดสอบความทนทานต่อความถี่ AC

กำลัง{0}}ความถี่ AC (50/60 Hz) เป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการทดสอบสายเคเบิลในโรงงานและประเภทต่างๆ และจะจำลองสภาพการทำงานจริงได้ดีที่สุด อย่างไรก็ตาม อุปสรรคสำคัญสำหรับ-การใช้งานนอกสถานที่คือความต้องการความจุของอุปกรณ์ สำหรับสายเคเบิล XLPE ยาว 10 กม., 1 µF ที่กล่าวมาข้างต้น กระแสทดสอบ 50 Hz มีขนาดใหญ่ ซึ่งต้องใช้หม้อแปลงทดสอบความจุสูง- โดยปกติแล้วทั้งชุดจะมีน้ำหนักหลายร้อยกิโลกรัมหรือหลายตัน ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ขนย้ายและยกโดยเฉพาะ การปรับใช้ทำได้ยากมากในพื้นที่-พื้นที่จำกัดหรือ-พื้นที่ที่มีการจราจรจำกัด

ด้วยการลดความถี่ลงเหลือ 0.1 Hz ตามทฤษฎีแล้ว MOEORW-WHVA45 จึงต้องการความจุความถี่เพียงประมาณ 1/500 เท่านั้น- ไม่จำเป็นต้องมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหรือเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ และน้ำหนักรวม 22 กก. ทำให้สามารถใช้งานแบบพกพาได้อย่างแท้จริง แม้ว่าระยะเวลาการทดสอบจะค่อนข้างนานกว่า แต่ก็มีผลกระทบในทางปฏิบัติที่จำกัดสำหรับการทดสอบการใช้งานตามปกติและการทดสอบการบำรุงรักษาตามระยะเวลา

2.2 VLF เทียบกับการทดสอบความทนทานต่อ DC

อุปกรณ์ทดสอบความทนทานต่อกระแสตรงมีน้ำหนักเบา ราคาไม่แพง และใช้งานง่าย และครั้งหนึ่งเคยเป็นอุปกรณ์หลักในการทดสอบสายเคเบิลภาคสนาม อย่างไรก็ตาม ด้วยความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกการเสื่อมสภาพในฉนวนโพลีเมอร์ ข้อเสียของการทดสอบ DC จึงมีความชัดเจน: ไฟฟ้าแรงสูง DC ทำให้เกิดการสะสมประจุพื้นที่ในฉนวน XLPE และ EPR ทำให้เกิดการคายประจุบางส่วนและการเติบโตของต้นไม้ไฟฟ้า เร่งอายุของฉนวน และอาจทำให้สายเคเบิลเสียหายได้ไม่นานหลังจากที่ได้รับพลังงานใหม่- แม้จะผ่านการทดสอบ DC ก็ตาม

MOEORW-WHVA45 ผสมผสานความเครียดของ AC เข้ากับความถี่ต่ำพิเศษ-: โดยจะรักษาประโยชน์ของการกระตุ้นของ AC ในขณะเดียวกันก็ลดความต้องการความจุของแหล่งจ่ายไฟลงอย่างมาก ความเครียดที่เกิดขึ้นกับฉนวนที่มีอายุมากนั้นเพียงพอที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องที่สำคัญ แต่ยังเบาพอที่จะหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดความเสียหายเพิ่มเติม IEEE 400.2 แนะนำอย่างชัดเจนว่าการทดสอบ VLF AC เป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการวินิจฉัยการบำรุงรักษาภาคสนามของสายเคเบิลโพลีเมอร์

2.3 VLF เทียบกับการทดสอบความต้านทานแบบเรโซแนนซ์แบบอนุกรม

การทดสอบเรโซแนนซ์แบบซีรีส์ในทางทฤษฎีสามารถขับเคลื่อนโหลดแบบคาปาซิทีฟขนาดใหญ่โดยมีความจุของแหล่งจ่ายไฟค่อนข้างน้อย และสร้างความถี่ไฟฟ้าแรงสูงใกล้-กำลังไซน์ซอยด์- แรงดันสูง ทำให้เป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการทดสอบภาคสนามที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อความเท่าเทียมกันของความถี่- อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม ระบบรีโซแนนซ์อนุกรมจะต้องได้รับการปรับอย่างแม่นยำด้วยเครื่องปฏิกรณ์ที่ตรงกับความจุของสายเคเบิลที่ทดสอบ ระบบเดียวไม่สามารถครอบคลุมความยาวสายเคเบิลที่หลากหลายได้อย่างง่ายดาย และชุดทั้งชุด (กล่องควบคุม หม้อแปลงกระตุ้น เครื่องปฏิกรณ์แบบแปรผัน ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า ฯลฯ) ยังคงค่อนข้างหนักและซับซ้อนในการติดตั้ง

การออกแบบความถี่-อิเล็กทรอนิกส์คงที่-ทั้งหมดของ MOEORW-WHVA45 ครอบคลุมข้อกำหนดในการทดสอบตั้งแต่สิบเมตรถึงหลายกิโลเมตร (ความจุโหลดสูงสุด 5 µF) ด้วยเครื่องมือชิ้นเดียว ไม่จำเป็นต้องจับคู่หรือปรับแต่ง ไม่ต้องใช้อุปกรณ์เสริมภายนอกที่ซับซ้อน และขั้นตอนการทำงานก็ง่ายขึ้นอย่างมาก

ที่สาม ข้อจำกัดทั่วไปของการทดสอบ VLF

วิธีการทดสอบแต่ละวิธีมีขอบเขตการใช้งานของตัวเอง และการทดสอบ VLF ก็มีข้อจำกัดบางประการที่เหมือนกันกับผลิตภัณฑ์ดังกล่าวทั้งหมด

การเบี่ยงเบนความถี่จำกัด-การตรวจสอบสเปกตรัมเต็มการทดสอบ VLF (โดยทั่วไปคือ 0.1 Hz – 0.01 Hz) ไม่สามารถทดแทนการทดสอบความถี่ 50/60 Hz{4}} ได้อย่างสมบูรณ์ การกระจายความเค้นของสนามไฟฟ้าภายในและลักษณะการสูญเสียไดอิเล็กทริกจะแตกต่างกันไปตามความถี่ และข้อบกพร่องบางอย่างที่ปรากฏภายใต้สภาวะการทำงานของความถี่กำลัง-เท่านั้น อาจถูกปกปิดในระหว่างการทดสอบ 0.1 เฮิร์ตซ์ ซึ่งนำไปสู่ความเสี่ยงของผลลบลวง

ความลึกของการเจาะสัญญาณมีข้อจำกัดทางกายภาพสำหรับสายเคเบิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่-หรือฉนวนผนังหนา- สัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า VLF จะลดลงเมื่อมีการแพร่กระจาย ฉนวนด้านนอกอาจป้องกันชั้นใน และอาจพลาดข้อบกพร่องที่อยู่ลึกภายในฉนวนได้

ความไวต่อสภาพพื้นผิวเพิ่มภาระในการเตรียมสถานที่การทดสอบ VLF มีความไวต่อความชื้นบนพื้นผิว การปนเปื้อน ฯลฯ สารมลพิษบนพื้นผิวอาจทำให้เกิดกระแสรั่วไหลเพิ่มขึ้นหรือรบกวนการปล่อยประจุบางส่วน ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำของผลการทดสอบ การทำความสะอาดพื้นผิวอย่างทั่วถึงอาจไม่ใช่ทางเลือกที่เป็นประโยชน์เสมอไปภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ระยะเวลาการทดสอบที่ยาวนานส่งผลต่อช่วงการบำรุงรักษาเนื่องจากความถี่ในการทดสอบต่ำมาก การทำรอบการทดสอบทั้งหมดจึงใช้เวลานานมาก (การทดสอบการสูญเสียอิเล็กทริกโดยทั่วไปจะใช้เวลาประมาณ 3.5 นาที การทดสอบการทนต่อแรงดันไฟฟ้าอาจใช้เวลานาน 15 ถึง 60 นาที) ในสถานการณ์ที่ต้องแก้ไขปัญหาอย่างรวดเร็วหรือการซ่อมแซมฉุกเฉิน รอบการทดสอบที่ยาวนานอาจทำให้อุปกรณ์หยุดทำงานนานขึ้น

เกณฑ์การวินิจฉัยต้องใช้บุคลากรที่ได้รับการฝึกอบรมแม้ว่าอุปกรณ์จะมีการประเมินอัตโนมัติ แต่การวัด tanδ และการตีความผลลัพธ์ยังคงต้องใช้พื้นฐานทางทฤษฎีและประสบการณ์ภาคสนามในระดับหนึ่ง สายเคเบิลประเภทต่างๆ และขั้นตอนการเสื่อมสภาพที่แตกต่างกันจะแสดงคุณลักษณะการสูญเสียอิเล็กทริกที่แตกต่างกัน และการใช้เกณฑ์การประเมินที่ถูกต้องยังคงต้องอาศัยวิจารณญาณของมืออาชีพ

IV. สรุปการออกแบบ

การออกแบบของ MOEORW-WHVA45 สร้างขึ้นจากมิติหลัก 3 มิติ:

มิติทางกายภาพ – ความก้าวหน้าโดยการแลกเปลี่ยนความถี่เป็นความจุด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของโหลดแบบคาปาซิทีฟและใช้การลดความถี่เพื่อลดความต้องการด้านความจุ ขนาดและน้ำหนักจึงลดลงอย่างมาก นี่คือการแปลหลักการทางกายภาพขั้นพื้นฐานทางวิศวกรรมที่สวยงาม

มิติการวินิจฉัย – จากไบนารีผ่าน/ไม่ผ่านไปจนถึงการประเมินเชิงปริมาณการอัปเกรดจากผลลัพธ์ "ผ่าน/ไม่ผ่าน" แบบธรรมดาเป็นการวัด tanδ แบบไล่ระดับสีสาม-ระดับ หมายความว่าผลการทดสอบไม่เพียงแต่ตอบว่า "ผ่านหรือไม่" แต่ยังรวมถึง "สภาพของฉนวนเป็นอย่างไร" โดยให้ข้อมูล-การสนับสนุนที่ขับเคลื่อนด้วยสภาพ-การบำรุงรักษาตามสภาพ

มิติทางวิศวกรรม – -การบูรณาการทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังสมัยใหม่เข้ามาแทนที่โซลูชันทางกล โดยให้เอาต์พุตไซน์ซอยด์ที่เสถียรและระบบอัตโนมัติในระดับสูง ซึ่งจะช่วยลดเกณฑ์ทางเทคนิคสำหรับผู้ปฏิบัติงานภาคสนามในขณะที่เพิ่มความน่าเชื่อถือในการทดสอบ

MOEORW-WHVA45 ได้รับการสนับสนุนจากมิติทั้งสามนี้ โดยมีความสมดุลระหว่างการพกพา ความสามารถในการวินิจฉัย และความเป็นมิตรในการปฏิบัติงานที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการทางวิศวกรรมภาคสนาม เป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานของการทดสอบการทำงานและการบำรุงรักษาตามระยะเวลา และยังให้เส้นทางทางเทคนิคสำหรับการประเมินสภาพของฉนวนที่ลึกยิ่งขึ้น โดยนำเสนอเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงและก้าวหน้า-สำหรับการจัดการสุขภาพสายไฟ