Nominale impulsbestendigheidsspanning (UIMP): Volledige technische handleiding

Een typisch 400V-verdeelpaneel werkt in werkelijkheid op slechts 400 volt. Desondanks specificeert elke stroomonderbreker op dat paneel spanningsbestendigheidswaarden die ogenschijnlijk absurd veel hoger liggen: Uimp 8 kV. Achtduizend volt – vermenigvuldigd met twintig – als een spanningsimpuls van 1.2 microseconden. Nee, dat is geen typfout. Het is in feite een tastbare, praktische constructie van onze elektrische systemen: de expliciete veranderingssnelheden die worden gegenereerd door blikseminslagen en schakelstoringen zijn zo snel en zo ernstig, dat de elektrische beveiliging op grote schaal hoger moet zijn dan die van normale bedrijfsspanningen, veilig voor de bedrijfsspanningen van hoogspanningsleidingen, kabelnetwerken en distributieapparatuur.

De nominale impulsweerstandsspanning (Uimp) verwijst naar de maximale elektrische spanning die elektrische apparatuur moet kunnen weerstaan ​​zonder isolatiebreuk en toch te voldoen aan de specificaties. Hiermee kunt u de apparatuur voor uw toepassing selecteren, van een 230V middenspanningsschakelaar voor woningen tot een 400 kV XLPE-transformator voor onderzeese toepassingen, zodat de gebruiker kan voldoen aan de definitie van de relevante norm. In elke geteste categorie van IEC-diëlektrische tests, van MDF-schakelinstallaties tot 765 kV XLPE/HV-kabelverbindingen, moet de apparatuur werken met een gedefinieerd impulsweerstandsspanningsprofiel. Als u in uw elektrisch ontwerp de exacte waarde van die definitie vastlegt en test, kunt u verwachten dat apparaten en apparatuur onmiddellijk uitvallen zodra de spanningspiek zich door uw installatie verspreidt.

Dit artikel is gespecialiseerd in een breed technisch overzicht – hoe IEC 60060-1 en IEC 60664-1 de impulsbestendigheidsspanningen voor isolatietesten definiëren, hoe IEC overspanningscategorieën en bijbehorende testgolfvormen specificeert, wat het verschil is tussen bliksemimpulstesten en schakelimpulstesten, en hoe een Marx-circuit een impulsgolfvorm genereert. We belichten de recente oorzaken van defecten aan elektrische producten en de moderne procedures van een laboratorium dat werkt volgens de IEC 60060-1-norm van 2025.

Wat is de nominale impulsweerstandsspanning (Uimp)?

Volgens IEC 60664-1 en bepaalde schakelapparatuurprotocollen is een nominale impulsbestendigheidsspanning (Uimp) gelijk aan de piekwaarde van een ongewenste spanningsimpuls met een voorgeschreven vorm en polariteit die een apparaat zou moeten kunnen weerstaan ​​zonder dat de isolatie bezwijkt, wanneer het wordt getest volgens de gespecificeerde methoden. Vier woorden in die formulering vatten de meeste implicaties samen: piek en voorgeschreven vorm.

De term Uimp wordt gegeven als piekspanning in kilovolt (kVp, niet RMS), niet als RMS-spanning. Een impuls van 8 kV betekent dat het elektrische object een enkele, momentane spanningspiek van 8000 volt moet kunnen weerstaan ​​– afgekort en zo beschreven, en niet in termen van gemiddelde RMS-spanning. Het verschil is verhelderend wanneer men de impulsweerstandsspanning vergelijkt met de bedrijfsspanning (Ue) of de isolatiespanning (Ui), die beide als RMS worden gespecificeerd.

De voorgeschreven vorm verwijst naar de bliksemimpulsgolfvorm (IEC 60060-2) gespecificeerd met een stijging van 1.2 microseconden tot een afname van 1.2 kV microseconden, als de golfvorm die getest moet worden. Daarentegen is een afname van vijftig microseconden tot de helft van de gehele impulsgolfvorm de door IEC gehanteerde standaardvorm voor elektrische impulsen.

Waarom zit Uimp ver boven de bedrijfsspanning?

Uimp is niet de spanning waarop de apparatuur normaal gesproken werkt. Transiënte overspanningen bij blikseminslag en schakeltransiënten treden op bij de systeempiek, 1 μs tot enkele milliseconden daaronder. Ze pieken ruim boven de nominale systeemspanning. Een 230 V-circuit dat wordt blootgesteld aan een blikseminslag in de buurt kan een transiënte piek van 4 kV of meer ervaren bij de aansluitklemmen van het verdeelbord – bijna 18 keer de nominale spanning. Normale isolatie, gedimensioneerd voor 230 V plus een veiligheidsmarge, is niet ontworpen om die momentane spanning op te vangen.

De IEC-spanningsclassificatiehiërarchie maakt dit expliciet:

• Ue (nominale bedrijfsspanning) - de normale systeemspanning, bijvoorbeeld 400 V. Dit is de spanning waarbij de apparatuur zijn nominale schakelfunctie uitvoert.
• Ui- (nominale isolatiespanning) de aanhoudende diëlektrische referentiespanning bij wisselstroom, bijvoorbeeld 690 V. Dit is de maximale spanning die de apparatuur kan weerstaan ​​(een referentiespanning voor duurtesten). De testspanning die wordt toegepast tijdens de diëlektrische test met netfrequentie gedurende 60 seconden.
• Uimp (Rated Impulse Withstand Voltage) - de tijdelijke piekspanning die de apparatuur moet kunnen weerstaan, bijvoorbeeld 8 kV. Dit wordt gevalideerd door de 1.2/50 μs impulsweerstandstest.

Het verschil in orde van grootte tussen Ui en Uimp is niet toevallig. Impulsbestendigheid heeft betrekking op het vermogen om de luchtspleet te weerstaan, en niet op het vermogen om de dikte van de isolatie te weerstaan. 3 mm lucht die onbeperkt 690 V wisselspanning kan weerstaan, kan al bij een piekspanning van 4,000 V doorslaan als de spleetgeometrie niet is ontworpen voor impulsen. Uimp beschrijft de tijdelijke spanning die de geometrie moet doorstaan. Ui beschrijft de aanhoudende spanning die de isolatie moet weerstaan. Geen van beide vervangt de ander.

Isolatiecoördinatie - gebruik de Uimp die overeenkomt met de transiënte belasting van de bouwplaats, namelijk IEC 60664-1 voor laagspanningsapparatuur en IEC 60071-1 voor transmissiesystemen. Beide normen koppelen het belastingniveau van de installatie aan de benodigde Uimp en verifiëren dit vervolgens met de klassieke impulsbestendigheidstest in IEC 60060-1.

IEC versus IEEE: Uimp, BIL en de normen die impulstesten reguleren

In internationale projecten worden twee termen gebruikt voor hetzelfde fenomeen: U imp in IEC-normen en BIL (Basic Impulse Level) in IEEE/Noord-Amerikaanse normen. Beide meten het vermogen van een apparaat om een ​​gedefinieerde bliksemimpuls van 1.2/50 μs te weerstaan. De fundamentele natuurkundige principes zijn hetzelfde; de ​​verschillen zitten in de testprocedures en de atmosferische correctie.

Het verschil in referentietemperatuur (20 °C voor IEC versus 30 °C voor IEEE) heeft daadwerkelijk praktische gevolgen. Atmosferische correctiefactoren schalen de toegepaste testspanning naar standaardomstandigheden wanneer de temperatuur, druk of luchtvochtigheid in het laboratorium afwijkt van de referentietemperatuur. Apparatuur die gevalideerd is bij een referentietemperatuur van 20 °C kan bij 30 °C iets andere correctiefactoren geven. Dit is een bron van ogenschijnlijke discrepantie bij de inkoop van componenten uit verschillende normregio's. Controleer bij internationale projecten welke norm van toepassing is en zorg ervoor dat de gegenereerde typekeuringsrapporten de juiste referentietemperatuur gebruiken.

De IEC-normhiërarchie voor impulsbestendigheid

Het U imp-beeld wordt geschetst door drie IEC-normen, die elk een andere laag van het systeem bestrijken:

• IEC 60664-1 (2020, Ed. 3) - isolatiecoördinatie voor apparatuur in laagspanningssystemen tot 1.000 V AC / 1500 V DC. Bevat de overspanningscategorieëntabellen die de systeemspanning en de installatiepositie koppelen aan de vereiste U-imp. Dit is de norm waarnaar de ontwerper van de apparatuur verwijst bij het kiezen van de U-imp voor een MCCB, klemmenblok of contactor.
• IEC 60060-1 (2025, 4e editie) – Testtechnieken voor hoogspanning, deel 1. Dit document beschrijft de 1.2/50 μs-golfvorm, toleranties en atmosferische correctiefactoren. Het stelt de slaag-/faalcriteria vast voor impulsbestendigheidstesten in het laboratorium. De vierde editie uit 2025 breidt het toepassingsgebied uit naar ultrahoogspanningsapparatuur en voegt expliciet digitale golfvormevaluatietechnieken toe. Dit is het document waarnaar een testlaboratorium verwijst bij het opstellen van de testprocedure.
• IEC 62271-100 (2021) – AC-stroomonderbrekers. Definieert de vereiste en aanbevolen nominale bliksemimpulsbestendigheidsspanningen. Voor apparatuur met een spanning hoger dan circa 72.5 kV zijn goedgekeurde schakelimpulstests vereist, samen met bliksemimpulstests.

Voor een gedetailleerde uitleg over bliksemstootbestendigheid in relatie tot hoogspanningsapparatuur van DEMIKS, zie: Een inleiding tot bliksemstootbestendigheidsspanning.

Overspanningscategorieën en Uimp-waarden per systeemspanning

IEC 60664-1 classificeert laagspanningsinstallaties in vier overspanningscategorieën (OVC I-IV) op basis van de locatie van de apparatuur ten opzichte van het voedingspunt. Apparatuur dichter bij de voeding ontvangt meer transiënte energie door blikseminslag en schakelmomenten – daarom wordt een hogere Uimp-waarde voorgeschreven. Diep in een beveiligde installatie komt de spanning pas voor na dempingsmechanismen zoals kabelimpedantie en overspanningsbeveiliging.

Bliksemafleiders en overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) vereisen vaak een overspanning tot 8 kV om voldoende marge in de apparatuur in te bouwen en rekening te houden met variaties bij leveranciers. Deze marge is vooral van belang voor verdeelborden, waar de veiligheidsschakelaars van de apparatuur naar een verdeelinrichting zijn aangesloten en een enkel verdeelbord vaak veel meer verspreide afnemers voedt dan een vergelijkbare OVC IV-configuratie.

Eisen voor middenspannings-UImf (IEC 62271-100)

Voor hoofdschakelinstallaties en hoofdvoedingsleidingen naar transformatoren kunnen middenspannings-MCCB's en schakelinstallaties worden gespecificeerd met een Uimp van 10-12 kV. Het specificeren van een industriële MCCB wordt over het algemeen geaccepteerd voor het hoge spanningsbereik; een Uimp van 8 kV of meer is gebruikelijk – boven de 4 kV-minimumspanning voor OVC III-apparatuur.

Voor schakelinstallaties en stroomonderbrekers vanaf 1 kV specificeert IEC 62271-100 de vereiste bliksemstootspanning (LIWV) als functie van de nominale spanning Ur. De waarden zijn gebaseerd op jarenlange praktijkgegevens en storingsstatistieken, waarbij elke spanningscategorie een onder- en bovengrens heeft:

Voor 11 kV-schakelinstallaties (de nominale spanningsklasse Ur=12 kV die gebruikelijk is in de distributienetwerken van het VK en het Gemenebest) is de LIWV-vereiste 75 kV. Dit betekent dat apparatuur met een nominale spanning van 12 kV een piekimpulstest van 75 kV moet doorstaan. Voor deze test moet een stroomonderbreker een enkele schakel- of bliksemimpuls kunnen weerstaan ​​die meer dan zes keer zo groot is als de nominale waarde. Hogere spanningen hebben een hogere verhouding, omdat fysiek grotere afstanden beter bestand zijn tegen spanningspieken.

Bliksemimpuls versus schakelimpuls: twee golfvormen, één doel

Naast impulstesten, de aanwezigheid van partiële ontlading Tijdens de typekeuring wordt de activiteit doorgaans gecontroleerd om vast te stellen of impulstesten isolatiespanningen onder de grens van de doorslagspanning hebben aangetoond.

In IEC 60060-1 worden twee vergelijkbare golfvormen gebruikt. Elk vertegenwoordigt een ander fysiek proces in het energiesysteem en elk is van toepassing op verschillende categorieën apparatuur. Het is een specificatiefout om de standaardgolfvorm te selecteren die niet van toepassing is op de testvereisten.

De bliksemimpuls (LI)-golfvorm modelleert de elektrische vorm van een spanningspiek die door bliksem wordt veroorzaakt: een snelle stijging naar een spanningsstap, gevolgd door een lange, dalende staart. Deze standaardgolfvorm is gedocumenteerd als 1.2/50 μs. Gezien de T1 = 1.2 μs (30%) fronttijd, kan de werkelijke golffrontmeting variëren van 0.84 μs tot 1.56 μs en toch slagen voor de test. De T2 = 50 μs (20%) tijd tot halvering van de spanning betekent dat een werkelijke tijd van 40-60 μs nog steeds voldoende is. Deze tests zijn vereist voor vrijwel alle hoogspanningscomponenten, van 400V vacuümschakelaars tot 765 kV transformatordoorvoeren.

Schakelimpulsen (SI) reproduceren tijdelijke overspanningsgebeurtenissen die het gevolg zijn van schakelingen in het elektriciteitsnet: het inschakelen van een lange hoogspanningsleiding, het onderbreken van een condensatorbank of het openen van een hoogspanningsschakelaar onder belasting. Al deze gebeurtenissen produceren een piek met een langere vertraging en een langere tijdsduur in vergelijking met de snelle, tijdelijke bliksemimpuls. Typische golfvorm voor schakelimpulsen: 250/2500 μs – fronttijd 250 μs (20%), tijd tot halvering 2,500 μs (60%). Omdat schakeltransiënten sterker kunnen variëren, worden bredere tolerantiebanden gebruikt voor de golfvorm van schakelimpulsen.

Boven een nominale spanning van ongeveer 72.5 kV schrijft IEC 62271-100 het gebruik van zowel bliksem- als schakelimpulsbestendigheidstesten voor. Dit lijkt tegenstrijdig: de doorslagspanning overschrijdt de bliksemimpuls bij lange externe luchtspleten (bovengrondse leidingen, buitenisolatoren, lange kruippaden op buitenapparatuur) wanneer deze wordt blootgesteld aan de langzamer oplopende schakelimpuls. Dit verklaart waarom lange luchtspleten – waar de ontlading zich pas na verloop van tijd volledig ontwikkelt – een lagere doorslagspanning hebben bij een langzamer oplopende schakelimpuls dan bij een bliksemimpuls. De 250/2500 μs golfvorm2 is geschikt voor deze test omdat deze de tijd simuleert die nodig is voor het volledige overgangsproces – terwijl de 1.2/50 μs golfvorm2 dat niet doet.

Hoe de impulsweerstandstest werkt: stap voor stap

Volgens IEC 60060-1 vereist de impulsbestendigheidstest – indien correct uitgevoerd – de combinatie van alle details van de bewijstest: bevestiging van de geldigheid van de golfvorm, de atmosferische correctie en de schotvolgorde.

Fase 1: Voorbereiding op de test

1. Kalibreer het meetsysteem. Het digitale meetsysteem en de spanningsdeler moeten vóór elke test op nauwkeurigheid worden gecontroleerd en opnieuw worden gekalibreerd volgens de IEC 60060-2-vereisten. Apparatuur die buiten de tolerantie valt, kan een storing maskeren of ongewenste afkeuringen veroorzaken.
2. Atmosferische correctie. IEC 60060-1 schrijft voor dat de temperatuur, druk en absolute luchtvochtigheid vóór elke testsessie moeten worden geregistreerd. Op basis van de atmosferische correctiefactor k kan de geprogrammeerde Uimp – vermenigvuldigd met k volgens de methoden van IEC 60060-2 – hoger zijn dan de werkelijke spanning die wordt gebruikt om de schoten af ​​te vuren. Dit kan een verschil van enkele procenten opleveren bij testen op grote hoogte of in vochtige omstandigheden.
3. Controleer het monster. Let op oppervlakteverontreiniging, vochtigheid en mechanische schade. Resultaten van verontreinigde monsters geven geen nauwkeurig beeld van het schokbestendigheidsvermogen van de apparatuur en kunnen leiden tot afkeuring.
4. Voer de controle van de golfvorm bij verlaagde spanning uit. Breng een impuls van 50-75% van de beoogde Uimp aan op het monster en registreer de T1- en T2-punten van de golfvorm (IEC 60060-1). Controleer of T1 binnen (1.2 μs 30%) en T2 binnen (50 μs 20%) van de verwachte waarde voor IEC 60060-1 ligt. Zodra de vormcontrole bij verlaagde spanning is bevestigd, verhoogt u de spanning naar het volledige niveau voor de volgende impulsen.

Fase 2: De testreeks voor het doorstaan ​​van de weerstand

Het basistestprotocol past een reeks impulsschoten toe op de aangewezen Uimp:

• Aantal pulsen: Het typische impulsbestendigheidsbereik bedraagt ​​normaal gesproken 15 impulspulsen per polariteit voor typekeuring, volgens de productnorm. Bij routinematige keuringen met een lagere spanning worden doorgaans minder pulsen gebruikt om de productconsistentie te waarborgen zonder het volledige typekeuringsprotocol te hoeven herhalen.
• Polariteitsvolgorde: Er worden positieve en negatieve impulsen toegepast. Sommige isolatiegeometrieën worden anders beïnvloed door de polariteit: bij een asymmetrisch elektrodesysteem dat bestand is tegen positieve impulsen van 75 kV, kunnen de negatieve impulsen een doorslag veroorzaken bij een lagere spanning.
• Tussenpoos tussen schoten: Een interval van minimaal 1 seconde tussen de schoten. De tijdelijke ionisatie in de luchtspleet zal dan immers door verval zijn afgenomen.
• Evaluatiecriteria: Ontwrichtend uniek, flashover of perforatie, kan een test uitlokken, zoals het einde van de lancering. de degradatie van het isolement kan worden overwogen als een degradatie van de test.

Gehakte golfimpulstesten

Naast de gespecificeerde volgolftesten vereisen sommige productnormen (meestal IEC 60076-4 voor vermogenstransformatoren en een reeks IEEE BIL-protocollen) ook een gehakte golftest. De golf stijgt tot een vooraf bepaald overspanningsniveau (meestal ongeveer 1.1-1.15 keer de piek van de volgolf), waarna een vonkbrug de golf "hakt", waardoor de spanning abrupt daalt gedurende een periode van 2-6 μs. De gehakte golfvorm legt een specifiek spanningspatroon op de wikkelingsisolatie, waardoor soms zwakke plekken aan het licht komen die minder duidelijk zichtbaar zijn bij de volgolftest.

Interwinding inspectie van de isolatieprestaties van motor- en transformatorwikkelingen, DEMIKS interturn impact withstand voltage tester Het introduceert een speciale impuls om schade aan de isolatie tussen windingen eerder aan het licht te brengen tijdens het testen van de wikkeling. Het werkt in combinatie met de algemene impulsbestendigheidstest op apparatuurniveau.

Binnenin de impulsspanningsgenerator: van Marx-schakeling tot meting

Een golfvorm van 1.2/50 μs bij testspanningen van 40 kV tot 7200 kV is onmogelijk rechtstreeks te produceren met één enkele hoogspanningsvoeding, ongeacht de schakelingsconfiguratie. De oplossing – die teruggaat tot de uitvinding in 1923 door Erwin Marx van de schakelingsconfiguratie die nog steeds dominant is in het ontwerp van conventionele impulsspanningsgeneratoren – is het opladen van een aantal condensatoren parallel en deze vervolgens in serie te ontladen via een cascade van vonkbruggen.

Hoe het Marx-circuit werkt

Een Marx-schakeling bestaat uit n identieke trappen. Elke trap heeft een condensator C, een laadweerstand en een vonkbrug. De gelijkspanningsbron laadt alle condensatoren tegelijkertijd op tot een spanning Vc tijdens de laadfase.

Bij het laden zorgen weerstanden ervoor dat alle elementen parallel geschakeld blijven, terwijl de fasen gescheiden zijn.

Wanneer de vonk de eerste vonkbrug ontsteekt, begint er een onmiddellijke kettingreactie; de ​​spanning op de eerste condensator telt op bij de reeds aanwezige lading op de tweede, waardoor er 2Vc over de tweede vonkbrug komt te staan. Dit zorgt ervoor dat de vonkbrug kortsluit en er een elektronenstroom op gang komt, doordat de derde condensator 3Vc ontvangt. Deze cascade gaat door alle n trappen in ns en de condensatoren zijn in feite in serie geschakeld, zodat de uitgangsspanning nVc bedraagt.

Golfvormvorming: weerstanden aan de voor- en achterkant

De vorm van 1.2/50 μs wordt bepaald door twee RC-netwerken buiten de Marx-bank:

• De frontweerstand (Rf) is de weerstand tussen de generator en het testobject. Dit element van het circuit is verantwoordelijk voor het regelen van de stijgtijd (T1). Het verhogen van Rf zal de front vertragen; het verlagen van Rf zal deze steiler maken.
• Staartweerstand (Rt) – parallel geschakeld met het testobject. Stelt de vervaltijd (T2) in. Hoe groter de waarde van Rt, hoe langer de vervaltijd.

De fabrikant van de generator kiest Rf- en Rt-waarden om de gewenste golfvorm te verkrijgen binnen de tolerantiebanden van IEC 60060-1. Variaties in de capaciteit van het testobject, bijvoorbeeld het testen van een kort stuk kabel in vergelijking met het testen van een grote transformatordoorvoer, zullen een andere effectieve golfvorm opleveren. Daarom moeten de voor- en achterweerstanden mogelijk nauwkeurig worden afgesteld om binnen de tolerantiebanden te blijven.

De meetketen

Het meten van een kortsluiting van honderd kilovolt, die enkele microseconden duurt, vereist een speciale meetketen met drie essentiële componenten:

1. Hoogspanningsimpulsverdeler – deelt de impulsspanning volgens een nauwkeurig bepaalde verhouding, bijvoorbeeld 1000:1 of hoger, zodat het meetinstrument een acceptabel signaalniveau ontvangt. DEMIKS AC/DC-spanningsdelers zijn verkrijgbaar in verhoudingen en met nauwkeurigheden zoals gespecificeerd in IEC 60060-2. Indien er voldoende bandbreedte beschikbaar is, reproduceert de deler het impulsfront nauwkeurig (bijv. 1.2 μs fronttijd).
2. Een verliesarme coaxkabel transporteert het geschaalde signaal van de uitgang van de spanningsdeler naar het meetinstrument zonder vervorming van de golfvorm. De lengte en impedantie van de kabel zijn afgestemd op de impedantie van de uitgang van de spanningsdeler.
3. Digitale impulsrecorder – legt golfvormen vast met een tijdresolutie van nanoseconden voor registratie en daaropvolgende analyse. IEEE Std 1122-2024 definieert nu de bandbreedte, bemonsteringsfrequentie en algehele nauwkeurigheid die een impulsrecorder moet hebben, zodat de gemeten impulsresultaten in geloofwaardige testrapporten kunnen worden gebruikt.

De combinatie van een gekalibreerde spanningsdeler en een digitale recorder met hoge bandbreedte heeft in het digitale tijdperk voor impulsmeetsystemen de analoge voltmeter vervangen als het door IEC 60060-1:2025 gemotiveerde standaardsysteem. De registratie van corona-ionisatieactiviteit naast de hoofdgolfvorm biedt aanvullend inzicht in de activiteit vóór de overslag.

Diëlektrische weerstand versus impulsweerstand: welke test bewijst wat?

Zowel de diëlektrische weerstandstest (hipot) als de impulsweerstandstest beoordelen de isolerende kwaliteit van een isolatiesysteem, maar ze passen de belasting op verschillende manieren toe, waardoor ze verschillende soorten defecten aan het licht brengen. Het verwarren van de twee leidt tot een ontwerp van apparatuur dat suboptimaal presteert in een of beide tests. Grondige kennis van wat elke test meet, is essentieel voor de ontwerpspecificaties en om te bepalen of een of beide tests cruciaal zijn.

Waarom het slagen voor de ene toets niet betekent dat je ook voor de andere slaagt.

De diëlektrische doorslagspanning is qua grootte vrijwel gelijk aan de Uimp-waarde voor laagspanningsapparatuur (ongeveer 2Ui + 1,000V, IEC 60947-1). Zo is de diëlektrische testspanning voor een MCCB met een Ui-waarde van 690V bijvoorbeeld ongeveer 2,380V wisselstroom; veel lager dan de piek-Uimp-waarde van 8,000V. De variatie in spanning betekent dat de twee tests compleet verschillende aspecten van de isolatieprestaties evalueren; de ene test de bulkisolatie tegen een langzaam toenemende spanning; de andere test de spelinggeometrie tijdens een momentane overschrijding.

Het feit dat apparatuur met een bepaalde luchtspleet een diëlektrische testspanning van 60 seconden doorstaat, betekent niet dat de apparatuur ook slaagt voor een Uimp-test van dezelfde omvang, zelfs als het isolatiesysteem hetzelfde is. Omgekeerd kan apparatuur met een ruime luchtspleet voor Uimp-testdoeleinden de diëlektrische test op netfrequentie niet doorstaan ​​als deze op een manier is vervuild die geen effect heeft op kortstondige impulsdoorslag; beide tests zijn nodig om de weerstand betrouwbaar vast te stellen.

Uitermate geschikt voor diëlektrische testen Tijdens de productielijn of inbedrijfstelling op locatie ondersteunen de netfrequentie-spanningsbestendigheidsapparaten van DEMIKS alle routinematige hoogspanningstesten, van productie tot inbedrijfstelling. Als hoge isolatieweerstandswaarden deel uitmaken van uw diëlektrische testen, raadpleeg dan onze handleiding: Inzicht in isolatieweerstandstesters.

Wat zijn de werkelijke oorzaken van mislukte impulstests en hoe moeten we de resultaten interpreteren?

Een mislukte impulstest is niet zomaar een pass/fail-gegeven, maar een diagnostisch signaal. Door de vier typische patronen van mislukte impulstesten in testlaboratoria en veldonderzoeken te kennen, wordt een afgekeurd exemplaar waardevolle informatie voor het ontwerp.

Storingsmodus 1: Oppervlakkige overslag

Oppervlakte-ontlading is de meest voorkomende oorzaak van een mislukte impulstest. In plaats van door de massieve isolatie heen te breken, volgt de spanning het pad van de minste weerstand over het oppervlak – langs een doorvoerbus, over een printplaat of rond de kruipafstand van de isolator. De resulterende vlamboog dooft wanneer de impuls afneemt en laat een spoor van koolstof achter op het oppervlak.

Er zijn drie hoofdoorzaken die kunnen leiden tot oppervlakte-doorslag: onvoldoende kruipafstand voor de mate van vervuiling en het spanningsniveau; oppervlakteverontreiniging door geleidend stof of een waterfilm; of een geometrische eigenschap die het elektrische veld concentreert langs een bepaalde rand of hoek van de isolator. Het vergroten van de kruipafstand, het aanbrengen van een beschermende coating of het aanpassen van de elektrodegeometrie verhelpt de meeste gevallen van oppervlakte-doorslag zonder het isolatiemateriaal van het component te verwijderen.

Storingsmodus 2: Doorboring van de bulkisolatie

Een perforatie treedt op wanneer de impulsspanning door het massieve isolatiemateriaal heen breekt en een permanent geleidend kanaal vormt. In tegenstelling tot oppervlakte-overslag is een perforatie onherstelbaar. Het testexemplaar is vernietigd en kan niet meer in gebruik worden genomen. Perforatiefouten bij of onder de nominale impulsspanning duiden erop dat het ontwerp niet voldoet aan de gepubliceerde specificaties – ofwel is de isolatiedikte onvoldoende, ofwel bevat het materiaal fabricagefouten zoals holtes, insluitingen of delaminaties.

Een lektest aan het einde van een impulstest wijst op een ontwerpfout, niet op een fabricagefout. Het ontwerp van de apparatuur moet worden herzien voordat de certificeringstests kunnen worden voortgezet.

Storingsmodus 3: Progressieve gedeeltelijke ontlading (sub-flashover-degradatie)

Interne, energiearme holtes, randen van ontladingselektroden of grensvlakken tussen isolatiematerialen veroorzaken geen onmiddellijke doorslag. In plaats daarvan ontstaat er progressieve schade door herhaalde ontladingen. partiële ontlading Activiteit als gevolg van meerdere oplopende impulsen die het isolatiemateriaal geleidelijk broos maken. Apparatuur kan de impulsbestendigheidstest bij de eerste toepassing doorstaan, maar de langetermijneffecten van partiële ontlading in resistieve isolatie zullen na langdurig gebruik leiden tot progressieve verslechtering – met name in installaties met frequente schakeltransiënten die de isolatie herhaaldelijk belasten op niveaus onder de impulsontladingsdrempel.

Analyse uitgevoerd bij CIGRE concludeert dat ruim 20% van de stroomonderbrekerstoringen bij bedrijfsspanningen te wijten is aan isolatieproblemen. Veel van deze storingen worden veroorzaakt door de cumulatieve schade als gevolg van partiële ontladingen, en niet door een enkele doorslag die de impulsweerstandstest zou hebben gedetecteerd. gedeeltelijke ontladingstest Parallel aan de impulstest tijdens de typekeuring zullen potentiële storingsmodi door partiële ontlading en hun voorlopers worden geïdentificeerd vóór de publicatiedatum – een niveau van inzicht dat het slaag-/faalcriterium alleen niet kan bieden.

Foutmodus 4: Verwarring tussen typekeuring en routinekeuring

Een ander falingsmechanisme is een inkoopfout in plaats van een daadwerkelijke fysieke storing – maar de gevolgen in de praktijk kunnen net zo kostbaar zijn. De Uimp-waarde op een specificatieblad van een apparaat is afgeleid van een typekeuring die door een erkend laboratorium op ontwerpmonsters is uitgevoerd. Normale productietests, die doorgaans op elk apparaat worden uitgevoerd, verifiëren de kwaliteit van de fabricage met een lagere spanning en een kortere testduur. Het is onjuist om een ​​routinematig testrapport alleen als bewijs te accepteren voor de bewezen Uimp-waarde van het apparaat: de routinematige tests tonen de uniformiteit van de productie binnen de fabriek aan, alleen de typekeuring toont de werkelijke impulsbestendigheid van het ontwerp aan.

Vervolgens is gebleken dat storingen in het veld na blikseminslag afkomstig waren van apparatuur waarbij bij de aanschaf alleen het standaard testrapport was gecontroleerd, en waarbij een dergelijk apparaat was geïnstalleerd in een overspanningscategorie waarvoor het volgens de Uimp-specificaties niet geschikt was – niet per ongeluk van de OEM, maar omdat de aanschafspecificaties geen onderscheid maakten tussen twee testniveaus.

De toekomst van impulstesten: IEC 60060-1:2025 en de veranderingen die daarin voorkomen.

De technologie voor impulstesten staat niet stil. De vierde editie van IEC 60060-1, die in 2025 verschijnt, en een nieuwe IEEE-standaard voor digitale recorders hebben beide al de tastbare veranderingen doorgevoerd die nu zichtbaar zijn in toonaangevende testlaboratoria.

IEC 60060-1:2025 (editie 4) — Drie wijzigingen die het vermelden waard zijn

• De norm is aangepast aan de behoefte aan toepassingen in het ultrahoogspanningsbereik (UHV). Editie 4 richt zich specifiek op apparatuur die wordt gebruikt bij spanningen van meer dan 1,000 kV wisselstroom of 1,500 kV gelijkstroom – een type apparatuur dat snel opkomt in de enorme nieuwe UHV-transmissiecorridors die zich over Azië en het Midden-Oosten verspreiden, en waar IEC-normen voorheen geen testmethode, maar wel testgemak boden. Impulse-laboratoria die UHV-apparatuurfabrikanten bedienen, beschikken nu over formele procedures in plaats van projectspecifieke compromissen te moeten sluiten.
• De nieuwe editie actualiseert de procedures voor golfvormverificatie. Bij de hoogste spanningsniveaus kan de belasting van de zeer hoge capaciteit in het testobject de golfvorm vervormen. generatorspanning golfvorm, die berekeningen voor de te meten parameters verstoort – de details over hoe dit op te lossen zijn, worden in de nieuwe editie verduidelijkt. Laboratoria die met enorme testobjecten aan vermogenstransformatoren werken, hadden in editie 3 een oplossing hiervoor ontwikkeld; de nieuwe editie beschrijft deze werkwijze.
• De toevoeging van een formele bijlage voor digitale golfvormanalyse. Editie 4 voegt een specifiek softwarematig raamwerk voor golfvormanalyse toe als aanvulling op de handmatige berekeningsmethoden in bijlage C van editie 3. Hiermee wordt formeel erkend dat digitale vergelijking – waarbij golfvormen bij verlaagde en volledige spanning automatisch worden vergeleken – nu de standaardanalysemethode is in plaats van een aanvullende aanpak.

IEEE Std 1122-2024 — Minimumnorm voor digitale recorders

Tegelijk met de IEC-update heeft IEEE Std 1122-2024 uitgegeven, waarin de operationele parameters – minimale bandbreedte, bemonsteringsfrequentie, dynamisch bereik en nauwkeurigheid – worden gespecificeerd die vereist zijn voor digitale recorders die worden gebruikt voor impulsspanning- en stroommetingen. Deze norm is nuttig omdat niet alle digitale oscilloscopen een voldoende brede bandbreedte of voldoende nauwkeurigheid hebben om te voldoen aan de front-time van 1.2 ms die is gespecificeerd in IEC 60060-1. Testlaboratoria en inkopers kunnen nu direct verwijzen naar IEEE Std 1122-2024 bij het aanvragen of beoordelen van digitale recorders voor impulsmetingen, in plaats van te vertrouwen op algemene bandbreedtespecificaties die mogelijk niet geschikt zijn voor impulsmetingen.

Automatisering en impulstesten op locatie

Twee langetermijntrends die van invloed zijn op de algemene toepassing van impulstesten zijn:

• Geautomatiseerde testplatforms integreren de aansturing van de impulsgenerator, het vastleggen van golfvormen, de berekening van een weerscorrectiefactor, de beslissing of een test geslaagd of mislukt is, en het genereren van een testrapport in één softwarepakket. Dit minimaliseert menselijke fouten in de testprocedure, versnelt de doorvoer van grote aantallen typeproeven en creëert een gestandaardiseerd rapport dat voldoet aan de documentatie-eisen van IEC 60060-1, zonder dat handmatige transcriptie nodig is.
• Het uitvoeren van draagbare impulstests op locatie voor distributienetapparatuur is mogelijk dankzij de inzet van miniatuur Marx-generatoren in het bereik van 100-500 kV. Recent onderzoek naar bliksemimpulstests op locatie voor schakelinstallaties in distributienetten toont aan dat de kalibratie van de testapparatuur niet in de fabriek van de fabrikant kan worden uitgevoerd, maar wel op locatie met fabriekskalibratie en testkwaliteit voor apparatuur die niet redelijkerwijs naar een centraal laboratorium kan worden vervoerd. Deze informatie is zeer relevant voor klanten van DEMIKS, die netbeheerders ondersteunen.

Veelgestelde vragen over de nominale impulsbestendigheidsspanning