Tensiune nominală de rezistență la impuls (Uimp): Ghid complet de inginerie

Un panou de distribuție tipic de 400 V funcționează la doar 400 de volți. Cu toate acestea, fiecare întrerupător de circuit fixat pe acel panou specifică valori de rezistență la tensiune aparent absurd de mari: Uimp 8 kV. Opt mii de volți – înmulțit cu douăzeci – ca un impuls de tensiune de 1.2 microsecunde. Nu, nu este o greșeală de tipar. Este, de fapt, o construcție practică și tangibilă a sistemelor noastre electrice: ratele explicite de schimbare generate de fulgere și de situațiile de comutare sunt atât de rapide și atât de severe, încât protecția electrică generală trebuie să fie mai mare decât cea a nivelurilor normale de funcționare, sigură pentru tensiunile de funcționare ale liniilor electrice, rețelelor de cablu și echipamentelor de distribuție.

Tensiunea nominală de rezistență la impuls (Uimp) se referă la rezistența electrică maximă la care echipamentele electrice trebuie să reziste fără defecțiuni ale izolației și să îndeplinească în continuare specificațiile echipamentului. Aceasta vă permite să selectați echipamentul potrivit pentru aplicația dumneavoastră, de la un întrerupător de circuit de medie tensiune rezidențial de 230 V, la un transformator XLPE submarin de 400 kV, permițând utilizatorului să îndeplinească definiția standardului relevant. În fiecare categorie testată de teste dielectrice IEC, de la tablouri de distribuție MDF la locuri de îmbinare a cablurilor XLPE/HV de 765 kV, echipamentele trebuie să funcționeze în rest cu un profil de tensiune de rezistență la impuls definit. Dacă specificați în proiectul dumneavoastră electric și testați la nivelul precis al acestei definiții, așteptați-vă la defectarea aparatelor și a echipamentului imediat ce supratensiunea se propagă prin instalația dumneavoastră.

Acest articol se specializează în prezentarea generală tehnică generală – modul în care IEC 60060-1 și IEC 60664-1 definesc tensiunile de rezistență la impuls pentru testarea izolației, modul în care IEC specifică categoriile de supratensiune și forma de undă de testare corelată, ce diferențiază testarea la impuls de trăsnet de testarea la impuls de comutare, cum un circuit Marx creează o formă de undă de impuls. Evidențiem cauzele recente ale defecțiunilor produselor electrice și procedurile moderne ale unui laborator IEC 60060-1, ediția din 2025, emisă.

Ce este tensiunea nominală de rezistență la impuls (Uimp)?

Conform standardului IEC 60664-1 și anumitor protocoale de tablouri de distribuție, o tensiune nominală de ținere la impuls (Uimp) este echivalentă cu valoarea de vârf a unui impuls de tensiune obiectat, de formă și polaritate prescrise, pe care un echipament ar fi trebuit să-l aplice fără a deteriora izolația atunci când este testat conform metodelor specificate. Patru cuvinte din această formulare transmit majoritatea implicațiilor: vârf și formă prescrisă.

Valoarea de vârf Uimp este dată ca cantități de kilovolți vârf (kVp, nu RMS), nu tensiuni RMS. Un impuls de 8 kV înseamnă că obiectul electric trebuie să reziste la un vârf instantaneu individual de 8000 de volți - abreviat și descris astfel, și nu în termeni de tensiune RMS medie. Diferența este revelatoare atunci când se citează o tensiune de ținere la impuls în comparație cu tensiunea de funcționare (Ue) sau tensiunea de izolație (Ui), ambele specificate ca RMS.

Forma prescrisă se referă la forma de undă a impulsului de trăsnet (IEC 60060-2) specificată de la 1.2 microsecunde/creștere până la 1.2 kV microsecunde/descreștere, ca formă de undă la încercare prin. În timp ce cincizeci de microsecunde/descreștere până la jumătate din întreaga formă de undă a impulsului este IEC denumită forma standard a impulsului electric.

De ce Uimp se află mult peste tensiunea de funcționare

Uimp nu este o tensiune la care echipamentul funcționează în mod normal. Supratensiunea tranzitorie la trăsnet și tranzitorii de comutare se situează la vârful sistemului cu 1 μs până la câteva milisecunde mai jos. Acestea ating un vârf mult peste tensiunea nominală a sistemului. Un circuit de 230 V supus unei căderi de trăsnet în apropiere poate înregistra un vârf tranzitoriu de 4 kV sau mai mult la bornele tabloului de distribuție - de aproape 18 ori tensiunea nominală. Izolația normală de funcționare, dimensionată pentru 230 V plus marja de siguranță, nu este construită pentru a absorbi această solicitare instantanee.

Ierarhia tensiunilor nominale IEC explică acest lucru:

• Ue - (tensiune nominală de funcționare) - tensiunea normală a sistemului, de exemplu 400 V. Aceasta este tensiunea la care echipamentul își îndeplinește funcția nominală de comutare.
• Ui - (tensiune nominală de izolație) tensiunea dielectrică de referință susținută în curent alternativ, de exemplu 690 V. Aceasta este tensiunea maximă pe care echipamentul este proiectat să o suporte (o tensiune de referință pentru testele de anduranță). Tensiunea de testare aplicată pentru testul dielectric la frecvența industrială de 60 de secunde.
• Uimp - (tensiune nominală de rezistență la impuls) - vârful tranzitoriu la care echipamentul trebuie să reziste, de exemplu 8 kV. Acest lucru este validat prin testul de rezistență la impuls de 1.2/50 μs.

Ordinul de mărime dintre Ui și Uimp nu este întâmplător. Rezistența la impuls se referă la capacitatea de a rezista la spațiul liber - întrefierul - mai degrabă decât la capacitatea de a rezista la grosimea izolației. 3 mm de aer care pot rezista la 690 V AC pe termen nelimitat, se pot suprasolicita la un vârf de 4,000 V dacă geometria întrefierului nu a fost proiectată pentru impulsuri. Uimp descrie tensiunea tranzitorie la care geometria trebuie să reziste. Ui descrie tensiunea susținută pe care trebuie să o suporte izolația solidă. Niciuna nu o înlocuiește pe cealaltă.

Coordonarea izolației - utilizând Uimp care corespunde expunerii tranzitorii a șantierului de construcție, adică IEC 60664-1 pentru echipamente de joasă tensiune și IEC 60071-1 pentru sisteme de clasă de transmisie. Ambele standarde corelează nivelul de expunere al instalației cu Uimp necesar, apoi îl verifică prin testul clasic de tensiune de ținere la impuls din IEC 60060-1.

IEC vs IEEE: Uimp, BIL și standardele care guvernează testarea impulsurilor

În proiectele internaționale se întâlnesc doi termeni pentru același fenomen: U imp în standardele IEC și BIL (Basic Impulse Level - Nivel de impuls de bază) în standardele IEEE/nord-americane. Ambele măsoară capacitatea unui dispozitiv de la o lovitură la alta de a rezista la un impuls de trăsnet definit de 1.2/50 μs. Fizica fundamentală este aceeași; diferențele constau în procedurile de testare și corecția atmosferică.

Diferența de referință a temperaturii aerului (20°C pentru IEC vs. 30°C pentru IEEE) are efecte practice reale. Factorii de corecție atmosferică scalează tensiunea de testare aplicată la condiții standard atunci când temperatura, presiunea sau umiditatea din laborator sunt diferite de referință. Echipamentele validate la o referință de 20°C pot oferi factori de corecție ușor diferiți la 30°C. Aceasta este o sursă de discrepanță aparentă atunci când se aprovizionează cu componente în diferite regiuni de standardizare. În proiectele internaționale, confirmați ce standard se aplică și asigurați-vă că rapoartele de testare de tip generate au utilizat referința corectă.

Ierarhia standardelor IEC pentru tensiunea de rezistență la impuls

Imaginea U imp este prezentată conform a trei standarde IEC - fiecare acoperind un strat diferit al sistemului:

• IEC 60664-1 (2020, Ed. 3) - coordonarea izolației pentru echipamente din sistemele de joasă tensiune până la 1.000 V AC / 1500 V DC. Conține tabelele cu categoriile de supratensiune care leagă tensiunea sistemului și poziția de instalare de un U imp necesar. Acesta este standardul la care se referă proiectantul echipamentului atunci când alege U imp pentru un MCCB, un bloc terminal sau un contactor.
• IEC 60060-1 (2025, Ed. 4) – Tehnici de testare la înaltă tensiune, Partea 1. Documentează forma de undă de 1.2/50 μs, toleranțele și factorii de corecție atmosferică. Stabilește criteriile de acceptare/respingere pentru testarea de tip la rezistanță la impuls în laborator. A patra ediție din 2025 extinde domeniul de aplicare la echipamentele de ultra-înaltă tensiune și adaugă în mod explicit tehnici digitale de evaluare a formei de undă. Acesta este documentul la care un laborator de testare s-ar referi atunci când stabilește procedura de testare.
• IEC 62271-100 (2021) – Întrerupătoare de curent alternativ. Definește tensiunile nominale de rezistență la impuls de trăsnet necesare și recomandate. Pentru echipamentele mai mari de aproximativ 72.5 kV, sunt necesare teste de impuls de comutare aprobate, împreună cu testele de impuls de trăsnet.

Pentru a vizualiza o secțiune detaliată despre rezistența la impulsul de trăsnet în raport cu echipamentele de înaltă tensiune DEMIKS, consultați: Introducere în tensiunea de rezistență la impulsul de trăsnet.

Categorii de supratensiune și valori Uimp în funcție de tensiunea sistemului

IEC 60664-1 clasifică instalațiile de joasă tensiune în patru categorii de supratensiune (OVC I-IV) în funcție de locul în care este instalat echipamentul în raport cu punctul de intrare a alimentării. Echipamentele mai apropiate de sursă primesc o energie tranzitorie mai mare de la trăsnet și comutare - prin urmare, li se specifică un Uimp mai mare. În interiorul unei instalații securizate, tensiunea apare în spatele etapelor de atenuare, cum ar fi impedanța cablurilor și dispozitivele de protecție la supratensiune.

Descărcătoarele de trăsnet și Partea 2 – Dispozitive de protecție la supratensiune (SPD) – necesită adesea până la 8 kV Uimp pentru a construi o marjă adecvată pentru echipament și a permite variația în funcție de furnizor. Această marjă se aplică cel mai mult panourilor de distribuție – unde siguranța echipamentului se transferă la un dispozitiv de distribuție, iar un singur panou de distribuție alimentează adesea mult mai multe sarcini dispersate în aval decât configurația sa echivalentă OVC IV.

Cerințe Uimp de medie tensiune (IEC 62271-100)

Pentru tablourile principale de distribuție și alimentarea principală a transformatoarelor, întrerupătoarele automate de medie tensiune (MCCB) și tablourile de distribuție pot fi specificate la 10-12 kV Uimp. Specificarea unui MCCB de grad industrial este în general acceptată ca interval de înaltă tensiune, un Uimp de 8 kV sau mai mult este tradițional - dincolo de minimul de 4 kV pentru echipamentele OVC III:

Pentru tablouri de distribuție și întrerupătoare de circuit de la 1 kV în sus, IEC 62271-100 specifică tensiunea de ținere la impuls de trăsnet (LIWV) necesară în funcție de tensiunea nominală Ur. Valorile se bazează pe date de teren și statistici de defecțiune acumulate pe mai mulți ani, fiecare categorie de tensiune având limite inferioare și superioare:

Pentru tablourile de distribuție de 11 kV (clasa de tensiune nominală Ur=12 kV, comună în rețelele de distribuție din Regatul Unit și Commonwealth), cerința LIWV este de 75 kV. Aceasta înseamnă că echipamentele cu o tensiune nominală de 12 kV trebuie să treacă un test de impuls de vârf de 75 kV. Pentru acest test, un întrerupător de circuit trebuie să poată suporta un singur impuls de comutare sau de trăsnet de mai mult de șase ori valoarea nominală. Tensiunile mai mari au un raport mai mare, deoarece distanțe fizice mai mari sunt capabile să reziste mai bine la supratensiuni.

Impuls de fulger vs. impuls de comutare: două forme de undă, un singur scop

Pe lângă testarea la impuls, prezența activității de descărcare parțială în timpul testării de tip este de obicei verificată pentru a determina dacă testele la impuls au identificat solicitări de izolație sub conturnare.

Două forme de undă similare sunt utilizate în IEC 60060-1. Fiecare reprezintă un proces fizic diferit în sistemul energetic și fiecare se aplică unor categorii diferite de aparate. Selectarea formei de undă standard care este inaplicabilă cerințelor de testare reprezintă o eroare de specificație.

Forma de undă Impuls de fulger (LI) modelează forma electrică a unei supratensiuni provenite de la fulger: o creștere rapidă a tensiunii, urmată de o coadă lungă, descendentă. Această formă de undă standard este documentată ca fiind 1.2/50 μs. Având în vedere timpul frontului T1 = 1.2 μs (30%), măsurarea reală a frontului de undă poate fi între 0.84 μs și 1.56 μs și totuși testul trece. Timpul T2 = 50 μs (20%) până la jumătatea tensiunii înseamnă un timp real de 40–60 μs care totuși testează. Aceste teste sunt necesare pentru aproape toate articolele de înaltă tensiune, de la tablouri de distribuție în vid de 400V până la izolații izolatoare pentru transformatoare de 765 kV.

Impulsul de comutare (SI) reproduce evenimentele tranzitorii de supratensiune rezultate în urma comutării în rețeaua utilităților: energizarea unei linii lungi de transport al energiei electrice, întreruperea unei baterii de condensatoare sau deschiderea unui întrerupător de înaltă tensiune sub sarcină. Toate aceste evenimente produc un vârf de tensiune cu o întârziere mai lentă și o durată mai lungă în comparație cu impulsul de trăsnet tranzitoriu rapid. Formă de undă tipică pentru impulsul de comutare 250/2500 μs – timp de front 250 μs (20%), timp până la înjumătățire 2,500 s (60%). Deoarece tranzitorii de comutare pot varia mai mult, se utilizează benzi de toleranță mai largi pentru forma de undă a impulsului de comutare.

Peste o tensiune nominală de aproximativ 72.5 kV, IEC 62271-100 impune utilizarea atât a testelor de rezistență la impulsuri de trăsnet, cât și a celor de comutare, în general. Acest lucru pare invers: tensiunea de străpungere depășește Impulsul de trăsnet pentru spații în aer externe lungi (linii aeriene, izolatori de stâlpi de suprafață exterioară, căi lungi de conturnare pe aparatele exterioare) atunci când sunt supuse impulsului de comutare cu creștere mai lentă. Ceea ce explică de ce spațiile în aer lungi - unde propagarea descărcării necesită timp pentru a se dezvolta complet - au o tensiune de conturnare mai mică sub impulsuri de comutare mai lente decât Impulsul de trăsnet. Forma de undă2 de 250/2500 μs funcționează pentru această testare deoarece simulează timpul necesar pentru procesul complet de tranziție - în timp ce forma de undă2 de 1.2/50 μs nu.

Cum funcționează testul de tensiune de rezistență la impuls: pas cu pas

Conform standardului IEC 60060-1, testul de rezistență la impuls – dacă este efectuat corect – necesită combinarea tuturor detaliilor testului de verificare: confirmarea formei de undă, corecția atmosferică și secvența de declanșare pentru a fi valide.

Faza 1: Pregătirea pre-test

1. Calibrați sistemul de măsurare. Sistemul digital de măsurare și divizorul de tensiune trebuie verificate pentru acuratețe și recalibrate conform cerințelor IEC 60060-2 înainte de fiecare test. Echipamentele în afara toleranței pot masca defecțiuni sau pot cauza respingeri nedorite.
2. Corecție atmosferică. IEC 60060-1 impune înregistrarea temperaturii, presiunii și umidității absolute înainte de fiecare sesiune de testare. Pe baza raportului de corecție atmosferică k, Uimp programat – folosind metodele IEC 60060-2 pentru a înmulți cu k – poate fi mai mare decât tensiunea reală utilizată pentru a declanșa focurile. Rezultatul poate fi o diferență de câteva procente, atunci când se testează la altitudine mare sau în condiții de umiditate.
3. Verificați specimenul. Căutați contaminarea suprafeței, umezeala și deteriorarea mecanică. Rezultatele obținute prin utilizarea specimenelor contaminate nu reflectă cu exactitate capacitatea de rezistență la impuls a echipamentului și pot fi respinse.
4. Efectuați verificarea formei de undă la tensiune redusă. Aplicați specimenului un impuls de 50-75% din Uimp dorit și înregistrați punctele T1 și T2 ale formei de undă (IEC 60060-1). Confirmați că T1 se încadrează în (1.2 μs 30%) și T2 în (50 μs 20%) valoarea așteptată pentru IEC 60060-1. Odată ce verificarea formei este confirmată la tensiune redusă, creșteți la nivelul complet pentru impulsurile ulterioare.

Faza 2: Secvența testului de rezistență

Protocolul de testare de bază aplică o serie de impulsuri la Uimp desemnat:

• Număr de impulsuri: Intervalul tipic de rezistență la impuls este în mod normal de 15 impulsuri per polaritate pentru testarea tipului, conform instrucțiunilor standardului produsului. De obicei, testele de rutină la tensiune mai mică vor aplica mai puține impulsuri pentru a asigura consecvența produsului fără a reefectua protocolul complet de testare tip.
• Secvență de polaritate: Se aplică impulsuri pozitive și negative. Unele geometrii ale izolației sunt afectate diferit de polaritate: pentru un sistem de electrozi asimetrici care supraviețuiesc impulsurilor pozitive de 75 kV, cei negativi pot provoca o conturnare la o tensiune mai mică.
• Interval între lovituri: Un interval de cel puțin 1 secundă între lovituri. Deoarece ionizarea tranzitorie din spațiul de aer va fi diminuat prin descreștere până atunci.
• Criterii de evaluare: Descărcare disruptive unică, flashover sau perforare, pentru ocazionare un echecs lors du test, tel care define lors du lancement. toute dégradation d'isolement devra être considérer comme une dégradation du test.

Testarea impulsurilor cu unde tăiate

Pe lângă testele de undă completă specificate, unele standarde de produs (cel mai frecvent IEC 60076-4 pentru transformatoare de putere și o serie de protocoale IEEE BIL) necesită și un test de undă tăiată. Unda urcă până la un nivel de supratensiune predeterminat (de obicei aproximativ 1.1-1.15 din vârful undei complete), înainte ca o eclatoare să „tăiască” unda, reducând brusc tensiunea pe o perioadă de 2-6 μs. Forma de undă tăiată impune un model distinct de solicitare asupra izolației înfășurării, care uneori tinde să identifice zonele slabe mai puțin evidente față de forma de undă completă.

Inspecția între spire a performanței izolației la înfășurările motorului și transformatorului, testerul de tensiune de rezistență la impact între spire DEMIKS introduce un impuls special pentru a evidenția deteriorarea izolației între spire mai devreme în timpul testării înfășurărilor. Funcționează cu întregul test de rezistență la impuls la nivel de echipament în general.

În interiorul generatorului de tensiune impulsivă: De la circuitul Marx la măsurare

O formă de undă de 1.2/50 μs la tensiuni de testare de 40 kV - 7200 kV este imposibil de produs direct de la o singură sursă de alimentare de înaltă tensiune, indiferent de topologia circuitului. Răspunsul – care datează de la invenția din 1923 a lui Erwin Marx a topologiei circuitului care încă domină proiectarea convențională a generatoarelor de tensiune impulsivă – este de a încărca un număr de condensatoare în paralel, apoi de a le descărca în serie printr-o cascadă de eclatoare.

Cum funcționează circuitul Marx

Un circuit Marx este format din n etape identice. Fiecare etapă are un condensator C, o rezistență pentru încărcare și o eclatoare. Sursa de curent continuu de înaltă tensiune încarcă toate condensatoarele simultan la o tensiune de Vc în timpul fazei de încărcare.

În sarcini, rezistențele mențin toți membrii în paralel, având în același timp etapele separate.

Când declanșatorul aprinde eclatorul inițial, începe o reacție în lanț instantanee; tensiunea de pe primul condensator se adună cu sarcina existentă pe al doilea, plasând 2Vc pe eclatorul al doilea. Acest lucru provoacă scurtcircuitarea eclatorului și un flux de electroni pe măsură ce al treilea condensator primește 3Vc. Această cascadă curge prin toate cele n etape în ns, iar condensatoarele s-au combinat efectiv în serie astfel încât tensiunea de ieșire este nVc.

Modelarea formei de undă: Rezistoare frontale și posterioare

Forma de 1.2/50 μs este determinată de două rețele RC în afara băncii Marx:

• Rezistența frontală (Rf) este rezistența dintre generator și obiectul de testat. Acest element al circuitului este responsabil pentru controlul timpului de creștere (T1). Creșterea Rf va încetini frontul; scăderea Rf îl va accentua.
• Rezistență de coadă (Rt) – conectată în paralel cu obiectul testat. Setează timpul de descreștere (T2). Cu cât valoarea lui Rt este mai mare, cu atât mai mult timp este alocat descreșterii.

Producătorul generatorului alege valorile Rf și Rt pentru a obține forma de undă dorită în benzile de toleranță IEC 60060-1. Variațiile capacității obiectului testat, de exemplu, testarea unui cablu scurt, spre deosebire de testarea unei izolații izolatoare mari a transformatorului, vor da o formă de undă efectivă diferită, astfel încât rezistențele frontale/posterioare pot necesita reglaje fine și ajustări pentru a rămâne în benzi.

Lanțul de măsurare

Măsurarea unui defect de o sută de kilovolți, cu o durată de microsecunde, necesită un lanț de măsurare dedicat, format din trei componente esențiale:

1. Divizor de impulsuri de înaltă tensiune – împarte tensiunea de impuls conform unui raport determinat cu precizie, cum ar fi 1000:1 sau mai mare, astfel încât instrumentul de măsurare să detecteze o scală acceptabilă a semnalului. DEMIKS Divizoare de tensiune AC/DC sunt disponibile în rapoartele și la preciziile specificate pentru IEC 60060-2. Dacă este disponibilă o lățime de bandă suficientă, divizorul reproduce cu acuratețe frontul de undă al impulsului (de exemplu, timp de front de 1.2 μs).
2. Cablu coaxial cu pierderi reduse – transmite semnalul scalat de la ieșirea divizorului la instrumentul de înregistrare fără distorsiunea formei de undă. Lungimea și impedanța cablului sunt adaptate la impedanța ieșirii divizorului.
3. Înregistrator digital de impulsuri – capturează forme de undă la o rezoluție temporală de nanosecunde pentru înregistrare și analiza ulterioară a formei de undă. Standardul IEEE 1122-2024 definește acum lățimea de bandă, rata de eșantionare și precizia generală pe care trebuie să le utilizeze un înregistrator de impulsuri pentru ca rezultatele impulsurilor măsurate să fie utilizate în rapoarte de testare credibile.

Combinația dintre un divizor de tensiune calibrat și un înregistrator digital cu lățime de bandă mare a înlocuit, în era digitală, voltmetrul analogic pentru sistemele de măsurare a impulsurilor, ca sistem standard motivat de IEC 60060-1:2025, înregistrarea activității de ionizare corona alături de forma de undă principală oferind informații suplimentare asupra activității de pre-flashover.

Rezistență dielectrică vs. rezistență la impuls: ce test dovedește?

Atât testul de rezistență dielectrică (hipot), cât și testul de rezistență la impuls evaluează calitatea izolației unui sistem de izolație - dar aplică condiții de solicitare în moduri diferite, astfel încât identifică defecțiuni diferite. Confuzia celor două are ca rezultat o proiectare a echipamentelor suboptimă în oricare dintre teste sau în ambele; cunoașterea aprofundată a ceea ce se aplică fiecare test va informa, la rândul său, specificațiile de proiectare și dacă unul sau ambele teste sunt critice.

De ce promovarea unui test nu înseamnă promovarea celuilalt

Tensiunea de testare a rezistenței dielectrice este, în sensul că are o magnitudine complet similară, pentru echipamentele de joasă tensiune (aproximativ 2Ui + 1,000V, IEC 60947-1), cu valoarea Uimp a aceluiași echipament. De exemplu, pentru un MCCB de 690V cu putere nominală Ui, testul dielectric este de aproximativ 2,380V AC; mult mai mic decât Uimp de vârf de 8,000V. Variația solicitării înseamnă că cele două teste evaluează aspecte complet diferite ale performanței izolației; unul sondează izolația globală împotriva unei solicitări lente, care crește lent; celălalt sondează geometria spațiului țintă în timpul unei depășiri instantanee.

Simpla trecere a unui test dielectric de 60 de secunde pentru echipamente cu un anumit spațiu liber în aer nu înseamnă că echipamentul va trece testul dacă este supus unui Uimp de aceeași magnitudine, deși sistemul de izolație este același. În schimb, echipamentele cu un spațiu liber generos pentru testul Uimp pot să nu treacă testul dielectric de frecvență industrială dacă sunt contaminate într-un mod care nu are niciun efect asupra conturnării electrice pe termen scurt; ambele teste sunt necesare pentru a stabili rezistența cu încredere.

Ideale pentru testarea dielectrică în timpul punerii în funcțiune pe linia de producție sau pe teren, dispozitivele de rezistență la tensiune de frecvență industrială DEMIKS acceptă toate testele de rutină ale rezistenței la izolație (hipot), de la fabricație până la punere în funcțiune. Dacă valorile ridicate ale rezistenței de izolație fac parte din testarea dielectrică, consultați ghidul nostru: Înțelegerea testerelor de rezistență de izolație.

Ce cauzează cu adevărat eșecurile testelor de impuls - și cum să le citești

Un test de eșec la impuls nu este doar o informație de tip „acceptat/respins” – este un semnal de diagnostic. Cunoașterea celor patru modele tipice de eșec la impuls din laboratoarele de testare și din investigațiile de teren transformă o probă respinsă în informații valoroase de proiectare.

Modul de defecțiune 1: Conturare superficială

Confuzia superficială este cea mai frecventă defecțiune la testul de impuls. În loc să străpungă cea mai mare parte a izolației solide, tensiunea urmează o traiectorie cu rezistență minimă pe suprafață - de-a lungul unei izolații izolatoare, peste o placă de circuit imprimat sau în jurul distanței de conturnare a izolatorului. Arcul rezultat se stinge atunci când impulsul se diminuează și lasă o urmă de carbon pe suprafață.

Trei cauze principale pot duce la conturnare superficială: o distanță de conturnare insuficientă pentru gradul de poluare și nivelul de tensiune; contaminarea suprafeței cu praf conductiv sau peliculă de apă; sau o caracteristică geometrică care concentrează câmpul electric de-a lungul unei anumite margini sau colțuri a izolatorului. Creșterea distanței de conturnare, aplicarea unui strat de acoperire conformal sau modificarea geometriei electrodului vor remedia majoritatea defecțiunilor de conturnare superficială fără a îndepărta materialul izolator din componentă.

Modul de defecțiune 2: Perforarea izolației în vrac

Perforarea are loc atunci când tensiunea de impuls străpunge grosimea materialului izolator solid, formând un canal conductor permanent. Spre deosebire de conturnarea superficială, perforarea este ireparabilă. Eșantionul de testare este distrus și nu poate fi repus în funcțiune. Defecțiunile la perforare la sau sub tensiunea nominală de rezistență la impuls indică faptul că proiectarea nu îndeplinește valorile nominale publicate - fie grosimea izolației este inadecvată, fie materialul conține imperfecțiuni de fabricație, cum ar fi goluri, incluziuni sau delaminări.

O defecțiune prin perforare la sfârșitul unui test de tip impuls indică o defecțiune de proiectare, nu un defect de fabricație. Proiectul echipamentului trebuie revizuit înainte de a putea continua testele de certificare.

Modul de defecțiune 3: Descărcare parțială progresivă (degradare sub flashover)

Golurile interne de joasă energie, marginile electrozilor de descărcare sau interfețele dintre izolatori nu produc o conturnare imediată. În schimb, există o deteriorare progresivă din cauza activității repetate de descărcare parțială cauzată de impulsuri multiple în creștere, care fragilizează treptat izolatorul. Echipamentele pot trece testele de rezistență la impulsuri la prima aplicare, dar efectele pe termen lung ale descărcării parțiale în izolația rezistivă vor produce o deteriorare progresivă după o funcționare prelungită - în special în instalațiile cu tranzitorii de comutare frecvente care solicită în mod repetat izolația la niveluri sub pragul de conturnare a impulsurilor.

Analiza efectuată la CIGRE concluzionează că peste 20% din defecțiunile întrerupătoarelor de circuit la tensiuni de serviciu sunt legate de izolație. Multe dintre acestea se datorează daunelor acumulative cauzate de activitatea de descărcare parțială, nu unei singure defecțiuni pe care testul de rezistență la impuls ar fi detectat-o. Testarea pe termen scurt a descărcărilor parțiale, în paralel cu testarea la impuls în timpul testării de tip, va identifica potențialele moduri de defecțiune la descărcări parțiale și precursorii acestora înainte de data publicării - un nivel de perspectivă pe care criteriul de acceptare/respingere singur nu îl poate oferi.

Modul de eșec 4: Confuzie între testul de tip și testul de rutină

Un alt mecanism de defecțiune este o eroare de achiziție, mai degrabă decât o defecțiune fizică reală - dar consecințele pe teren pot fi la fel de costisitoare. Valoarea Uimp din orice fișă tehnică a echipamentului este derivată dintr-un test de tip efectuat pe mostre de proiectare de către un laborator autorizat. Testele normale de producție, efectuate de obicei pe fiecare dispozitiv, verifică calitatea fabricației utilizând o tensiune mai mică și o durată mai scurtă de testare. Este greșit să se accepte doar un raport de testare de rutină ca dovadă a valorii Uimp dovedite a echipamentului: testele de rutină demonstrează uniformitatea producției în cadrul fabricii, doar testul de tip demonstrează valoarea reală de rezistență la impuls a proiectului.

Ulterior, s-a constatat că defecțiunile în teren cauzate de trăsnet provin de la echipamente pentru care la achiziție a fost examinat doar raportul de testare de rutină și unde un astfel de element a fost instalat într-o categorie de supratensiune pentru care era subspecificat pentru Uimp – nu accidental din partea producătorului de echipamente originale, ci pentru că specificația de achiziție nu a făcut diferența între două niveluri de testare.

Viitorul testării impulsurilor: IEC 60060-1:2025 și ce se schimbă

Tehnologia de testare la impuls nu stă pe loc. A patra ediție a standardului IEC 60060-1, care va apărea în 2025, și un nou standard IEEE pentru înregistratoare digitale au integrat deja schimbările tangibile care sunt acum evidente în laboratoarele de testare de top.

IEC 60060-1:2025 (Ediția 4) — Trei modificări care merită știute

• A abordat nevoia de aplicații în domeniul ultra-înalt voltaj (UHV). Ediția 4 vizează în mod specific echipamentele utilizate la tensiuni care depășesc 1,000 kV AC sau 1,500 kV DC – o specie care apare rapid în noile coridoare gigantice de transmisie UHV care proliferează în Asia și Orientul Mijlociu și unde standardele IEC ofereau anterior nu o metodă de testare, ci confortul testării. Laboratoarele de impuls care deservesc producătorii de echipamente UHV au acum proceduri formale, în loc să fie nevoite să ajungă la compromisuri specifice proiectului.
• Noua ediție actualizează procedurile de verificare a formei de undă. La cele mai înalte niveluri de tensiune, sarcina capacitivă foarte mare din cadrul obiectului testat poate distorsiona... tensiunea generatorului forma de undă, derutând calculele pentru parametrii care urmează să fie măsurați – detaliile despre cum se abordează această problemă sunt clarificate în noua ediție. Laboratoarele de transformatoare de putere care explorează obiecte de testare uriașe au dezvoltat o soluție în Ediția 3, noua ediție cataloghează practica.
• Adăugarea unei anexe formale de analiză digitală a formelor de undă. Ediția 4 adaugă un cadru dedicat de analiză a formelor de undă bazat pe software pentru a completa metodele de calcul manual din Anexa C a Ediției 3. Aceasta recunoaște oficial faptul că compararea digitală - în care formele de undă la tensiune redusă și la tensiune maximă sunt comparate automat - este acum metoda standard de analiză, mai degrabă decât o abordare suplimentară.

Standardul IEEE 1122-2024 — Limite minime pentru înregistratoarele digitale

Împreună cu actualizarea IEC, IEEE a emis Standardul 1122-2024, specificând parametrii operaționali – lățimea de bandă minimă, rata de eșantionare, intervalul dinamic și precizia – ceruți pentru înregistratoarele digitale utilizate pentru măsurători de tensiune și curent impulsiv. Acest standard este util deoarece nu toate osciloscoapele digitale au o lățime de bandă suficient de mare sau sunt suficient de precise pentru a face față timpului de front de 1.2 ms specificat de IEC 60060-1. Acum, laboratoarele de testare și achizitorii se pot referi direct la Standardul IEEE 1122-2024 atunci când solicită sau evaluează înregistratoare digitale pentru lucrul cu impulsuri, în loc să se bazeze pe specificații generice de lățime de bandă care pot să nu fie pregătite pentru impulsuri.

Automatizare și testare impulsivă la fața locului

Două tendințe pe termen lung care influențează implementarea obișnuită a testării impulsurilor sunt:

• Platformele de testare automate încorporează controlul generatorului de impulsuri, captura formei de undă, calcularea unui factor de corecție a vremii, decizia de acceptare/respingere și crearea de rapoarte de testare ca o singură suită software. Acest lucru minimizează eroarea umană în secvența de fotografiere, accelerează randamentul testelor de tip de volum mare și creează un raport standardizat care satisface cerințele de documentație IEC 60060-1, fără a fi necesară transcrierea manuală.
• Testarea portabilă la impulsuri a echipamentelor rețelei de distribuție este fezabilă, deoarece generatoarele miniaturale Marx în intervalul 100-500 kV pot fi utilizate pe teren. Investigațiile recente privind testele la impulsuri de trăsnet la fața locului ale tablourilor de distribuție arată că procesul de calibrare pentru echipamentul de testare nu poate fi efectuat în atelierul producătorului, ci poate fi efectuat la fața locului cu calibrare din fabrică și testare a calității pentru echipamentele care nu pot fi mutate în mod rezonabil într-un laborator central. Aceste informații sunt foarte relevante pentru clienții DEMIKS, care asistă operatorii rețelelor de distribuție.

Întrebări frecvente despre tensiunea nominală de rezistență la impuls