Förståelse för 1 Hz-testning: Vetenskapen bakom förbättrad isolationsbedömning
Isoleringens integritet är avgörande i högspänningsutrustning (HV).
För att bedöma isoleringens skick har tekniker förlitat sig på tester av dissipation factor vid nätfrekvens (LF DF) i årtionden. Nya framsteg har dock visat att komplettering av denna traditionella metod med 1 Hz-testning kan ge en mer heltäckande och noggrann utvärdering.
Låt oss titta närmare på teorin bakom detta innovativa tillvägagångssätt.
Dielektrisk respons i frekvensdomän
För att förstå 1 Hz-testning måste vi först förstå konceptet med dielektrisk respons.
När vi tillämpar en sinusformad signal på ett isoleringssystem kan vi mäta olika dielektriska egenskaper, inklusive kapacitans, komplex permittivitet och konduktivitet.
Den totala strömdensiteten består av två komponenter:
- En i fas med det tillämpade fältet (resistiv komponent)
- Och en 90°-ledare över det tillämpade fältet (kapacitiv)
Dessa mätningar ger oss värdefulla insikter i isoleringens skick utan att orsaka några skador.
Särskilt förhållandet mellan de imaginära och reella komponenterna i den komplexa permittiviteten ε ̂ känd som dissipation factor eller tan delta (δ), är avgörande för att bedöma isoleringens skick.
ε ̂=ε^' (ω)-iε"(ω)
tanδ (ω)=(ε" (ω) )/(ε^' (ω) )
Temperaturen har betydelse: Arrhenius-ekvationen
Tyvärr är tan delta-mätningar temperaturberoende, och en av utmaningarna vid isolationstestning är att ta hänsyn till temperaturskillnader.
Arrhenius-ekvationen visar hur temperaturen påverkar den dielektriska responsen:
L=ln(f_2 )-ln(f_1)=-E_a/κ_B (1/T_2 -1/T_1 )
Där Ea är aktiveringsenergin, kB är Boltzmann-konstanten och T är temperaturen i Kelvin.
Med hjälp av denna ekvation är det möjligt att normalisera mätningar till en referenstemperatur (vanligtvis 20 °C). Denna korrigering är avgörande för att göra noggranna jämförelser över tid eller mellan olika anläggningar.
Effekten av temperatur på ett oljeimpregnerat papper (OIP) visas i Bild 1.
Dissipation factor vid nätfrekvens: Det traditionella tillvägagångssättet
Traditionellt har bedömningen av isolering baserats på testning av dissipation factor vid nätfrekvens, utförd vid 50 eller 60 Hz. Även om den här metoden är användbar har den begränsningar.
Värdena för dissipation factor vid nätfrekvens kan ibland förbli stabila även när isoleringen försämras, vilket innebär att testresultaten missar att avslöja tidiga tecken på problem.
Dessutom, som redan nämnts, är resultaten starkt temperaturberoende, vilket gör dem svåra att tolka korrekt utan lämplig korrigering.
1 Hz-testning: En kompletterande metod
Genom att mäta dissipation factor vid både 1 Hz och nätfrekvens får vi flera fördelar:
1. Ökad känslighet: 1 Hz-mätningar är upp till tio gånger mer känsliga för förändringar i isoleringens skick än LF-testning.
2. Tidig upptäckt: Problem som kan missas vid enbart testning av dissipation factor vid nätfrekvens kan ofta identifieras med 1 Hz-mätningar.
3. Omedelbar tolkning: 1 Hz-resultat är ofta enklare att tolka utan behov av långsiktig trendanalys.
Begreppet lägsta förlustfrekvens
För att fullt ut förstå värdet av 1 Hz-testning behöver vi förstå begreppet lägsta förlustfrekvens i den dielektriska responsen av isoleringen hos olja och papper.
När vi sveper genom olika frekvenser observerar vi en övergångspunkt (ωr) där den dielektriska responsen växlar från ett relativt linjärt system med låg förlust till ett område med högre förlust med större spridning.
Temperaturförändringar orsakar att denna lägsta förlustfrekvens skiftar. Högre temperaturer trycker upp den till högre frekvenser, medan lägre temperaturer flyttar den nedåt.
Den här förskjutningen är avgörande att förstå eftersom förändringar i den dielektriska responskurvans vertikala eller horisontella axel kan indikera en förändring i isoleringens skick, som visas i Bild 2.
Genom att mäta vid både nätfrekvens och 1 Hz kan vi bättre fånga det här beteendet och få en mer komplett bild av isoleringens skick.
Slutsats
Kombinationen av testning av dissipation factor vid nätfrekvens och 1 Hz, tillsammans med korrekt temperaturkorrigering, ger ett kraftfullt verktyg för att bedöma skicket på isoleringen i högspänningsutrustning.
Den här metoden ger ökad känslighet, tidigare problemupptäckter och mer pålitliga resultat under olika temperaturförhållanden.
I takt med att vi fortsätter att tänja på gränserna för elektriska kraftsystem blir dessa avancerade testmetoder allt oftare nödvändiga för att upprätthålla tillförlitligheten och förlänga livslängden på värdefulla anläggningar. I framtida bloggposter utforskar vi praktiska tillämpningar av 1 Hz-teknik och hur den revolutionerar underhållsrutinerna i fält.
Lär dig hur 1 Hz-testning gör skillnad i verkliga scenarier, från transformatorer till genomföringar och mycket mer!
Om du vill veta mer om Meggers 1 Hz-testningslösningar, fyll i formuläret för ytterligare information.
