Normes de tension de tenue des câbles et système de résonance CA : comparaison CEI/GB et capacités des équipements

1. Contexte de l'industrie : évolution des normes de tension de tenue des câbles et défis techniques

Alors que les niveaux de tension du système électrique continuent d'augmenter, les câbles XLPE (polyéthylène réticulé-) ont progressivement remplacé les câbles traditionnels isolés en papier -imprégné d'huile-, devenant ainsi le choix courant pour la transmission haute-tension et très-haute-tension. Cependant, lors des tests de mise en service avant l'exploitation des câbles et des tests préventifs après l'exploitation, le choix des méthodes d'essai a longtemps été controversé.

Limites des tests de tension de tenue CC : En raison des contraintes d'équipement dans le passé, les tests de tension de tenue CA sur site-des câbles XLPE étaient difficiles, et les tests de tension de tenue CC ont été largement adoptés comme substitut. Cependant, des recherches approfondies ont confirmé que la tension continue a un effet cumulatif (ou « effet mémoire ») sur l'isolation XLPE, ce qui peut provoquer divers degrés de dommages. Pour les câbles à très-haute-tension, seules les méthodes de test CA sont autorisées.

Dans ce contexte,Test de tension de tenue CAest devenu un consensus dans l'industrie. Pour réaliser des tests de tension de tenue CA sur site-de câbles de grande-capacité et haute tension-, leSystème de test de résonance CAest apparue comme la solution technique la plus critique.

2. Comparaison des normes de tension de tenue des câbles CEI et GB

2.1 Principales normes applicables

2.2 Différences clés dans la tension et la durée des tests

GB 50150-2016 précise : Pour les câbles à isolation en caoutchouc-et à isolation en plastique-, les tests de tension de tenue CA de 20 Hz à 300 Hz doivent être prioritaires. Les exigences spécifiques en matière de tension et de durée d’essai sont les suivantes :

Différences des normes CEI: La CEI 60840 recommande une tension de fonctionnement maximale du système CA avec une durée de 5-minutes pour les tests de tenue des câbles XLPE. En revanche, les normes britanniques exigent généralement une durée de test plus longue de 60 minutes pour les classes de tension de 110 kV et supérieures. De plus, des différences existent dans des paramètres spécifiques tels que la tension de test d'impulsion : la norme CEI 60840 spécifie 250 kV pour les câbles 26/45 kV, tandis que la norme GB correspondante spécifie 200 kV.

Tendance clé: Bien que les détails standard diffèrent,Test de tension de tenue CA remplaçant le test CCest devenue une direction commune pour les cadres CEI et GB. Les deux nécessitent des tests de tension de tenue CA dans la plage de fréquences de 20 Hz à 300 Hz.

3. Analyse technique : principe de fonctionnement du système de test de résonance AC

3.1 Principe de base de la résonance en série

Le noyau duSystème de test de résonance CAestrésonance série. Dans un circuit CA contenant une résistance (R), une inductance (L) et une capacité (C) en série, la résonance se produit lorsque la fréquence de l'alimentation satisfait à la condition suivante :

f=1 / (2π√LC)

À ce stade, la tension d'alimentation et le courant du circuit sont en phase, et la tension aux bornes du condensateur (objet à tester) et de l'inductance est nettement supérieure à la tension source-, c'est pourquoi la résonance série est également appeléerésonance de tension.

3.2 Composants du système

Un typiqueSystème de test de résonance en sériese compose des éléments de base suivants :

3.3 Avantages clés

En raison du facteur de qualité Q (Q=XL/R=XC/R), le système résonant en série peut atteindre une grande capacité de test avec une faible puissance d'excitation et une faible capacité de source, obtenant ainsi une tension de test élevée à partir d'une faible tension d'excitation. Ledispositif de test de tension de tenue résonante série à fréquence variable-parce que sa tension, sa forme d'onde et sa fréquence sont cohérentes avec l'état réel du champ électrique de fonctionnement à l'intérieur de l'isolation et que la tension de test dépasse la tension de fonctionnement-est considérée comme l'une des méthodes les plus rigoureuses, directes et efficaces pour identifier la résistance de l'isolation des équipements électriques.

4. Scénarios d'application du système de test de résonance AC

4.1 Test de tension de tenue CA des câbles HT

L'application la plus répandue duSystème de test de résonance CAestTest de tension de tenue CA des câbles HT XLPE, couvrant des niveaux de tension de 6kV à 500kV.

Cas réel-du monde: Une nouvelle sous-station de 110 kV a nécessité des tests de mise en service de tension de tenue CA sur deux circuits de câbles XLPE entrants (modèle VC-YJLW02-V-64/110-1×400mm², longueur totale 2,466 km). Selon GB50150, la durée du test de tension de tenue CA de l'isolation principale pour les câbles de 110 kV est de 60 minutes. Le système de test résonant série à fréquence variable TPXZB-3900×5 a été sélectionné, équipé de 5 réacteurs évalués à 780kVA/130kV/6A/144H. Les calculs ont montré que la capacité d'un seul câble était de 0,385 μF ; avec 3 réacteurs en parallèle, la fréquence de résonance répondait à l'exigence de 30-300 Hz.

PourCâbles longue distance 220 kV-, la méthode de compensation parallèle plus résonance série a également été vérifiée comme étant réalisable, avec plusieurs réacteurs connectés en combinaisons série/parallèle offrant une flexibilité accrue.

4.2 Tests SIG et appareillage de commutation

LeSystème résonant ACest largement utilisé pour les tests de tension de tenue CA des disjoncteurs GIS (appareillage de commutation isolé au gaz) et SF6. L'équipement SIG a une faible capacité mais des exigences de tension de test très élevées. Le système résonant en série, grâce à son facteur de qualité élevé, peut atteindre la tension de test élevée requise avec une capacité d'alimentation relativement faible. La fréquence de test est généralement de 30 à 300 Hz, la tension de test étant déterminée par la classe de tension nominale de l'équipement.

4.3 Test de tenue à la fréquence de puissance du transformateur de puissance

Ledispositif d'essai de tension de tenue résonante en sérieest également applicable aux tests de tenue à fréquence industrielle des transformateurs 6kV-500kV. Les structures d'isolation des transformateurs comportent des composants de capacité importants. Lorsqu'il est combiné avec des réacteurs pour former un circuit résonant en série, la tension d'essai alternative requise peut être appliquée aux bornes des enroulements du transformateur. Le système peut également fonctionner en conjonction avecÉquipement de test de transformateurpour un diagnostic d’isolation complet.

4.4 Générateurs et autres équipements HT

Les tests de tension de tenue CA des générateurs hydroélectriques, des jeux de barres, des traversées, des transformateurs de mesure et d'autres équipements capacitifs reposent également sur leSystème de test de résonance CA. Sa conception modulaire permet au même système-grâce à des combinaisons série/parallèle de réacteurs-de s'adapter à différentes exigences de test de tension, de courant et de fréquence.

5. Tendances de l’industrie et développement futur

5.1 Transition complète des tests de résonance CC vers CA

Avec la prolifération des câbles XLPE et l'approfondissement des résultats de la recherche,Test de tension de tenue CAest passée d'une « méthode recommandée » à une « méthode prioritaire ». La norme GB 50150-2016 exige explicitement que les câbles à isolation en caoutchouc-et à isolation en plastique donnent la priorité aux tests de tension de tenue CA de 20 Hz à 300 Hz. Cette tendance continue de stimuler la demande croissante du marché pour leSystème de test de résonance CA.

5.2 Essais combinés de tenue et de décharge partielle

Les systèmes résonants en série traditionnels ont été limités dans leur capacité à effectuer des mesures simultanées de décharges partielles (PD) en raison du bruit de commutation introduit par l'alimentation à fréquence variable. Ces dernières années, grâce à l'introduction de modules de commutation, de technologies de détection à double-capteur et d'autres innovations, une nouvelle-générationsystèmes de test résonants en sériepeut désormais effectuer simultanément des tests de tension de tenue et une détection de PD. Cette direction technique moderniseSystème de test de résonance CAd'un « outil de tenue à la tension » autonome à une « plateforme de diagnostic d'isolation » complète.

5.3 Tension plus élevée, capacité plus grande, intelligence supérieure

Les systèmes résonants en série-de fabrication chinoise ont atteint des tensions nominales allant jusqu'à 1 500 kV. À mesure que les niveaux de tension du réseau électrique continuent d'augmenter,Système de test de résonance CAévolue vers une tension plus élevée, une plus grande capacité et une plus grande intelligence. Les systèmes de test résonants de quatrième-génération sont désormais dotés de processeurs RISC 32-bits et d'écrans tactiles capacitifs, prenant en charge le balayage automatique des fréquences, le suivi automatique des points résonants, la sauvegarde et l'interrogation automatiques des données, améliorant ainsi considérablement l'efficacité et la sécurité des tests.

6.Conclusion

LeSystème de test de résonance CAest devenue la plate-forme technologique de base pour les tests de tension de tenue d'isolement des équipements électriques à haute tension-. Qu'elle suive les normes CEI ou GB, la technologie de résonance en série fournit la solution d'ingénierie optimale pour répondre aux exigences de test de tension de tenue CA de 20 Hz à 300 Hz. Des câbles 110 kV aux transformateurs 500 kV, du SIG aux générateurs hydroélectriques, leSystème de test de résonance en série-avec ses avantages uniques en termes de facteur de qualité élevé et de grande capacité de test à partir d'une petite alimentation électrique-redéfinit les normes de test d'isolation pour les équipements électriques à haute-tension.

Pour le personnel d'exploitation et de maintenance des systèmes électriques, les fabricants de transformateurs et les entrepreneurs en ingénierie électrique, une compréhension approfondie deTension de tenue diélectrique du câblenormes etSystème résonant ACLes capacités sont essentielles pour garantir la sécurité des équipements et améliorer l’efficacité des tests.

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