Selezione di un tester VLF in base alla lunghezza e alla capacità del cavo

Selezione di un tester VLF in base alla lunghezza e alla capacità del cavo

La maggior parte delle richieste VLF inizia allo stesso modo: "Ho bisogno di un set per cavi da 15 kV." La classe di tensione è la domanda facile, e non è quella che decide se il test verrà eseguito. Due linee da 15 kV, una lunga 300 m e una lunga sei chilometri, non sono lo stesso test. Ciò che le separa è la capacità, e si ottiene la capacità dalla lunghezza.

Questo articolo illustra la relazione tra lunghezza, capacità e carico che un set VLF deve sostenere, elabora due esempi e poi copre ciò che i numeri da soli non diranno. È una nota di dimensionamento, non un catalogo prodotti.

La classe di tensione indica fino a quale tensione di prova è necessario arrivare. La lunghezza indica quanta carica il set deve spostare per arrivarci, e quindi quanta corrente deve erogare alla frequenza scelta. Un set che raggiunge 35 kV su una coda di 400 m potrebbe non essere in grado di raggiungere la stessa tensione su cinque chilometri dello stesso cavo, perché il limite di corrente viene raggiunto per primo.

Questo è il motivo per cui due strumenti con la stessa tensione nominale possono comportarsi in modo molto diverso sul campo, e perché la cifra della capacità è più importante della cifra dei kilovolt sul pannello frontale.

Il dimensionamento ha quindi cinque input, non uno: la tensione di prova richiesta, la corrente di uscita e la capacità di carico del set, i passaggi di frequenza disponibili, la capacità effettiva del cavo e la procedura di prova che governa tensione, durata e frequenza. La lunghezza è l'input che lega insieme gli ultimi due.

Per un carico capacitivo, la corrente alla frequenza di prova f è:

Dove I è la corrente, C è la capacità del cavo in prova (tutte le fasi e gli accessori inclusi), U è la tensione di prova effettivamente applicata e f è la frequenza di prova. Utilizzare unità coerenti: C in µF e U in kV danno I in mA con un moltiplicatore di 2πf.

Il moltiplicatore per frequenza è quindi:

A questa relazione si applicano quattro condizioni, e queste contano più della formula stessa:

• Stato stazionario, uscita sinusoidale. L'espressione descrive la corrente capacitiva di stato stazionario. Non descrive la fase di boost, la scarica o il comportamento transitorio al breakdown.
• Capacità trattata come costante. La capacità varia leggermente con la tensione e la temperatura. Ai fini del dimensionamento, il valore della scheda tecnica è adeguato; per un caso marginale non lo è.
• Picco e RMS non sono intercambiabili. Gli standard solitamente esprimono la tensione di prova come valore RMS, mentre i set VLF sono spesso classificati in volt di picco e milliampere di picco. La conversione tra di essi con √2 è valida solo per una forma d'onda sinusoidale. Le uscite VLF sono destinate ad essere quasi sinusoidali, ma la conversione dovrebbe essere confermata rispetto alle specifiche del set stesso e all'edizione dello standard in uso piuttosto che assunta.

Quest'ultimo punto causa più errori di dimensionamento di qualsiasi altro. Un set da "30 mA" e un test da "42 kV RMS" diventano comparabili solo dopo che entrambi sono stati espressi nello stesso modo.

Capacità del cavo per fase:

dove c è la capacità per fase per chilometro dalla scheda tecnica del produttore del cavo e L è la lunghezza del percorso. Come prima stima, i cavi XLPE rientrano comunemente nell'intervallo di 0,2-0,35 µF/km per fase per costruzioni a tre conduttori da 10-15 kV e 0,15-0,25 µF/km per fase per costruzioni a singolo conduttore da 35 kV. Le costruzioni con isolamento in carta e guaina di piombo sono generalmente più alte, sebbene la differenza dipenda dal singolo cavo. Questi intervalli sono solo indicativi: la costruzione, la dimensione del conduttore e lo spessore dell'isolamento influenzano la cifra, quindi non dovrebbero essere trattati come valori di progettazione. La scheda tecnica del cavo effettivo fa fede.

Tre correzioni vengono dimenticate in pratica:

• Fasi parallele. Tre fasi testate insieme trasportano tre volte la capacità di una fase e assorbono tre volte la corrente.
• Accessori. Giunti, terminazioni e lunghe code di cavo di riserva avvolte all'estremità lontana aggiungono capacità, e il cavo di riserva è solitamente l'elemento che nessuno conta.
• La misurazione batte la stima. Durante il test, vengono visualizzati tensione e corrente. C può essere retrocalcolata dalla stessa relazione e conservata come record. Nel corso di alcune interruzioni, questo è più affidabile di qualsiasi cifra generica per chilometro, e rende la prossima decisione di dimensionamento banale.

Le tensioni di prova sottostanti sono ipotesi utilizzate per rendere visibile l'aritmetica. Non sono raccomandazioni. Prendere la tensione di prova effettiva, la sua durata e la frequenza alla quale si applica dall'edizione dello standard o dalla specifica dell'utility a cui si fa riferimento.

Esempio A — Cavo da 10 kV, tensione di prova 26 kV RMS, 0,1 Hz

A 26 kV RMS il valore di picco corrispondente è circa 36,8 kV, quindi la corrente per microfarad è approssimativamente 0,628 * 36,8 ≈ 23 mA.

Esempio B — Cavo da 35 kV, tensione di prova 42 kV RMS, 0,1 Hz

A 42 kV RMS il picco è di circa 59,4 kV, dando circa 37 mA per microfarad.

Leggendo rispetto a un set da 30 mA di picco, il messaggio pratico è conciso: a 0,1 Hz, circa cinque chilometri di cavo da 10 kV o quattro chilometri di cavo da 35 kV è dove arriva il limite di corrente — e passare a 0,05 Hz dimezza la corrente, raddoppiando la lunghezza raggiungibile.

Questa è l'essenza della logica di dimensionamento: su un carico capacitivo, l'intervallo di frequenza utilizzabile è parte integrante delle specifiche quanto la tensione nominale. La sorgente ad alta tensione non cresce con il cavo — la frequenza scende invece, a condizione che la procedura di prova applicabile lo consenta e l'apparecchiatura lo supporti.

Il dimensionamento è necessario ma non sufficiente. Cinque cose sono al di fuori della formula e decidono regolarmente se un set è utilizzabile:

Peso e accesso. I set ad alta tensione sono costruiti da più di un'unità. Uno strumento di classe 80 kV può arrivare come due booster collegati in serie più un controller separato, mentre le tensioni inferiori richiedono solo un booster. Se il cavo si trova in una sala quadri interrata con una scala stretta, il piano di movimentazione è importante quanto i microfarad.

Alimentazione sul campo. Questi set funzionano da un'alimentazione di rete monofase di circa 220 V a 50 Hz, con varianti da 110 V / 60 Hz disponibili. Su un generatore, l'alimentazione deve rientrare nelle specifiche di ingresso del set e rimanere stabile, poiché un'alimentazione instabile influisce sul processo di boost.

Specimens molto piccoli. Il problema opposto a una linea lunga: al di sotto di una capacità molto piccola la forma d'onda di uscita si deteriora, e il rimedio usuale è un piccolo condensatore collegato in parallelo per ripristinare un'onda pulita. Le brevi condutture di fabbrica e le brevi avvolgimenti del motore sono i casi comuni.

Durata del test e finestra di interruzione. Durata e gradino di tensione sono impostati dalla procedura che si segue, non dallo strumento. Confermare entrambi prima di prenotare l'interruzione, perché un test a 0,02 Hz su una linea lunga occupa il circuito molto più a lungo dello stesso test a 0,1 Hz.

Condizione del cavo. Un cavo bagnato, vecchio o precedentemente guasto potrebbe non sopravvivere affatto alla tensione di prova. Se il circuito si è già guastato, la sequenza di solito inizia con la localizzazione del guasto prima del test di tenuta. Questa è una decisione sull'asset, non sullo strumento, e appartiene al piano di test prima che il set venga ordinato.

• 1.Elencare ogni circuito nel programma di test: classe di tensione, costruzione, lunghezza del percorso, capacità per chilometro e se le fasi verranno testate insieme o separatamente.
• 2.Convertire ciascuno in capacità per fase, inclusi accessori e qualsiasi cavo di riserva.
• 3.Prendere la tensione di prova, la durata e la frequenza dalla procedura applicabile.
• 4.Calcolare la corrente a quella frequenza, nelle stesse unità della classificazione del set, e confrontarla con la corrente di uscita del set — non solo con una cifra di capacità del catalogo.
• 5.Verificare i vincoli fisici: numero di unità, peso, percorso di accesso, qualità dell'alimentazione e quanto tempo il circuito rimarrà fuori servizio.

Se il passaggio 4 supera il limite, verificare prima se la procedura consente un gradino di frequenza inferiore e se il set supporta quel gradino alla tensione richiesta. La frequenza può essere ridotta solo dove lo standard, la specifica o le condizioni dell'apparecchiatura lo consentono; altrimenti, un set con maggiore capacità di carico è la risposta corretta.

Classe di tensione, costruzione del cavo, lunghezza del percorso, capacità per fase e la massima tensione di prova che si intende applicare. Quattro di questi cinque sono sulla scheda tecnica del cavo; il quinto è nella procedura di test. Con questi numeri un fornitore può confermare la tensione nominale, se sono necessari uno o due booster e quali gradini di frequenza copriranno l'intero programma — invece di quotare sulla classe di tensione e sperare che le linee siano corte.

La lunghezza del cavo decide la capacità, la capacità decide la corrente, e la corrente a una data frequenza decide se un particolare set può completare il test. La classe di tensione imposta solo l'obiettivo. Una volta che questo ordine è chiaro, la maggior parte dei disaccordi sul dimensionamento si risolve da sola: la domanda smette di essere "quanti kilovolt" e diventa "quanti milliampere a quale frequenza, su quali circuiti".

XZH TEST costruisce set VLF AC hipot in una gamma di tensioni e carichi nominali, comprese configurazioni a frequenza fissa e a scansione di frequenza automatica, e può confermare una configurazione rispetto a un programma di test specifico. Se si dispone dell'elenco dei cavi, della capacità per fase e della tensione di prova, possiamo verificare la compatibilità prima che venga emesso un ordine di acquisto.