TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 6099-1:2016 (IEC 60060-1:2010) VỀ KỸ THUẬT THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP CAO – PHẦN 1: ĐỊNH NGHĨA CHUNG VÀ YÊU CẦU THỬ NGHIỆM

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 6099-1:2016

IEC 60060-1:2010

KỸ THUẬT THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP CAO –
PHẦN 1: ĐỊNH NGHĨA CHUNG VÀ YÊU CẦU THỬ NGHIỆM

High-voltage test techniques –
Part 1: General definitions and test requirements

Lời nói đầu

TCVN 6099-1:2016 thay thế TCVN 6099-1:2007;

TCVN 6099-1:2016 hoàn toàn tương đương với IEC 60060-1:2010;

TCVN 6099-1:2016 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 6099 (IEC 60060), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao, gồm có các phần sau:

– 1) TCVN 6099-1:2016 (IEC 60060-2:2010), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 1: Định nghĩa chung và yêu cầu thử nghiệm

– TCVN 6099-2:2016 (IEC 60060-2:2010), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 2; Hệ thống đo

– TCVN 6099-3:2007 (IEC 60060-3:2006), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 3: Định nghĩa và yêu cầu đối với thử nghiệm tại hiện trường

 

KỸ THUẬT THỬ NGHIỆM ĐIỆN ÁP CAO –
PHẦN 1: ĐỊNH NGHĨA CHUNG VÀ YÊU CẦU THỬ NGHIỆM

High-voltage test techniques –
Part 1: General definitions and test requirements

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với:

– thử nghiệm điện môi với điện áp một chiều;

– thử nghiệm điện môi với điện áp xoay chiều;

– thử nghiệm điện môi với điện áp xung;

– thử nghiệm diện môi với kết hợp các điện áp trên;

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các thử nghiệm trên thiết bị có điện áp cao nhất của thiết bị U_m lớn hơn 1 kV.

CHÚ THÍCH 1. Quy trình thử nghiệm thay thế có thể cần thiết để đạt được các kết quả tái lập và có ý nghĩa. Việc lựa chọn quy trình thử nghiệm thích hợp cần được thực hiện bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH 2: Đối với các điện áp U_m lớn hơn 800 kV đáp ứng một số quy trình quy định, có thể không đạt được dung sai và độ không đảm bảo đo.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 6099-2 (IEC 60060-2), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 2: Hệ thống đo

TCVN 11472 (IEC 60270), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phép đo phóng điện cục bộ

IEC 60507:1991, Artificial pollution tests on high-voltage insulators to be used on a.c. systems (Thử nghiệm nhiễm bẩn nhân tạo trên cái cách điện điện áp cao được sử dụng trên hệ thống điện xoay chiều)

IEC 61083-1, Instruments and software used for measurement in high-voltage impulse tests – Part 1: Requirements for instruments (Thiết bị và phần mềm dùng để đo trong thử nghiệm xung điện áp cao – Phần 1: Yêu cầu đối với thiết bị đo)

IEC 61083-2, Digital recorders for measurements in high-voltage impulse tests – Part 2: Evaluation of software used for the determination of the parameters of impulse waveform (Máy ghi kỹ thuật số để đo trong thử nghiệm xung điện áp cao – Phần 2: Đánh giá phần mềm dùng để xác định các tham số của các dạng sóng xung)

IEC 62475, High-current test techniques: Definitions and requirements for test currents and measuring systems (Kỹ thuật thử nghiệm dòng điện lớn: Định nghĩa và yêu cầu đối với dòng điện thử nqhiệm và hệ thống đo)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1  Định nghĩa liên quan đến đặc tính phóng điện

3.1.1

Phóng điện đánh thủng (disruptive discharge)

Hỏng cách điện dưới ứng suất điện, mà ở đó phóng điện bắc cầu hoàn toàn qua cách điện cần thử nghiệm, làm giảm điện áp giữa các điện cực về gần như bằng “không”.

CHÚ THÍCH 1: Có thể xảy ra phóng điện đánh thủng không duy trì trong đó đối tượng thử nghiệm bị bắc cầu tức thời bằng tia lửa hoặc hồ quang. Trong những sự kiện này, điện áp qua đối tượng thử nghiệm tức thời bị giảm về “không” hoặc đến một giá trị rất nhỏ. Tùy thuộc vào đặc tính của mạch điện thử nghiệm và đối tượng thử nghiệm, phục hồi độ bền điện môi có thể xảy ra và thậm chí có thể cho phép điện áp thử nghiệm đạt đến giá trị cao hơn. Sự kiện như vậy cần được hiểu là phóng điện đánh thủng trừ khi có quy định khác.

CHÚ THÍCH 2: Phóng điện đánh thủng trong điện môi rắn tạo ra tổn thất vĩnh viễn của độ bền điện môi; trong điện môi lỏng hoặc khí, tổn thất có thể chỉ là tạm thời.

3.1.2

Phóng điện tia lửa (sparkover)

Phóng điện đánh thủng xảy ra trong điện môi khí hoặc lỏng.

3.1.3

Phóng điện bề mặt (flashover)

Phóng điện đánh thủng xảy ra trên bề mặt của điện môi đặt trong điện môi khí hoặc lỏng.

3.1.4

Phóng điện đâm xuyên (puncture)

Phóng điện đánh thủng xuyên qua điện môi rắn.

3.1.5

Giá trị điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm (disruptive-discharge voltage value of a test object)

Giá trị của điện áp thử nghiệm gây ra phóng điện đánh thủng, đối với các loại thử nghiệm khác như quy định trong các điều liên quan của tiêu chuẩn hiện hành.

3.1.6

Phóng điện không đánh thủng (non-disruptive discharge)

Phóng điện giữa các điện cực hoặc vật dẫn trung gian mà điện áp thử nghiệm không sụt về “không”.

CHÚ THÍCH 1: Sự kiện như vậy không nên hiểu là phóng điện đánh thủng trừ trường hợp được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH 2: Một vài phóng điện không đánh thủng gọi là “phóng điện cục bộ” được đề cập trong TCVN 11472 (IEC 60270).

3.2  Định nghĩa liên quan đến đặc tính của điện áp thử nghiệm

3.2.1

Đặc tính kỳ vọng của điện áp thử nghiệm (prospective characteristics of a test voltage)

Đặc tính đạt được nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng. Đặc tính kỳ vọng phải luôn được công bố khi sử dụng.

3.2.2

Đặc tính thực của điện áp thử nghiệm (actual characteristics of a test voltage)

Đặc tính xảy ra trong quá trình thử nghiệm ở các đầu nối của đối tượng thử nghiệm

3.2.3

Giá trị của điện áp thử nghiệm (value of the test voltage)

Như định nghĩa trong các điều liên quan của tiêu chuẩn này.

3.2.4

Điện áp chịu thử của đối tượng thử nghiệm (withstand voltage of a test object)

Giá trị điện áp kỳ vọng quy định đặc trưng cho cách điện của đối tượng liên quan đến thử nghiệm chịu thử.

CHÚ THÍCH 1: Nếu không có quy định khác, điện áp chịu thử liên quan đến các điều kiện khí quyển chuẩn tiêu chuẩn (xem 4.3.1).

CHÚ THÍCH 2: Điều này chỉ áp dụng cho cách điện ngoài.

3.2.5

Điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo của đối tượng thử nghiệm (assured disruptive-discharge voltage of a test object)

Giá trị điện áp kỳ vọng quy định đặc trưng cho tính năng của nó liên quan đến thử nghiệm phóng điện đánh thủng.

3.3  Định nghĩa liên quan đến dung sai và độ không đảm bảo đo

3.3.1

Dung sai (tolerance)

Sai lệch cho phép giữa giá trị đo và giá trị quy định.

CHÚ THÍCH 1: Sự sai lệch này cần được phân biệt với độ không đảm bảo đo

CHÚ THÍCH 2: Quyết định đạt/không đạt được dựa trên giá trị đo, mà không tính đến độ không đảm bảo đo.

3.3.2

Độ không đảm bảo (của phép đo) (uncertainty (of measurement))

Tham số, kết hợp với kết quả đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị mà có thể được quy cho đại lượng đo một cách hợp lý.

[IEV 311-01-02]

CHÚ THÍCH 1: Trong tiêu chuẩn này, tất cả các giá trị không đảm bảo đo được quy định ở mức tin cậy 95 %.

CHÚ THÍCH 2: Độ không đảm bảo đo là dương và không có dấu.

CHÚ THÍCH 3: Không nên nhầm lẫn giữa độ không đảm bảo đo với dung sai của một giá trị hoặc tham số được quy định bởi thử nghiệm.

3.4  Định nghĩa liên quan đến đặc tính thống kê của giá trị điện áp phóng điện đánh thủng

3.4.1

Xác suất phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm (disruptive-discharge probability of a test object)

p

Xác suất để khi đặt một giá trị điện áp kỳ vọng nhất định có dạng cho trước sẽ gây ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Tham số p có thể được thể hiện dưới dạng phần trăm hoặc phân số thích hợp.

3.4.2

Xác suất chịu thử của đối tượng thử nghiệm (withstand probability of a test object)

q

Xác suất để khi đặt giá trị điện áp kỳ vọng nhất định có dạng cho trước không gây ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Nếu xác suất phóng điện đánh thủng là p thì xác suất chịu thử q bằng (1 – p).

3.4.3

Điện áp phóng điện đánh thủng p % của đối tượng thử nghiệm (p % disruptive-discharge voltage of a test object)

U_p

Giá trị điện áp kỳ vọng có xác suất tạo ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm là p %.

CHÚ THÍCH 1: Về mặt toán học, điện áp phóng điện đánh thủng p % là điểm phân vị bậc p (hoặc điểm phân vi p) của điện áp đánh thủng.

CHÚ THÍCH 2: U₁₀ được gọi là “điện áp chịu thử thống Kê” và U₉₀ được gọi là “điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo thống kê”.

3.4.4

Điện áp phóng điện đánh thủng 50 % của đối tượng thử nghiệm (50 % disruptive-discharge voltage of a test object)

U₅₀

Giá trị điện áp kỳ vọng có xác suất tạo ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm là 50 %.

3.4.5

Giá trị trung bình số học của điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm (arithmetic mean value of the disruptive-discharge voltage of a test object)

U_a

trong đó

U_i  là điện áp phóng điện đánh thủng đo được và

n  là số lần quan sát (phóng điện đánh thủng).

CHÚ THÍCH: Đối với các phân bố đối xứng, U_a đồng nhất với U₅₀

3.4.6

Độ lệch chuẩn của điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm (standard deviation of the disruptive voltage of a test object)

s

Thước đo độ phân tán của điện áp phóng điện đánh thủng được ước lượng bởi

trong đó

U_i  điện áp phóng điện đánh thủng đo được thứ i,

U_a  trung bình số học của điện áp phóng điện đánh thủng (trong hầu hết trường hợp là đồng nhất với U₅₀), n số lần quan sát (phóng điện).

CHÚ THÍCH 1: Độ lệch chuẩn còn có thể được đánh giá bằng sai lệch giữa điện áp phóng điện đánh thủng 50 % và 16 % (hoặc giữa điện áp phóng điện đánh thủng 84 % và 50 %). Độ sai lệch này thường được biểu diễn bằng giá trị trên mỗi đơn vị hoặc giá trị phần trăm so với điện áp phóng điện đánh thủng 50 %.

CHÚ THÍCH 2: Đối với các thử nghiệm phóng điện đánh thủng liên tiếp, độ lệch chuẩn s được xác định bởi công thức. Đối với các thử nghiệm nhiều mức và thử nghiệm tăng và giảm, độ sai lệch được xác định bởi chênh lệch giữa các điểm phân vị. Các phương pháp là tương đương vì giữa p = 16 % và p = 84 %, tất cả các hàm phân bố gần như giống nhau.

3.5  Định nghĩa liên quan đến sự phân loại cách điện của đối tượng thử nghiệm

3.5.1

Cách điện ngoài (external insulation)

Cách điện không khí và các bề mặt bên ngoài cách điện rắn của thiết bị, phải chịu ứng suất điện môi và các tác động trực tiếp của khí quyển và các điều kiện bên ngoài khác.

3.5.2

Cách điện trong (internal insulation)

Các thành phần rắn, lỏng hoặc khí của cách điện của thiết bị được bảo vệ khỏi tác động trực tiếp của các điều kiện bên ngoài như nhiễm bẩn, độ ẩm và côn trùng.

3.5.3

Cách điện tự phục hồi (self-restoring insulation)

Cách điện sẽ phục hồi hoàn toàn các thuộc tính cách điện của nó sau phóng điện đánh thủng gây ra do đặt điện áp thử nghiệm.

[IEV 604-03-04, có sửa đổi]

3.5.4

Cách điện không tự phục hồi (non-self-restoring insulation)

Cách điện sẽ mất các thuộc tính cách điện của nó, hoặc không phục hồi hoàn toàn các thuộc tính, sau phóng điện đánh thủng gây ra do đặt điện áp thử nghiệm.

[IEV 604-03-05, có sửa đổi]

CHÚ THÍCH: Trong các trang thiết bị điện áp cao, các phần của cả cách điện tự phục hồi và không tự phục hồi luôn hoạt động kết hợp và một số phần có thể bị suy giảm bởi các lần đặt điện áp lặp lại và liên tiếp. Đặc tính của cách điện về phương diện này cần được ban kỹ thuật liên quan tính đến khi quy định các quy trình thử nghiệm được áp dụng.

4  Yêu cầu chung

4.1  Yêu cầu chung đối với quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm có thể áp dụng cho các loại đối tượng thử nghiệm cụ thể, ví dụ, điện áp thử nghiệm, cực tính được sử dụng, thứ tự ưu tiên nếu cả hai cực tính được sử dụng, số lần đặt điện áp và khoảng thời gian giữa các lần đặt được ban kỹ thuật liên quan quy định, có xét đến các yếu tố như:

– độ chính xác yêu cầu của kết quả thử nghiệm;

– bản chất ngẫu nhiên của các hiện tượng quan sát được;

– sự phụ thuộc cực tính bát kỳ của đặc tính đo được; và

– khả năng hư hại dần với các lần đặt điện áp lặp lại.

Tại thời điểm thử nghiệm, đối tượng thử nghiệm phải được hoàn thiện về mọi chi tiết thiết yếu, và cần được tiến hành theo cách thông thường đối với thiết bị tương tự.

Tại thời điểm thử nghiệm, đối tượng thử nghiệm cần được cho thích nghi với điều kiện khí quyển môi trường của khu vực thử nghiệm ở mức có thể. Khoảng thời gian cần thiết để đạt trạng thái cân bằng phải được ghi lại.

4.2  Bố trí đối tượng thử nghiệm trong các thử nghiệm khô

Đặc tính phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm với cách điện ngoài có thể bị ảnh hưởng bởi bố trí chung của nó (ví dụ, các hiệu ứng lân cận như khoảng cách trong không khí đến các kết cấu mang điện hoặc kết cấu nối đất, chiều cao so với mặt phẳng nền và cách bố trí dây dẫn điện áp cao của nó). Bố trí chung cần được ban kỹ thuật liên quan quy định.

CHÚ THÍCH 1: Khe hở không khí đến các kết cấu ngoại lai không nhỏ hơn 1,5 lần chiều dài của tuyến phóng điện ngắn nhất có thể có trân đối tượng thử nghiệm thường tạo hiệu ứng lân cận không đáng kể. Trong thử nghiệm ướt hoặc nhiễm bẩn, hoặc bất cứ khi nào sự phân bố điện áp dọc theo đối tượng thử nghiệm và trường điện xung quanh điện cực mang điện là đủ độc lập với các tác động bên ngoài, cho phép các khe hở không khí nhỏ hơn, miễn là không xảy ra phóng điện tới các kết cấu ngoại lại.

CHÚ THÍCH 2: Trong trường hợp thử nghiệm điện áp xoay chiều hoặc xung đóng cắt dương lớn hơn 750 kV (đỉnh), ảnh hưởng của kết cấu ngoại lai có thể coi là không đáng kể nếu khoảng cách của nó đến điện cực mang điện không nhỏ hơn chiều cao của điện cực này so với mặt phẳng nền. Chỉ dẫn đối với khe hở không khí nhỏ nhất khuyến cáo được cho trên Hình 1, như một hàm của điện áp thử nghiệm cao nhất. Khe hở không khí ngắn hơn đáng kể có thể thích hợp trong các trường hợp riêng. Tuy nhiên, khuyến cáo sử dụng tính toán thực tế hoặc điều chỉnh theo thực nghiệm, có tính đến cường độ trường lớn nhất phụ thuộc điện áp như mô tả trong tài liệu [1,2] 2.

Hình 1 – Khe hở không khí nhỏ nhất khuyến cáo D của đối tượng mang điện hoặc nối đất ngoại lai đến điện cực mang điện của đối tượng thử nghiệm, trong thử nghiệm xoay chiều hoặc thử nghiệm xung đóng cắt dương ở điện áp lớn nhất U được đặt trong quá trình thử nghiệm

Nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan, thử nghiệm cần được thực hiện ở điều kiện khí quyển môi trường trong khu vực thử nghiệm mà không có mưa hoặc nhiễm bẩn ngoại lai. Quy trình đặt điện áp phải như quy định trong các điều liên quan của tiêu chuẩn này.

4.3  Hiệu chỉnh khí quyển trong các thử nghiệm khô

4.3.1  Khí quyển chuẩn tiêu chuẩn

Khí quyển chuẩn tiêu chuẩn là:

– nhiệt độ t₀ = 20 °C;

– áp suất tuyệt đối p₀ = 1 013 hPa (1 013 mbar);

– độ ẩm tuyệt đối h₀ = 11 g/m³.

CHÚ THÍCH 1: Áp suất tuyệt đối 1 013 hPa tương ứng với chiều cao 760 mm của cột thủy ngân trong áp kế thủy ngân ở 0 °C. Nếu chiều cao của áp kế thủy ngân là H mm thủy ngân, thì áp suất khí quyển tính bằng hPa xấp xỉ bằng:

P = 1,333 H hPa

Sự hiệu chỉnh theo nhiệt độ liên quan đến chiều cao cột thủy ngân được coi là không đáng kể.

CHÚ THÍCH 2: Các thiết bị đo tự động hiệu chỉnh áp suất về độ cao so với mực nước biển là không thích hợp và không nên sử dụng.

4.3.2  Hệ số hiệu chỉnh khí quyển đối với khe không khí

Phóng điện đánh thủng của cách điện ngoài phụ thuộc vào các điều kiện khí quyển. Thông thường, điện áp phóng điện đánh thủng đối với tuyến dẫn cho trước trong không khí sẽ tăng lên theo sự tăng mật độ không khí hoặc độ ẩm. Tuy nhiên, khi độ ẩm tương đối vượt quá khoảng 80 %, điện áp phóng điện đánh thủng trở nên bất thường, đặc biệt là khi phóng điện đánh thủng xảy ra trên bề mặt cách điện.

CHÚ THÍCH: Việc hiệu chỉnh khí quyển không áp dụng cho phóng điện bề mặt, chỉ áp dụng cho phóng tia lửa điện.

Điện áp phóng điện đánh thủng tỷ lệ với hệ số hiệu chỉnh khí quyển K là tích của hai hệ số hiệu chỉnh:

– hệ số hiệu chỉnh mật độ không khí k₁ (xem 4.3.4.1);

– hệ số hiệu chỉnh độ ẩm k₂ (xem 4.3.4.2);

K_t = k₁k₂

4.3.3  Ứng dụng các hệ số hiệu chỉnh

4.3.3.1  Quy trình tiêu chuẩn

Bằng cách áp dụng các hệ số hiệu chỉnh, điện áp phóng điện đánh thủng đo được trong điều kiện thử nghiệm cho trước (nhiệt độ t, áp suất p, độ ẩm h) có thể chuyển đổi thành giá trị, có thể đạt được trong các điều kiện khí quyển chuẩn tiêu chuẩn (t₀, p₀, h₀).

Điện áp phóng điện đánh thủng, U, được đo ở điều kiện thử nghiệm cho trước được hiệu chỉnh về U₀ ứng với khí quyển chuẩn tiêu chuẩn bằng cách chia cho K_t.

U₀ = UIK_t

Báo cáo thử nghiệm phải luôn ghi điều kiện khí quyển thực tế trong quá trình thử nghiệm và các hệ số hiệu chỉnh được áp dụng.

4.3.3.2  Quy trình ngược

Ngược lại, khi một điện áp thử nghiệm được quy định cho các điều kiện chuẩn tiêu chuẩn, giá trị điện áp này phải được chuyển đổi thành giá trị tương đương trong các điều kiện thử nghiệm và điều này có thể đòi hỏi quy trình lặp lại.

Nếu không có quy định khác bởi ban kỹ thuật liên quan, điện áp U được đặt trong quá trình thử nghiệm lên cách điện ngoài được xác định bằng cách nhân điện áp thử nghiệm U₀ với K_t.

U = U₀K_t

Tuy nhiên, vì U nằm trong phép tính K_t, nên có thể phải sử dụng quy trình lặp (xem Phụ lục E).

CHÚ THÍCH 1: Thử nghiệm để chọn đúng giá trị U cho tính toán K_t là lấy U chia cho K_t. Nếu kết quả là điện áp thử nghiệm quy định, U₀, thì đã chọn đúng được U. Nếu U₀ quá cao, U phải được giảm xuống và nếu quá thếp, thì U phải được tăng lên.

CHÚ THÍCH 2: Khi K_t gần bằng một thi tính toán lặp lại là không cần thiết.

CHÚ THÍCH 3: Khi hiệu chỉnh điện áp tần số điện lưới, phải sử dụng giá trị đỉnh, vì đặc tính phóng điện dựa trên giá trị đỉnh.

4.3.4  Thành phần hệ số hiệu chỉnh

4.3.4.1  Hệ số hiệu chỉnh mật độ không khí, k₁

Hệ số hiệu chỉnh mật độ không khí k₁ phụ thuộc vào mật độ không khí tương đối δ và nói chung có thể biểu diễn như sau:

k₁ = δ’’’

trong đó m là số mũ được cho trong 4.3.4.3,

Khi nhiệt độ t và t₀ được biểu diễn bằng độ Celsius và áp suất khí quyển p và p₀ được biểu diễn bang cùng một đơn vị, thì mật độ không khí tương đối bằng:

Việc hiệu chỉnh được coi là tin cậy đối với 0,8 < k₁ < 1,05.

4.3.4.2  Hệ số hiệu chỉnh độ ẩm, k₂

Hệ số hiệu chỉnh độ ẩm có thể biểu diễn như sau:

k₂ = k^w

trong đó w là số mũ được cho trong 4.3.4.3 và k là tham số phụ thuộc vào loại điện áp thử nghiệm và có thể đạt được như một hàm của tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối, h, với mật độ không khí tương đối, δ, sử dụng công thức sau (Hình 2):

Một chiều k = 1 + 0,014(h/δ – 11)-0,00022(h/δ – 11)² đối với 1 g/m³ < h/ δ < 15 g/m³

Xoay chiều k = 1 + 0,012(h/δ – 11) đối với 1 g/m³ < h/δ < 15 g/m³

Xung k = 1 + 0,010(h/δ – 11) đối với 1 g/m³ < h/δ < 20 g/m³

CHÚ THÍCH: Công thức điện áp xung dựa trên kết quả thực nghiệm đối với dạng sóng xung sét dương. Công thức này còn áp dụng cho điện áp xung sét âm và điện áp xung đóng cắt.

Hình 2 – k là hàm của tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối h và mật độ không khí tương đối δ
(xem 4.3.4.2 đối với các giới hạn khả năng áp dụng)

Đối với U_m thấp hơn 72,5 kV (hoặc xấp xỉ chiều dài khe hở l < 0,5 m), hiện tại chưa thể quy định về hiệu chỉnh độ ẩm.

CHÚ THÍCH: Đối với thiết bị cụ thể, ban kỹ thuật liên quan đa quy định các quy trình khác (ví dụ ICC 62271-1).

4.3.4.3  Số mũ m và w

Vì hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào kiểu phóng điện sơ bộ, điều này có thể được tính đến bằng cách xem xét tham số:

trong đó U₅₀ là điện áp phóng điện đánh thủng 50 % (được đo hoặc ước lượng) ở điều kiện khí quyển thực, tính bằng kilovon giá trị đỉnh,

L  là tuyến phóng điện nhỏ nhất tính bằng m,

δ  là mật độ không khí tương đối và

k  là tham số không thứ nguyên được xác định trong 4.3.4.2.

Trong trường hợp thử nghiệm chịu thử trong đó không có sẵn ước lượng điện áp phóng điện đánh thủng 50 %, U₅₀ có thể được giả thiết bằng 1,1 lần điện áp thử nghiệm, U₀.

Số mũ m và w được lấy từ Bảng 1 ứng với các khoảng quy định của g (Hình 3).

Bảng 1 – Giá trị số mũ m đối với hiệu chỉnh mật độ không khí và w
đối với hiệu chỉnh độ ẩm, là hàm của tham số g

g	m	w
< 0,2	0	0
0,2 đến 1,0	g(g – 0,2)/0,8	g(g – 0,2)/0,8
1,0 đến 1,2	1,0	1,0
1,2 đến 2,0	1,0	(2,2 – g)( 2,0 – g)/0,8
> 2,0	1,0	0

 

Hình 3a – Giá trị số mũ m đối với hiệu chỉnh mật độ không khí
là hàm của tham số g

Hình 3b – Giá trị số mũ w đối với hiệu chỉnh độ ẩm
là hàm của tham số g

Hình 3 – Giá trị các số mũ m và w

4.3.5  Phép đo các tham số khí quyển

4.3.5.1  Độ ẩm

Độ ẩm được ưu tiên xác định bằng dụng cụ đo trực tiếp độ ẩm tuyệt đối với độ không đảm bảo đo mở rộng không lớn hơn 1 g/m³.

Phép đo độ ẩm tương đối và nhiệt độ môi trường cũng có thể được sử dụng để xác định độ ẩm tuyệt đối, bằng cách sử dụng công thức dưới đây, với điều kiện độ chính xác của việc xác định độ ẩm tuyệt đối trong trường hợp này là giống với các yêu cầu ở trên.

trong đó

h  là độ ẩm tuyệt đối tính bằng g/m³,

R  là độ ẩm tương đối tính bằng phần trăm và

t  là nhiệt độ môi trường tính bằng °C.

CHÚ THÍCH: Phép đo này cũng có thể được thực hiện bằng cách dùng ẩm kế bầu ướt và khô có thông hơi. Độ ẩm tuyệt đối là hàm của số đọc nhiệt kế được xác định từ Hình 4, mà cũng cho phép xác định độ ẩm tương đối. Điều quan trọng là cung cấp luồng khí thỏa đáng để có thể đạt đến trạng thái ổn định và đọc nhiệt kế một cách cẩn thận nhằm tránh các sai số quá mức khi xác định độ ẩm.

Hình 4 – Độ ẩm tuyệt đối của không khí là hàm của số đọc nhiệt kế bầu ướt và khô

4.3.5.2  Nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường được đo với độ không đảm bảo đo mở rộng không lớn hơn 1 °C.

4.3.5.3  Áp suất tuyệt đối

Áp suất tuyệt đối xung quanh được đo với độ không đảm bảo đo mở rông không lớn hơn 2 hPa.

4.3.6  Yêu cầu mâu thuẫn đối với thử nghiệm cách điện trong và cách điện ngoài

Trong khi mức chịu thử được quy định trong các điều kiện khí quyển chuẩn tiêu chuẩn, sẽ nảy sinh các trường hợp thực hiện các hiệu chỉnh khí quyển (do các điều kiện khí quyển khác với các điều kiện khí quyển chuẩn tiêu chuẩn) dẫn đến mức chịu thử đối với cách điện trong sẽ cao hơn đáng kể so với mức chịu thử đối với cách điện ngoài liên quan. Trong các trường hợp như vậy, phải áp dụng các biện pháp tăng cường mức chịu thử của cách điện ngoài để có thể đặt điện áp thử nghiệm đúng lên cách điện trong. Các biện pháp này cần được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan có xét đến các yêu cầu của các loại thiết bị cụ thể và có thể bao gồm cả việc đặt cách điện ngoài trong chất lòng hoặc khí nén.

Trong các trường hợp khi điện áp thử nghiệm của cách điện ngoài cao hơn điện áp thử nghiệm của cách điện trong, thì cách điện ngoài chỉ có thể được thử nghiệm đúng khi cách điện trong được thiết kế đặc biệt với độ bền tăng cao. Nếu không, cách điện trong cần được thử nghiệm với giá trị danh định và cách điện ngoài được thử nghiệm bằng các trang bị thử nghiệm trừ khi ban kỹ thuật liên quan có quy định khác, trong trường hợp này ban kỹ thuật liên quan phải quy định quy trình thử nghiệm được sử dụng.

4.4  Thử nghiệm ướt

4.4.1  Quy trình thử nghiệm ướt

Quy trình thử nghiệm ướt này nhằm mục đích mô phỏng ảnh hưởng của mưa tự nhiên lên cách điện ngoài. Quy trình này được khuyến cáo cho các thử nghiệm với tất cả các loại điện áp thử nghiệm và trên tất cả các kiểu thiết bị.

Ban kỹ thuật liên quan cần quy định việc bố trí các đối tượng thử nghiệm trong quá trình thử nghiệm.

Đối tượng thử nghiệm phải được phun nước có điện trở suất và nhiệt độ quy định (xem Bảng 2) rơi lên đối tượng thử nghiệm dưới dạng giọt (tránh dạng sương mù) và có hướng sao cho cường độ phun các thành phần thẳng đứng và nằm ngang là xấp xỉ bằng nhau. Các cường độ này được đo với một bình chứa có vạch chia với miệng bình từ 100 cm² đến 750 cm², một nằm ngang và một thẳng đứng với miệng thẳng đứng đối diện với hướng phun.

Vị trí của đối tượng thử nghiệm liên quan đến các thành phần mưa thẳng đứng và nằm ngang phải được ban kỹ thuật liên quan quy định.

Nói chung, khả năng lặp lại của các kết quả thử nghiệm ướt là kém hơn so với các thử nghiệm phóng điện áp cao hoặc thử nghiệm chịu thử khác. Để giảm thiểu độ phân tán, phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau đây:

– Bình chứa phải được đặt gần với đối tượng thử nghiệm, nhưng tránh hứng các giọt nước hoặc bắn tóe từ đối tượng thử nghiệm. Trong quá trình đo, bình chứa cần được dịch chuyển chậm trên một khu vực đủ lớn để lấy trung bình ảnh hưởng của sự không đồng nhất của việc phun từ các đầu vòi phun riêng biệt. Khu vực đo này phải có chiều rộng bằng với chiều rộng của đối tượng thử nghiệm và có chiều cao tối đa 1 m.

Đối với đối tượng thử nghiệm có chiều cao từ 1 m đến 3 m, các phép đo riêng biệt phải được thực hiện ở đỉnh, ở giữa và ở đáy của đối tượng thử nghiệm. Mỗi khu vực đo chỉ được bao quát một phần ba chiều cao của đối tượng thử nghiệm.

– Đối với đối tượng thử nghiệm có chiều cao vượt quá 3 m, số lượng khu vực đo phải được tăng lên để bao quát toàn bộ chiều cao của đối tượng thử nghiệm mà không chồng lên nhau.

– Các quy trình nêu trên phải được điều chỉnh thích hợp đối với các đối tượng thử nghiệm có kích thước ngang lớn.

– Độ phân tán của kết quả có thể bị giảm xuống nếu đối tượng thử nghiệm được làm sạch bằng chất tẩy hoạt động bề mặt, mà phải được loại bỏ trước khi bắt đầu làm ướt.

– Độ phân tán của kết quả cũng có thể bị ảnh hưởng bởi tốc độ mưa bất thường (cao hoặc thấp) ở địa phương, cần phát hiện những điều này bằng các phép đo cục bộ và nâng cao độ đồng nhất của việc phun, nếu cần thiết.

Thiết bị phun phải được điều chỉnh để tạo ra, trong phạm vi dung sai quy định, các điều kiện mưa ở đối tượng thử nghiệm cho trong Bảng 2.

Cho phép sử dụng mọi kiểu đầu vòi phun và cách bố trí đầu vòi phun đáp ứng các yêu cầu cho trong Bảng 2.

Bảng 2 – Điều kiện mưa đối với quy trình tiêu chuẩn

Điều kiện mưa	Đơn vị	Phạm vi
Tốc độ mưa trung bình của tất cả các phép đo: – thành phần thẳng đứng	[mm/min]	1,0 đến 2,0
– thành phần nằm ngang	[mm/min]	1,0 đến 2,0
Giới hạn đối với phép đo riêng biệt bất kỳ và đối với mỗi thành phần	[mm/min]	± 0,5 so với trung bình
Nhiệt độ nước	[°C]	Nhiệt độ môi trường ± 15
Độ dẫn điện của nước	[μS/cm]	100 ± 15

Nhiệt độ nước và điện trở suất phải được đo trên mẫu thử được thu ngay trước khi nước chạm đến đối tượng thử nghiệm. Chúng cũng có thể được đo ở các địa điểm khác (ví dụ trong bể chứa nước) với điều kiện là có kiểm tra đảm bảo rằng không xảy ra thay đổi đáng kể nào vào lúc nước chạm đến đối tượng thử nghiệm.

Đối tượng thử nghiệm phải được làm ướt sơ bộ ban đầu trong ít nhất 15 min trong các điều kiện quy định nêu trên và các điều kiện này phải được duy trì trong phạm vi dung sai quy định trong suốt thử nghiệm, và cần được thực hiện mà không làm gián đoạn việc làm ướt. Thời gian làm ướt sơ bộ không được bao gồm thời gian cần thiết để điều chỉnh việc phun. Làm ướt sơ bộ ban đầu cũng có thể được thực hiện bằng nước máy chưa qua ổn định trong 15 min, tiếp đó là lần làm ướt sơ bộ thứ hai trong ít nhất 2 min mà không làm gián đoạn việc phun trước khi thử nghiệm bắt đầu, sử dụng nước có tất cả các điều kiện mưa đúng, mà cần được đo ngay trước khi bắt đầu thử nghiệm.

Nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan, quy trình thử nghiệm cho thử nghiệm ướt phải giống với quy trình thử nghiệm được quy định cho thử nghiệm khô tương ứng. Khoảng thời gian thử nghiệm đối với thử nghiệm xoay chiều phải là 60 s, nếu không có quy định khác. Nói chung, đối với thử nghiệm ướt chịu điện áp một chiều và xoay chiều, khuyến cáo rằng cho phép một phóng điện bề mặt với điều kiện là trong thử nghiệm lặp lại không xảy ra thêm phóng điện bề mặt.

CHÚ THÍCH: Đối với thiết bị xoay chiều kích thước lớn, ví dụ như thiết bị có điện áp danh định lớn nhất U_m cao hơn 800 kV, không có quy trình thử nghiệm ướt thích hợp ở thời điểm hiện tại.

4.4.2  Hiệu chỉnh khí quyển đối với thử nghiệm ướt

Hệ số hiệu chỉnh mật độ phải được áp dụng như quy định trong 4.3, nhưng không áp dụng hệ số hiệu chỉnh độ ẩm cho thử nghiệm ướt.

4.5  Thử nghiệm nhiễm bẩn nhân tạo

Thử nghiệm nhiễm bẩn nhân tạo nhằm mục đích cung cấp thông tin về đặc tính của cách điện ngoài trong các điều kiện đại diện cho nhiễm bẩn trong vận hành, mặc dù chúng không nhất thiết đã mô phỏng bất kỳ điều kiện vận hành riêng biệt nào. Các thử nghiệm này được mô tả trong IEC 60507.

5  Thử nghiệm với điện áp một chiều

5.1  Định nghĩa đối với thử nghiệm điện áp một chiều

5.1.1

Giá trị của điện áp thử nghiệm (value of the test voltage)

Giá trị trung bình số học.

5.1.2

Nhấp nhô (ripple)

Độ lệch có tính chu kỳ so với giá trị trung bình số học của điện áp thử nghiệm.

5.1.3

Biên độ nhấp nhô (ripple amplitude)

Một nửa độ lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp dạng nhấp nhô gần với hình sin, giá trị hiệu dụng thực nhân với  được chấp nhận để xác định biên độ nhấp nhô.

5.1.4

Hệ số nhấp nhô (ripple factor)

Tỷ số giữa biên độ nhấp nhô và giá trị điện áp thử nghiệm.

5.1.5

Sụt áp (voltage drop)

Sự giảm tức thời của điện áp thử nghiệm trong khoảng thời gian ngắn đến vài giây.

CHÚ THÍCH: Sụt áp có thể do phóng điện không đánh thủng gây ra.

5.2  Điện áp thử nghiệm

5.2.1  Yêu cầu đối với điện áp thử nghiệm

5.2.1.1  Dạng điện áp

Điện áp thử nghiệm, khi được đặt lên đối tượng thử nghiệm, là điện áp một chiều với hệ số nhấp nhô không lớn hơn 3 %, trừ khi có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: Việc tăng biên độ nhấp nhô có liên quan trực tiếp đến tăng dòng điện tải thuần trở. Thử nghiệm điện môi mà ở đó có mặt phóng điện sợi mảnh cường độ mạnh có thể gây ra nhấp nhô và/hoặc sụt áp quá mức. Thử nghiệm ướt và thử nghiệm nhiễm bản do chính bản chất của chúng đòi hỏi các nguồn phải phù hợp đối với dòng điện thuần trở cao, xem IEC 60507.

5.2.1.2  Dung sai

Đối với các khoảng thời gian thử nghiệm không vượt quá 60 s, các giá trị đo được của điện áp thử nghiệm phải được duy trì trong khoảng ± 1 % mức quy định trong suốt thử nghiệm. Đối với các khoảng thời gian thử nghiệm vượt quá 60 s, giá trị đo được của điện áp thử nghiệm phải được duy trì trong khoảng ± 3 % mức quy định trong suốt thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Cần nhấn mạnh rằng dung sai tạo thành sai lệch cho phép giữa giá trị quy định và giá trị thực tế đo được. Sai lệch này cần được phân biệt với độ không đảm bảo đo (xem 3.3.1).

Đặc tính nguồn cần đủ để cho phép nạp điện dung của đối tượng thử nghiệm trong một thời gian ngắn hợp lý. Trong trường hợp thử nghiệm ướt hoặc thử nghiệm nhiễm bẩn, thì nguồn, bao gồm cả điện dung tích lũy, cũng cần đủ để cung cấp dòng điện phóng điện quá độ của đối tượng thử nghiệm với sụt áp < 10 %.

5.2.2  Tạo điện áp thử nghiệm

Điện áp thử nghiệm thường đạt được bằng các mạch chỉnh lưu biến áp. Các yêu cầu cần được đáp ứng bởi nguồn điện áp thử nghiệm phụ thuộc đáng kể vào kiểu thiết bị cần thử nghiệm và các điều kiện thử nghiệm. Các yêu cầu này được xác định chủ yếu bằng giá trị và bản chất của dòng điện thử nghiệm cần cung cấp, các thành phần cấu thành quan trọng được chỉ ra trong 5.2.4.

5.2.3  Đo điện áp thử nghiệm

Đo giá trị trung bình số học, hệ số nhấp nhô và quá độ bất kỳ trong điện áp thử nghiệm phải được thực hiện với hệ thống đo được chấp nhận (xem TCVN 6099-2 (IEC 60060-2)).

Lưu ý đến các yêu cầu về đặc tính đáp ứng của thiết bị chuyển đổi được sử dụng để đo nhấp nhô, quá độ hoặc độ ổn định điện áp.

5.2.4  Đo dòng điện thử nghiệm

Khi phép đo dòng điện được thực hiện thông qua đối tượng thử nghiệm, có thể thừa nhận một số các thành phần riêng rẽ. Chúng khác nhau vài bậc độ lớn đối với cùng đối tượng thử nghiệm và điện áp thử nghiệm. Chúng bao gồm:

– dòng điện điện dung, do việc đặt điện áp thử nghiệm ban đầu và do nhấp nhô bất kỳ hoặc các thăng giáng khác tác động lên nó;

– dòng điện hấp thụ điện môi, do dịch chuyển điện tích chậm bên trong cách điện và tiếp diễn trong khoảng thời gian từ vài giây đến vài giờ. Quá trình này có khả năng thuận nghịch một phần, có thể quan sát thấy các dòng điện có cực tính ngược nhau khí đối tượng thử nghiệm bị phóng điện và nối tắt;

– dòng điện rò liên tục, là dòng điện một chiều ổn định cuối cùng đạt được tại điện áp đặt không đổi sau khi các thành phần ở trên bị suy giảm về không;

– dòng điện phóng cục bộ.

Phép đo ba thành phần đầu tiên đòi hỏi phải sử dụng thiết bị bao phủ một dải rộng cường độ dòng điện. Điều quan trọng là đảm bảo rằng thiết bị đo, hoặc phép đo của bất kỳ thành phần nào của dòng điện, không bị ảnh hưởng bất lợi bởi các thành phần khác. Thông tin liên quan đến điều kiện của cách điện đôi khi có thể nhận được bằng cách quan sát biến thiên dòng điện theo thời gian, trong các thử nghiệm không phá hủy.

Độ lớn tương đối và tầm quan trọng của mỗi thành phần dòng điện phụ thuộc vào loại và điều kiện của đối tượng thử nghiệm, mục đích thực hiện thử nghiệm và khoảng thời gian thử nghiệm. Do đó, quy trình đo cần được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan, đặc biệt là khi đòi hỏi phân biệt một thánh phần cụ thể.

Phép đo dòng điện phải được thực hiện với một hệ thống đo đã được hiệu chuẩn.

Phép đo của dòng điện xung phóng điện cục bộ được thực hiện với thiết bị đo đặc biệt, được đề cập đến trong TCVN 11472 (IEC 60270).

CHÚ THÍCH: Thiết bị bảo vệ điện áp luôn được sử dụng trong mạch đo dòng điện một chiều do khả năng xảy ra dòng điện phóng điện đánh thủng lớn hơn nhiều so với các dòng điện bình thường.

5.3  Quy trình thử nghiệm

5.3.1  Thử nghiệm điện áp chịu thử

Điện áp được đặt lên đối tượng thử nghiệm bắt đầu ở giá trị đủ thấp để ngăn bất kỳ ảnh hưởng nào của quá điện áp do quá độ đóng cắt. Điện áp này được tăng đủ chậm để cho phép đọc thiết bị đo, nhưng không quá chậm vì sẽ gây ra sự kéo dài không cần thiết của ứng suất lên đối tượng thử nghiệm đến gần điện áp thử nghiệm U. Các yêu cầu này nói chung được đáp ứng nếu tốc độ tăng vào khoảng 2 % U trong một giây khi điện áp đặt lớn hơn 75 % U. Điện áp phải được giữ trong thời gian quy định và sau đó được giảm bằng cách phóng điện mạch điện dung, bao gồm cả của đối tượng thử nghiệm, qua một điện trở thích hợp.

Khoảng thời gian thử nghiệm phải được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan có tính đến thực tế là thời gian để đạt được sự phân bố điện áp trạng thái ổn định phụ thuộc vào điện trở và điện dung của các thành phần đối tượng thử nghiệm. Khi không có quy định của ban kỹ thuật liên quan, thời gian thử nghiệm chịu thử là 60 s.

Cực tính của điện áp hoặc thứ tự đặt điện áp ở mỗi cực tính, và bất kỳ sự sai lệch cần thiết nào so với các yêu cầu kỹ thuật ở trên, phải được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

Yêu cầu của thử nghiệm được thỏa mãn nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm

5.3.2  Thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng

Điện áp phải được đặt và tăng liên tục, như đối với thử nghiệm điện áp chịu thử, cho đến khi xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm. Giá trị cuối cùng của điện áp thử nghiệm được ghi lại trước thời điểm xảy ra phóng điện đánh thủng phải được ghi lại. Điều này phải được lặp lại n lần được quy định trong quy trình thử nghiệm để đưa ra một tập hợp n điện áp đo được.

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định tốc độ tăng điện áp, số lần đặt điện áp và quy trình đánh giá kết quả thử nghiệm (xem Phụ lục A).

5.3.3  Thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo

Điện áp phải được đặt và tăng liên tục, như đối với thử nghiệm điện áp chịu thử, cho đến khi xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm. Giá trị cuối cùng của điện áp thử nghiệm đạt được ngay trước thời điểm xảy ra phóng điện đánh thủng phải được ghi lại. Điều này phải được lặp lại n lần được quy định trong quy trình thử nghiệm để đưa ra một tập hợp n điện áp đo được.

Yêu cầu của thử nghiệm được thỏa mãn nếu không có điện áp nào trong tập hợp này vượt quá điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo.

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định số lần đặt điện áp và tốc độ tăng điện áp.

6  Thử nghiệm với điện áp xoay chiều

6.1  Định nghĩa đối với thử nghiệm điện áp xoay chiều

6.1.1

Giá trị đỉnh của điện áp xoay chiều (peak value of an alternating voltage)

Trung bình độ lớn của giá trị đỉnh dương và giá trị đỉnh âm.

CHÚ THÍCH: Trong nhiều trường hợp, chỉ sử dụng thiết bị đo giá trị đỉnh của một cực tính. Việc đo chỉ một cực tính được chấp nhận miễn là đối xứng dạng sóng nằm trong tập giới hạn trong 6.2.1.1.

6.1.2

Giá trị của điện áp thử nghiệm (value of the test voltage)

Giá trị đỉnh chia cho .

CHÚ THÍCH: Ban kỹ thuật liên quan có thể yêu cầu phép đo giá trị hiệu dụng của điện áp thử nghiệm thay cho giá trị đỉnh đối với các trường hợp mà giá trị hiệu dụng có thể quan trọng, ví dụ, khi liên quan đến hiệu ứng nhiệt.

6.1.3

Giá trị hiệu dụng (r.m.s value)

Căn bậc hai của giá trị trung bình bình phương các giá trị điện áp trong một chu kỳ hoàn chỉnh.

6.1.4

Sụt áp (voltage drop)

Sự giảm tức thời của điện áp thử nghiệm trong một khoảng thời gian ngắn đến vài chu kỳ.

6.2  Điện áp thử nghiệm

6.2.1  Yêu cầu đối với điện áp thử nghiệm

6.2.1.1  Dạng sóng điện áp

Điện áp thử nghiệm phải là điện áp xoay chiều thường có tần số trong dải từ 45 Hz đến 65 Hz, thường được gọi là điện áp thử nghiệm tần số công nghiệp. Có thể yêu cầu các thử nghiệm đặc biệt ở tần số cao hơn hoặc thấp hơn nhiều so với dải này, theo quy định của ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: TCVN 6099-3 (IEC 60060-3) mô tả các điện áp thử nghiệm xoay chiều đối với tần số từ 10 Hz đến 500 Hz.

Dạng sóng điện áp phải xấp xỉ hình sin với chênh lệch về độ lớn giữa giá trị đỉnh dương và giá trị đỉnh âm nhỏ hơn 2 %.

Kết quả của thử nghiệm điện áp cao được cho là không bị ảnh hưởng bởi độ sai lệch nhỏ so với dạng sóng hình sin nếu tỷ lệ giữa giá trị đỉnh và giá trị hiệu dụng bằng  trong phạm vi ± 5 %.

Đối với một số mạch điện thử nghiệm trong sử dụng thông thường chấp nhận sử dụng độ sai lệch lớn hơn. Lưu ý rằng đối tượng thử nghiệm, đặc biệt nếu có đặc tính không tuyến tính, có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ sai lệch so với dạng sóng hình sin.

CHÚ THÍCH: Ngoài yêu cầu nêu trên, méo hài tổng (THD) có thể được sử dụng để thể hiện méo dạng sóng vì nó có thể quan trọng đối với phép đo thửa nhận dạng phóng điện cục bộ. Yêu cầu kỹ thuật có thể được đưa ra bởi ban kỹ thuật liên quan.

6.2.1.2  Dung sai

Đối với các khoảng thời gian thử nghiệm không vượt quá 60 s, các giá trị đo được của điện áp thử nghiệm phải được duy trì trong khoảng ± 1 % mức quy định trong suốt thử nghiệm. Đối với khoảng thời gian thử nghiệm vượt quá 60 s, các giá trị đo được của điện áp thử nghiệm phải được duy trì trong khoảng ± 3 % mức quy định trong suốt thử nghiệm.

Nguồn điện áp thử nghiệm bao gồm cả các điện dung hỗ trợ cần thích hợp để cấp cả dòng điện phóng điện quá độ trong trường hợp thử nghiệm ướt và thử nghiệm nhiễm bẩn với sụt áp nhỏ hơn hoặc bằng 20 %.

CHÚ THÍCH: Cần nhấn mạnh rằng dung sai tạo thành độ sai lệch cho phép giữa giá trị quy định và giá trị thực tế đo được. Sai lệch này cần được phân biệt với độ không đảm bảo đo (xem 3.3.1).

6.2.2  Tạo điện áp thử nghiệm

6.2.2.1  Yêu cầu chung

Điện áp thử nghiệm thường được cấp từ máy biến áp tăng áp. Một cách khác, điện áp thử nghiệm có thể được tạo ra bởi một mạch điện cộng hưởng nối tiếp hoặc song song.

Điện áp trong mạch điện thử nghiệm phải đủ ổn định để không bị ảnh hưởng trên thực tế bởi sự thay đổi các dòng điện rò. Phóng điện không đánh thủng trong đối tượng thử nghiệm không được làm giảm điện áp thử nghiệm đến mức và trong thời gian dài đến mức khiến cho điện áp phóng điện đánh thủng đo được của đối tượng thử nghiệm bị ảnh hưởng đáng kể

CHÚ THÍCH: Lưu ý đến khả năng phóng điện không đánh thủng có thể gảy ra sự dao động lớn của điện áp giữa các đầu nối của đối tượng thử nghiệm. Hiện tượng này có thể làm hỏng đối tượng thử nghiệm hoặc nguồn thử nghiệm. Việc đưa điện trở vào mạch điện áp cao có thể làm tắt dần quá điện áp quá độ nhưng điện trở cần có giá trị đủ thấp để không ảnh hưởng đến điện áp thử nghiệm cấp cho đối tượng thử nghiệm.

Tổng điện dung của đối tượng thử nghiệm và của tụ điện bổ sung bất kỳ cần đủ để đảm bảo rằng điện áp phóng điện đánh thủng đo được không bị ảnh hưởng bởi phóng điện cục bộ không đánh thủng hoặc phóng điện sơ bộ trong đối tượng thử nghiệm. Điện dung trong khoảng từ 0,5 nF đến 1,0 nF thường là đủ.

6.2.2.2  Yêu cầu đối với mạch thử nghiệm biến áp

Thử nghiệm điện áp cao thường dẫn đến dòng điện tải có các xung dòng điện biến thiên theo thời gian xếp chồng khi tăng điện áp. Độ lớn và khoảng thời gian của xung dòng điện bị ảnh hưởng bởi việc bố trí thử nghiệm, dây dẫn được sử dụng để nối đối tượng thử nghiệm, điều kiện khí quyển, đặc tính của nguồn thử nghiệm và các yếu tố khác. Điều này là bình thường đối với các thiết bị khi tạo ra một số xung dòng điện vì điện áp thử nghiệm lớn hơn nhiều so với điện áp vận hành và các thiết bị này nhiều khi thiếu các điện cực lớn và tấm đất đẻ giữ đối tượng thử nghiệm không bị nhiễu điện. Vì xung dòng điện có khoảng thời gian ngắn nên sụt áp có thể không được phát hiện bởi hệ thống đo xoay chiều thông thường. Độ ổn định điện áp của hệ thống thử nghiệm xoay chiều sử dụng trong thử nghiệm với xung dòng điện rò biến thiên có thể được xác nhận bằng cách sử dụng một hệ thống đo điện áp với băng tần đủ rộng.

Đối với thử nghiệm khô dưới 100 kV trên mẫu thử cách điện rắn, cách điện lỏng hoặc kết hợp cả hai, nguồn thử nghiệm có dòng điện danh định > 100 mA và hệ thống (máy biến áp, bộ điều chỉnh, v.v… hoặc máy phát điện) có trở kháng ngắn mạch < 20 % thường là đủ.

Đối với thử nghiệm điện môi lớn hơn 100 kV trên cách điện ngoài tự phục hồi (đối tượng thử nghiệm có điện dung thấp như cái cách điện, áptômát và thiết bị đóng cắt), nguồn thử nghiệm có dòng điện danh định > 100 mA và hệ thống có trở kháng ngắn mạch < 20 % thường là đủ đối với thử nghiệm khô không xuất hiện phóng điện sợi mảnh.

Đối với thử nghiệm điện môi lớn hơn 100 kV, có thể cần dòng điện hệ thống thử nghiệm có thông số danh định là 1 A và hệ thống có trở kháng ngắn mạch < 20 % nếu bắt gặp phóng điện sợi mảnh tiếp diễn hoặc nếu thực hiện thử nghiệm ướt. Khi xuất hiện phóng điện sợi mảnh tiếp diễn, cần thực hiện phép đo điện áp đáp ứng nhanh hơn để đảm bảo rằng điện áp thử nghiệm được giữ trong giới hạn sụt áp trong khoảng thời gian thử nghiệm. Một cách khác, có thể sử dụng các biện pháp khắc phục như tảng đường kính điện cực hoặc sử dụng dây nổi lớn hơn đề giảm phóng điện sợi mảnh.

Các xung dòng điện ngắn hạn xuất hiện tại điện áp thử nghiệm bất kỳ hầu hết được cấp nguồn từ điện tích được tích trữ trong điện dung của mạch điện thử nghiệm. Đối với thử nghiệm lớn hơn 100 kV, khuyến cáo lắp đặt điện dung mạch điện lớn hơn hoặc bằng 1 000 pF.

Đối với thử nghiệm trong điều kiện nhiễm bẩn nhân tạo, dòng điện ổn định có thông số danh định tử 1 A đến 5 A có thể cần thiết. Xem IEC 60507.

6.2.2.3  Mạch điện cộng hưởng nối tiếp

Mạch điện cộng hưởng nối tiếp về cơ bản gồm cuộn cảm mắc nối tiếp với đối tượng thử nghiệm hoặc tải dung kháng được nối với nguồn điện điện áp trung bình. Một cách khác, mạch điện cộng hưởng có thể chứa tụ điện mắc nối tiếp với đối tượng thử nghiệm cảm kháng. Bằng cách thay đổi các thông số của mạch điện hoặc tần số nguồn, mạch điện có thể trở thành cộng hưởng khi điện áp lớn hơn nhiều so với điện áp nguồn và cố dạng xấp xỉ hình sin được đặt lên đối tượng thử nghiệm.

Độ ổn định của tình trạng cộng hưởng và của điện áp thử nghiệm phụ thuộc vào độ ổn định của tần số nguồn và đặc tính của hệ thống thử nghiệm, được mô tả bởi yếu tố chất lượng, tức là tỷ số giữa công suất phản kháng thử nghiệm và tổn hao công suất.

Khi xảy ra phóng điện, điện dung mạch điện phóng điện tức thời và sau đó dòng điện đi qua từ nguồn là tương đối thấp. Dòng điện đi qua bị giới hạn này thường ít gây hư hại cho đối tượng thử nghiệm.

Mạch điện cộng hưởng nối tiếp đặc biệt hữu dụng khi thử nghiệm các đối tượng điện dung mà ở đó dòng điện rò trên cách điện ngoài là nhỏ so với dòng điện điện dung đi qua đối tượng thử nghiệm hoặc năng lượng để tạo thành phóng điện đánh thủng là rất nhỏ. Mạch điện cộng hưởng nối tiếp có thể cấp dòng điện rò lớn hơn khi điện dung bổ sung được thêm vào mạch điện. Mạch điện cộng hưởng nối tiếp còn hữu dụng để thử nghiệm cuộn cảm với điện dung mạch điện đủ lớn.

Mạch điện cộng hưởng nối tiếp có thể không thích hợp để thử nghiệm cách điện ngoài trong điều kiện ướt hoặc nhiễm bẩn, trừ khi thỏa mãn các yêu cầu của 6.2.2.1. Nói chung, thử nghiệm ướt có thể thực hiện với điện dung tải đặt trước thích hợp được thêm vào.

6.2.3  Đo điện áp thử nghiệm

Phép đo giá trị của điện áp thử nghiệm, giá trị hiệu dụng, và sụt áp quá độ phải được thực hiện với hệ thống đo được chấp nhận (xem TCVN 6099-2 (IEC 60060-2)).

6.2.4  Đo dòng điện thử nghiệm

Dòng điện thường được đo bởi máy biến dòng thông dụng được nối với dây nối đất của đối tượng thử nghiệm. Dòng điện còn có thể được đo trong dây dẫn điện áp cao đến đối tượng thử nghiệm.

Phép đo dòng điện phải được thực hiện với hệ thống đo đã được hiệu chuẩn.

CHÚ THÍCH: Dòng điện cũng có thể được đo trong dây nối đất của máy biến áp tăng áp hoặc bộ cộng hưởng, miễn là dòng điện của tụ điện song song bất kỳ có thể được bỏ qua.

6.3  Quy trình thử nghiệm

6.3.1  Thử nghiệm điện áp chịu thử

Điện áp phải được đặt lên đối tượng thử nghiệm bắt đầu ở giá trị đủ thấp để ngăn ngừa bất kỳ ảnh hưởng nào của quá điện áp do quá độ đóng cắt hoặc do các điều kiện cộng hưởng không kiểm soát được. Điện áp cần được tăng chậm để cho phép đọc các thiết bị đo nhưng không quá chậm vì sẽ gây ra sự kéo dài không cần thiết của ứng suất lên đối tượng thử nghiệm tới gần với điện áp thử nghiệm U. Các yêu cầu này thường được đáp ứng nếu tốc độ tăng vào khoảng 2 % của U trong một giây, khi điện áp đặt vào trên 75 % U. Điện áp này phải được duy trì trong thời gian quy định và sau đó được giảm nhanh, nhưng không đột ngột gián đoạn vì có thể sinh ra quá điện áp đóng cắt, mà có thể gây hỏng hóc hoặc kết quả thử nghiệm không ổn định.

Khoảng thời gian thử nghiệm phải được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan và không được phụ thuộc vào tần số trong dải từ 45 Hz đến 65 Hz. Nếu ban kỹ thuật liên quan không quy định thì khoảng thời gian thử nghiệm độ bền phải là 60 s.

Yêu cầu đối với thử nghiệm được thỏa mãn nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm.

6.3.2  Thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng

Điện áp phải được đặt và tăng liên tục, như đối với thử nghiệm điện áp chịu thử, cho đến khi xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm. Giá trị cuối cùng của điện áp thử nghiệm trước thời điểm phóng điện đánh thủng xảy ra phải được ghi lại. Điều này được lặp lại n lần như quy định trong quy trình thử nghiệm để đưa ra tập hợp n điện áp đo được.

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định tốc độ tăng điện áp, số lần đặt điện áp và quy trình để đánh giá kết quả thử nghiệm (xem Phụ lục A).

6.3.3  Thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo

Điện áp phải được đặt và tăng liên tục, như đối với thử nghiệm điện áp chịu thử, cho đến khi xảy ra phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm. Giá trị cuối cùng của điện áp thử nghiệm đạt được ngay trước thời điểm phóng điện đánh thủng phải được ghi lại. Điều này phải được lặp lại n lần được quy định trong quy trình thử nghiệm đề đưa ra tập hợp n điện áp đo được.

Yêu cầu của thử nghiệm được thỏa mãn nếu không có điện áp nào trong tập hợp này vượt quá điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo.

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định số lần đặt điện áp và tốc độ tăng điện áp.

7  Thử nghiệm với điện áp xung sét

7.1  Định nghĩa đối với thử nghiệm điện áp xung sét

7.1.1

Điện áp xung (impulse voltage)

Điện áp quá độ không tuần hoàn được đặt có chủ đích, thường tăng nhanh đến giá trị đỉnh và sau đó giảm chậm hơn về “không”.

CHÚ THÍCH: Đối với mục đích đặc biệt, sử dụng xung có sườn trước tăng xấp xỉ tuyến tính hoặc quá độ dao động hoặc có dạng xấp xỉ vuông góc.

7.1.2

Điện áp xung sét (lightning-impulse voltage)

Điện áp xung với thời gian sườn trước nhỏ hơn 20 ps.

7.1.3

Điện áp xung sét toàn sóng (full lightning-impulse voltage)

Điện áp xung sét không bị gián đoạn bởi phóng điện đánh thủng (xem Hình 5).

Hình 5 – Điện áp xung sét toàn sóng

7.1.4

Quá điều chỉnh (overshoot)

Tăng độ lớn của điện áp xung do dao động tắt dần tại đỉnh được tạo ra bởi mạch điện.

CHÚ THÍCH: Các dao động này (dải tần số thường từ 0,1 MHz đến 2 MHz) được tạo ra bởi điện cảm mạch điện và đói khi là không thể tránh khỏi trong những mạch điện lớn hoặc đối với các đối tượng thử nghiệm cảm kháng. Các phương pháp đề đánh giá quá điều chỉnh được cho trong Phụ lục B.

7.1.5

Đường ghi (recorded curve)

Biểu diễn bằng đồ họa hoặc biểu diễn số của dữ liệu thử nghiệm điện áp xung.

7.1.6

Mức cơ bản (base level)

Mức ghi của hệ thống đo xung khi tín hiệu đầu vào của thiết bị ghi bằng “không”.

7.1.7

Đường cơ bản (base curve)

Ước lượng của điện áp xung sét toàn sóng khi không có dao động xếp chồng (xem Phụ lục B).

7.1.8

Đường dư (residual curve)

R(_t)

Chênh lệch giữa đường ghi và đường cơ bản (xem Phụ lục B).

7.1.9

Giá trị cực trị (extreme value)

U_e

Giá trị lớn nhất của đường ghi đo được từ mức cơ bản cùng chiều với xung được đặt.

7.1.10

Đường cơ bản lớn nhất (base curve maximum)

U_b

Giá trị lớn nhất của đường cơ bản.

7.1.11

Hàm điện áp thử nghiệm (test Voltage function)

Hàm biên độ tần số được xác định để thể hiện sự đáp ứng của cách điện với các xung có quá điều chỉnh. Hàm này được cho bởi:

trong đó f là tần số tính bằng MHz (xem Hình 6).

CHÚ THÍCH 1: Các đường ghi điện áp thử nghiệm khác nhau đối với các kiểu cách điện khác nhau có thể được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan khi hầu hết dữ liệu thử nghiệm đều sẵn có.

CHÚ THÍCH 2: Áp dụng hàm này như một bộ lọc đường điện áp dư cho phép tính toán giá trị của điện áp thử nghiệm của điện áp xung sét toàn sóng tương đương (xem Phụ lục B, Phụ lục C và Phụ lục D).

Hình 6 – Hàm điện áp thử nghiệm

7.1.12

Đường dư được lọc (filtered residual curve)

R_f(t)

Đường dư được lọc bởi hàm điện áp thử nghiệm.

7.1.13

Đường điện áp thử nghiệm (test voltage curve)

Tổng của đường cơ bản và đường dư được lọc.

CHÚ THÍCH: Đây là biểu diễn toán học của quá trình lọc và không phải đại lượng vật lý hoặc xung tương đương.

7.1.14

Xung mịn tương đương (equivalent smooth impulse)

Điện áp xung sét ước lượng không có quá điều chỉnh, có giá trị đỉnh bằng với giá trị lớn nhất của đường điện áp thử nghiệm và có cùng thời gian sườn trước và thời gian đến nửa giá trị như đường điện áp thử nghiệm liên quan.

CHÚ THÍCH: Xung mịn tương đương đặc tính đánh thủng điện môi giống với đường ghi.

7.1.15

Giá trị của điện áp thử nghiệm (value of the test voltage)

U_t

Giá trị lớn nhất của đường điện áp thử nghiệm đo được từ mức cơ bản cùng chiều với xung được đặt.

7.1.16

Biên độ quá điều chỉnh (overshoot magnitude)

β

Độ lệch giữa giá trị cực trị của đường ghi và giá trị lớn nhất của đường cơ bản.

7.1.17

Biên độ quá điều chỉnh tương đối (relative overshoot magnitude)

β’

Tỷ lệ của biên độ quá điều chỉnh với giá trị cực trị, thường được biểu diễn bằng phần trăm.

7.1.18

Thời gian sườn trước (front time)

T₁

Tham số giả định được xác định bằng 1/0,6 lần khoảng thời gian T giữa thời điểm xung đạt 30 % và 90 % của giá trị đỉnh trên đường điện áp thử nghiệm (điểm A và B, Hình 7).

Hình 7 – Tham số thời gian điện áp xung toàn sóng

7.1.19

Điểm gốc giả định (virtual origin)

O₁

Thời điểm trước điểm tương ứng với điểm A, của đường điện áp thử nghiệm (xem Hình 7) một khoảng 0,3 T₁.

CHÚ THÍCH: Đối với các đường ghi có thang thời gian tuyến tính, đây là điểm cắt với trục thời gian của một đường thẳng vẽ qua điểm chuẩn A và B ở sườn trước.

7.1.20

Tốc độ tăng trung bình (average rate of rise)

Độ dốc của đường thẳng khớp nhất, được tính từ đường ghi, sử dụng tất cả các điểm dữ liệu giữa các mức 30 % và 90 % của giá trị cực trị và thường được biểu diễn bằng kV/μs.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp nhiễu hoặc dao động ở mức 30 % và 90 %, tập hợp dữ liệu bị chặn bởi điểm đầu tiên sau điểm giao nhau cuối cùng của mức 30 % và bởi điểm cuối cùng trước điểm giao nhau đầu tiên của mức 90 %.

7.1.21

Thời gian đỉnh (peak time)

T_e

Giá trị cực trị, U_e, chia cho tốc độ tăng trung bình.

7.1.22

Thời gian đến nửa giá trị (time to half-value)

T₂

Tham số giả định được xác định bằng khoảng thời gian giữa điểm gốc giả định, O₁, và thời điểm khi đường điện áp thử nghiệm giảm xuống đến nửa giá trị điện áp thử nghiệm (xem Hình 7).

7.1.23

Khoảng thời gian điện áp (voltage time interval)

T_λ

Khoảng thời gian mà đường ghi vượt quá λU_e khi 0 < λ < 1 (xem Hình 8).

Hình 8 – Khoảng thời gian điện áp

7.1.24

Tích phân điện áp (voltage integral)

Tích phân của đường ghi theo thời gian trong khoảng thời gian quy định (xem Hình 9).

Hình 9 – Tích phân điện áp

7.1.25

Điện áp xung sét cắt (chopped lightning-impulse voltage)

Điện áp xung sét trong đó phóng điện đánh thủng gây ra sự sụt nhanh điện áp gần như về giá trị ”không” (xem Hình 10 đến Hình 12).

7.1.26

Thời điểm cắt (instant of chopping)

Thời điểm mà ngoại suy của đường thẳng nối các điểm 70 % và 10 % (C và D) trên đường sụt áp cắt qua mức ngay trước sụt áp (xem Hình 10 và Hình 11).

7.1.27

Thời gian tới thời điểm cắt (time to chopping)

T_c

Tham số giả định được xác định bằng khoảng thời gian giữa điểm gốc giả định O₁ và thời điểm cắt (xem Hình 10 và Hình 11).

7.1.28

Đặc tính liên quan đến sụt áp trong lúc cắt (characteristics related to the voltage collapse during chopping)

Hai điểm C và D tại 70 % và 10 % của điện áp ngay trước khi sụt áp (xem Hình 11).

CHÚ THÍCH 1: Khoảng thời gian sụt áp được xác định bằng 1/0,6 lần khoảng thời gian giữa điểm C và D. Độ dốc của sụt áp là tỷ lệ giữa điện áp ở thời điểm cắt và khoảng thời gian sụt áp.

CHÚ THÍCH 2: Việc sử dụng điểm C và D chỉ dành cho mục đích xác định; không ngụ ý rằng khoảng thời gian và độ dốc của đoạn cắt có thể đo được với bất kỳ cấp chính xác nào khi sử dụng hệ thống đo thông thường.

Hình 10 – Điện áp xung sét cắt ở sườn trước

Hình 11 – Điện áp xung sét cắt ở sườn sau

7.1.29

Giá trị cực trị của dưới điều chỉnh của xung (extreme value of the undershoot of an impulse) Biên độ lớn nhất đo được từ mức cơ bản theo chiều ngược lại với xung đặt (xem Hình 10).

7.1.30

Xung cắt sườn trước tăng tuyến tính (linearly rising front-chopped impulse)

Điện áp tăng với độ dốc xấp xỉ không đổi, cho đến khi bị gián đoạn bởi phóng điện đánh thủng.

Hình 12 – Xung cắt sườn trước tăng tuyến tính

CHÚ THÍCH 1: Để xác định xung này, đường thẳng thích hợp nhất được vẽ qua phần sườn trước nằm giữa 30 % và 90 % của độ lớn đỉnh, giao nhau của đường này với giá trị điện áp 30 % và 90 % được ký hiệu là A và B, tương ứng (xem Hình 12).

Xung được xác định bởi:

– điện áp lớn nhất U_e;

– thời gian sườn trước T₁ và

– độ dốc giả định S: S = U_e/T₁.

Đây là độ nghiêng của đường thẳng vẽ qua điểm A và B, thường được biểu diễn bằng kV/μs.

Xung cắt này được coi là xấp xỉ tăng tuyến tính nếu sườn trước, từ biên độ 30 % đến thời điểm cắt, hoàn toàn được bao kín giữa hai đường song song với đường AB, nhưng cách nó theo trục thời gian một khoảng ± 0,05 T₁ (xem Hình 12).

CHÚ THÍCH 2: Giá trị và dung sai trên độ dốc giả định S cần được xác định bởi ban kỹ thuật liên quan.

7.1.31

Định nghĩa đối với đường điện áp/thời gian

7.1.31.1

Đường điện áp/thời gian đối với điện áp xung tăng tuyến tính (voltage/time curve for linearly rising impulse voltage)

Đường thể hiện quan hệ giữa điện áp phóng điện và thời gian sườn trước T₁.

CHÚ THÍCH: Đường này có được bằng cách đặt các điện áp xung với độ dốc khác nhau (xem Hình 13).

7.1.31.2

Đường điện áp/thời gian đối với điện áp xung của dạng kỳ vọng không đổi (voltage/time curve for impulse voltage of constant prospective shape)

Đường liên hệ điện áp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm với thời gian tới thời điểm cắt, mà có thể xảy ra trên sườn trước, tại đỉnh hoặc trên sườn sau.

CHÚ THÍCH: Đường này có được bằng cách đặt các điện áp xung có các giá trị đình kỳ vọng khác nhau (xem Hình 13).

Hình 13 – Đường điện áp/thời gian đối với các xung của dạng kỳ vọng không đổi

7.2  Điện áp thử nghiệm

7.2.1  Điện áp xung sét tiêu chuẩn

Điện áp xung sét tiêu chuẩn là điện áp xung sét toàn sóng mịn có thời gian sườn trước 1,2 μs và thời gian đến nữa giá trị là 50 μs và được mô tả như một xung 1,2/50.

7.2.2  Dung sai

Nếu ban kỹ thuật liên quan không có quy định khác, sự khác nhau dưới đáy được chấp nhận giữa các giá trị quy định của xung tiêu chuẩn và xung tính được từ đường điện áp thử nghiệm:

– Giá trị điện áp thử nghiệm: ± 3 %.

– Thời gian sườn trước: ± 30 %.

– Thời gian đến nửa giá trị: ± 20 %.

Nếu ban kỹ thuật liên quan không có quy định khác, thì biên độ quá điều chỉnh tương đối không được vượt quá 10 %.

Đối với mạch điện thử nghiệm và đối tượng thử nghiệm cố định, dạng sóng tiêu chuẩn trong dung sai công bố có thể không phân biệt được. Trong các trường hợp này, đoạn kéo dài của thời gian sườn trước, T₁, hoặc quá điều chỉnh có thể cần thiết. Hướng dẫn cho những trường hợp này cần được đưa ra bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: Thời gian đỉnh, T_e, khoảng thời gian điện áp, T_λ, và tích phân điện áp là những tham số được xem xét để đặc trưng cho các đặc tính của điện áp xung sét. Các giá trị có thể được ấn định bởi ban kỹ thuật liên quan.

7.2.3  Điện áp xung sét cắt tiêu chuẩn

Đây là xung tiêu chuẩn bị cắt bởi một khe hở bên ngoài với khoảng thời gian tới thời điểm cắt có giá trị từ 2 μs đến 5 μs.

Thời gian tới thời điểm cắt khác có thể được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan. Khoảng thời gian sụt áp cần nhanh hơn nhiều so với thời gian sườn trước của xung và các giới hạn có thể được thiết lập bởi ban kỹ thuật liên quan. Yêu cầu của phép đo và độ không đảm bảo đo kết hợp được cho trong TCVN 6099-2 (IEC 60060-2).

7.2.4  Điện áp xung sét đặc biệt

Trong một số trường hợp, có thể áp dụng điện áp xung sét dao động. Điều này đưa đến cơ hội tạo ra các xung với thời gian sườn trước ngắn hơn hoặc với các giá trị cực trị tương ứng với hiệu suất máy phát lớn hơn 1.

CHÚ THÍCH: Chi tiết xem TCVN 6099-3 (IEC 60060-3).

7.2.5  Tạo điện áp thử nghiệm

Xung thường được tạo ra bởi một máy phát xung bao gồm một lượng đủ các tụ điện được tích điện song song từ nguồn điện áp một chiều, sau đó được chuyển sang nối tiếp và phóng điện vào mạch điện tạo xung nằm trong đối tượng thử nghiệm.

7.2.6  Phép đo điện áp thử nghiệm và xác định hình dạng xung

Phép đo giá trị điện áp thử nghiệm, tham số thời gian và quá điều chỉnh hoặc dao động trên điện áp thử nghiệm phải được thực hiện với hệ thống đo được chấp nhận (xem TCVN 6099-2 (IEC 60060-2)). Phép đo phải được thực hiện với đối tượng thử nghiệm nằm trong mạch điện và, nói chung, hình dạng xung phải được kiểm tra đối với mỗi đối tượng thử nghiệm. Khi số lượng các đối tượng thử nghiệm của cùng thiết kế và kích thước được thử nghiệm trong các điều kiện giống nhau, thì hình dạng chỉ cần kiểm tra xác nhận một lần.

Đối với xung sét cắt, sụt áp có thể xảy ra trên sườn trước, tại đỉnh hoặc trên sườn sau. Đối với điện áp xung sét cắt sườn trước, đường điện áp xung sét thử nghiệm là đường ghi. Xung bị cắt trên sườn sau được xem như toàn sóng để đánh giá điện áp thử nghiệm và thời gian sườn trước, mà có thể được xác định từ xung điện áp giảm thấp (ví dụ ≤ 50 %) mà không gây ra cắt. Cắt có thể được tạo ra bởi một khe hở cắt bên ngoài hoặc có thể xảy ra do phóng điện đánh thủng trong cách điện trong hoặc cách điện ngoài của đối tượng thử nghiệm.

Với một số đối tượng thử nghiệm hoặc bố trí thử nghiệm, đỉnh của điện áp có thể có phần bằng phẳng hoặc bị làm từ đường điện áp trước khi sụt áp cuối cùng xảy ra. Các hiệu ứng tương tự cũng có thể quan sát được do sự thiếu sót của hệ thống đo. Sự xác định chính xác các tham số liên quan đến cắt đòi hỏi sự có mặt của cả hệ thống đo gián đoạn mạnh và hệ thống đo nhanh. Những trường hợp khác sẽ do ban kỹ thuật liên quan quy định

Xác định hình dạng xung bằng cách tính toán từ các tham số mạch điện thử nghiệm được xem là không thỏa đáng.

7.2.7  Phép đo dòng điện trong thử nghiệm với điện áp xung

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định đặc tính của dòng điện chạy trong đối tượng thử nghiệm mà cần phải đo trong thử nghiệm với điện áp xung cao. Khi sử dụng cách đo này cho mục đích so sánh, dạng sóng là quan trọng và phép đo giá trị tuyệt đối của dòng điện này có thể ít quan trọng hạn. Hướng dẫn xem IEC 62475.

7.3  Quy trình thử nghiệm

7.3.1  Thử nghiệm điện áp chịu thử

Quy trình thử nghiệm được khuyến cáo phụ thuộc vào bản chất của đối tượng thử nghiệm, như được định nghĩa trong 3.5. Ban kỹ thuật liên quan phải quy định quy trình nào được áp dụng. Trong các quy trình A, B và C, điện áp đặt lên đối tượng thử nghiệm chỉ là giá trị chịu thử được quy định, trong khi ở quy trình D phải áp dụng một vài mức điện áp.

CHÚ THÍCH: Độ chính xác thống kê của các quy trình là khác nhau, nhưng đối với phối hợp cách điện (lEC 60071), giả thiết rằng kết quả của các thử nghiệm là giống nhau.

7.3.1.1  Thử nghiệm điện áp chịu thử: Quy trình A

Ba xung có hình dạng và cực tính quy định ở mức điện áp chịu thử quy định được đặt lên đối tượng thử nghiệm. Yêu cầu của thử nghiệm được thỏa mãn nếu không có dấu hiệu hỏng hóc nào, sử dụng phương pháp phát hiện được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: Quy trình này được khuyến cáo để thử nghiệm trên cách điện có thể thoái hóa hoặc cách điện không tự phục hồi.

7.3.1.2  Thử nghiệm điện áp chịu thử: Quy trình B

Mười lăm xung có hình dạng và cực tính quy định ở mức điện áp chịu thử quy định được đặt lên đối tượng thử nghiệm. Yêu cầu của thử nghiệm được thỏa mãn nếu không xảy ra nhiều hơn hai phóng điện đánh thủng trong phần tự phục hồi của cách điện và nếu không có dấu hiệu hỏng hóc nào trong cách điện không tự phục hồi bằng phương pháp phát hiện được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: Nếu không có quy định khác bởi ban kỹ thuật liên quan, có thể coi là dấu hiệu không có hỏng hóc xảy ra trong cách điện không tự phục hồi, khi ba xung cuối cùng không dẫn đến phóng điện đánh thủng. Trong trường hợp phóng điện đánh thủng ớ một trong ba xung có các số từ 13 đến 15, ba xung tăng thêm có thể được đặt vào (tối đa là 18). Khi không xảy ra thêm phóng điện đánh thủng, đối tượng thử nghiệm đạt thử nghiệm.

7.3.1.3  Thử nghiệm điện áp chịu thử: Quy trình C

Ba xung có hình dạng và cực tính quy định ở mức điện áp chịu thử quy định được đặt lên đối tượng thử nghiệm. Nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng, đối tượng thử nghiệm đạt thử nghiệm. Nếu xảy ra nhiều hơn một phóng điện đánh thủng, đối tượng thử nghiệm không đạt thử nghiệm. Nếu xảy ra một phóng điện đánh thủng trong phần tự phục hồi của cách điện, thì sau đó đặt thêm chín xung và nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng, đối tượng thử nghiệm đạt thử nghiệm.

Nếu phát hiện bắt kỳ hỏng hóc nào trong phần không tự phục hồi của cách điện với phương pháp phát hiện được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan trong bất kỳ phần nào của thử nghiệm, thì đối tượng thử nghiệm không đạt thử nghiệm.

7.3.1.4  Thử nghiệm điện áp chịu thử: Quy trình D

Đối với cách điện tự phục hồi, điện áp phóng điện đánh thủng xung 10 % U₁₀ có thể được đánh giá bằng cách sử dụng quy trình thử nghiệm thống kê được mô tả trong Phụ lục A.

Những phương pháp thử này cho phép hoặc đánh giá trực tiếp U₁₀, và U₅₀ hoặc đánh giá gián tiếp U₁₀

Trong trường hợp sau, U₁₀ được lấy từ giá trị U₅₀ sử dụng quan hệ sau:

U₁₀ = U₅₀ (1 – 1,3s)

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định giá trị được giả định cho độ lệch chuẩn s của điện áp phóng điện đánh thủng. Đối với thử nghiệm khô trên cách điện không khí, không bao gồm bất cứ cách điện nào khác, có thể sử dụng giá trị trên mỗi đơn vị s = 0,03.

Đối tượng thử nghiệm được cho là thỏa mãn điều kiện nếu U₁₀ không nhỏ hơn điện áp chịu thử xung quy định.

Phương pháp thử nghiệm sau đây có thể được sử dụng đề đánh giá U₅₀:

a) Phương pháp đa mức (xem Phụ lục A.1.1) với m ≥ 4 mức điện áp, và n_i ≥ 10 xung trên mỗi mức;

b) Phương pháp tăng và giảm (xem Phụ lục A.1.2) với n = 1 xung trên mỗi nhóm và m ≥ 20 ứng dụng hữu ích.

Để đánh giá U₁₀, phương pháp chịu thử tăng và giảm với n = 7 xung trên mỗi nhóm và ít nhất tám nhóm hữu ích, có thể được sử dụng.

Trong mọi trường hợp, khoảng điện áp giữa mức ΔU cần xấp xỉ từ 1,5 % đến 3 % của giá trị ước lượng của U₅₀.

7.3.2  Quy trình đối với thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo

Quy trình đối với thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng đảm bảo là tương tự với các quy trình được mô tả trong 7.3.1 với những thay đổi thích hợp giữa phóng điện và các điều kiện chịu thử.

Ban kỹ thuật liên quan cũng có thể quy định các quy trình khác cho các đối tượng thử nghiệm cụ thể.

8  Thử nghiệm với điện áp xung đóng cắt

8.1  Định nghĩa đối với thử nghiệm điện áp xung đóng cắt

8.1.1

Điện áp xung đóng cắt (switching-impulse voltage)

Điện áp xung với thời gian sườn trước là 20 μs hoặc dài hơn.

8.1.2

Giá trị của điện áp thử nghiệm (value of the test voltage)

Giá trị lớn nhất, nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan.

8.1.3

Thời gian đến đỉnh (time to peak)

T_p

Khoảng thời gian từ điểm gốc thực đến thời gian đạt giá trị lớn nhất của điện áp xung đóng cắt.

CHÚ THÍCH: Vì điện áp lớn nhất có thể duy trì trong thời gian dài, có thể có vấn đề thực tế trong việc xác định thời gian này và các phương pháp được cho trong 8.2.3.

8.1.4

Điểm gốc thực (true origin)

O

Thời điểm mà đường ghi bắt đầu tăng (hoặc giảm) đơn điệu.

8.1.5

Thời gian đến nửa giá trị (time to half-value)

T₂

Khoảng thời gian giữa điểm gốc thực và thời điểm khi điện áp lần đầu tiên giảm đến nửa giá trị lớn nhất (xem Hình 14).

8.1.6

Thời gian trên 90 % (time above 90 %)

T_d

Khoảng thời gian trong đó điện áp xung đóng cắt lớn hơn 90 % giá trị lớn nhất của nó (xem Hình 14).

8.1.7

Thời gian tới giá trị “không” (time to zero)

T_z

Khoảng thời gian giữa điểm gốc thực và thời điểm khi điện áp lần đầu tiên đi qua “không”.

CHÚ THÍCH: Quy định kỹ thuật của thời gian trên 90 % và thời gian tới giá trị “không” thay thế cho thời gian đến nửa giá trị được cho là hữu ích, ví dụ, khi hình dạng của xung được quyết định bởi hiện tượng bão hòa trong đối tượng thử nghiệm hoặc mạch điện thử nghiệm, hoặc khi sự khắc nghiệt của thử nghiệm trên những phần quan trọng của cách điện trong của đối tượng thử nghiệm được xem như phụ thuộc cao vào những tham số này. Khi quy định một điện áp xung đóng cắt, chỉ có một tập hợp các tham số liên quan đến dạng sóng là thường được cho. Những thông số thời gian riêng biệt được xác định cần được thể hiện rõ ràng bằng cách chuẩn, ví dụ, đối với xung T_p/T₂ , hoặc T_p/T_d/T_z.

Những tham số bổ sung có thể được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan khi xem xét các thử nghiệm cụ thể.

8.2  Điện áp thử nghiệm

8.2.1  Điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn

Điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn là xung có thời gian đến đỉnh T_p là 250 μs và thời gian đến nửa giá trị T₂ là 2 500 μs. Điện áp này được mô tả là xung 250/2 500.

8.2.2  Dung sai

Nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan, độ sai lệch sau được chấp nhận giữa giá trị quy định và thực tế ghi được, cho cả xung chuẩn và xung đặc biệt:

Giá trị của điện áp thử nghiệm ± 3 %

Thời gian đến đỉnh ± 20 %

Thời gian đến nửa giá trị ± 60 %

Trong những trường hợp nhất định, ví dụ với đối tượng thử nghiệm trở kháng thấp, có thể khó điều chỉnh dạng xung trong phạm vi dung sai khuyến cáo. Trong những trường hợp này, các dung sai khác hoặc dạng xung khác có thể được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

8.2.3  Đánh giá thời gian đến đỉnh

8.2.3.1  Điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn

Đối với điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn:

T_p = KT_AB’

Trong đó K là hằng số không thứ nguyên được cho bởi

K = 2,42 – 3,08 x 10^–3T_AB +1,51 x 10^-4 T₂

Và trong đó T_AB và T₂ được tính bằng μs và T_AB = t₉₀ – t₃₀.

CHÚ THÍCH: Trong TCVN 6099-3 (IEC 60060-3), T_AB: 2,4 T_AB, được sử dụng cho điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn.

8.2.3.2  Xung không tiêu chuẩn

Đối với xung không tiêu chuẩn, thời gian đến đỉnh có thể được xác định bằng nhiều phương pháp điều chỉnh đường cong kỹ thuật số phụ thuộc vào hình dạng thực tế.

CHÚ THÍCH: Nếu đòi hỏi xem xét độ không đảm bảo đo, phương pháp đánh giá thời gian đến đỉnh cần được công bố.

8.2.4  Điện áp xung đóng cắt đặc biệt

Đối với mục đích đặc biệt, khi việc sử dụng điện áp xung đóng cắt tiêu chuẩn được xem là không đủ hoặc không thích hợp, thì điện áp xung đóng cắt đặc biệt của dạng không tuần hoàn hoặc dạng dao động có thể được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH. Chi tiết của điện áp xung đóng cắt dao động xem TCVN 6099-3 (IEC 60060-3).

8.2.5  Tạo điện áp thử nghiệm

Điện áp xung đóng cắt thường được tạo ra bởi máy phát xung thông thường.

CHÚ THÍCH: Chúng còn có thể được tạo ra bằng cách đặt xung điện áp với cuộn dây điện áp thấp của máy biến áp thử nghiệm (hoặc của máy biến áp được thử nghiệm) nhưng khó để đạt được các tham số tiêu chuẩn như quy định trong 8.2.1 và 8.2.2.

Các bộ phận của mạch điện để tạo ra điện áp xung đóng cắt cần được chọn để hình dạng xung không bị méo quá mức do dòng điện phóng điện không đánh thủng trong đối tượng thử nghiệm. Dòng điện nay có thể đạt đến giá trị khá lớn, đặc biệt là trong quá trình thử nghiệm nhiễm bẩn trên cách điện ngoài ở điện áp cao. Trong mạch điện thử nghiệm có trở kháng trong cao, chúng có thể gây méo điện áp nghiêm trọng hoặc thậm chí ngăn phóng điện đánh thủng xảy ra.

8.2.6  Phép đo điện áp thử nghiệm và xác định hình dạng xung

Phép đo giá trị điện áp lớn nhất và các tham số thời gian phải được thực hiện với hệ thống đo được chấp nhận (xem TCVN 6099-2 (IEC 60060-2)). Phép đo phải được thực hiện với đối tượng thử nghiệm trong mạch và, nói chung, hình dạng xung phải được kiểm tra đối với mỗi đối tượng thử nghiệm. Khi một số lượng các đối tượng thử nghiệm có cùng thiết kế và kích thước được thử nghiệm trong điều kiện giống nhau, thì hình dạng chỉ cần xác nhận một lần.

8.2.7  Phép đo dòng diện trong thử nghiệm với điện áp xung

Ban kỹ thuật liên quan phải quy định đặc tính của dòng điện chạy trong đối tượng thử nghiệm mà cần được đo trong thử nghiệm với điện áp xung. Khi sử dụng cách đo này cho mục đích so sánh, dạng sóng là quan trọng và phép đo giá trị tuyệt đối của dòng điện này có thể ít quan trọng hơn. Hướng dẫn xem IEC 62475.

8.3  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm nói chung là giống với quy trình thử nghiệm cho thử nghiệm điện áp xung sét và áp dụng đánh giá thống kê tương tự (xem 7.3 và Phụ lục A). Trừ khi có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan, độ lệch chuẩn, tính trên giá trị mỗi đơn vị, của điện áp phóng điện đánh thủng đối với thử nghiệm khô và thử nghiệm ướt trên cách điện không khí, mà không bao gồm các cách điện khác, có thể giả định bằng:

s = 0,06

Khoảng điện áp lớn hơn tương ứng ΔU có thể được sử dụng khi áp dụng quy trình đa mức hoặc quy trình tăng và giảm.

CHÚ THÍCH: Với điện áp xung đóng cắt, phóng điện đánh thủng thường xảy ra ở thời gian ngẫu nhiên trước đỉnh. Trong việc trình bày kết quả của thử nghiệm phóng điện thực hiện theo 7.3.1.4, mối quan hệ giữa xác suất phóng điện đánh thủng và điện áp thường được thể hiện bằng giá trị lớn nhất kỳ vọng. Tuy nhiên, một phương pháp khác cũng được sử dụng khi điện áp phóng điện thực tế đối với mỗi xung được đo; phân bố xác suất của giá trị điện áp đo dược sau đó được xác định bằng phương pháp được mô tả đối với thử nghiệm cấp 3 trong Phụ lục A.

9  Thử nghiệm với điện áp phối hợp và điện áp tổng hợp

9.1  Định nghĩa đối với thử nghiệm điện áp phối hợp và điện áp tổng hợp

9.1.1

Điện áp phối hợp (combined voltage)

Điện áp thử nghiệm xuất hiện giữa hai đầu nối mang điện của một đối tượng thử nghiệm ba đầu nối với đầu nối thứ ba được nối đất, khi điện được cấp bởi hai điện áp thử nghiệm khác nhau (xem Điều 5 đến Điều 8) được tạo ra bởi hai nguồn điện áp thử nghiệm riêng biệt (xem Hình 15).

CHÚ THÍCH: Điện áp phối hợp được áp dụng đề thử nghiệm, ví dụ, cách điện dọc của thiết bị đóng cắt và cách điện pha-pha của hệ thống và thiết bị ba pha. Điện áp được đặt trên các đầu nối khác nhau của đối tượng thử nghiệm.

Hình 15 – Mạch điện cho thử nghiệm điện áp phối hợp

9.1.2

Giá trị của điện áp phối hợp (value of a combined voltage)

Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai đầu nối mang điện của đối tượng thử nghiệm (xem Hình 16a).

9.2

Điện áp tổng hợp (composite voltage)

Sự xếp chồng của hai điện áp thử nghiệm khác nhau (xem Điều 5 đến Điều 8) được tạo ra bởi sự đấu nối phù hợp của hai nguồn điện áp thử nghiệm riêng biệt (xem Hình 16b và Hình 17).

CHÚ THÍCH: Cả hai điện áp đều được đặt ở một đầu nối của đối tượng thử nghiệm.

9.2.1

Giá trị của điện áp tổng hợp (value of a composite value)

Giá trị tuyệt đối lớn nhất đo được ở đối tượng thử nghiệm (xem Hình 16b).

9.2.2

Thành phần điện áp (voltage components)

Hai điện áp thử nghiệm, được đặc trưng theo các Điều liên quan của tiêu chuẩn này và gây ra ứng suất điện áp thử nghiệm phối hợp hoặc tổng hợp lên đối tượng thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 1: Trong Hình 16a, điện áp phối hợp là U = U₁ – U₂.

CHÚ THÍCH 2: Trong Hình 16b, điện áp phối hợp là U = U₁ + U₂.

Hình 16a – Điện áp phối hợp giữa hai đầu nối điện áp cao

Hình 16b – Điện áp phối hợp giữa một cầu cực điện áp cao và đất

Hình 16 – Sơ đồ ví dụ cho điện áp phối hợp và điện áp tổng hợp

9.2.3

Độ trễ thời gian (time delay)

Δt

Khoảng thời gian giữa thời điểm khi hai thành phần điện áp đạt đến giá trị lớn nhất của chúng (xem Hình 18).

Hình 17 – Mạch điện cho thử nghiệm điện áp tổng hợp

9.2.4  Dung sai

Nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan thi sai số ± 5 % giữa giá trị điện áp quy định và giá trị điện áp ghi được thực tế là có thể chấp nhận được.

Dung sai của đô trễ thời gian là ± 0,05 T_p , trong đó T_p là thời gian sườn trước hoặc thời gian đến đỉnh của một xung hoặc một phần tư chu kỳ của dòng điện xoay chiều. T_p là thời gian lớn hơn của hai điện áp liên quan.

9.2.5  Tạo nguồn thử

Để tạo nguồn thử, hai nguồn điện áp riêng rẽ được nối với nhau, mỗi nguồn thông qua một phần tử bảo vệ đến một đầu nối điện áp cao của đối tượng thử nghiệm (Hình 15). Phần tử bảo vệ phải được lựa chọn sao cho nguồn liên quan trong trường hợp phóng điện đánh thủng của đối tượng thử nghiệm phải được bảo vệ chống lại ứng suất điện áp của nguồn khác.

Do sự ghép nối của hai nguồn, hình dạng và biên độ của hai thành phần điện áp sẽ khác so với điện áp tạo thành bởi cùng nguồn được sử dụng riêng rẽ. Giới hạn cho phép đối với sụt áp trên thành phần xoay chiều phải được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

CHÚ THÍCH: Ví dụ xem trong IEC 62271-1 [E5].

9.2.6  Phép đo

Cả hai hệ thống đo điện áp được bố trí giữa mỗi đầu nối điện áp cao của đối tượng thử nghiệm và đất phải đáp ứng các yêu cầu của TCVN 6099-2 (IEC 60060-2) đối với phép đo cả hai thành phần điện áp, vì hệ thống được ghép nối. Xem Hình 15. Chúng cần được ghi bởi thiết bị ghi kênh đôi theo IEC 61083-1 mà cho phép đánh giá trực tiếp điện áp phối hợp từ hai thành phần điện áp của nó. Kết quả có thể biểu diễn như trên Hình 16a.

Hình 18a – Sự kết hợp của hai xung điện áp

Hình 18b – Sự kết hợp của một xung điện áp và một điện áp xoay chiều tần số công nghiệp

Hình 18 – Định nghĩa độ trễ thời gian Δt

9.3  Điện áp thử nghiệm tổng hợp

9.3.1  Tham số

Điện áp thử nghiệm tổng hợp, được tạo thành bởi hai thành phần điện áp theo tiêu chuẩn này, phải được mô tả đặc tính bởi những tham số sau đây:

– giá trị điện áp của nó;

– độ trễ thời gian;

– các tham số của hai thành phần của nó theo các điều liên quan của tiêu chuẩn này.

9.3.2  Dung sai

Nếu không có quy định khác của ban kỹ thuật liên quan thì sai số ± 5 % giữa giá trị điện áp quy định và giá trị điện áp ghi được thực tế là được chấp nhận.

Dung sai của độ trễ thời gian là ± 0,05 T_p, trong đó T_p là thời gian sườn trước hoặc thời gian đến đỉnh của một xung hoặc một phần tư chu kỳ của dòng điện xoay chiều. T_p là thời gian lớn hơn của một trong hai điện áp liên quan

9.3.3  Tạo nguồn thử

Để tạo nguồn thử, hai nguồn điện áp riêng rẽ được nối với nhau và nối vào đầu nối điện áp cao của đối tượng thử nghiệm tại điểm nối. Xem Hình 17. Mỗi điểm nối được tạo thành bởi một phần tử, ghép nối với một điện áp và chặn điện áp còn lại. Sự tương tác của hai nguồn phải được xem xét. đối với bản thân các nguồn, xem các điều liên quan của tiêu chuẩn này.

9.3.4  Phép đo

Điện áp và đặc tính thời gian của điện áp tổng hợp phải được đo so với đất với một hệ thống đo được bố trí ở điểm nối của đối tượng thử nghiệm. Xem Hình 17. Hệ thống đo phải đáp ứng các yêu cầu của TCVN 6099-2 (IEC 60060-2) đối với cả hai thành phần điện áp. Khuyến cáo rằng cũng cần đo trực tiếp điện áp đầu ra của mỗi nguồn điện áp (xem Hình 17) và ghi lại đồng thời cả ba điện áp.

9.4  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm và bố trí của đối tượng thử nghiệm với điện áp phối hợp và điện áp tổng hợp do ban kỹ thuật liên quan quy định.

Đối với hiệu chỉnh khí quyển, tham số g (4.3.4.3) phải được tính toán bằng cách xem xét giá trị điện áp thử nghiệm phối hợp hoặc tổng hợp. Tham số k₁ và k₂ (4.3.4.1 và 4.3.4.2) phải được tính toán cho điện áp cao hơn trong hai điện áp thử nghiệm và được áp dụng cho cả hai.

 

Phụ lục A

(tham khảo)

Xử lý thống kê kết quả thử nghiệm

A.1  Phân loại thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm phóng điện đánh thủng có thể được chia làm ba loại cho mục đích đánh giá thống kê.

A.1.1  Loại 1: Thử nghiệm đa mức (Hình A.1)

Trong thử nghiệm Loại 1, n_i lần đặt điện áp (ví dụ điện áp xung sét), gây ra k_i < n_i, phóng điện đánh thủng, được đặt ở mỗi m mức điện áp, U_i+1 (i = 1, 2,…… m), với độ chênh lệch giữa mức điện áp liền kề là ΔU = U_i+1 – U_i (i = 1, 2, …, m-1). Trong khi quy trình này thường được sử dụng với điện áp xung, thì thử nghiệm với điện áp xoay chiều và một chiều của thời gian ứng suất tiêu chuẩn cũng thuộc loại này.

CHÚ THÍCH: Tham số cần được chọn như sau: m ≥ 5, n_i ≥ 10 đối với tất cả i = 1, 2, …, m; ΔU = (0,01 đến 0,06) U₅₀

Kết quả thử nghiệm là n_i lần đặt điện áp và số lượng tương ứng, k_i, của phóng điện đánh thủng ở mỗi mức điện áp U_i (i = 1,2, ….,m).

A.1.2  Loại 2: Thử nghiệm tăng và giảm (Hình A.2)

Trong thử nghiệm Loại 2, m nhóm được chấp nhận của n ứng suất điện áp tương đương được đặt ở mức điện áp U_i (i = 1, 2, …, l). Mức điện áp cho mỗi nhóm ứng suất kế tiếp được tăng lên hoặc giảm xuống một lượng nhỏ ΔU theo kết quả của nhóm ứng suất trước đó.

Hai quy trình thử nghiệm thường được sử dụng: quy trình chịu thử, nhằm mục đích tìm các mức điện áp theo xác suất phóng điện đánh thủng thấp và quy trình phóng điện, mà tìm mức điện áp theo xác suất phóng điện đánh thủng cao. Trong quy trình chịu thử, mức điện áp được tăng lên một lượng ΔU nếu không xảy ra phóng điện đánh thủng trong nhóm n lần đặt điện áp, nếu không mức điện áp được giảm đi một lượng tương đương. Trong quy trình phóng điện, mức điện áp được tăng ΔU nếu một hoặc nhiều lần chịu thử xảy ra; nếu không nó được giảm đi một lượng tương đương.

Khi n = 1, hai quy trình cùng hội tụ về quy trình của thử nghiệm điện áp phóng điện đánh thủng 50 % tăng và giảm.

Thử nghiệm với các giá trị khác của n cũng được sử dụng để xác định điện áp theo các xác suất phóng điện đánh thủng khác. Kết quả là k_i nhóm ứng suất đặt lên mức điện áp U_i. Mức U_i đầu tiên được tính đến là có tối thiểu hai nhóm ứng suất trước đó được đặt vào. Tổng số lượng các nhóm hữu ích là

CHÚ THÍCH: Thử nghiệm với n = 7 đưa đến điện áp phóng điện đánh thủng 10 % và 90 % mà được xác định như điện áp chịu thử và điện áp phóng điện tương ứng (xem Điều 7.3.1.4). Những tham số khác cần được chọn như sau ΔU = (0,01 đến 0,03) U₅₀ và m > 15.

A.1.3  Loại 3: Thử nghiệm ứng suất tăng dần (Hình A.3)

Trong thử nghiệm Loại 3, quy trình luôn dẫn đến phóng điện đánh thủng trên đối tượng thử nghiệm được đặt n lần. Điện áp thử nghiệm có thể được tăng liên tục hoặc theo bậc cho đến khi xảy ra phóng điện đánh thủng ở điện áp U_i hoặc được giữ không đổi ở một mức cho đến khi quan sát thấy phóng điện đánh thủng ở thời gian t_i. Kết quả là n giá trị điện áp U_i hoặc thời gian t_i mà ở đó xảy ra phóng điện đánh thủng (n ≥ 10),

Những thử nghiệm như vậy được thực hiện với điện áp xoay chiều hoặc một chiều tăng liên tục hoặc theo hình bậc thang hoặc điện áp xung tăng theo hình bậc thang. Thử nghiệm với phóng điện đánh thủng xảy ra ở sườn trước của xung thuộc vào loại này.

A.2  Đáp tuyến thống kê của phóng điện đánh thủng

Khi p, xác suất của phóng điện đánh thủng trong một quy trình thử nghiệm cho trước, chỉ phụ thuộc vào điện áp thử nghiệm, U, đáp tuyến của đối tượng thử nghiệm có thể mô tả đặc tính bằng hàm p(U) được xác định bởi quá trình diễn biến phóng điện. Trong thực tế, hàm này, hàm xác suất phóng điện đánh thủng, có thể được biểu diễn toán học bằng hàm phân bố xác suất lý thuyết được mô tả đặc tính bởi ít nhất hai tham số, ví dụ U₅₀ và s. U₅₀ là ước lượng của điện áp phóng điện 50 % đối với p(U) = 0,5 và s là ước lượng của độ lệch chuẩn (xem 3.4.4 và 3.4.6).

CHÚ THÍCH: 1: Ví dụ của p(U) có thể lấy từ hàm phân bố xác suất Gauss (hoặc phân bố chuẩn), Weilbull hoặc Gumbel. Kinh nghiệm cho thấy rằng đối với 0,16 < p < 0,84, hầu hết phân bố lý thuyết có thể coi là tương đương. Chi tiết xem tài liệu liên quan [A1-A4].

CHÚ THÍCH 2: Đôi khi p là một hàm của hai tham số hoặc nhiều hơn, ví dụ, U và dU/dt. Trong trường hợp này, không thể sử dụng một hàm đơn giản để mô tả p. Chi tiết của các trường hợp này có thể tìm thấy trong tài liệu kỹ thuật [A1-A4],

Hàm p(U) và các tham số U₅₀ và s có thể được ước lượng từ các thử nghiệm với số lượng đủ lớn của các lần đặt điện áp, với điều kiện là đặc tính của đối tượng thử nghiệm được giữ không đổi trong suốt thử nghiệm. Trong thực tế, số lượng của các đặt điện áp thường bị giới hạn và ước lượng của U₅₀ và s dựa trên dạng giả định của p(U) sẽ phải chịu độ không đảm bảo thống kê.

A.2.1  Giới hạn tin cậy

Nếu tham số y được ước lượng từ n kết quả thử nghiệm, giới hạn tin cậy trên và dưới (y_trên và y_dưới) có thể được xác định, với xác suất c mà giá trị thực của y nằm trong các giới hạn này. C còn được gọi là mức tin cậy của dải (y_trên và y_dưới) xác định chiều rộng của dải tin cậy.

C thường được lấy là 0,95 hoặc 0,9 và các giới hạn tương ứng được gọi là giới hạn tin cậy 95 % hoặc 90 %.

Đối với một giá trị C cho trước, chiều rộng của dải tin cậy phụ thuộc vào cả n và giá trị của độ lệch chuẩn s. Độ lệch chuẩn s cần được ước lượng khi có thể từ thử nghiệm được thực hiện trong điều kiện thực tế. Nói chung, thử nghiệm thực hiện với số lượng càng nhiều, s được ước lượng càng tốt. Tuy nhiên, cần nhớ rằng trong một chuỗi thử nghiệm kéo dài, điều kiện môi trường có thể thay đổi tới phạm vi rộng mà bù lại lợi ích của sự chính xác từ việc tăng số lượng thử nghiệm.

Vì sự ước lượng chính xác của s từ một số lượng thử nghiệm giới hạn là không thể, các giá trị được ước lượng từ các kết quả gộp của nhiều thử nghiệm thường được quy định bởi ban kỹ thuật liên quan.

A.3  Phân tích kết quả thử nghiệm

Điều này được áp dụng cho các trường hợp khi mà kết quả thử nghiệm có thể được xem như ước lượng độc lập, ví dụ, khi kết quả của một thử nghiệm không bị ảnh hưởng bởi những gì có thể xây ra trong bất kỳ thử nghiệm nào trước đó.

CHÚ THÍCH: Để kiểm tra tính độc lập của một chuỗi kết quả thử nghiệm, xem tài liệu liên quan [A1-A4].

số lượng ứng suất điện áp i	1	2	3	4	5	6	7	8
số lượng ứng dụng điện áp, ni	10	10	10	10	10	10	10	10
số lượng phóng điện đánh thủng, ki	1	1	2	4	5	7	8	9
tần số phóng điện đánh thủng, ƒi = ki/ni	0,1	0,1	0,2	0,4	0,5	0,7	0,8	0,9
phóng điện dành thủng tổng, g	1	2	4	8	13	20	28	37

Hình A.1 – Ví dụ về thử nghiệm đa mức (Loại 1)

Hình A.2 – Các ví dụ về thử nghiệm tăng và giảm (Loại 2) để xác định xác suất phóng điện đánh thủng 10 % và 90 % tương ứng

 

Hình A.3a – Điện áp tăng liên tục

Hình A.3b – Điện áp tăng theo nấc

Hình A-3 – Ví dụ về thử nghiệm ứng suất tăng dần (Loại 3)

A.3.1  Xử lý kết quả từ thử nghiệm Loại 1

Trong trường hợp này, tần số phóng điện f_i = d_i/n_i ở mức điện áp U_i (i = 1,2,…m) được lấy như một ước lượng của p(U_i), xác suất phóng điện đánh thủng ở mức điện áp U_i. m ước lượng của p(U_i) nhận được trong thử nghiệm Loại 1 có thể được làm thích hợp với hàm phân bố xác suất giả định p(U) và tham số của nó U₅₀ và s = U₅₀ – U₁₆ = U₈₄ – U₅₀ được xác định.

Điều này thường được thực hiện bằng cách vẽ đồ thị f_i với U_i trên giấy kẻ ô đặc biệt được thiết kế để cho một đường vẽ thẳng khi xác suất ước lượng đồng dạng với một hàm phân bố xác suất đặc thù p(U). Một ví dụ được biết đến là giấy xác suất Gauss hoặc xác suất chuẩn mà làm cong một đồ thị đường thẳng để ước lượng phù hợp với hàm phân bố Gauss.

CHÚ THÍCH: Giấy xác suất chuẩn không có thang đo trục tung bao gồm các giá trị p = 0 hoặc p = 1. Theo đó, thử nghiệm ở mức điện áp luôn gây ra phóng điện, ví dụ, d_i = n_i hoặc thử nghiệm ở mức không gây ra phóng điện, ví dụ, d_i = 0, không thể vẽ đồ thị trực tiếp. Có một cách để sử dụng kết quả là kết hợp chúng với các giá trị nhận được cho mức điện áp liền kề và để vẽ chúng như điện áp trung bình có trọng số.

Hiện nay, chương trình máy tính sử dụng kỹ thuật điều chỉnh phân tích, bao gồm phương pháp bình phương nhỏ nhất hoặc phương pháp khả năng xảy ra lớn nhất (xem [A4]), có thể được sử dụng để tìm U₅₀, s (cũng như tham số của các hàm phần bố áp dụng khác) và giới hạn tin cậy liên quan của những ước lượng này. Chúng gồm các phương pháp cần thiết (như hệ số hồi quy thông thường hoặc giới hạn tin cậy) để kiểm tra xem hàm xác suất giả định có phù hợp với điểm được đo với độ chính xác cần thiết hay không. Chi tiết tham khảo tài liệu liên quan [A1-A4].

Như một hướng dẫn chung, chiều rộng của dải tin cậy thường biến đổi ngược lại với căn bậc hai của số n_i lần đặt điện áp ở mỗi mức U_i và ngược lại với số mức thử nghiệm m. Chú thích còn như một ví dụ rằng nếu mọi giá trị của f_i không bằng “không” hoặc phần tử đơn vị, với 10 lần đặt điện áp (n_i = 10) ở mỗi năm mức (m = 5), giới hạn tin cậy 95 % là:

Đối với U₅₀:

U*₅₀ – 0,72_s* ≤ U₅₀ < U*₅₀ +0,72s*

và đối với s:

0,4s* ≤ s ≤ 2,0s*

Trong đó U*₅₀ và s* là ước lượng của U₅₀ và s đạt được bằng cách điều chỉnh kết quả thử nghiệm tới hàm phân bố xác suất phóng điện giả định p(U).

CHÚ THÍCH 2: Chiều rộng của dải tin cậy thường là nhỏ nhất đối với ước lượng của U_p trong vùng lân cận của p = 0,5 hoặc 50 %

A.3.2  Xử lý kết quả từ thử nghiệm Loại 2

Thử nghiệm Loại 2 đưa ra ước lượng của Up, điện áp mà xác suất phóng điện đánh thủng là p.U*_p, ước lượng của U_p, được cho bởi công thức xấp xỉ sau đáy (cho một công thức chính xác hơn, xem tài liệu kỹ thuật):

Trong đó k_i là số lượng nhóm ứng suất mà mỗi nhóm chứa n lần đặt điện áp ở mức điện áp U_i và m tổng số nhóm hữu ích. Giá trị thích hợp của n được cho bởi công thức bên dưới cho một xác suất đòi hỏi p. Để tránh những lỗi rõ ràng, mức điện áp thấp nhất được tính đến không được khác với U*_p nhiều hơn 2ΔU.

Quy trình chịu thử được mô tả trong A.1.2 đưa ra một ước lượng của U_p đối với xác suất phóng điện đánh thủng p được cho bởi:

p = 1 – (0,5)^1/n

Trong khi quy trình phóng điện đưa ra U_p cho:

p = (0,5)^1/n

Giá trị của p mà Up có thể được ước lượng trong thử nghiệm tăng và giảm là giới hạn bởi yêu cầu rằng n là số nguyên. Ví dụ được cho trong Bảng A.1.

Bảng A.1 – Xác suất phóng điện trong thử nghiệm tăng và giảm

n =	70	34	14	7	4	3	2	1
p =	0,01	0,02	0,05	0,10	0,15	0,20	0,30	0,50	(quy trình chịu thử)
p =	0,99	0,98	0,95	0,90	0,85	0,80	0,70	0,50	(quy trình phóng điện)

Quy trình để ước lượng s và giới hạn tin cậy của nó cũng có sẵn nhưng không khuyến cáo trong sử dụng thông thường.

A.3.3  Xử lý kết quả từ thử nghiệm Loại 3

Kết quả của thử nghiệm Loại 3 thường là một chuỗi n điện áp U_i từ cái mà tham số U₅₀ và s của hàm xác suất phóng điện đánh thủng được xác định. Đối với phân bố gauss (hoặc chuẩn), ước lượng của tham số U₅₀ và s được cho bởi

Đối với phân bố khác, phương pháp khả năng xảy ra lớn nhất có thể được sử dụng để ước lượng các tham số liên quan (xem Điều A.4). Những phương pháp và biểu thức giống nhau áp dụng trong các trường hợp khi thời gian xảy ra phóng điện đánh thủng t_i được phân tích.

Giới hạn tin cậy của phân bố gauss (của U*₅₀ và s*) có thể được tìm ra bằng cách sử dụng phân bố-t của Student hoặc phân bố chi-bình phương như dược mô tả trong tài liệu kỹ thuật.

Như một ví dụ, trong trường hợp phân bố gauss, giới hạn tin cậy 95 % đối với ước lượng của U₅₀ và s đạt được từ thử nghiệm với n = 20 là:

(U*₅₀ – 0,47s*) ≤ U₅₀ ≤ (U*₅₀+0,47s*)

và

0,74s* ≤ s ≤ 1,48s*

A.4  Ứng dụng của phương pháp khả năng xảy ra lớn nhất

Phương pháp khả năng xảy ra lớn nhất có thể được sử dụng để đánh giá kết quả của tất cả các loại thử nghiệm nêu trên bởi kiểu hàm xác suất bất kỳ. Phương pháp này cho phép ước lượng các tham số và phân vị của điện áp đánh thủng U_p. Ngoài ra, có thể sử dụng tất cả các kết quả nhận được và giới hạn tin cậy theo mức tin cậy đòi hỏi bất kỳ C có thể được tìm ra. Tiếp theo chỉ giải thích nguyên tắc. Xem tải liệu liên quan [A1-A4] và phần mềm hiện có.

Đối với thử nghiệm Loại 1 và Loại 2, số lượng phóng điện, d_i và số lượng chịu thử w_i tìm được ở mỗi mức điện áp U_i được biết. Nếu dạng của hàm phân bố xác suất phóng điện đánh thủng, ví dụ của p(U_i; U₅₀, s), được giả định, thì xác suất của phóng điện ở mức U_i là p(U_i, U₅₀, s) và xác suất của một chịu thử là (1- p(U_i; U₅₀, s)). Hàm hợp lý L_i ứng với phóng điện d_i và chịu thử w_i xảy ra ở mức điện áp U_i sẽ là:

Vì U_i, d_i và w_i đã biết cần L_i chỉ là hàm của tham số (ví dụ U₅₀ và s).

Hợp lý của một tập hợp hoàn chỉnh các kết quả thử nghiệm bao gồm n giá trị của U_i sau đó trở thành:

L = L₁L₂…L_i…L_n = L(U₅₀, s)

Đối với thử nghiệm Loại 3 với mức điện áp tăng theo dạng bậc thang, mỗi mức điện áp U_i xuất hiện trong kết quả sẽ ứng với một phóng điện đánh thủng. Nói chung, mức điện áp U_i sẽ xuất hiện m_i lần khi m_i ≥ 1. Hợp lý logarit log L sẽ bằng:

logL = m₁ log[ƒ(U₁;U₅₀,s)] + m₂ log[/ƒ(U₂;U₅₀,s)] +… + m_n log[ƒ(U_n;U₅₀,s)]

Trong đó ƒ mô tả đặc tính của hàm mật độ xác suất trong lân cận của U_i (i = 1,…n).

Phương pháp để tính toán L từ tập mở rộng của các kết quả bằng cách xem xét nhóm kết quả nằm trong một số lượng của khoảng điện áp có thể tìm được trong tài liệu.

Ước lượng tốt nhất của các tham số (ví dụ U₅₀, s) là những giá trị (U*₅₀ và s*) mà làm L tối đa. Điều này phải được thực hiện bằng phương pháp trị số. Phần mềm liên quan là có sẵn.

Cực độ có thể tìm được bằng cách sử dụng máy tính để tính lặp L cho các giá trị tham số giả định (U*₅₀ và s*). Với tham số ước lượng cố định, U_p ứng với bất kỳ giá trị đòi hỏi nào của xác suất phóng điện đánh thủng, p, có thể tìm được từ hàm phân bố xác suất phóng điện đánh thủng giả định. Phương pháp để xác định giới hạn tin cậy của U*₅₀ và s* tìm được trong tài liệu. Trong trường hợp C = 0,9, công thức L (U₅₀; s) = 0,1 L_max cho phép xác định các giới hạn tin cậy này.

CHÚ THÍCH: Thêm vào việc phân tích dựa trên phân bố gauss (xem A.3.1), phương pháp khả năng xảy ra lớn nhất còn cung cấp các kết quả đáng tin cậy cho hàm phân bố xác suất lý thuyết khác, ví dụ đối với phân bố Weilbull hoặc Gumbel. Chi tiết xem tài liệu liên quan và phần mềm hiện có.

A.5  Tài liệu tham khảo

[A1] CARRARA, G., và HAUSCHILD, W. Đánh giá thống kê của kết quả thử nghiệm điện môi. Electra số 133 (1990), trang 109-131.

[A2] YAKOV, S. Phân tích thống kê của kết quả thử nghiệm điện môi. CIGRE Brochure số 66 (1991)

[A3] HAUSCHILD, W., và MOSCH, w. Kỹ thuật thống kê cho kỹ thuật điện áp cao. IEE Power Series Số 13, Peter Pereginus Ltd., London, 1992

[A4] VARDEMAN, S.B Thống kê cho giải quyết sự cố kỹ thuật. Công ty xuất bản IEEE Press/PWS, Boston, 1994

 

Phụ lục B

(quy định)

Quy trình tính toán tham số của điện áp xung sét tiêu chuẩn vớt
quá điều chỉnh xếp chồng hoặc dao động

B.1  Lưu ý chung

Phụ lục này mô tả quy trình tính toán tham số của tất cả các điện áp xung sét toàn song, bao gồm cả điện áp có quá điều chỉnh xếp chồng. Cơ sở được tóm tắt trong Điều B.2, phương pháp tiêu chuẩn mà các định nghĩa tham số dựa vào được cho trong Điều B.3, và phương pháp thủ công thay thế được cho trong Điều B.4. Quy trình để xử lý xung cắt sườn sau được cho trong Điều B.5.

Các phương pháp khác là được phép với điều kiện người sử dụng ước lượng độ không đảm bảo đo mà phương pháp góp phần vào độ không đảm bảo đo kết hợp và độ không đảm bảo đo kết hợp này sẽ nằm trong phạm vi các giới hạn cho trong TCVN 6099-2 (IEC 60060-2). Việc tiến hành phương pháp được sử dụng phải đáp ứng các yêu cầu của IEC 61083-2.

B.2  Cơ sở của quy trình

Quy trình được dựa trên công thức thực nghiệm:

Ut = Ub + k (ƒ)(Ue – Ub)

(B.1)

mô tả điện áp thử nghiệm, U_t, được đặt lên cách điện, trong điều kiện điện áp xung sét có độ lớn quá điều chỉnh, β.

Trong đó

U_b  là giá trị lớn nhất của đường cơ bản;

U_e  là giá trị lớn nhất của đường ghi ban đầu không tạp, và hàm điện áp thử nghiệm là hàm phụ thuộc tần số được cho bởi:

(B.2)

trong đó ƒ là tần số tính bằng MHz.

B.3  Quy trình đánh giá tham số của xung sét toàn sóng

Quy trình này là sự thực hiện của Công thức (B.1), và được sử dụng để tính toán các xung ghi số với sự hỗ trợ của máy tính. Quy trình này được dùng để thu được đường điện áp thử nghiệm từ đó tính toán các tham số xung.

Các bước của quy trình như sau:

a) tìm mức cơ bản của đường ghi bằng cách tính giá trị điện áp trung bình từ phần phẳng trong phần đầu của đường ghi khi điện áp đầu vào bằng “không”;

b) loại bỏ độ lệch mức cơ bản từ đường ghi, U(t), để có được đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t), và sử dụng đường ghi cho những bước còn lại;

c) tìm giá trị cực trị, U_e, của đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t) (Hình B.1);

d) tìm mẫu cuối trên sườn trước có giá trị điện áp nhỏ hơn 0,2 lần giá trị cực trị , U_e;

e) tìm mẫu cuối cùng trên sườn sau có giá trị điện áp lớn hơn 0,4 lần giá trị cực trị, U_e;

f) chọn dữ liệu bắt đầu từ mẫu sau mẫu được xác định trong bước d), đến và bao gồm mẫu được xác định trong bước e) để phân tích thêm;

Hình B.1 – Đường ghi và đường cơ bản thể hiện quá điều chỉnh và đường dư

Hình B.2 – Đường điện áp thử nghiệm (bổ sung của đường cơ bản và đường dư có lọc)

Hình B.3 – Đường điện áp ghi và đường thử nghiệm

g) khớp hàm sau đây vào dữ liệu được chọn trong bước f) (xem Điều C.1):

Ở đây t là thời gian, U_d(t) là hàm điện áp. U, τ₁, τ ₂ và t_d là tham số tìm được bằng cách thích hợp 2);

h) vẽ đường cơ bản, U_m(t), của dạng sóng, bằng cách sử dụng giá trị “không” cho các điểm mẫu đến thời gian tứ (như được tính trong bước g) và các giá trị của U_d(t) cho các điểm mẫu từ thời gian t_d đến thời điểm mẫu cuối cùng được xác định trong bước e)) (xem Hình B.1);

i) trừ đường cơ bản U_m(t) từ đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t) để đạt được đường dư R(t) = U₀(t) – U_m(t) (Hình B.2);

j) tạo một bộ lọc số (xem Điều C.2) với hàm truyền của nó H(f) bằng với cái được xác định bởi hàm điện áp thử nghiệm k(f) (Công thức B.2);

k) áp dụng bộ lọc số đối với đường dư R(t) để nhận được đường điện áp thử nghiệm, U_t(t);

m) tính giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t, và tham số thời gian từ đường điện áp thử nghiệm (xem Hình B.2);

n) tìm giá trị lớn nhất U_b của đường cơ bản U_m(t) (xem Hình B.2);

o) tính độ lớn quá điều chỉnh tương đối, 

p) biểu diễn đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t), và đường điện áp thử nghiệm U_t(t) (xem Hình B.3);

q) xác định và báo cáo các giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t, thời gian sườn trước, T₁, thời gian đến nửa giá trị, T₂, và độ lớn quá điều chỉnh tương đối, β’.

B.4  Quy trình tính toán thủ công từ đồ thị dạng sóng

Quy trình này là thực hiện của Công thức (B.1), và nó được sử dụng để tính toán thủ công các tham số xung từ đồ thị dạng sóng.

CHÚ THÍCH: Một đánh giá thủ công sẽ dẫn đến kết quả thiếu chính xác so với quy trình tính toán từ dạng sóng kỹ thuật số.

Các bước của quy trình như sau:

a) vẽ một đường cơ bản, U_m(t), bằng tay đi qua đường ghi, U(t), để loại bỏ dao động trên sườn trước và đỉnh;

b) tìm giá trị lớn nhất của U_m(t), U_b,

c) tìm giá trị lớn nhất U_e của đường ghi, U(t);

d) tính toán khoảng thời gian, t, của quá điều chỉnh bằng cách tìm chênh lệch về thời gian giữa hai điểm giao nhau của đường U(t) và U_m(t) trên cả hai phía của đình lớn nhất của U(t), và tính tần số quá điều chỉnh f₀ = 1/2t;

e) tính giá trị của hàm điện áp thử nghiệm k(f) từ công thức (B.2):

f) tính giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t sử dụng công thức (B.1);

g) tính độ lớn quá điều chỉnh tương đối, 

h) xác định các tham số thời gian từ đường cơ bản sử dụng U_t như điện áp đỉnh để xác định các giá trị 30 %, 90 % và 50 %:

i) báo cáo giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t, thời gian sườn trước, T₁, thời gian đến nửa giá trị, T₂, và độ lớn quá điều chỉnh tương đối, β’.

B.5  Quy trình đánh giá tham số của xung sét cắt sườn sau

Quy trình này là sự thích nghi của thuật toán được cho trong Điều B.3 để đánh giá xung sét toàn sóng. Quy trình này có thể được sử dụng khi việc cắt xảy ra sau 95 % của mức giá trị cực trị.

Đối với quy trình thích nghi này, cần có hai đường ghi sau:

1) Xung cắt sườn sau được đánh giá.

2) Xung chuẩn toàn sóng được ghi lại (thường) trên điện áp thấp hơn mà không thay đổi cài đặt.

Quy trình như sau:

Áp dụng bước a) đến c) cho cả xung chuẩn toàn sóng và xung cắt:

a) tìm mức cơ bản của đường ghi bằng cách tính giá trị điện áp trung bình từ phần phẳng trong phần đầu của đường ghi khi mà điện áp đầu vào bằng “không”;

b) loại bỏ độ lệch mức cơ bản từ đường ghi, U(t), để nhận được đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t), và sử dụng đường ghi cho những bước còn lại;

c) tìm giá trị cực trị, U_e, của đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t)

Áp dụng bước d) đến h) cho xung chuẩn toàn sóng:

d) tìm mẫu cuối cùng trên sườn trước có giá trị điện áp nhỏ hơn 0,2 lần giá trị cực trị, U_e;

e) tìm mẫu cuối cùng trên sườn sau có giá trị điện áp lớn hơn 0,4 lần giá trị cực trị, U_e,

f) chọn dữ liệu bắt đầu từ mẫu sau mẫu được xác định trong bước d), đến và bao gồm mẫu được xác định trong bước e) để phân tích thêm;

g) khớp hàm sau đây vào dữ liệu được chọn trong bước f);

ở đây t là thời gian, U_d(t) là hàm điện áp. U, τ ₁, τ ₂ và t_d là tham số được tìm thấy bằng cách thích hợp;

h) vẽ đường cơ bản, U_m(t), của dạng sóng, bằng cách sử dụng giá trị “không” cho các điểm mẫu đến thời gian t_d (như được tính trong bước g) và các giá trị của U_d(t) cho các điểm mẫu từ thời gian t_d đến thời điểm mẫu cuối cùng được xác định trong bước e));

Áp dụng bước 1) đến 7) cho xung cắt sườn sau:

1) tìm thời điểm cắt;

2) tìm điểm mà dạng sóng gián đoạn bắt đầu lệch từ dạng sóng chuẩn toàn sóng;

3) chọn dữ liệu đến và bao gồm điểm đó để phân tích thêm;

4) tìm độ trễ thời gian t_L giữa đường ghi của xung chuẩn toàn sóng và xung cắt (ví dụ bằng cách sử dụng kỹ thuật tương quan chéo, hoặc bằng cách khớp các mức 30 %, 50 % và 80 % trên sườn trước);

5) điều chỉnh độ trễ thời gian giữa xung toàn sóng và xung cắt về “không”;

6) tìm tỷ lệ E giữa biên độ của xung cắt và xung toàn sóng (ví dụ bằng cách chia các giá trị đỉnh, hoặc chia các giá trị trung bình tính được trên khoảng quy định ở cả hai đường ghi);

7) chia tỷ lệ biên độ của đường cơ bản bằng hệ số E.

i) trừ đường cơ bản theo tỷ lệ U_m(t) từ đường ghi được bù trừ độ lệch, U₀(t) để nhận được đường dư

j) tạo một bộ lọc số (xem Phụ lục C) với hàm truyền H(f) của nó bằng với cái được xác định bởi hàm hệ số điện áp thử nghiệm k(f) (Công thức (B.2));

k) áp dụng bộ lọc số cho đường dư R(t) để nhận được đường dư được lọc R_f(t);

l) đặt đường dư được lọc R_f(t) lên đường cơ bản U_m(t) để nhận được đường điện áp thử nghiệm, U_t(t);

m) tính giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t, và tham số thời gian từ đường điện áp thử nghiệm;

n) tìm giá trị lớn nhất U_b của đường cơ bản U_m(t)

o) tính độ lớn quá điện áp tương đối, 

p) biểu diễn đường ghi U(t) và đường điện áp thử nghiệm U_t(t)

q) báo cáo giá trị của điện áp thử nghiệm, U_t, thời gian sườn trước, T₁, thời gian tới thời điểm cắt, T_c, và độ lớn quá điều chỉnh tương đối, β’

 

Phụ lục C

(tham khảo)

Hướng dẫn vận hành phần mềm đề đánh giá tham số điện áp xung sét

C.1  Hướng dẫn thực hiện điều chỉnh đường cơ bản

Hàm khớp với đường ghi có bốn tham số tự do (U, τ ₁, τ ₂ và t_d);

(C.1)

Thuật toán Levenberg-Marquardt và đạo hàm của nó được sử dụng thành công để khớp hàm này trên đường ghi. Sau đây là ví dụ của các gói phần mềm được sử dụng cho mục đích này:

Gói phần mềm (bản thử nghiệm)	Hàm được sử dụng để khớp
Matlab®. 3) và bộ dụng cụ tối ưu của nó (Phiên bản 7.0.4)	Iqscurvefit
GNU Octave 4) (Phiên bản 3.2.0)	leasqr
LabVIEW TM 5) (LabVIEW 8 Bản chuyên nghiệp)	Nonlinear Curve Fit
LabWindows TM/CVI 6) (Phiên bản 6.0)	NonLinearFit

Cài đặt giả định ban đầu cho các tham số tự do để rút ngắn thời gian tính toán. Giả định ban đầu được cho đề khớp hàm có thể là, ví dụ:

U: giá trị cực trị của đường ghi

τ ₁: 70 ps

τ ₂: 0,4 ps

t_d: Điểm gốc thực hoặc giả định của đường ghi

Chuẩn hóa dữ liệu (tức là chia tỷ lệ sao cho thang điện áp và thời gian kéo dài xấp xỉ từ 0 đến 1) cho thấy cải thiện tính hội tụ của thuật toán. Các tham số được khớp sau đó cần được chia tỷ lệ lại theo thang điện áp và thời gian ban đầu.

Thuật toán Newton-Raphson được chứng minh là tạo ra kết quả tương đương với thuật toán Levenberg-Marquardt.

C.2  Ví dụ của bộ lọc số để thực hiện hàm điện áp thử nghiệm

Để thực hiện hàm điện áp thử nghiệm, phải xây dựng một bộ lọc số với đáp ứng tần số biên độ của nó bằng với hàm điện áp thử nghiệm (công thức B.2 trong Phụ lục B). Ví dụ được cho ở đây là thực hiện hiệu quả và chính xác của bộ lọc Đáp ứng Xung Vô hạn (IIR) pha-trung tính. Các bộ lọc khác, như bộ lọc Đáp ứng Xung Hữu hạn (FIR) được tạo bởi phương pháp mẫu tần số hoặc bộ lọc đáp ứng tùy ý dựa trên nền tảng Window thiết kế thuật toán và phần mềm thương mại, đều có thể được sử dụng.

Bộ lọc IIR pha trung tính được thiết kế bằng cách tính thuận được mô tả trong [C1], Trong cách tiếp cận này, sự suy yếu của bộ lọc chỉ bằng một nửa những gì cần thiết, nhưng dữ liệu đi qua bộ lọc gấp đôi, đầu tiên là thuận và sau đó là theo thứ tự ngược lại. Việc lọc này cho đầu ra phù hợp với hàm điện áp thử nghiệm với lỗi biên độ và chuyển pha không đáng kể.

Chỉ có hai hệ số lọc là cần thiết để thực hiện bộ lọc thuận, công thức dẫn xuất cho trong [C1] để xây dựng bộ lọc này là:

(C.2)

Trong đó a bằng 2,2 x 10^–12 (điểm -3 dB của bộ lọc hệ số K), T_s là khoảng thời gian mẫu được sử dụng khi ghi lại tín hiệu, x(i) là chuỗi mẫu đầu vào (điện áp) vào bộ lọc và y(i) là chuỗi mẫu đầu ra của bộ lọc.

Cho ví dụ, đối với khoảng thời gian lấy mẫu 10 ns sẽ cho hệ số sau đây:

a₁ = -0,9585113 và b₀ = b₁ = 0,02074434

Việc lọc được thực hiện hai lần (một lần theo chiều thuận và một lần theo hướng ngược lại) sử dụng bộ lọc thuận IIR với công thức vi phân sau:

y(i) = 0,02074434 (x(i) + x(i – 1)) + 0,95 85113 y(i –1)

(C.3)

Để tránh những trục trặc về số thường điển hình) đối với bộ lọc IIR, sử dụng số lượng đủ lớn (trong trường hợp này thường ≥ 6) của chữ số có nghĩa cho hệ số lọc.

C.3  Tài liệu tham khảo

[C1] LEWIN, Paul L, TRAN, Trung N., SWAFFIELD, David J., và HALLSTROM, Jari K. Lọc pha trung tính cho đánh giá xung sét: Bộ lọc hệ số K cho Sửa đổi của IEC 60060-1 và -2. IEEE Transactions on Power Delivery, Tập 23, số 1, trang 3-12, Tháng 1 năm 2008.

 

Phụ lục D

(tham khảo)

Giới thiệu khái quát hệ số điện áp thử nghiệm để đánh giá các xung với quá điều chỉnh

D.1  Phiên bản trước (IEC 60060-1:1989)

Vào cuối những năm 1980, hầu hết các phòng thí nghiệm sử dụng máy hiện sóng để ghi lại xung và lượng thời gian cần thiết để đọc biểu đồ dao động và các giới hạn phân giải của biểu đồ dao động thiết lập các hạn chế thực tế cho các yêu cầu mà có thể được thiết lập cho phòng thử nghiệm. Phiên bản trước của tiêu chuẩn này (IEC 60060-1:1989) phân chia điện áp xung sét toàn sóng thành hai loại: điện áp xung sét toàn sóng mịn và điện áp xung sét toàn sóng với dao động tắt dần. Trong thực tế, tất cả các xung có một số dao động và người sử dụng phải có đánh giá chủ quan về việc khi nào dao động giống như xung cần được xử lý như một điện áp xung sét toàn sóng với dao động tắt dần. Điện áp xung sét toàn sóng với dao động tắt dần được phân tích bằng cách “vẽ một đường trung bình đi qua dao động”: người sử dụng phải thực hiện một đánh giá chủ quan về việc đường nào là đường mịn đúng. Giới hạn trên “biên độ đỉnh đơn” 5 % của giá trị đỉnh (của xung) được thiết lập.

Phân tích phụ thuộc vào khoảng thời gian hoặc tần số của quá điều chỉnh: 19.2 nêu rằng:

“Với một số mạch thử nghiệm, dao động hoặc quá điều chỉnh có thể xảy ra ở đỉnh của xung, nếu tần số của các dao động như vậy không nhỏ hơn 0,5 MHz hoặc khoảng thời gian của quá điều chỉnh không lớn hơn 1 ps, đường trung bình cần được vẽ và, với mục đích đo, biên độ lớn nhất của đường này được chọn như giá trị đỉnh xác định giá trị của điện áp thử nghiệm”.

Điều này đưa đến một sự chuyển tiếp đột ngột nhưng được chấp nhận như một phương pháp hợp lý cho biểu đồ dao động khi quá điều chỉnh bị giới hạn đến 5 %. Đồ thị của chuyển tiếp được thể hiện trên Hình D.1.

Hình D.1 – Hàm thử nghiệm điện áp “hiệu quả” trong IEC 60050-1:1989

Điều này gây ra ba vấn đề trong tính nhất quán của phép đo:

a) Chuyển tiếp mạnh từ “giá trị lớn nhất” đến “giá trị lớn nhất của đường trung bình” dẫn đến các sai số rất lớn khi tần số của quá điều chỉnh gần với tần số chuyển tiếp 500 kHz. Chuyển tiếp mạnh này không mô tả tốt đáp tuyến của vật liệu cách điện. Nó còn kho xác định chính xác tần số.

b) Việc chọn đường trung bình mang tính chủ quan. Điều này đóng góp đáng kể vào độ không đảm bảo đo trong việc đánh giá các tham số của điện áp xung sét toàn sóng với dao động tắt dần.

c) Không quy định chính xác làm thế nào để xác định một xung là mịn hay có dao động xếp chồng rất nhỏ.

Trong hai thập kỷ cuối, việc sử dụng số hóa trở nên phổ biến. Số hóa sử dụng với phân tích phần mềm có khả năng cung cấp độ chính xác cao hơn nhiều so với máy hiện sóng nhưng ứng dụng của chúng lại gặp trở ngại bởi những yêu cầu kỹ thuật mơ hồ trong IEC 60060-1:1989. Người dùng phải phát triển những chương trình phần mềm khác nhau và những chương trình này có thể được thử nghiệm bởi dạng sóng của máy phát dữ liệu thử nghiệm (TDG) trong IEC 61083-2 nhưng việc sử dụng chúng để thử nghiệm vẫn bị giới hạn bởi các định nghĩa mơ hồ của IEC 60060-1:1989. Sự khác biệt giữa giá trị của các tham số được tính bởi chương trình phần mềm riêng biệt và những chương trình được cho trong IEC 61083-2 cho những thành phần bổ sung cho việc ước lượng độ không đảm bảo đo.

D.2  Nghiên cứu và phát triển để cung cấp giải pháp

CIGRE WG D 1.33 (trước đây được biết như CIGRE WG 33.03) được ấp ủ thực hiện trong suốt hai thập kỷ cuối để xác định những vấn đề này và IEC TC 42 MT4 đã làm việc về chúng từ khởi nguồn này.

Một cuộc điều tra, được cấp vốn bởi Cộng đồng Châu Âu, được thực hiện bởi 5 viện nghiên cứu trong giai đoạn từ 1997 đến 1999, trên ảnh hưởng của dao động của tần số biến thiên và biên độ xếp chồng lên điện áp xung sét toàn sóng trên độ bền đánh thủng của 5 kiểu cách điện [D1]. Xác suất điện áp đánh thủng được xác định đối với điện áp xung sét toàn sóng mịn mà có hình dạng gần với tổng của hai dạng hàm mũ. Xác suất điện áp đánh thủng còn được xác định cho cùng xung với dao động xếp chồng của tần số và biên độ biến thiên và điện áp của điện áp xung sét toàn sóng mịn tương đương tìm được. Tác động của một dao động xếp chồng của tần số f được giảm bởi hệ số k(f) – là, giá trị đỉnh của xung tương đương bằng với giá trị đỉnh của xung mịn cộng k(f) lần giá trị đỉnh của dao động. Giá trị k(f) được xác định bằng thử nghiệm được vẽ đối với tần số được thể hiện trên Hình D.2.

Mặc dù dữ liệu cho các kiểu cách điện khác nhau là khá rải rác, nhưng kết luận chính là khá rõ ràng. Ảnh hưởng của dao động xếp chồng là phụ thuộc vào tần số. Nói cách khác, có một sự chuyển tiếp dần dần, không mạnh, trong sự phụ thuộc tần số của độ lớn quá điều chỉnh trên độ bền điện môi.

Nhà nghiên cứu giới thiệu “hệ số k”, k(f), để giới thiệu về chuyển tiếp dần. Trong tiêu chuẩn, điều này được gọi là hàm điện áp thử nghiệm,

(D.1)

trong đó

U_t  là giá trị điện áp thử nghiệm được xác định;

U_b  là giá trị lớn nhất của đường cơ bản thích hợp;

U_e  là giá trị lớn nhất của đường ghi gốc.

Giá trị điện áp thử nghiệm (U_t) là giá trị lớn nhất của điện áp xung sét toàn sóng mịn tương đương.

“Đường điện áp thử nghiệm” được sử dụng để tính các tham số thời gian như phương pháp này là chính xác, tái lặp được, và thiết thực. Đường điện áp thử nghiệm là một giả tượng toán học và không phải đại diện vật lý của xung sét mịn tương đương. Dung sai lớn trên các tham số thời gian dựa trên hàng thập kỷ kinh nghiệm và chứng minh trong thí nghiệm ở Châu Âu còn hỗ trợ thực tế rằng các giá trị của tham số thời gian không quá quyết định đối với xác định đánh thủng. Vì thế việc ước lượng mới các tham số thời gian đủ gần với giá trị mà có thể xác định bằng cách áp dụng các phương pháp cũ.

Hình D.2 – Điểm thực nghiệm điển hình từ các thí nghiệm của Châu Âu và hàm điện áp thử nghiệm

Có nhiều thảo luận về công thức thích hợp nhất cho k(f) trong CIGRE. Khi tìm được bằng tính toán, tần số qua lại không có ảnh hưởng lớn đến kết quả và bởi vì chúng trong khoảng cực trị của tần số quá điều chỉnh có thể xảy ra, một công thức đơn giản được đề xuất [D2] và được chấp nhận cho tiêu chuẩn. Công thức này là:

(D.2)

Trong đó f là tần số tính bằng MHz. Điều này được thể hiện trên Hình D.2.

Vì dữ liệu gốc có được từ các dao động xếp chồng trên điện áp xung sét toàn sóng, phương pháp “lọc dư”, khi hàm hệ số k được áp dụng cho sự khác biệt giữa xung đo được và một đường cơ bản thích hợp, cái là tổng của hai hàm mũ, được sử dụng trong tiêu chuẩn. Nó được thấy rằng sự lựa chọn hai hàm mũ cho tính nhất quán tốt để đánh giá giá trị điện áp thử nghiệm nhưng để đạt được sự nhất quán trong đánh giá các tham số thời gian thì nó cần phải quy định phương pháp để khớp hàm này (xem Phụ lục B). Ngoài ra, nó còn thuận tiện và có giá trị toán học để áp dụng hàm k(f) như một bộ lọc số. Điều này cho phép tính toán chính xác và tự động công thức (D.1) mà không cần xác định tần số (hoặc các tần số) của quá điều chỉnh.

Vậy giờ đây ba vấn đề được nhắc đến từ đầu đã được giải quyết:

a) Một hàm chuyển tiếp dần dần được thay thế bởi một hàm chuyển tiếp mạnh. Nó còn không cần thiết phải xác định tần số của quá điều chỉnh.

b) Việc khó lựa chọn đường trung bình đã được giải quyết bằng cách giới thiệu một đường cơ bản được xác định tốt.

c) Tất cả các điện áp xung sét được xử lý theo cùng một cách nên không còn cần thiết phải xác định một xung là mịn hay không.

Ngoài ra, vì các định nghĩa là chính xác hơn và dựa trên quá trình xác định các đường ghi số, số hóa có thể được sử dụng với độ không đảm bảo đo thấp hơn nhiều (điều này được chứng minh bằng cách tính toán trong một vài phòng thí nghiệm trong suốt quá trình soạn thảo tiêu chuẩn này).

Việc xem xét còn đem lại sự nhất quán của kết quả từ quy trình mới khi các dạng méo khác xuất hiện. Những méo này bao gồm:

d) dao động trên phần đầu xung;

e) dao động xếp chồng trên quá điều chỉnh;

f) dao động trên phần sườn sau;

g) tạp tần số cao.

Sử dụng đường điện áp thử nghiệm dẫn đến những kết quả sau:

h) Tất cả các tạp tần số cao sẽ được loại bỏ. Dao động trên phần đầu xung sẽ được loại bỏ. Những điều này phù hợp với mục đích của phiên bản trước của IEC 60060-1. Tuy nhiên, các bộ lọc số khác hoặc quy trình điều chỉnh đường cong không còn bị yêu cầu. Việc loại bỏ nhiễu giờ đây là tự động đạt được khi đường điện áp thử nghiệm được tính. Như một hệ quả, kết quả của các tham số xung là nhất quán hơn khi xuất hiện nhiễu.

i) Sự biến thiên tần số thấp bất kỳ của dạng sóng được bảo toàn. Đó là, toàn bộ hình dạng của xung, mà có thể khác một cách đáng kể so với của đường cơ bản, sẽ được bảo toàn. Đường cơ bản trong phương pháp này chỉ là đường trung gian mà được sử dụng để lấy ra đường dư (dao động). Thành phần tần số thấp bất kỳ của đường dư được bảo toàn, mà dẫn đến sự bảo toàn thành phần tần số thấp trong đường điện áp thử nghiệm. Điều này, về nguyên tắc, là phù hợp với phiên bản thứ hai của IEC 60060-1. Tuy nhiên, quy trình trong phiên bản thứ ba này cho nhiều kết quả nhất quán hơn.

j) Trong trường hợp xung mịn, chỉ có tạp sẽ được loại bỏ, các tham số của xung được bảo toàn chính xác.

k) Nói chung, nên áp dụng cùng quy trình cho tất cả các xung sét (ngoại trừ cắt phần sườn trước),

D.3  Giới hạn của quá điều chỉnh

Việc xác định giới hạn tương đương với giới hạn được sử dụng trong phiên bản trước của tiêu chuẩn này (IEC 60060-1:1989) là đáng mong ước. Tính chất chủ quan của “đường trung bình” dẫn đến độ không đảm bảo đo cao và được ước lượng vào khoảng 2 %. Tổng của hai đường cong hàm mũ sẽ nằm bên dưới “đường mịn” trung bình khoảng 3 %. Để bao gồm gần như tất cả (97,5 %) của các xung với dao động tắt dần được cho phép bởi phiên bản trước của tiêu chuẩn này, quá điều chỉnh tương đối được thiết lập ở 10 %. Điều này cho phép các xung giống như trước nhưng cho phép phân tích chính xác hơn.

CHÚ THÍCH: Trong một số trường hợp (ví dụ cho máy biến áp công suất), quá điều chỉnh không thể xác định ứng suất lớn nhất trên cách điện, và việc tăng dung sai trên độ lớn quá điều chỉnh tương đối đến 10 % có thể dẫn đến thiết bị đang ở trong thử nghiệm. Điều này cần được ban kỹ thuật liên quan tính đến.

D.4  Xung nằm ngoài giới hạn

Nghiên cứu ở Châu Âu [D1] đã sử dụng dao động tắt dần với biên độ đến khoảng 20 % để chứng minh ảnh hưởng lên cách điện. Tuy nhiên, đối với thử nghiệm chung, không nhất thiết phải vượt quá 10 % giới hạn. Đối với các trường hợp đặc biệt, ban kỹ thuật liên quan cần xác định cách tiếp cận tốt nhất. Đường dư có thể được sử dụng như một chỉ báo của độ méo.

Cần lưu ý rằng phương pháp này dựa trên nghiên cứu cách điện (như trong IEC 60060-1:1989) và không xét đến ảnh hưởng của tốc độ tăng điện áp là cao trên phân bố trường trong thiết bị.

Tiêu chuẩn này đưa ra định nghĩa một số tham số mới (như giá trị cực trị và tốc độ tăng Trung bình) được khuyến cáo bởi CIGRE Task Force WG 33.03 (hoạt động chung với CIGRE SC 12).

D.5  Tài liệu tham khảo

[D1] GARNACHO, F., SIMON, P., GOCKENBACH, E., HACKEMACK, K., BERI UN, S., và VVERLE, P. Đánh giá điện áp xung sét dựa trên kết quả thử nghiệm. Electra No.204, tháng 10 năm 2002.

[D2] HALLSTROM, JK. et al, Khả năng áp dụng sự thực hiện khác nhau của phương án lọc hệ số k cho bản sửa đổi của IEC 60060-1 và -2. Được tiến hành bởi Hội nghị chuyên đề Quốc tế lần thứ XIV về Kỹ thuật Điện ap Cao, Beijing, 2005, báo cáo B-32, trang 92.

 

Phụ lục E

(tham khảo)

Phương pháp tính toán lặp trong quy trình ngược đối với
việc xác định hệ số hiệu chỉnh khí quyển

E.1  Nhận xét mở đầu

Phát hiện ra rằng sai số trong tính toán hệ số hiệu chỉnh khí quyển K_t là đáng kể nếu K_t thấp hơn đáng kể so với phần từ đơn vị (ví dụ K_t = 0,95 hoặc thấp hơn) nếu quy trình tính toán lặp (4.3.3.2) không được sử dụng. K_t thấp trong hầu hết trường hợp do áp suất không khí thấp, là điển hình ở vị trí thử nghiệm có độ cao lớn. Sai số gây ra bởi thay đổi nhiệt độ và độ ẩm là không đáng kể.

Các ví dụ trong phụ lục này cho thấy việc sử dụng quy trình (4.3.3.2) là cần thiết khi áp suất khí quyển thấp hơn đáng kể so với mức tiêu chuẩn. Các ví dụ còn cho thấy rằng quy trình tính toán lặp thường không cần thiết đối với thử nghiệm thực hiện gần mực nước biển.

E.2  Thay đổi áp suất khí quyển theo độ cao so với mực nước biển

Áp suất khí quyển giảm gần như tuyến tính từ độ cao so với mực nước biển đến độ cao đến 10 000 m trên mực nước biển. Áp suất khí quyển ở một độ cao cho trước có thể được tính theo công thức sau:

trong đó p là áp suất khí quyển tính bằng hPa, H là độ cao so với mực nước biển tính bằng mét. Biểu đồ của áp suất khí quyển p theo độ cao H được thể hiện trên Hình E.1. Bảng E.1 liệt kê các độ cao và áp suất khí quyển thông thường của ba địa điểm.

Hình E.1 – Áp suất khí quyển là hàm của độ cao

Bảng E.1 – Độ cao và áp suất không khí của cùng địa điểm

Địa điểm	A	B	c
Độ cao (m)	0	1 540	2 240
Áp suất không khí	1 013,0	838,6	769,6

E.3  Độ nhạy của K_t đến U₅₀

Điện áp phóng điện đánh thủng 50 % U₅₀ là đầu vào để tính toán hệ số hiệu chỉnh khí quyển K_t. Đối với thử nghiệm phóng điện đánh thủng 50 %, U₅₀ là kết quả của thử nghiệm và có thể được sử dụng trực tiếp cho tính toán K_t. Sai số không đáng kể của K_t xảy ra do sai số của U₅₀.

Tuy nhiên, nếu K_t được xác định để hiệu chỉnh điện áp thử nghiệm cho thử nghiệm chịu thử điện áp, giá trị của U₅₀ là chưa biết. Vì vậy, 4.3.4.3 khuyến cáo nên ước lượng U₅₀ bằng cách nhân điện áp thử nghiệm quy định U₀ với 1,1, ví dụ

U₅₀ = 1,1 U₀

và sử dụng U₅₀ ước lượng để tính K_t.

Sử dụng U₅₀ ước lượng có thể dẫn đến sai số trong tính K_t và do đó điện áp thử nghiệm hiệu chỉnh U = K_t U₀.

Sai số K_t phụ thuộc vào độ nhạy của K_t với thay đổi của U₅₀, tức là, giá trị của hệ số độ nhạy [E1, E2] ∂K_t / ∂U₅₀. Tính toán bằng số thể hiện rằng hệ số nhạy của K_t tương ứng với U₅₀ là rất thấp trong dải áp suất không khí gần với mực nước biển, điển hình sai số 5 % trong U₅₀ sẽ gây ra ít hơn 0,1 % sai số trong K_t. Hệ số độ nhạy tăng đáng kể với việc giảm áp suất không khí. Ở khoảng 2 000 m trên mực nước biển, sai số 5 % trong U₅₀ sẽ gây ra xấp xỉ 1 % sai số trong K_t.

Bảng E.2 liệt kê giá trị K_t ban đầu được tính (không áp dụng quy trình tính toán lặp) và hệ số độ nhạy của nó đối với U₅₀ cho thử nghiệm chịu thử ở điện áp thử nghiệm xoay chiều quy định 395 kV.

CHÚ THÍCH: Đây là điện áp thử nghiệm hiệu dụng xoay chiều cho cách điện pha – đất của dao cách ly 300 kV quy định trong IEC 62271-1 [E5],

Bảng E.2 – K_t ban đầu và hệ số nhạy của nó liên quan đến U₅₀ trong ví dụ về
điện áp thử nghiệm xoay chiều pha – đất tiêu chuẩn 395 kV

Độ cao (m)	Áp suất không khí, p (hPa)	Nhiệt độ không khí, T(°C)	Độ ẩm tương đối (% RH)	Chiều dài phóng điện, L(m)	Kt ban đầu	∂Kt /∂K50 (1/kV)
0	1 013,0	25,4	35	2,57	0,9904	– 4,1 x 10-5
1 540	838,6	20	35	2,57	0,9308	– 2,7 x 10-4
2 240	769,6	15	35	2,57	0,8849	– 4,3 x 10–4

E.4  Tính toán với quy trình tính toán lặp

Trong quy trình tính toán lặp, K_t được tính bằng cách lặp cho tới khi hội tụ tới một giá trị không đối với giới hạn sai số dư được thiết lập bằng cách xem xét độ không đảm bảo đo tổng của điện áp thử nghiệm.

Tham số U₅₀ được sử dụng để tính K_t (4.3.2). Thực hiện thử nghiệm chịu thử xoay chiều của dao cách ly 300 kV ở độ cao 2 240 m như ví dụ (các tham số khác được cho trong Bảng E.2), giá trị K_t đầu tiên K_t,0 và giá trị điện áp đỉnh đầu tiên U_t,0 được tính từ ước lượng ban đầu của điện áp phóng điện 50 %, U_50,0, như sau:

Giá trị đỉnh của điện áp thử nghiệm quy định là:

Sau đó,

K_t,0 = k₁,k₂ = 0,8849

U_t,0 = K_t,0.U_0p = 0,8849 x 558,61 kV = 494,30 kV

Việc tính K_t,i va U_t,i trong bước lặp i sử dụng giá trị U₅₀ đạt được từ giá trị K_t của bước lặp (i – 1) trước đó, K_t,i-1 ví dụ

Phép lặp tiếp theo của giá trị điện áp thử nghiệm U_t,i được tính như sau

U_t,i = K_t,i . U_0p

Do đó để tiếp tục ví dụ trên, ta có

U_50,l = 1,1 U_t,0 = 1,1 K_t,0 U_0p = 1,1 x 0,8849 x 558,61 kV = 543,72 kV

k₁ = δ^m = 0,9303

k₂ = k^w =0,9820

K_t,1 = 0,9136

U_t,1 = K_t,1 . U_0p = 0,9136 x 558,61 kV = 510,36 kV

U_50,2 = 1,1 U_t,1 = 1,1 x 510,36 kV = 561,40 kV

k₁ = δ^m = 0,9246

k₂ = k^w =0,9805

K_t,2 = 0,9067

U_t,2 = K_t,2 . U_0p = 0,9067 x 537,40 kV = 506,52 kV

U_50,3 = 1,1 U_t,2 = 1,1 x 506,52 kV = 557,17 kV

k₁ = δ^m = 0,9261

k₂ = k^w =0,9898

K_t,3 = 0,9084

U_t,3 = K_t,3 . U_0p = 0,9084 x 558,61 kV = 507,45 kV

U_50,4 = 1,1 U_t,3 = 1,1 x 507,45 kV = 558,19 kV

k₁ = δ^m = 0,9258

k₂ = k^w =0,9808

K_t,4 = 0,9080

U_t,4 = K_t,4 . U_0p = 0,9080 x 558,61 kV = 507,22 kV

Khác biệt giữa các giá trị đỉnh điện áp thử nghiệm của hai phép lặp cuối là:

507,45 kV – 507,22 kV = 0,23 kV

mà nhỏ hơn 0,1 % của giá trị đỉnh điện áp thử nghiệm của phép lặp cuối. Giới hạn hội tụ 0,1 % có thể được xem là hợp lý và dễ dàng đạt được bằng cách dùng phép tính tự động.

Sai số trong ước lượng đầu tiên K_t. ΔK_t (%), và sai số trong điện áp thử nghiệm đỉnh đầu tiên, ΔU_t(%), có thể được tính như sau:

ΔK_t (%) = 100 x (0,8849 – 0.9080) / 0,8849 = – 2,61 %

ΔU_t (%) = 100 x (494,30 – 507,22) / 494,30 = – 2,61 %

Điện áp thử nghiệm xoay chiều cuối cùng (giá trị hiệu dụng) cần đặt sau đó có thể được tính từ giá trị điện áp thử nghiệm đỉnh xoay chiều hội tụ, mà trong ví dụ này bằng

507,22kV /  = 358,66 kV

CHÚ THÍCH: Đây là điện áp thử nghiệm được đặt ở độ cao 2 240 m để thử nghiệm cách điện được sử dụng trong khí quyển chuẩn tiêu chuẩn (gần mực nước biển). Đây không phải điện áp thử nghiệm được đặt ở khí quyển chuẩn tiêu chuẩn để thử nghiệm cách điện được sử dụng ở độ cao 2 240 m.

Bảng E.3 liệt kê các giá trị ban đầu và hội tụ K_t được tính với quy trình tính toán lặp lại cho các độ cao khác nhau với cùng độ ẩm tương đối và chiều dài phóng điện như thể hiện trong Bảng E.2. Các sai số do không sử dụng quy trình lặp được cho trong cột cuối cùng. Kết quả còn cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ lên sai số thường không đáng kể.

Bảng E.3 – Các giá trị ban đầu và hội tụ K_t đối với ví dụ về điện áp thử nghiệm xoay chiều pha – đất tiêu chuẩn 395 kV

Độ cao	Áp suất	Nhiệt độ	Kt	Kt	ΔKt (%) hoặc
(m)	(hPa)	(°C)	ban đầu	hội tụ	ΔUt (%)
0	1 013,0	25,4	0,9904	0,9907	– 0,03
0	1 013,0	15	0,9871	0,9876	– 0,05
1 540	838,6	20	0,9308	0,9404	– 1,03
1 540	838,6	15	0,9272	0,9377	– 1,14
2 240	769,6	20	0,8907	0,9120	– 2,39
2 240	769,6	15	0,8849	0,9081	– 2,62

E.5  Nhận xét

Sai số ΔK_t do giá trị đầu vào U₅₀ ban đầu không đúng trở nên đáng kể khi giá trị K_t thấp hơn 0,95, mà không thể cho là đo thời tiết bất thường ở mực nước biển. K_t thấp chủ yếu gây ra bởi thử nghiệm ở nơi có độ cao so với mực nước biển lớn. Các ví dụ cho thấy rằng sai số trong mức điện áp thử nghiệm đã hiệu chỉnh có thể cao đến 1,1 % thậm chí ở độ cao 1 500 m so với mực nước biển nếu không sử dụng quy trình tính toán lặp. Sai số này tăng đến 2,6 % ở mức 2 240 m. Tại mực nước biển, sai số thường là không đáng kể.

E.6  Tài liệu tham khảo

[E1] ISO Hướng dẫn biểu diễn độ không đảm bảo đo, 1995.

[E2] TCVN 6099-2 (IEC 60060-2), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 2: Hệ thống đo, Phụ lục A.

[E3] TCVN 6099-3 (IEC 60060-3), Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao – Phần 3: Định nghĩa và yêu cầu cho thử nghiệm tại hiện trường.

[E4] IEC 60071-1:2006, Phối hợp cách điện – Phần 1: Định nghĩa, nguyên tắc và quy tắc.

[E5] IEC 62271-1, Cơ cấu chuyển mạch và cơ cấu điều khiển điện áp cao – Phần 1: Yêu cầu kỹ thuật chung.

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] FESER, K. Dimensioning of electrodes in the UHV range – Illustrated with the example of toroid electrodes for voltage dividers. ET7.-A 96 (1975), 4 pp, 206-210.

[2] HAUSCHILD, W. Engineering the electrodes of HV test systems on the basis of the physics of discharges in air. 9th ISH Graz (1995), Invited Lecture 9002.

 

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Yêu cầu chung

5  Thử nghiệm với điện áp một chiều

6  Thử nghiệm với điện áp xoay chiều

7  Thử nghiệm với điện áp xung sét

8  Thử nghiệm với điện áp xung đóng cắt

9  Thử nghiệm với điện áp phối hợp và tổng hợp …..

Phụ lục A (tham khảo) – Xử lý thống kê kết quả thử nghiệm

Phụ lục B (quy định) – Quy trình tính toán tham số của điện áp xung sét tiêu chuẩn với quá điều chỉnh xếp chồng hoặc dao động

Phụ lục C (tham khảo) – Hướng dẫn vận hành phần mềm để đánh giá thông số điện áp xung sét

Phụ lục D (tham khảo) – Giới thiệu khái quát hệ số điện ap thử nghiệm để đánh giá các xung với quá điều chỉnh

Phụ lục E (tham khảo) – Phương pháp tính toán lặp trong quy trình ngược đối với việc xác định hệ số hiệu chỉnh khí quyển

Thư mục tài liệu tham khảo

---