Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9890-2:2013 (IEC/TS 60871-2:1999) về Tụ điện công suất nối song song dùng cho hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định lớn hơn 1000V - Phần 2: Thử nghiệm độ bền điện

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9890-2:2013

IEC/TS 60871-2:1999

TỤ ĐIỆN CÔNG SUẤT NỐI SONG SONG DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH LỚN HƠN 1 000 V -PHẦN 2: THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN ĐIỆN

Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V -Part 2: Endurance testing

Lời nói đầu

TCVN 9890-2:2013 hoàn toàn tương đương với IEC/TS 60871-2:1999;

TCVN 9890-2:2013do 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 tiêu chuẩn TCVN 9890 (IEC 60871) Tụ điện công suất nối song song dùng cho hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định lớn hơn 1 000 V gồm các phần sau:

TCVN 9890-1:2013 (IEC 60871-1:2005), Phần 1: Yêu cầu chung

TCVN 9890-2:2013 (IEC/TS 60871-2:1999), Phần 2: Thử nghiệm độ bền điện

TCVN 9890-3:2013 (IEC/TR 60871-3:1996), Phần 3: Bảo vệ tụ điện và dãy tụ điện

TCVN 9890-4:2013 (IEC 60871-4:1996), Phần 4: Cầu chảy bên trong

TỤ ĐIỆN CÔNG SUẤT NỐI SONG SONG DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH LỚN HƠN 1 000 V -PHẦN 2: THỬ NGHIỆM ĐỘ BỀN ĐIỆN

Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V -Part 2: Endurance testing

1. Quy định chung

1.1. Phạm vi áp dụng và mục đích

Tiêu chuẩn này áp dụng cho các loại tụ điện phù hợp với IEC 60871-1 và đưa ra các yêu cầu đối với thử nghiệm chu kỳ quá điện áp và thử nghiệm lão hóa của các loại tụ điện này.

1.2. 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 có ghi năm công bố, chỉ áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

IEC 60871-1:1997 ,Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V- Part 1: General - Performance, testing and rating - Safety requirements - Guide for installation and operation (Tụ điện công suất nối song song dùng cho hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định lớn hơn 1 000 V - Phần 1: Yêu cầu chung - Tính năng, thử nghiệm và thông số đặc trưng - Yêu cầu an toàn - Hướng dẫn lắp đặt và vận hành)

IEC 60996:1989, Method for verifying accuracy of tan delta measurements applicable to capacitors (Phương pháp kiểm tra độ chính xác của phép đo tang delta áp dụng cho các tụ điện)

1.3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các định nghĩa trong IEC 60871-1 và các định nghĩa sau:

1.3.1

Khối (tụ điện) thử nghiệm (test (capacitor) unit)

Một trong các khối (tụ điện) được chế tạo, hoặc một khối đặc biệt tương đương với các khối được chế tạo liên quan đến các đặc tính cần kiểm tra bởi các thử nghiệm chu kỳ quá điện áp và thử nghiệm lão hóa. Các khối để thử nghiệm chu kỳ quá điện áp và để thử nghiệm lão hóa có thể có thiết kế khác nhau. (Những giới hạn đối với thiết kế khối thử nghiệm được nêu chi tiết trong Phụ lục B).

1.3.2

Phần tử có thiết kế tương đương (comparable element design)

Dải các phần tử kết cấu có tính năng tương đương, trong quy trình thử nghiệm, với phần tử của các khối được chế tạo (xem Phụ lục B để biết chi tiết về các giới hạn thiết kế).

1.3.3

Cách điện giữa các phần tử (inter-element insulation)

Cách điện giữa hai phần tử nối nối tiếp, bao gồm:

- các vòng bên ngoài của các lớp cách điện quanh các điện cực trong một phần tử, hoặc

- lớp cách điện riêng rẽ đặt giữa hai phần tử. Lớp cách điện riêng rẽ này có thể trùm ra ngoài chiều rộng và (hoặc) chiều dài của một phần tử khi được trải phẳng (xem Phụ lục C).

2. Yêu cầu về chất lượng và thử nghiệm

2.1. Yêu cầu thử nghiệm

2.1.1. Phân loại thử nghiệm

Thử nghiệm chu kỳ quá điện áp là thử nghiệm điển hình được thực hiện để đảm bảo rằng, trong dải nhiệt độ từ nhiệt độ danh định thấp nhất đến nhiệt độ phòng, các chu kỳ quá điện áp lặp đi lặp lại không gây ra sự đánh thủng chất điện môi.

Thử nghiệm lão hóa là thử nghiệm điển hình được thực hiện để đảm bảo rằng quá trình suy giảm chất lượng do tăng ứng suất điện áp ở nhiệt độ tăng cao không làm cho điện môi hỏng quá sớm.

Cả hai thử nghiệm này phải được nhà chế tạo thực hiện như các thử nghiệm điển hình đối với mỗi hệ thống điện môi cụ thể (không thực hiện đối với từng thông số đặc trưng của tụ điện, do kết quả thử nghiệm này có thểáp dụng được cho dải rộng các thông số đặc trưng của tụ điện trong phạm vi các giới hạn xác định trong Phụ lục B). Người mua sẽ được cung cấp chứng chỉ nêu chi tiết kết quả của các thử nghiệm này khi có yêu cầu.

2.1.2. Thử nghiệm độ bền và các yêu cầu

Các thử nghiệm chu kỳ quá điện áp và thử nghiệm lão hóa phải được thực hiện theo trình tự dưới đây. Một nhóm các khối thử nghiệm phải chịu thử nghiệm chu kỳ quá điện áp, và một nhóm khác chịu thử nghiệm lão hóa, hoặc nhà chế tạo có thể cung cấp một nhóm các khối cho cả hai thử nghiệm.

Điện áp dùng để thử nghiệm phải có tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, ngoại trừ thử nghiệm theo 2.1.2.1 trong đó có thể sử dụng điện áp một chiều theo 9.2 của IEC 60871-1.

2.1.2.1. Thử nghiệm thường xuyên

Khối thử nghiệm phải chịu thử nghiệm thường xuyên về điện áp giữa các cực (xem IEC 60871-1, Điều 9) với biên độ để đạt được điện áp thử nghiệm đúng trên mỗi phần tử.

2.1.2.2. Ổn định khối tụ điện trước thử nghiệm

Khối thử nghiệm phải chịu một điện áp không nhỏ hơn 1,1 U_Nở nhiệt độ môi trường không nhỏ hơn +10 °C trong khoảng thời gian không nhỏ hơn 16 h.

CHÚ THÍCH: Ổn định được thực hiện nhằm đảm bảo sự ổn định của các đặc tính điện môi trong các khối thử nghiệm.

2.1.2.3. Đo điện dung ban đầu và tổn thất điện môi

Khối thử nghiệm phải được đặt trong ít nhất 12 h ở tình trạng không đóng điện trong một tủ có lưu thông không khí cưỡng bức có nhiệt độ được chọn trong khoảng từ +60 °C đến +75 °C với sai lệch cho phép là ± 2 °C.

Sau đó khối thử nghiệm vẫn ở nhiệt độ môi trường đó, phải chịu điện áp U_N. Điện dung và tổn thất điện môi phải được đo trong khoảng 4,5 min đến 5,5 min sau khi đặt điện áp.

CHÚ THÍCH 1: Cần tuân thủcác quy trình đo theo 7.1 và 8.1 của IEC 60871-1, ngoại trừ các yêu cầu về nhiệt độ và thời gian đo thì theo điều này.

CHÚ THÍCH 2: Thay vì thực hiện thử nghiệm trong cùng một nhiệt độ môi trường, khối thử nghiệm có thể được cách nhiệt để tránh sự suy giảm nhiệt độ trong khối thử nghiệm trước khi hoàn thành phép đo.

2.1.2.4. Điện áp thử nghiệm

Đối với các tụ điện phải chịu quá điện áp, quá độ, v.v... cao hơn (ví dụ xem chú thích 5 của 9.1 trong IEC 60871-1 và 31.1 của IEC 60871-1), biên độ của các điện áp thử nghiệm sử dụng trong thử nghiệm chu kỳ quá điện áp (xem 2.1.3 và Phụ lục A) phải được tăng tương ứng.

2.1.3. Thử nghiệm chu kỳ quá điện áp

2.1.3.1. Phương pháp thử

Khối thử nghiệm phải được đặt trong tối thiểu 12 h ở trạng thái không đóng điện trong một tủ kín có lưu thông không khí cưỡng bức có nhiệt độ không vượt quá giới hạn dưới của cấp nhiệt độ (xem 4.1 của IEC 60871-1).

Sau đó, khối thử nghiệm được đặt trong không khí không có gió lùa ở nhiệt độ môi trường trong khoảng từ +15 °C đến +35 °C.

Trong vòng 5 min sau khi được mang ra khỏi tủ có thông gió, khối thử nghiệm phải chịu điện áp 1,1 U_N. Nếu không thể thực hiện trong vòng 5 min trước khi đặt điện áp, khối thử nghiệm phải được cách nhiệt để tránh bị nung nóng quá mức. Trong vòng 5 min sau khi đặt điện áp, phải đặt một quá điện áp 2,25U_N trong khoảng thời gian 15 chu kỳ mà không có gián đoạn điện áp, sau đó lại duy trì điện áp 1,1U_N không có bất kỳ gián đoạn điện áp nào. Sau khoảng thời gian từ 1,5 min đến 2 min tại điện áp 1,1U_N, mức quá điện áp tương đương khác lại được đặt vào và quá trình này được lặp lại.

Hàng ngày, khối thử nghiệm phải chịu tổng cộng 130 đến 170 giai đoạn quá điện áp, mỗi giai đoạn gồm 15 chu kỳ.

Khối thử nghiệm sau đó lại phải được đặt ngay vào tủ làm mát có thông gió trong ít nhất 12 h ở trạng thái không đóng điện và thử nghiệm phải được tiếp tục mỗi ngày cho đến khi khối thử nghiệm chịu tổng cộng 850 giai đoạn quá điện áp, mỗi giai đoạn gồm 15 chu kỳ (tổng cộng là 12 750 chu kỳ quá điện áp).

CHÚ THÍCH 1: Các yêu cầu chi tiết về dạng quá điện áp và dung sai được cho trong Phụ lục A.

CHÚ THÍCH 2: Thử nghiệm nên được tiến hành liên tục trong nhiều ngày. Cho phép ngắt quãng với điều kiện khối thử nghiệm vẫn được giữ trong tủ thông gió trong trạng thái không đóng điện trong suốt thời gian thử nghiệm bị gián đoạn.

2.1.3.2. Phép đo cuối cùng về điện dung và tổn thất điện môi

Các phép đo theo 2.1.2.3 phải được lặp lại ở cùng nhiệt độ, điện áp và tần số trong vòng hai ngày sau khi kết thúc các thử nghiệm trong 2.1.3.1.

2.1.3.3. Tiêu chí chấp nhận

Không xảy ra đánh thủng khi thử nghiệm hai khối, hoặc một khối bị đánh thủng sẽ được chấp nhận nếu thử nghiệm ba khối.

Phép đo điện dung được thực hiện trong 2.1.2.3 và 2.1.3.2 không được khác nhau quá một lượng tương ứng với việc đánh thủng một phần tử hoặc tác động một cầu chảy bên trong.

2.1.4. Thử nghiệm lão hóa

2.1.4.1. Phương pháp thử

Nhiệt độ của điện môi trong quá trình thử nghiệm lão hóa ít nhất phải bằng giá trị cao hơn trong hai giá trị nhiệt độ sau:

a) 60 ^oC

b) tổng của nhiệt độ trung bình cao nhất trong 24 h (xem IEC 60871-1, Bảng 1) và độ tăng nhiệt của điện môi khi kết thúc thử nghiệm ổn định nhiệt đối với khối được chế tạo (xem IEC 60871-1, Điều 13).

CHÚ THÍCH: Nhiệt độ điện môi có thể được đo bằng nhiệt ngẫu hoặc ước lượng từ phép đo điện dung khi kết thúc thử nghiệm ổn định nhiệt sử dụng đường đặc tính điện dung - nhiệt độ hoặc ước lượng từ mối tương quan giữa nhiệt độ bên trong và bên ngoài được thiết lập trước đó ví dụ bằng cách sử dụng các tụ điện giả kiểu điện trở được mô tả trong IEC 60996.

Trong suốt quá trình thử nghiệm, khối thử nghiệm phải được đặt trong tủ có nhiệt độ được điều chỉnh để đạt được nhiệt độ yêu cầu của điện môi. Nhiệt độ môi trường phải được giữ ổn định với dung sai từ -2 °C đến +5 °C. Trước khi đóng điện, khối thử nghiệm phải được giữ ổn định ở môi trường này trong 12 h. Do thời gian thử nghiệm dài, cho phép có các gián đoạn điện áp. Trong các khoảng thời gian gián đoạn này, các khối thử nghiệm vẫn phải được giữ trong môi trường được kiểm soát. Nếu nguồn cấp cho tủ thử nghiệm cũng bị cắt, nhiệt độ môi trường phải đạt lại được trong 12 h trước khi đóng điện lại cho khối thử nghiệm.

Thời gian thử nghiệm phải phụ thuộc vào điện áp thử nghiệm.Cần tuân theo một trong các điều kiện thử nghiệm sau:

2.1.4.2. Phép đo cuối cùng về điện dung và tổn thất điện môi

Các phép đo theo 2.1.2.3 phải được lặp lại ở cùng nhiệt độ, điện áp và tần số trong vòng 2 ngày sau khi kết thúc thử nghiệm 2.1.4.1.

2.1.4.3. Tiêu chí chấp nhận

Không được xảy ra đánh thủng khi thử nghiệm hai khối, hoặc một khối bị đánh thủng sẽ được chấp nhận nếu thử nghiệm ba khối.

Phép đo điện dung được thực hiện trong 2.1.2.3 và 2.1.4.2 không được khác nhau quá một lượng tương ứng với việc đánh thủng một phần tử hoặc tác động một cầu chảy bên trong.

2.1.5. Tính hợp lệ của thử nghiệm

Thử nghiệm độ bền là một thử nghiệm trên các phần tử (thiết kế và thành phần điện môi của chúng),và trên quá trình chế tạo các phần tử này khi được lắp vào khối tụ điện.

2.1.5.1 Thay đổi về thiết kế của khối tụ điện

Mỗi thử nghiệm độ bền cũng sẽ áp dụng được cho các thiết kế khác của tụ điện, khi sự khác biệt sovới thiết kế được thử nghiệm nằm trong giới hạn nêu trong Phụ lục B.

2.1.5.2 Thay đổi về điều kiện vận hành

Mỗi thử nghiệm độ bền cũng sẽ áp dụng được cho các điều kiện vận hành khác theo các mục sau:

- khối tụ điện có cấp nhiệt độ thấp nhất cao hơn cấp nhiệt độ của khối tụ điện trong thử nghiệm chu kỳ quá điện áp;

- khối tụ điện có cấp nhiệt độ cao nhất thấp hơn cấp nhiệt độ của khối tụ điện trong thử nghiệm lão hóa;

- thử nghiệm thực hiện tại tần số 50 Hz cũng có thể áp dụng cho các khối tụ 60 Hz (và tần số thấp hơn) và ngược lại.

PHỤ LỤC A

(quy định)

DẠNG SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP

Điện áp thử nghiệm phải có tần số 50 Hz hoặc 60 Hz.

Quá điện áp phải được đặt liên tục với điện áp ổn định trong khoảng từ 1,05 U_N đến 1,15 U_N.

Giới hạn biên độ đối với điện áp và quá điện áp không đổi được cho trong Hình A.1.

Hình A.1 - Giới hạn thời gian và biên độ trong giai đoạn quá điện áp

Các giá trị thời gian, không kể T₁, được tính bằng số chu kỳ của tần số thử nghiệm.

T₁ là khoảng thời gian 1,5 min đến 2 min giữa hai giai đoạn quá điện áp liên tiếp.

PHỤ LỤC B

(quy định)

YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT KẾ PHẦN TỬ TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ THIẾT KẾ KHỐI TỤ ĐIỆN THỬ NGHIỆM

B.1 Tiêu chí thiết kế của các phần tử thử nghiệm

Thiết kế của phần tử thử nghiệm được coi là tương đương với các phần tử trong khối tụ được chế tạo nếu thỏa mãn các yêu cầu sau:

a) phần tử được thử nghiệm phải có cùng hoặc ít hơn số lớp vật liệu rắn trong điện môi và phải được tẩm với cùng một loại chất lỏng.

Trong thử nghiệm chu kỳ quá điện áp, điện áp danh định và ứng suất điện đều phải bằng hoặc cao hơn.

Trong thử nghiệm lão hóa, điện môi phải nằm trong khoảng từ 70 % đến 130 % chiều dày và phải có ứng suất điện danh định bằng hoặc cao hơn.

Khi điện môi chứa cả phim và giấy, giá trị ứng suất được sử dụng để so sánh là giá trị ứng suất trên vật liệu rắn, được tính theo độ dày của vật liệu rắn đó và hằng số điện môi tương ứng của vật liệu.

b) thành phần điện môi của các vật liệu rắn phải giống nhau, ví dụ toàn bộ là phim, toàn bộ là giấy hoặc phim-giấy-phim, v.v...;

c) các vật liệu điện môi thể rắn và lỏng phải đáp ứng các đặc tính kỹ thuật giống nhau của nhà chế tạo;

d) thiết kế của các lá nhôm phải giống nhau:

- đặc tính kỹ thuật giống nhau của nhà chế tạo;

- độ dày trong khoảng ±20 %;

- mép của lá kim loại được mở rộng hoặc không mở rộng;

- các mép của lá kim loại được gấp lại và (hoặc) các đầu bị cắt nếu đó là đặc trưng của thiết kế;

- ít nhiều phải có lề tự do;

e) kết nối giữa các phần tử phải cùng một kiểu, ví dụ dùng các dải hoặc hàn, v.v...;

f) chiều rộng của phần tử (chiều rộng lá kim loại có ích) được phép thay đổi trong khoảng từ 50 % đến 400 % và chiều dài của phần tử (chiều dài lá kim loại có ích) được phép thay đổi trong khoảng từ 30 % đến 300 % (xem Phụ lục C).

B.2 Thiết kế khối thử nghiệm

Khối thử nghiệm được coi là tương đương với khối được chế tạo nếu đáp ứng các yêu cầu sau:

a) các phần tử thỏa mãn các yêu cầu trong Điều B.1 phải được lắp đặt giống nhau, phải có lớp cách điện giữa các phần tử bằng hoặc mỏng hơn, được ép như nhau trong phạm vi dung sai chế tạo, v.v..., so với các khối tụ được chế tạo;

b) ít nhất bốn trong số các phần tử này phải được nối để cho công suất ra không nhỏ hơn 30 kvar ở điện áp danh định (50 Hz). Tất cả các phần tử nối với nhau phải được đặt liền kề với nhau. Với khối tụ trong thử nghiệm chu kỳ quá điện áp, tối thiểu phải bố trí một lớp cách điện giữa các phân tử sao cho trong thử nghiệm này, khối tụ phải chịu sự chênh lệch điện áp xảy ra giữa hai phần tử nối nối tiếp nhau.

CHÚ THÍCH: Các phần tử có thể được nối song song hoặc nối tiếp với nhau theo cách đểphù hợp với thiếtbị thử nghiệm. Đối với khối dùng cho thử nghiệm lão hóa, tất cả các phần tử có thể được nối song song.

c) các đấu nối bên ngoài các phần tử thử nghiệm có thể có kích thước lớn hơn để chịu được dòng điện tăng cao do, ví dụ một số lớn các phần tử được nối song song;

d) lớp cách điện với vỏ chứa phải dày bằng hoặc dày hơn;

CHÚ THÍCH: Yêu cầu này nhằm đảm bảo việc ngâm tẩm và sấy khô giống với các khối được chế tạo. Yêu cầu về điện trở cách điện của lớp cách điện với vỏ chứa được xét đến bởi các thử nghiệm theo các Điều 10, 15, và 16 của IEC 60871-1.

e) vỏ chứa theo thiết kế tiêu chuẩn của nhà chế tạo phải nằm trong các giới hạn về kích thước so với vỏ chứa sẽ được chế tạo hàng loạt như sau:

- chiều sâu vỏ chứa: 50 % đến 200 %;

- chiều cao vỏ chứa: 50 % đến 400 %;

- chiều rộng vỏ chứa: 50 % đến 200 %;

CHÚ THÍCH: Các khoảng biến thiên của các kích thước vỏ chứa là cần thiết để cho phép sự thay đổi của các kích cỡ của phần tử.

Vật liệu làm vỏ chứa phải giống nhau, tuy nhiên có thể sử dụng sơn khác.

Thiết kế của cách điện xuyên và số lượng cách điện xuyên có thể được điều chỉnh cho phù hợp với điện áp và/hoặc dòng điện thử nghiệm;

f) quá trình sấy và ngâm tẩm phải giống với quá trình sản xuất bình thường;

g) về tất cả các khía cạnh còn lại, khối thử nghiệm phải có cùng loại linh kiện, ví dụ kiểu điện trở phóng điện, cầu chảy bên trong, và có cùng quy trình chế tạo như với khối được chế tạo hàng loạt.

PHỤ LỤC C

(tham khảo)

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỦA PHẦN TỬ VÀ VỎ CHỨA TỤ ĐIỆN

C.1 Phần tử được ép phẳng

Phần tử được ép phẳng theo phương của chiều cao.

Hình C.1 - Phần tử được ép phẳng

Chiều dài của phần tử hoặc chiều dài (tác dụng) của lá đạt được bằng cách tở phần tử theo phương của chiều dài.

C.2 Vỏ chứa tụ điện

Hình C.2 - Vỏ chứa tụ điện

Chiều cao luôn được xác định từ mặt lắp cách điện xuyên đến mặt đối diện. Thông thường chiều dài của phần tử được ép phẳng tương ứng với chiều sâu của vỏ chứa. Tùy vào thiết kế, phương chiều rộng của phần tử có thể tương ứng với chiều cao hoặc chiều rộng của vỏ chứa.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Quy định chung

1.1. Phạm vi áp dụng và mục đích

1.2. Tài liệu viện dẫn

1.3. Thuật ngữ và định nghĩa

2. Yêu cầu về chất lượng và thử nghiệm

Phụ lục A (quy định) - Dạng sóng quá điện áp

Phụ lục B (quy định) - Yêu cầu đối với thiết kế phần tử tương đương và thiết kế khối tụ điện

Phụ lục C (tham khảo) - Xác định kích thước của phần tử và vỏ chứa tụ điện