Испытание повышенным напряжением кабелей: Методика испытаний высоковольтного кабеля 10 кВ

Методика испытания повышенным напряжением | Элкомэлектро

Электролаборатория » Услуги электролаборатории » Методики измерений » Методика испытания повышенным напряжением

1. Общие положения.

К работе по проведению высоковольтных испытаний в электроустановках допускаются специалисты электролаборатории, лица не моложе 18 лет, прошедшие специальную подготовку и проверку знаний схем испытаний и правил испытаний в условиях действующих электроустановок.

Лица, допущенные к проведению испытаний, должны иметь отметку об этом в удостоверении в графе “Свидетельство на право проведения специальных работ” и ПУЭ.

2. Сущность процесса высоковольтных испытаний.

Испытание изоляции повышенным напряжением позволяет убедиться в наличии необходимого запаса прочности изоляции, отсутствии местных общих дефектов, не обнаруживаемых другими способами. Испытанию изоляции повышенным напряжением должны предшествовать тщательный осмотр и оценка состояния изоляции другими методами (измерение сопротивления изоляции, определение влажности изоляции и т. п.).

Величина испытательного напряжения для каждого вида оборудования определяется установленными нормами “Правил эксплуатации электроустановок потребителей”.

Электрооборудование и изоляторы электроустановок, в которых они эксплуатируются, испытываются повышенным напряжением по нормам, установленным для класса изоляции данной установки.

Изоляция считается выдержавшей электрическое испытание повышенным напряжением в том случае, если не было пробоя, перекрытия по поверхности, поверхностных разрядов, увеличения тока утечки выше нормированного значения, наличия местных нагревов от диэлектрических потерь. В случае несоблюдения одного из этих факторов — изоляции электрического испытания не выдержала.

3. Измерение сопротивления изоляции мегаомметром.

Для измерения сопротивления изоляции используются мегаомметры типа М4100/1-5 на напряжение от 100 до 2500В. Эти приборы имеют собственный источник питания — генератор постоянного тока и позволяют производить непосредственный отсчет показаний в мегаомах.

При измерении сопротивления изоляции относительно земли с помощью мегаомметра зажим “Л” (линия) должен быть подключен к токоведущей части испытываемой установки, а зажим “З” (земля) к ее корпусу. При измерении сопротивления изоляции электрических цепей, не соединенных с землей, подключение зажимов мегаомметра может быть любым.

Использование зажима “Э” (экран) значительно повышает точность измерения при больших сопротивлениях изоляции, исключает влияние поверхностных токов утечки и тем самым не искажает результаты измерения.

Для присоединения мегаомметра к испытываемому объекту необходимо иметь гибкие провода с изолированными рукоятками и ограничительными кольцами на концах. Длина проводов должна быть как можно меньшей.

Перед началом измерения необходимо измерить сопротивление изоляции соединительных проводов. Значение этого сопротивления должно быть не менее верхнего предела измерения мегаомметра.

Мегаомметры дают правильные показания при вращении ручки генератора в пределах 90-150 об/мин и развивают номинальное напряжение при 120 об/мин и разомкнутой внешней цепи.

За сопротивление изоляции принимают 60-секундное значение сопротивления R-60, зафиксированное на шкале мегаомметра через 60 с, причем отсчет времени надо производить после достижения нормальной частоты вращения генератора.

При изменении сопротивления изоляции объектов с большой емкостью во избежание колебания стрелки прибора необходимо ручку генератора вращать с частотой, несколько выше номинальной, т.е. 130-140 об/мин (увеличивая скорость до успокоения стрелки) и отсчет показания производить только после того, стрелка займет устойчивое положение.

Перед началом измерений необходимо убедиться: в отсутствии напряжения на испытуемом объекте, в чистоте проверяемой аппаратуры, проводов, кабельных воронок и т.д., а также в том, что все детали с пониженной изоляцией или пониженным испытательным напряжением отключены и закорочены.

При производстве измерений в сырую погоду необходимо учитывать возможное искажение показаний мегаомметра за счет увлажнения поверхности изолирующих частей установки. В этом случае необходимо пользоваться зажимом мегаомметра “Э”, который должен быть присоединен таким образом, чтобы исключить возможность замера поверхностных токов утечки.

4. Определение увлажненности изоляции методом абсорбции.

Метод основан на сравнении показаний мегаомметра, снятых через 15 и 60 сек. после приложения напряжения. Метод применяется для определения увлажненности гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов.

Измерение сопротивления изоляции производится между каждой обмоткой и корпусом и между обмотками при изолированных свободных обмотках.

Коэффициент абсорбции равен:

Кабс = R60/R15

где R60 и R15 — сопротивления изоляции, измеренные соответственно через 60 и 15 сек после приложения напряжения мегаомметром.

Для неувлажненных обмоток при t = 10-30оС этот коэффициент равен 1,3-2, для увлажненных обмоток он близок к единице.

Измерения производятся мегаомметром на напряжение 1000-2500В.

Измерение коэффициента абсорбции производится при t не ниже 10оС.

5. Описание процесса испытания повышенным напряжением.

5.1. Перед началом работы производителю работ необходимо проверить исправность испытательного оборудования.

5.2. При сборке испытательной цепи прежде всего выполняются защитное и рабочее заземление испытательной установки, и если потребуется, защитное заземление корпуса испытываемого оборудования.

Перед присоединением испытательной установки к сети 380/220В на ввод высокого напряжения установки накладывается заземление. Сечение медного провода, с помощью которого заземляется вывод должно, быть не менее 4 кв мм.

Сборку цепи испытания оборудования производит персонал бригады, проводящей испытания.

5.3. Присоединение испытательной установки к сети напряжением 380/220В производится через коммутационный аппарат с видимым разрывом цепи или через штепсельную вилку, расположенную на месте управления установкой.

5.4. Присоединить провод к фазе, полюсу испытываемого оборудования или к жиле кабеля; отсоединить его разрешается по указанию лица, руководящего испытанием, и только после их заземления.

Перед подачей испытательного напряжения на испытательную установку производитель работ обязан:

-проверить, все ли члены бригады находятся на указанных местах, удалены ли посторонние лица, можно ли подавать испытательное напряжение на оборудование;

-предупредить бригаду о подаче напряжения и убедившись, что предупреждение услышано всеми членами бригады, снять заземление с вывода испытательной установки, после чего подать на нее напряжение 380/220В;

-с момента снятия заземления вся испытательная установка, включая испытываемое оборудование и соединительные провода, считается находящейся под напряжением и производить какие-либо пересоединения в испытательной схеме и на испытываемом оборудовании запрещается;

-после окончания испытаний производитель работ должен снизить напряжение испытательной установки до 0, отключить ее от сети 380/220В, заземлить (или дать распоряжение о заземлении) вывод установки и сообщить об этом бригаде. Только после этого можно пересоединять провода от испытательной установки или в случае полного окончания испытания, отсоединять их и снимать ограждения.

6. Порядок проведения испытаний установкой АИИ-70.

Перед каждым испытанием необходимо следить за тем, чтобы стрелки всех приборов стояли на нуле, автоматический выключатель был отключен, рукоятка регулятора напряжения была повернута против часовой стрелки до отказа, а положение предохранителей соответствовало бы напряжению сети. При транспортировках высоковольтный трансформатор должен быть надежно закреплен внутри аппарата, рукоятка регулятора напряжения утоплена, дверцы закрыты, банка для испытания жидкого диэлектрика вынута из аппарата, а кенотронная приставка надежно закреплена.

При помощи щупа следует периодически проверять расстояние между электродами банки, которое должно быть равно 2,5 мм. Щуп должен входить между электродами без качки, но не очень туго.

6.1. Порядок проведения испытаний установкой УПУ-1М.

Перед каждым испытанием необходимо следить за тем, чтобы стрелки всех приборов стояли на нуле, сетевой выключатель был отключен, рукоятка регулятора напряжения была повернута против часовой стрелки до отказа. Данная установка предназначена только для испытаний электрозащитных средств.

ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ

1. Прежде чем приступить к испытаниям, необходимо заземлить медным проводом, сечение которого не менее 4 мм2, аппарат, ручной разрядник (в случаях, оговоренных ниже)., высоковольтный трансформатор и кенотронную приставку.

РАБОТА БЕЗ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕДОПУСТИМА!

2. Необходимо установить защитное ограждение с предупреждающими надписями. Его крепят со стороны изоляционных трубок к кенотронной приставке (к скобам на кожухе микроамперметра), а со стороны металлических стержней — к поворотным ушкам каркаса пульта управления.

3. Любые переключения как на высоковольтной, так и на низковольтной стороне аппарата производить после отключения аппарата от сети при надежном заземлении высоковольтных частей.

4. Кабель либо другой объект со значительной емкостью после испытания необходимо заземлить, так как на испытуемом объекте в процессе испытания и даже после сохраняется заряд, предоставляющий большую опасность для жизни. Без заземления кабеля дверцу на крыше аппарата не открывать!

5. Все высоковольтные испытания производить в резиновых перчатках, стоя на резиновом коврике

ИСПЫТАНИЯ КАБЕЛЯ

1. Заземлить аппарат и ручной разрядник. В случае, если кенотронная приставка и высоковольтный трансформатор вынесены за пределы аппарата, они также подлежат заземлению.

2. Откинуть заднюю верхнюю дверцу аппарата, установив ее на кронштейне. Откинуть заднюю нижнюю дверцу и установить на нее кенотронную приставку, заведя ее лапы под скобу и выдавки дверцы.

Вставить в отверстие верхней дверцы рукоятку переключения пределов и

сочленить ее при помощи ключа с переключателем пределов блока

микроамперметра. Рукоятку заземлить.

3. Достать из запасных частей пружину и присоединить ее одним концом к высоковольтному повышающему трансформатору, а другим к высоковольтному выводу кенотронной приставки, расположенной посередине цилиндра.

Вставит вилку кенотронной приставки в розетку пульта управления (сзади слева).

Рукоятку «Защита» установить в положение «Чувствительная».

4. Подключить при помощи кабеля испытуемый объект к кенотронной приставке (муфту кабеля навернуть на вывод блока микроамперметра до упора) и установить защитное ограждение. Аппарат в рабочем положении показан на рис. 1.

5. Включить вилку шнура питания в сеть и, встав на резиновый коврик, включить аппарат.

При этом загорается зеленый сигнал, а после нажатия кнопки автомата «Вкл.» — красный.

6. Плавно вращая рукоятку регулятора напряжения по часовой стрелке, повысить напряжение до испытательного (отсчет вести по шкале киловольтметра, отградуированной в киловольтах максимальных)

7. Переключая рукоятку переключения пределов с большей кратности на меньшую и нажимая кнопку в центре рукоятки, измерять ток утечки.

Примечание: при измерении показание микроамперметра в делениях умножить на кратность предела.

8.После испытания снизить испытательное напряжение до нуля и нажать кнопку «Откл.»

9. Поднести стержень ручного разрядника к разрядному крючку блока микроамперметра и снять емкостный заряд через разрядное сопротивление, встроенное внутри разрядника, а затем заземлить блок микроамперметра наглухо, повесив разрядник на крючок блока микроамперметра или на ручку кенотронной приставки.

Примечание: при необходимости аппарат можно включить через стабилизатор напряжения, однако при этом вследствие искажения формы кривой напряжения пользоваться градуировочными данными, снятыми при работе с конкретным стабилизатором.

Порядок испытания твердых диэлектриков такой же, как и кабеля.

7. Испытания повышенным напряжением промышленной частоты распределительных устройств (вместе с коммутационными аппаратами).

1. Подготовить испытываемый объект к испытаниям, для чего отключить от РУ трансформаторы напряжения, вентильные разрядники, кабели, которые должны быть закорочены и заземлены. Очистить оборудование от загрязнений, пыли и влаги.

2. В соответствии с разделом 3 данной Методики замерить сопротивление изоляции испытываемого оборудования (мегаомметром на напряжение 2,5кВ).

3. В соответствии с разделом 5 подготовить испытательную установку к работе.

8. В соответствии с разделом 6 настоящей Методики испытать повышенным напряжением распределительное устройство; величины испытательного напряжения приведены в таблице № 1. Продолжительность приложения испытательного напряжения 1 мин для керамической изоляции, 5 мин — для изоляции из твердых органических материалов. Продолжительность приложения нормированного испытательного напряжения величиной в 1кВ к изоляции вторичных цепей 1 мин.

Таблица № 1

8.Испытание повышенным напряжением промышленной частоты измерительных трансформаторов.

1. Подготовить испытываемый объект к испытаниям, для чего отключить от испытываемого трансформатора первичные и вторичные цепи. Очистить оборудование от загрязнений, пыли и влаги.

2. В соответствии с разделом 3 данной Методики замерить сопротивление изоляции испытываемого оборудования (мегаомметром на напряжение 2.5кВ).

3. В соответствии с разделом 5 подготовить испытательную установку к работе.

4. В соответствии с разделом 6 настоящей Методики испытать повышенным напряжением первичную обмотку измерительного трансформатора повышенным напряжением промышленной частоты; величины испытательного напряжения приведены в таблице № 2. Продолжительности приложения испытательного напряжения: для трансформаторов напряжения 1 мин; для трансформаторов тока с керамической, жидкой или бумажно-масляной изоляцией 1 мин; для трансформаторов тока с изоляцией из твердых органических материалов или кабельных масс 5 мин. Продолжительность приложения нормированного испытательного напряжения величиной в 1кВ к изоляции вторичных обмоток вместе с присоединенными к ним цепями составляет — 1 мин.

Таблица № 2

9. Испытание силовых кабелей номинальным напряжением выше 1кВ повышенным напряжением выпрямленного тока.

1. В соответствии с разделом 3 измерить сопротивление изоляции мегаомметром на напряжение 2,5кВ. Для силовых кабелей напряжение выше 1кВ сопротивление изоляции не нормируется. Измерение изоляции повторить после испытания кабеля повышенным напряжением выпрямленного тока.

2. В соответствии с разделом 6 испытать силовой кабель повышенным напряжением выпрямленного тока. Значения испытательного напряжения и

длительность приложения испытательного напряжения приведены в таблице № 3. В процессе испытания повышенным напряжением выпрямленного тока обращается внимание на характер изменения тока утечки. Кабель считается выдержавшим испытания, если не произошло пробоя, не было скользящих разрядов и толчков тока утечки или его нарастания после того, как он достиг установившегося значения.

10. Оформление результатов испытаний.

Результаты испытаний по настоящей Методике оформляются протоколами установленного образца.

Испытательное напряжение выпрямленного тока для силовых кабелей.

Таблица № 3

Статьи

• 07. 07.2020
  «OOO «ПКБ РЭМ» — опубликованы отчеты о специальной проверке условий труда за 2020 год Подробности смотрите в разделе сайта компании Сертификаты и отзывы

• 12.02.2019
  Благодарность от строительно-монтажного треста № 15 (филиал АО «РЖДстрой»)

• 04.02.2019
  Коллективом ООО «ПКБ «РЭМ» получено Благодарственное письмо от Читинского центра связи

Все новости

• Главная

Статьи специалистов ПКБ «РЭМ»

Специалисты компании ПКБ»РЭМ» ведут научно-исследовательскую работу и публикуют свои материалы во всех ведущих специализированных изданиях, посвященных энергетическим сетям. Предлагаем ознакомится рядом наших статей.

Экраны однофазных кабелей 6–500 кВ Выбор сечения с учетом апериодической составляющей тока

Методика. Испытание кабеля 6-10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена

Испытание кабеля 6-10 кВ со СПЭ изоляцией

Термическая стойкость кабельных линий 6—500 кВ. Требования к полиэтиленовым трубам

Статья в журнале «КАБЕЛЬ-news», № 1, 2014,

Обеспечение безопасности кабельных линий с однофазными кабелями 6—500 кВ

Статья в журнале «КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014

Самонесущий оптический кабель на ВЛ 35—330 кВ

Статья в журнале «КАБЕЛЬ-news», № 5, 2014

Применение ОПН для защиты кабелей 6—500 кВ

Статья из журнала ‘КАБЕЛЬ-news», № 4, 2014

Экраны однофазных кабелей 6–500 кВ. Ошибки при выполнении схем заземления

Статья из журнала Новости ЭлектроТехники № 6(84) 2013 о правильном экранировании КЛ.

Требования к трубам для прокладки силовых кабельных линий

Виды и типы современных туб для прокладки кабеля — характеристики и преимущества.

Экраны однофазных кабелей 6–500 кВ. Ошибки при выполнении схем заземления

Статья из журнала Новости ЭлектроТехники № 1(85) 2014

Испытания оболочки кабельных линий 6–500 кВ, защищённых ОПН

Статья из журнала «КАБЕЛЬ-news», № 2, 2014,

Стать и публикации специалистов ПКБ»РЭМ»

Наши партнеры и клиенты

Обзор испытаний и диагностики силовых кабелей

— статьи

В этой статье представлен обзор некоторых широко используемых методов технического обслуживания и диагностики, имеющихся в продаже для проведения испытаний силовых кабелей среднего и высокого напряжения в полевых условиях. Фото: TestGuy.

Полевые испытания кабелей среднего и высокого напряжения могут проводиться по разным причинам, например, при приемке после установки, составлении графика постепенного износа изоляции с течением времени, проверке сращиваний и соединений, а также для специального ремонта. Эта оценка относится как к самому кабелю, так и к связанным с ним аксессуарам (сращиваниям и наконечникам), называемым «кабельной системой».

В соответствии со стандартами ICEA, IEC, IEEE и другими согласованными стандартами испытания можно проводить с помощью постоянного тока, переменного тока промышленной частоты или переменного тока очень низкой частоты. Эти источники могут использоваться для проведения испытаний сопротивления изоляции, базовых диагностических тестов, таких как анализ частичных разрядов, а также для определения коэффициента мощности или коэффициента рассеяния.

В этой статье представлен обзор некоторых широко используемых методов технического обслуживания и диагностики, имеющихся в продаже для проведения полевых испытаний силовых кабелей среднего и высокого напряжения. Из-за наличия различных методов тестирования кабелей выбор метода тестирования должен производиться только после оценки каждого метода тестирования и тщательного анализа установленной кабельной системы сертифицированным агентством по тестированию и владельцем кабеля.

Вопросы безопасности

При испытании кабелей безопасность персонала имеет первостепенное значение. Все испытания кабелей и оборудования должны выполняться только квалифицированным персоналом в изолированных и обесточенных системах, если иное не требуется и не разрешено. В некоторых случаях переключатели могут быть подключены к концу кабеля и служат для изоляции кабеля от остальной системы. Соблюдайте крайнюю осторожность после отключения силовых кабелей, поскольку они способны удерживать большие емкостные заряды, используйте соответствующие СИЗ и средства электробезопасности для надлежащего разряда кабелей до и после испытаний.

Типы испытаний кабелей

Полевые диагностические испытания могут проводиться на кабельных системах на различных этапах их срока службы. Согласно стандарту IEEE 400, тесты кабелей определяются как:

• Испытание на установку: Проводится после прокладки кабеля, но до установки каких-либо аксессуаров (соединений/соединений и концевых заделок). Эти тесты предназначены для обнаружения любых повреждений кабеля при производстве, транспортировке и установке.
• Приемочное испытание: Выполняется после установки всех кабелей и аксессуаров, но перед подачей на кабель сетевого напряжения. Его целью является обнаружение повреждений при транспортировке и установке как в кабеле, так и в кабельных аксессуарах. Также называется «тестом после укладки».
• Эксплуатационное испытание: Выполняется в течение всего срока службы кабельной системы. Его цель состоит в том, чтобы оценить состояние и проверить работоспособность кабельной системы, чтобы можно было инициировать соответствующие процедуры обслуживания.

Методы тестирования кабелей

Выбор используемого метода тестирования в значительной степени зависит от возраста и типа установленной кабельной системы. Многие из методов, описанных в этой статье, могут выполняться как приемочные или эксплуатационные испытания, в зависимости от таких условий, как приложенное испытательное напряжение или продолжительность испытания.

Выбор используемого метода тестирования в значительной степени зависит от возраста и типа установленной кабельной системы.

Целью любого диагностического теста является выявление проблем, которые могут существовать в кабеле, неразрушающим способом, чтобы можно было принять превентивные меры, чтобы избежать потенциального отказа этого кабеля во время эксплуатации. Диагностические оценки могут применяться к кабельным системам, состоящим из самого кабеля и связанных с ним аксессуаров, таких как сращивания и концевые заделки.

Содержимое

1. Испытание на диэлектрическую стойкость
2. Очень низкая частота (VLF)
3. Затухающее напряжение переменного тока (DAC)
4. Коэффициент мощности / коэффициент рассеяния (тангенс дельта)
5. Сопротивление изоляции постоянному току
6. Частичный разряд
7. Каталожные номера

1.

Испытание на электрическую стойкость

Испытание на электрическую стойкость является основным испытанием на электрическую нагрузку, проводимым для проверки того, что изоляционная система будет обеспечивать достаточный срок службы. Для испытания на устойчивость испытуемая изоляция должна выдерживать заданное приложенное напряжение, превышающее рабочее напряжение на изоляции, в течение определенного периода времени без пробоя изоляции.

Величина выдерживаемого напряжения обычно намного больше, чем величина рабочего напряжения, а количество применяемого времени зависит от срока службы и других факторов.

Испытание на диэлектрическую стойкость является относительно простым испытанием. Если к концу испытания не наблюдается никаких признаков разрушения или повреждения изоляции, образец считается прошедшим испытания. Однако, если приложенное напряжение приводит к внезапному пробою изоляционного материала, будет протекать сильный ток утечки, и изоляция будет признана непригодной для эксплуатации, поскольку она может представлять опасность поражения электрическим током.

1а. Выдерживаемое напряжение диэлектрика при постоянном токе (DC)

При проведении испытания постоянным током напряжение постепенно повышается до заданного значения с постоянной скоростью нарастания, что приводит к постоянному току утечки до тех пор, пока не будет достигнуто конечное испытательное напряжение. Обычно считается, что достаточно от минуты до 90 секунд для достижения конечного испытательного напряжения.

Затем окончательное испытательное напряжение выдерживают в течение 5-15 минут, и если ток утечки недостаточно высок для отключения испытательного комплекта, изоляция считается приемлемой. Этот тип испытаний обычно проводится после монтажа и ремонта кабеля.

Гипотеза постоянного тока измеряет сопротивление изоляции кабелей путем подачи высокого напряжения и измерения тока утечки, а сопротивление рассчитывается по закону Ома. Значения испытательного напряжения для испытаний постоянным током основаны на окончательном заводском испытательном напряжении, которое определяется типом и толщиной изоляции, размером проводников, конструкцией кабеля и применимыми отраслевыми стандартами.

ANSI/NETA-ATS 2021 Рекомендуемое испытательное напряжение постоянного тока для силовых кабелей. Фото: ANSI/NETA

ANSI/NETA-MTS 2019 Рекомендуемое испытательное напряжение постоянного тока для силовых кабелей. Фото: ANSI/NETA

Важно знать, что высоковольтные испытания постоянным током не обеспечивают тщательного анализа состояния кабеля, а вместо этого предоставляют достаточную информацию о том, соответствует ли кабель конкретным требованиям к прочности на пробой при высоком напряжении. Одним из преимуществ теста DC Hipot является то, что точки срабатывания по току утечки могут быть установлены на гораздо более низкое значение, чем при тесте напряжением переменного тока.

В прошлом испытание диэлектрической стойкости постоянным током было наиболее широко используемым испытанием для приемки и технического обслуживания кабелей. Тем не менее, недавние исследования отказов кабелей показывают, что испытание на перенапряжение постоянным током может привести к большему повреждению изоляции некоторых кабелей, таких как сшитый полиэтилен (XLPE), чем польза, полученная от испытаний.

При ремонтных испытаниях существующих кабелей, находящихся в эксплуатации, с использованием высокого напряжения постоянного тока следует учитывать множество факторов, чтобы правильно выбрать правильное испытательное напряжение диэлектрической стойкости. Как правило, самые высокие значения для технического обслуживания не должны превышать 60% конечного заводского испытательного напряжения, а минимальное испытательное значение должно быть не менее постоянного эквивалента рабочего напряжения переменного тока.

Примечание: Если кабель не может быть отсоединен от всего подключенного оборудования, испытательное напряжение должно быть снижено до уровня напряжения самого низкого номинального подключенного оборудования.

1б. Выдерживаемое напряжение диэлектрика промышленной частоты (50/60 Гц)

Кабели и аксессуары также могут подвергаться испытаниям на стойкость с использованием напряжения промышленной частоты, хотя обычно это не делается, поскольку для этого требуется тяжелое, громоздкое и дорогое испытательное оборудование, которое может быть не всегда доступно в поле.

Используемое испытательное оборудование переменного тока должно иметь достаточную мощность в вольт-амперах (ВА) для обеспечения требуемого зарядного тока для испытуемого кабеля. Испытания с высоким потенциалом переменного тока могут проводиться только как испытание «годен-не годен» и, следовательно, могут привести к значительным повреждениям в случае отказа тестируемого кабеля.

Если должны проводиться приемочные и эксплуатационные испытания кабелей переменного тока, то следует признать, что это испытание не очень практично. Наиболее распространенными полевыми испытаниями кабелей являются испытания с высоким напряжением постоянного тока или СНЧ вместо испытаний с высоким напряжением переменного тока.

Хотя это может быть не очень практично в полевых условиях, испытание высоким напряжением переменного тока имеет явное преимущество, заключающееся в том, что нагрузка на изоляцию кабеля сравнима с нормальным рабочим напряжением. Этот тест повторяет заводской тест, проведенный на новом кабеле.

Испытания AC Hipot включают параллельный емкостной ток и резистивный ток, частота источника играет наибольшую роль в количестве энергии, необходимой для зарядки емкости испытуемого образца. При проведении испытания с высоким потенциалом переменного тока следует учитывать адекватность испытательного оборудования для успешной зарядки испытуемого образца.

ANSI/NETA-ATS 2017 Рекомендуемое испытательное напряжение переменного тока для силовых кабелей. Фото: ANSI/NETA

2. Выдерживаемое напряжение диэлектрика при сверхнизкой частоте (СНЧ)

Испытания СНЧ можно классифицировать как испытания на выдерживаемость или диагностические испытания, то есть их можно проводить в качестве контрольных испытаний при приемке или в качестве эксплуатационных испытаний для оценки состояния кабеля. В отличие от испытания постоянным напряжением, очень низкая частота не разрушает хорошую изоляцию и не приводит к преждевременным отказам.

Тестирование СНЧ выполняется с помощью высокочастотного источника переменного тока с частотой от 0,01 до 1 Гц. Наиболее широко принятая тестовая частота составляет 0,1 Гц, однако частоты в диапазоне 0,0001–1 Гц могут быть полезны для диагностики кабельных систем, которые превышают ограничения тестовой системы на 0,1 Гц.

Процедура тестирования СНЧ почти идентична процедуре тестирования постоянного тока с высоким потенциалом и также проводится как испытание «годен-не-годен». Если кабель выдерживает приложенное напряжение в течение всего времени испытания, оно считается пройденным.

Схема подключения для тестирования кабеля СНЧ. Фото: High Voltage, Inc.

Надлежащее испытательное напряжение и продолжительность имеют решающее значение для успеха испытания СНЧ. Если используемое приложенное испытательное напряжение слишком низкое и/или слишком короткое по продолжительности, риск отказа в эксплуатации может увеличиться после испытания.

ANSI/NETA-ATS 2021 Рекомендуемое испытательное напряжение СНЧ. Фото: ANSI/NETA

ANSI/NETA-MTS 2019 Рекомендуемое испытательное напряжение СНЧ. Фото: ANSI/NETA

Тестирование СНЧ используется не только для тестирования кабеля с твердым диэлектриком, любое приложение, требующее тестирования переменного тока нагрузок с высокой емкостью, может быть протестировано с использованием очень низкой частоты. В основном применяется для испытаний кабелей с твердым диэлектриком (согласно IEEE 400.2), с последующим испытанием больших вращающихся механизмов (согласно IEEE 433-1974), а иногда и для испытаний больших изоляторов, разрядников и т. д.

3. Затухающий переменный ток (DAC ) Voltage

Испытание напряжением ЦАП является одним из альтернативных методов испытания переменным напряжением и применимо для широкого спектра кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжения. Затухающие напряжения переменного тока генерируются путем зарядки испытуемого объекта до заданного уровня напряжения и последующего разряда его емкости через подходящую индуктивность.

На этапе разрядки присутствует ЦАП с частотой, зависящей от емкости и индуктивности тест-объекта. Емкость испытуемого объекта подвергается воздействию непрерывно возрастающего напряжения со скоростью, зависящей от емкости испытуемого объекта и номинального тока источника питания.

Большинство приложений ЦАП основаны на сочетании выдерживаемого напряжения и расширенных диагностических измерений, таких как частичный разряд и коэффициент рассеяния. Тестирование DAC — это расширенный инструмент технического обслуживания, предлагающий больше, чем простое решение «использовать или не использовать»

4. Коэффициент мощности/коэффициент рассеяния (тангенс дельта)

Тангенс дельта, также называемый измерением угла потерь или коэффициента рассеяния (DF), представляет собой диагностический метод тестирования кабелей для определения качества изоляции. Если изоляция кабеля свободна от дефектов типа деревьев, влажных и воздушных карманов и т.п., кабель приближается по свойствам к идеальному конденсатору.

В идеальном конденсаторе напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 градусов, а ток через изоляцию является емкостным. Если в изоляции есть примеси, сопротивление изоляции уменьшается, что приводит к увеличению резистивного тока через изоляцию.

Тангенс дельта/коэффициент рассеяния Угол. Фото: High Voltage, Inc.

Кабель становится менее совершенным конденсатором и фазовый сдвиг будет менее 90 градусов. Степень, в которой фазовый сдвиг составляет менее 90 градусов, называется «углом потерь», что указывает на уровень качества/надежности изоляции.

Кабели с плохой изоляцией имеют более высокие значения DF, чем обычные, и будут демонстрировать более высокие изменения значений тангенса дельты при изменении уровней приложенного напряжения. Хорошие кабели имеют низкие индивидуальные значения TD и небольшие изменения значений тангенса дельты при более высоких уровнях приложенного напряжения.

На практике в качестве источника напряжения для питания кабеля при тестировании тангенциального треугольника чаще всего используется высоковольтный потенциометр переменного тока очень низкой частоты. Очень низкая частота является предпочтительным методом по сравнению с 60 Гц по двум причинам:

1. Увеличенная нагрузочная способность в полевых условиях, в которых 60 Гц слишком громоздки и дороги, что делает практически невозможным испытание кабеля значительной длины. При типичной частоте СНЧ 0,1 Гц для тестирования того же кабеля требуется в 600 раз меньше энергии по сравнению с частотой 60 Гц.
2. Величина чисел тангенса дельта увеличивается по мере уменьшения частоты, что упрощает измерения.

При выполнении тангенса треугольника испытуемый кабель должен быть обесточен, а каждый его конец должен быть изолирован. Испытательное напряжение подается на кабель во время измерения с помощью набора для измерения тангенса дельта.

Прикладываемое испытательное напряжение повышается ступенчато, при этом измерения сначала выполняются до 1Uo или нормального рабочего напряжения между линией и землей. Если числа тангенса дельта указывают на хорошую изоляцию кабеля, испытательное напряжение повышают до 1,5 – 2Uo.

Сам тест может занять менее двадцати минут, в зависимости от настроек прибора и количества различных уровней испытательного напряжения. Для проведения анализа необходимо всего лишь зафиксировать несколько циклов формы сигнала напряжения и тока.

5. Сопротивление изоляции постоянному току

Сопротивление изоляции кабеля измеряется с помощью мегомметра. Это простой неразрушающий метод определения состояния изоляции кабеля для проверки на загрязнение из-за влаги, грязи или обугливания.

Образец соединений для проверки сопротивления изоляции мегомметром для кабеля и трансформатора с использованием клеммы Guard. Фото: TestGuy.

Измерения сопротивления изоляции должны проводиться через равные промежутки времени, а протоколы испытаний должны храниться для целей сравнения. Продолжающаяся тенденция к снижению является признаком ухудшения изоляции, даже если измеренные значения сопротивления превышают минимально допустимый предел.

Для корректного сравнения показания должны быть скорректированы до базовой температуры (например, 20°C). Имейте в виду, что измерения сопротивления изоляции не дают меру общей диэлектрической прочности изоляции кабеля или слабых мест в кабеле.

При испытании кабеля на перенапряжение обычно сначала проводят измерение сопротивления изоляции, а затем, если достигаются приемлемые показания, приступают к испытанию на перенапряжение постоянного тока. После завершения теста на перенапряжение постоянным током снова проводится тест сопротивления изоляции, чтобы убедиться, что кабель не был поврежден высоким напряжением.

Типичные кривые, демонстрирующие эффект диэлектрической абсорбции в тесте на «времястойкость», выполненном на емкостном оборудовании, таком как большая обмотка двигателя. Кредит Фотографии: Меггер США.

Индекс поляризации — это еще один метод проверки сопротивления изоляции, который оценивает качество изоляции на основе изменения значения мегаома с течением времени. После подачи напряжения значение IR считывается в два разных момента времени: обычно либо 30 и 60 секунд (DAR), либо 60 секунд и 10 минут (PI).

«Хорошая» изоляция показывает постепенно увеличивающееся значение IR с течением времени. Когда второе показание делится на первое показание, и полученное отношение называется коэффициентом диэлектрической абсорбции (DAR) или индексом поляризации (PI).

6. Частичный разряд

Частичный разряд — это локальный электрический разряд, который может возникнуть в пустотах, зазорах и подобных дефектах в кабельных системах среднего и высокого напряжения. Если не принять надлежащих мер, частичный разряд разрушит изоляцию кабеля, обычно образуя древовидную структуру износа (электрическое дерево) и в конечном итоге приведет к полному выходу из строя кабеля или аксессуара.

Тестирование включает приложение напряжения, способствующего частичному разряду, а затем прямое или косвенное измерение импульсов разрядного тока с помощью калиброванных датчиков ЧР. Характеристики частичного разряда зависят от типа, размера и расположения дефектов, типа изоляции, напряжения и температуры кабеля.

Известно, что тест на частичные разряды позволяет обнаруживать небольшие дефекты изоляции, такие как пустоты или пропуски в изоляционном экранирующем слое, однако для обнаружения любых частичных разрядов должны присутствовать частичные разряды. Измерения могут быть выполнены на недавно установленных и старых кабелях для обнаружения любых повреждений, возникших во время установки нового кабеля, или ухудшения изоляции кабеля в процессе эксплуатации из-за частичных разрядов.

6а. ЧР в режиме онлайн (50/60 Гц)

Онлайн-тестирование частичных разрядов, выполняемое без прерывания работы, представляет собой неразрушающий, неинвазивный инструмент профилактического обслуживания, который измеряет состояние стареющих кабельных систем на основе измерения ЧР при рабочем напряжении кабеля.

6б. Офлайн PD

Автономное тестирование частичным разрядом предлагает значительное преимущество по сравнению с другими технологиями благодаря возможности измерять реакцию кабельной системы на определенный уровень нагрузки и прогнозировать ее будущие характеристики, не вызывая неисправности. Автономное тестирование также известно своей способностью определять точное местонахождение дефекта на оборудовании, устаревшем в полевых условиях, что позволяет управляющему активами точно планировать техническое обслуживание и ремонт.

Проблема автономного тестирования заключается в том, что оборудование должно быть выведено из эксплуатации. Измерения проводятся при более высоком напряжении, чем рабочее напряжение кабеля, чтобы повторно инициировать ЧР в обесточенном кабеле, что увеличивает риск отказов во время испытаний.

Продолжительность теста должна быть достаточной, чтобы электроны могли инициировать ЧР, но после обнаружения ЧР напряжение должно прикладываться достаточно долго только для сбора достаточного количества данных о ЧР.

ANSI/NETA-ATS 2021 Требования к частичному разряду. Фото: ANSI/NETA

Ссылки

• Стандарты приемочных испытаний ANSI/NETA 2017
• Стандарты эксплуатационных испытаний ANSI/NETA 2015 г.
• Техническое обслуживание и испытания электроэнергетического оборудования, второе издание
• Испытание на стойкость диэлектрика к напряжению: преимущества и ограничения
• ОЧЕНЬ НИЗКОЧАСТОТНЫЕ HIPOTS ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ОБЗОР ИСПЫТАНИЙ СНЧ И ОТВЕТЫ
• ИСПЫТАНИЯ КАБЕЛЯ НА СТОЙКОСТЬ ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ СНЧ Уровни напряжения и продолжительность испытания
• Испытание экранированных силовых кабелей СНЧ
• Вопросы и ответы по тестированию кабеля Tan Delta
• Общие сведения об испытаниях сопротивления изоляции
• ОНЛАЙН ОФФЛАЙН ТЕСТИРОВАНИЕ ЧАСТИЧНОГО РАЗРЯДА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАБЕЛЯ
• Что такое испытание на частичный разряд?

Защита от перенапряжения в подземных кабельных системах

Первоначально в центре внимания исследования, спонсируемого DSTAR, были импульсные переходные процессы в подземных кабельных системах, например, вызванные ударами молнии. Отказы кабелей с экструдированным диэлектриком, например, с использованием сшитого полиэтилена и других материалов, досаждают отрасли. Основная причина преждевременного выхода из строя связана с кумулятивным эффектом многих кратковременных перенапряжений. Сведение к минимуму перенапряжения в кабельной системе продлевает срок службы кабеля, и коммунальные предприятия-члены осознали необходимость получения более подробной информации о том, как лучше всего защитить свои кабельные системы.

Кабельная защита от перенапряжения

Полномасштабная испытательная система была установлена ​​в Лаборатории высокого напряжения GE для тестирования различных схем защиты кабеля от перенапряжения. Установка состояла из оголенного концентрического нейтрального кабеля, проложенного в гибкой конфигурации, что позволяло тестировать как короткие (300 футов), так и длинные (1350 футов) кабельные трассы, а также более сложные конфигурации с ответвлениями. Один конец был присоединен к вертикальному столбу, на который были наложены смоделированные импульсы молнии с помощью генератора импульсов Маркса на 6 миллионов вольт, показанного на заднем плане фотографии справа. Были проведены сравнения между различными схемами разрядников, некоторые из которых применяли разрядники по длине кабеля в дополнение к опоре стояка. Важный вывод заключался в том, что перенапряжение имеет тенденцию быть более серьезным в кабельных системах с ответвлениями или разветвлениями, и такие системы требуют особого внимания при размещении разрядников. Данные этих полномасштабных испытаний позволили получить рекомендации, которые теперь используются коммунальными предприятиями-участниками для оптимизации методов защиты кабелей от перенапряжения.

Переходные процессы в нейтрали подземного кабеля

Продолжение испытаний импульсов подземной системы с уделением внимания другим типам кабелей. Кабель с оболочкой широко используется для минимизации проблем нейтральной коррозии. Однако нейтраль становится изолированным проводником, который также может передавать импульсные волны, как показано на рисунке ниже.

Просмотр в полноэкранном режиме

Исследование DSTAR показало, что нейтральные переходные процессы могут создавать дополнительные проблемы. Когда грозовой перенапряжение вызывает разряд разрядника стояка, ток делится между землей стояка и нейтралью кабеля. Между нейтралью кабеля и землей возникают значительные напряжения, и оболочка кабеля может проколоться. Это особенно верно, если заземление полюса представляет собой высокий импеданс для переходных процессов. В рамках другого проекта DSTAR были проведены испытания для определения стойкости кабельных оболочек к напряжению.

Импульсные токи на нейтрали кабеля также могут попасть на вторичные обмотки, особенно когда заземление заказчика лучше, чем ведомые стержни, заземляющие трансформаторы, монтируемые на плите. Часто это происходит, когда нейтральный потребитель соединен с муниципальной системой водоснабжения. Это приводит к вторичному помпажу, который обычно рассматривается только как служебное соображение. Вторичные выбросы могут привести к повреждению изоляции трансформатора, особенно если вторичные обмотки не переплетены. Полномасштабные испытания были проведены как с чересстрочными, так и с непереплетенными трансформаторами на подкладке, и были сравнены характеристики вторичного перенапряжения из-за разрядов разрядников на полюсах стояка. Эта деятельность продемонстрировала, что трансформаторы с непереплетенным креплением на площадке подвержены отказу при разряде разрядника на опоре стояка.

Проекты DSTAR направлены на поиск решений, а также определение проблем. Значительные исследования были посвящены концепции противовеса с неизолированным проводом, закопанного вместе с нейтральным кабелем в оболочке. Противовес обеспечивает существенное снижение напряжения между нейтралью и локальным заземлением. Другим важным средством снижения переходных процессов в нейтрали является улучшение заземления полюса стояка. Различные конфигурации заземляющих стержней сравнивались с использованием полномасштабных импульсных испытаний, а также некоторых инновационных концепций, таких как проводящий бетон. Импеданс, обеспечиваемый системой заземления для импульсных токов, не равен и не обязательно пропорционален сопротивлению заземления, определяемому обычными измерениями. Это хорошо показали результаты испытаний.

Другим типом кабеля, используемого некоторыми коммунальными службами, является кабель с полупроводниковой оболочкой.