Испытания повышенным напряжением кабеля: Методика испытаний высоковольтного кабеля 10 кВ

Высоковольтные испытания кабеля с аппаратом Скат-70 :: Энергочать

Изоляционное покрытие высоковольтных линий связи необходимо периодически испытывать на прочность, чтобы не допустить возникновения аварий и утечки энергии. Испытания проводят с применением повышенного напряжения, используя высоковольтные установки для испытания кабеля. Высоковольтные испытания силовых кабелей проводят для обнаружения дефектов, которые могли, появится при монтаже или же в процессе эксплуатации. В целом именно высоковольтные испытания дают самую точную и достоверную информацию о состоянии линии связи и о том пригодна ли она к дальнейшей эксплуатации.

Испытание кабеля повышенным напряжением

Испытание кабеля повышенным напряжением на уровне более 1000 (В) осуществляется методом приложенного напряжения для определения местонахождения дефекта. Если не удастся найти дефекты вовремя, они способны в будущем снизить прочность изоляции высоковольтного кабеля. При проведении испытаний выпрямленным, повышенным напряжением воздействуют на жилы кабеля по очереди. На время проведения испытаний одной жилы заземляют все остальные свободные жилы кабеля, а также экраны и броню. Если кабель не имеет металлической оболочки, тогда повышенное напряжение применяют между одной жилой и соединенными между собой и заземленными другими жилами.

Процесс испытания кабеля повышенным напряжением отображен на Рис.1.

Рис.1. Схема испытания кабеля повышенным напряжением

Для проведения испытаний повышенным напряжением чаще всего используют высоковольтный испытательный аппарат Скат-70.

Аппарат высоковольтный испытательный Скат-70

Высоковольтный испытательный аппарат Скат-70 предназначен для проведения испытаний электрической прочности с использованием переменного напряжения устройств и материалов, которые не содержат емкостную частицу сопротивления. Кроме вышеперечисленных возможностей, данный аппарат используют для проведения испытаний электрической прочности постоянного напряжения проводов, кабелей, электрических устройств и других приборов, которые содержат емкостную составляющую сопротивления. Аппарат Скат-70 также используют во время проведения испытаний образцов композитных, твердых диэлектриков. Прибор Скат-70 имеет следующие отличительные особенности:

• плавное регулирование напряжения;
• высокая точность проводимых измерений тока;
• высокая точность проводимых измерений напряжения;
• наличие функциональных возможностей для осуществления прожига;
• наличие автономного режима работы, без участия оператора;
• наличие цифровой индексации величин проводимых измерений;
• наличие усовершенствованной эргономики;
• наличие сигнализации, для отображения напряжения.

Высоковольтное прожигание изоляционного покрытия кабеля предназначено упрощения поиска местонахождения повреждения. Под воздействием на поврежденный кабель напряжения на уровне 40 кВ и тока на уровне 60 мА разрушается проводящий мостик, который находится между оболочкой кабеля и жилой. Образовавшийся разрыв мостика можно найти при помощи специальных поисковых приборов — рефлектометров.

Аппарат Скат-70 представляет собой транспортируемый прибор, который состоит из двух соединенных компонентов: измерительного блока и высоковольтного трансформатора. Данный прибор работает по следующему принципу:

Первое – идет подача силового напряжения из измерительного блока на высоковольтный трансформатор. Второе – силовое напряжение преобразовывается в высокое. Третье – заземление испытуемого объекта. Четвертое – подключение испытуемой цепи к трансформатору через высоковольтный выход на его крышке.

На передней панели аппарата находится блок управления, на котором можно выставить необходимый режим работы. В приборе встроены специальные индикаторы, которые отображают силу тока и выходного напряжения. В трансформаторе встроена штанга для заземления и замыкания на землю, которой можно управлять при помощи измерительного блока.

Испытания кабельных линий :: Ангстрем

Испытания находящихся в эксплуатации силовых электрических кабельных линий — стандартная процедура, которую с определенной периодичностью обязаны проводить специализированные службы, обслуживающие эти линии.

Основная цель этих испытаний — подтверждение соответствия характеристик кабелей техническим требованиям, т. е. их пригодности к дальнейшей эксплуатации.

Вторая задача — выявление и последующее устранение скрытых дефектов, способных проявиться при эксплуатации и привести к выходу кабеля из строя.

Тема периодических испытаний силовых электрических кабелей в процессе их эксплуатации практически постоянно присутствует и, иногда довольно бурно, обсуждается на электронных и печатных площадках. Обсуждаются методы испытаний и альтернативы для них, эффективность испытаний и влияние их на эксплуатационные свойства кабелей. Один из вопросов реально насущный сегодня — испытание линий состоящих из комбинаций кабелей отличающихся и конструктивно и технологией изготовления и материалом изоляции.

Как появились комбинированные силовые кабели?

Исторически сложилось, что основу подземных силовых кабельных сетей среднего напряжения (6…35 кВ) составляют кабели с пропитанной бумажной изоляцией (ПБИ). В 2008г. их производство составляло более 50% общего объема выпускаемых в России силовых кабелей. Технология производства ПБИ-кабелей отрабатывалась десятилетиями. Общая история их использования насчитывает более века, и уже это, несомненно, служит для них самой показательной характеристикой. Но, совершенству нет предела.

На смену ПБИ кабелям приходят современные, превосходящие их по техническим характеристикам кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Понятно, что быстро обновить всю огромную, в масштабах страны, силовую кабельную сеть никому не по силам ни экономически ни физически. Замена происходит по мере необходимости, как в плановом порядке, так и при очевидной нецелесообразности дальнейшей эксплуатации физически устаревших кабелей. Полная замена линий большой протяженности тоже бывает неподъемной задачей, и приходится менять самые слабые участки, чтобы хоть как-то обеспечить приемлемую эксплуатационную надежность. Если при этом есть возможность использовать новый, более надежный кабель, почему бы ей не воспользоваться? Так появляются комбинированные кабельные линии, в которых задействованы разные по технологии изготовления кабели, а именно: ПБИ и СПЭ.

Вот здесь и возникает проблема:

неопределенность в методах проведения периодических эксплуатационных испытаний.

Чтобы прояснить суть проблемы надо немного подробнее рассмотреть особенности высоковольтных испытаний кабелей разных типов.

Испытание кабелей с пропитанной бумажной изоляцией

Кабели ПБИ испытываются выпрямленным напряжением, в несколько раз превышающим номинальное рабочее переменное напряжение. Такой выбор продиктован практикой. Испытывать кабель номинальным переменным напряжением частотой 50 Гц не имеет смысла, т.к. это стандартный рабочий режим, который кабель должен выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

Поскольку для проведения испытаний кабельная линия должна выводиться из эксплуатации, длительность испытаний не может быть очень продолжительной. Для проведения ускоренных испытаний необходимо использовать некие форсирующие факторы. В эксплуатационных условиях единственным практически применимым фактором может служить повышение испытательного напряжения. Выбор уровня испытательного напряжения должен учитывать возможные в эксплуатации коммутационные перенапряжения. На практике они до 2,5 раз превышают номинальные напряжения. Кроме того, уровень испытательного напряжения должен быть достаточным для выявления скрытых дефектов и, одновременно, не оказывать вредного влияния на надежность кабеля. Выполнение столь противоречивых требований до сих пор является предметом дискуссий. Можно только заметить, что любые ускоряющие (форсирующие) факторы, а в нашем случае это повышенное напряжение, по определению ускоряют процессы, в том числе и снижающие ресурс, т. е. надежность кабеля.

Испытание кабельной линии переменным, повышенным напряжением промышленной частоты требует испытательных установок большой мощности, а значит, и больших габаритов и массы. Причем чем длиннее кабельная линия, тем большую мощность должна иметь испытательная установка, чтобы компенсировать потери, неизбежные при испытании силовых кабелей переменным напряжением. Это определяет высокую стоимость оборудования, малую мобильность, связанную с его массогабаритными характеристиками, и значительную трудоемкость самого процесса испытаний.

Переход к испытаниям кабелей постоянным (выпрямленным) напряжением решает эту проблему. В этом случае от испытательных установок не требуется большая выходная мощность. Но здесь проявляется второй фактор. Электрическая прочность кабелей ПБИ на постоянном напряжении значительно больше, чем на переменном, промышленной частоты, т.е. для испытаний требуются установки со значительно большими, по сравнению с установками переменного напряжения, уровнями выпрямленного напряжения. Выполнение этого условия не вызывает проблем, поскольку и в этом случае требуемая выходная мощность не выходит за приемлемые пределы. Установка остается компактной и мобильной. Сейчас выпускается большое число моделей маломощных испытательных установок постоянного напряжения. Стоимость их вполне доступна для массового использования. Габариты и масса таковы, что они могут устанавливаться на малотоннажном, и даже легковом, автотранспорте, что обеспечивает высокую мобильность и оперативность в применении.

Испытание кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена

Особенности кабелей СПЭ диктуют иной подход к испытаниям. Известно, в том числе и по данным ВНИИКП, что кабели СПЭ при работе на переменном напряжении имеют значительно большую электрическую прочность по сравнению с ПБИ. Поэтому проблемы при испытаниях СПЭ-кабелей переменным напряжением 50 Гц такие же, и даже большие, чем для ПБИ кабелей. Однако использование для испытаний СПЭ-кабелей повышенного постоянного напряжения не допустимо, поскольку под его воздействием в основной изоляции кабелей зарождаются дефекты, приводящие к его быстрому выходу из строя. Решение этой проблемы оказалось одновременно простым и оригинальным. Выяснилось, что можно использовать переменное напряжение сверхнизкой частоты (СНЧ), порядка 0,05…0,1Гц. Практически это можно интерпретировать как постоянное напряжение, меняющее свою полярность медленно, с периодом в несколько секунд. Использование такого рода испытательного напряжения не приводит к вредным последствиям для СПЭ кабеля. Главное, что дает такой подход – возможность использовать для испытаний маломощные испытательные установки. Причем, чтобы обеспечить испытания СПЭ-кабелей большой протяженности, достаточно просто уменьшить частоту напряжения. Современные испытательные СНЧ установки имеют такую возможность.

Допустимая величина испытательного напряжения СПЭ кабелей существенно меньше, чем для ПБИ. Это объясняется тем, что СПЭ кабели имеют значительно меньшую по сравнению с ПБИ кабелями электропрочность по постоянному напряжению. Предлагаемые сегодня рынком высоковольтные СНЧ установки существенно дороже испытательных установок, используемых для ПБИ кабелей. Во многом стоимость связана с мощностью установок которая, в свою очередь, определяет возможную длину тестируемых линий. При этом импортные модели в разы дороже отечественных.

Из всего вышеизложенного видно, что испытания ПБИ и СПЭ кабелей радикально отличаются как по роду используемого испытательного напряжения (постоянное, переменное), так и по его уровню. Для ПБИ кабелей уровень испытательного напряжения значительно больше.

Как в таком случае испытывать линии состоящие из этих двух видов кабелей?

Проблема испытания комбинированных силовых кабелей

Данная проблема возникает все чаще. На практике специалисты должны находить ее решение незамедлительно, поскольку процедура проведения испытаний кабельных линий, находящихся в эксплуатации, является необходимой.

Нормативных документов, регламентирующих действия в подобном положении нет, и специалисты, эксплуатирующие такие линии, вынуждены принимать решения, руководствуясь собственным опытом, логикой и принципом «не навреди». Исходя из простой логики можно предположить, что для ПБИ кабелей не особенно важно будут происходить испытания при постоянной полярности выпрямленного напряжения или периодически меняющейся. Главное: его величина. Следовательно, СНЧ испытательную установку можно использовать и для ПБИ кабелей. Но вот величина испытательного напряжения, установленная нормативными документами для ПБИ кабелей, недопустимо велика для СПЭ кабелей. Теперь придется руководствоваться принципом «не навреди», т.е. испытывать комбинированную линию по требованиям, установленным к величине испытательного напряжения для СПЭ кабелей. Можно сказать, что ПБИ участок кабельной линии, условно говоря, остается «недоиспытанным». Поскольку явного вреда от этого не прослеживается, приходится идти на такой компромисс. Если учесть, что для «великовозрастных» ПБИ кабелей на многих предприятиях, чисто административными решениями, допускается проводить испытания с напряжением, сниженным до величины, устанавливаемой по усмотрению ответственных лиц, то вовсе все законно и бескомпромиссно.

Стандарт ПАО «РОССЕТИ» по испытаниям комбинированных кабельных линий

Два года назад ПАО «РОССЕТИ» утвердило новый стандарт организации (СТО 34.01-23.1-001-2017) по испытаниям электрооборудования. Один из разделов документа посвящен испытаниям электрических силовых кабелей. В нем, возможно впервые, сделана попытка единообразного подхода к эксплуатационным испытаниям ПБИ и СПЭ кабелей.

Эксплуатационные испытания силовых кабельных линий в этом разделе СТО разнесены в два пункта.

• Первый пункт устанавливает правила эксплуатационных испытаний переменным СНЧ напряжением или переменным напряжением 50Гц и распространяется на кабели с пластмассовой изоляцией, ПБИ и кабели ПБИ со вставками кабеля с пластмассовой изоляцией.
• Второй пункт устанавливает правила испытаний ПБИ кабелей выпрямленным напряжением, причем работа по этому пункту допускается в случае невозможности испытаний по правилам первого пункта.

Режимы эксплуатационных испытаний СПЭ и ПБИ типов кабелей в соответствии с ГОСТ на них и СТО приведены в таблице.

Таблица. Режимы эксплуатационных испытаний.

Uо — фазное напряжение, Uн — линейное напряжение

Чем же все-таки руководствоваться специалистам при проведении испытаний: ГОСТ или СТО?

Из приведенной таблицы видно, что СТО однозначно устанавливает использование правил эксплуатационных испытаний изоляции кабельных линий, определенных для СПЭ кабелей, как для комбинированных кабельных линий, так и для ПБИ линий. Надо заметить, что режимы СНЧ испытаний в СТО значительно отличаются от предлагаемых ГОСТ 55025-2012 для СПЭ кабелей. Если это обоснованно, тогда встает вопрос о необходимости корректировки ГОСТа.

В ПАО «РОССЕТИ» проблема единого нормативного подхода к испытаниям ПБИ и СПЭ кабелей решена. Вопрос о «недоиспытанности» ПБИ кабелей оставлен за скобками. Можно дискутировать о применимости режимов испытаний СПЭ кабелей для ПБИ кабелей, однако главное то, что появилась определенность, узаконенность. Специалисты ПАО «РОССЕТИ» теперь могут работать не на свой страх и риск, а опираясь на конкретный нормативный документ, но тогда возникает вопрос:

• Чем руководствоваться множеству других больших и малых предприятий эксплуатирующих комбинированные силовые кабельные линии?
• Ссылаться на то, что ГОСТ является рекомендательным документом и продолжать руководствоваться собственным опытом и здравым смыслом?
• Или пришла пора корректировать ГОСТы под требования времени?

Однозначных официальных ответов на эти вопросы в настоящее время нет.

Может ли высокое напряжение повредить кабели?

Несколько лет назад компании AMP потребовалось протестировать ленточные кабели с межжильным расстоянием 0,050 дюйма и рассчитанные на 300 В постоянного тока. Они решили использовать 1000-вольтовый тестер Hipot от Cirris. Тест Hipot на 1000 вольт был полезен для выявления проблем с поврежденной изоляцией проводов, которые проходили между соседними зубцами в разъеме IDC. Удивительно, но все, что меньше 1000 В постоянного тока, может пропускать ошибки.

Несмотря на то, что 1000 В постоянного тока были эффективными для плоских кабелей, существовали опасения, что высокое напряжение может повредить или ухудшить характеристики плоских кабелей. Это обоснованная проблема, когда речь идет о высоком напряжении? Как узнать, какое тестовое напряжение следует использовать при тестировании высоким напряжением?

Какова цель тестирования высоким напряжением?

Проверка высоким напряжением обнаруживает «близкие к короткому замыканию», которые нельзя было бы пропустить при проверке низким напряжением. В тесте применяется очень высокое напряжение между проводниками и проверяется хорошая изоляция. Для получения дополнительной информации о тестировании высокого напряжения см. статью Cirris «Тестирование кабелей высоким напряжением».

Миф: Пределы максимального рабочего напряжения

Многие пользователи обеспокоены тем, что превышение номинального рабочего напряжения провода или разъема во время тестирования Hipot ослабит или повредит изоляцию. В тестере Cirris предусмотрены меры предосторожности, которые предотвращают повреждение кабеля в случае сбоя высокого напряжения.

Например, подумайте о том, что происходит, когда удлинитель переменного тока замыкает накоротко. Искры летят, что приводит к обугленным остаткам изоляции, расплавленному металлу, проникающему в изоляцию в том месте, где произошло короткое замыкание, и потенциальным новым коротким замыканиям из-за уменьшения изоляции. Если это то, что происходит, когда у вас есть короткое замыкание на 120 В переменного тока, ограниченное автоматическим выключателем на 15 ампер или более, что может сделать 1000 В постоянного тока с вашей кабельной сборкой?

Если вы хорошо разбираетесь в электричестве, вы обнаружите несколько неправильных результатов в этом сравнении тестирования короткого и высоковольтного кабеля на 120 В переменного тока.

1. Энергия, подаваемая большинством тестеров на тестируемый кабель, недостаточна (большинство тестеров Cirris ограничивают ее до 0,03 Дж). Тестеры Cirris тщательно контролируют как силу тока, так и время подачи тока. Если бы вы соприкоснулись проводами на тестере Cirris hipot во время испытания высоким напряжением, никаких повреждений не произошло бы из-за ограниченной силы тока и короткого времени выключения. Напротив, короткое замыкание в линии переменного тока, которое приводит к срабатыванию автоматического выключателя, занимает около 200 миллисекунд при возможном токе до 100 ампер. Чтобы показать это математически, 0,2 секунды х 120 вольт х 100 ампер = 2400 джоулей, или в 80 000 раз больше энергии, чем отказ во время высоковольтного тестирования на тестере Cirris.
2. В примере с удлинителем переменного тока провода должны соприкасаться, чтобы произошел сбой. Если бы не произошло прямого короткого замыкания (пробоя), никаких повреждений не произошло бы. Помните закон Пашена: дуга не загорится в воздухе до 327 В постоянного тока или 231 В переменного тока (пиковое напряжение при 120 В переменного тока составляет 1,41 X 120 В переменного тока RMS = пиковое значение 170 В постоянного тока, чего недостаточно для возникновения дуги). Высоковольтное тестирование выявит потенциальные короткие замыкания до того, как они станут опасными.

Пределы рабочего напряжения A620

IPC/WHMA A-620 и все военные спецификации (насколько нам известно) не используют рабочее напряжение в качестве предела испытательного напряжения. A-620 использует 1500 В постоянного тока или 1000 В переменного тока для тестирования сборок класса 3 (высокопроизводительные электронные продукты… где производительность по требованию имеет решающее значение).

Высокое напряжение также требуется в сборках A-620 класса 2 (электронные продукты специального назначения… где требуется высокая производительность и увеличенный срок службы) с расстоянием между контактами менее 2 мм (0,079 дюйма) из-за более высокого риска короткого замыкания из-за чтобы уменьшить расстояние между контактами

Требования UL Labs

Компоненты, подключенные к линии переменного тока в бытовых и технологических продуктах, обычно имеют характеристики рабочего напряжения от 120 до 300 В переменного тока. Однако спецификации UL* часто требуют 100% испытаний при тысячах вольт — обычно 1000 В переменного тока + 2-кратное рабочее напряжение. При использовании 1240 В переменного тока регулярно подается на изделия с рабочими компонентами, рассчитанными на 120 В переменного тока, и проводкой, рассчитанной на 300 В переменного тока.

*982, 1010 и 1082 для бытовой техники и 60950 для технологического оборудования (ITE)

Предварительно испытанные провода

Если вы когда-либо видели процесс изготовления изолированного провода, то могли заметить тестер, проверяющий дефекты изоляции. Это тестирование обычно состоит из небольшой цепочки из бусинок (как те старые цепочки для ключей) или, возможно, щетки, находящейся под очень высоким напряжением, через которую пропускается проволока. Для провода с номинальным напряжением 300 В «искровой тестер» подает напряжение в несколько тысяч вольт. На сегодняшний день нет доказательств того, что это испытание привело к ухудшению изоляции. В результате эта практика является стандартной и требуется большинством спецификаций проводов UL и MIL.

Нет необходимости беспокоиться о потенциальном повреждении кабеля или жгута проводов при повторном испытании на 1500 В постоянного тока, если эти «искровые испытания» ранее проводились на каждом проводе их сборки. Например, MIL-W-16878E TYPE EE (соединительный провод TFE), рассчитанный на 1000 вольт, должен быть испытан искровым разрядником при напряжении 5000 вольт.

Практический пример: Изоляция не повреждена

В 2003 г. Sandia National Labs проверила проводку самолета на деградацию не только при 1500 вольт, но и на пробой, требующий тысяч вольт. Вы можете прочитать отчет здесь.

Лаборатория не выявила повреждений, пока не произошла поломка. Первое обнаруженное повреждение произошло только после десятикратного увеличения энергии тестера Cirris.

Испытания на пробой диэлектрика и инфракрасное излучение

Нет доказательств того, что кабель, подвергающийся воздействию более высокого напряжения, может быть поврежден, если пробой не происходит. Однако, если отказ DWV (поломка) все же произойдет, энергия будет ограничена, так что риск повреждения будет низким. Более того, если повреждение все же произошло, ИК-тест предназначен для обнаружения повреждения углеродного следа. По этой причине A-620 предлагает выполнять тестирование IR при выполнении теста DWV, и его нельзя предшествовать тесту DWV.

Когда не использовать Hipot

Спецификации, такие как A-620, дают полезные рекомендации по испытательному напряжению. Чтобы быть более строгим, вы можете тестировать сборки, как если бы они были в более высоких классах. Но разъемы продолжают становиться все меньше. В какой-то момент сам разъем не выдерживает заданного испытательного напряжения.

Вкратце:

• Высоковольтные испытания эффективны для выявления «близких к короткому замыканию», которые могут быть пропущены при низковольтных испытаниях. Эти «ближние шорты» могут превратиться в настоящие шорты в полевых условиях (скрытые дефекты).
• НЕЛЬЗЯ использовать номинальное рабочее напряжение проводов/разъемов в качестве предела испытательного напряжения.
• У нас нет доказательств того, что испытания под высоким напряжением повреждают или ухудшают изоляцию проводов или разъемов в жгуте проводов, если только не происходит поломка. Ожидается, что даже пробой с высоким напряжением при низких уровнях энергии не приведет к повреждению.
• IR-тестирование следует проводить одновременно с DWV-тестированием или после него, чтобы гарантировать обнаружение любого возможного повреждения из-за нарушения изоляции.

usb — Проверка целостности кабеля при защите от перенапряжения

Задавать вопрос

спросил
1 год, 9 месяцев назад

Изменено
1 год, 9 месяцев назад

Просмотрено
61 раз

\$\начало группы\$

У меня есть схема, которая проверяет непрерывность всех проводов USB-кабеля A-B, подключая оба конца кабеля к гнездовым разъемам на печатной плате.

Управляется MCU, устойчивым к 3V3.

Это создает риск повреждения чипа из-за непреднамеренного подключения кабеля, который уже был подключен к порту компьютера, подачи 5 В на чип и его поломки (это уже произошло).

Я хочу разработать схему защиты, которая выиграла не препятствовать прохождению тока от A к B и от B к A.

Простое подключение диода к контакту VCC разъема B не позволит мне проводить измерения в обоих направлениях, однако я хотел бы иметь возможность это делать.

Есть ли какой-нибудь способ предотвратить попадание 5V на MCU, сохраняя при этом возможность передачи сигнала 3V3? Может быть, что-то вроде диода, который срабатывает только при определенном пороговом напряжении?

• usb
• кабели
• защита от перенапряжения

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

переключиться на использование драйверов и приемников для передачи сигналов по кабелю

например MAX3232: они толерантны к 25В, и я случайно подключил их к портам USB, не повредив порт USB.