Реферат: Учебное пособие Санкт-Петербург 2008 удк 621. 315. 2 Привалов игорь николаевич, кандидат технических наук




ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ


ПЕТЕРБУРГСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ РУКОВОДЯЩИХ

РАБОТНИКОВ И СПЕЦИАЛИСТОВ

(ПЭИПК)


КАФЕДРА ДИАГНОСТИКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ


И.Н. Привалов


Современные методы и технические средства

для испытаний и диагностики силовых кабельных линий

номинальным напряжением до 35 кВ включительно


Учебное пособие


Санкт-Петербург

2008

УДК 621.315.2

ПРИВАЛОВ ИГОРЬ НИКОЛАЕВИЧ, кандидат технических наук


^ Современные методы и технические средства для испытаний и диагностики

силовых кабельных линий номинальным напряжением до 35 кВ включительно

Учебное пособие


Одобрено и рекомендовано к опубликованию ученым советом института.

Протокол № от 2008 г.


Выполнен обзор и анализ применяемых в России и за рубежом методов испытаний и диагностики силовых кабельных линий номинальным напряжением до 35 кВ включительно с разными типами изоляции, а также методов обнаружения и локализации повреждений в них.

Рассмотрены как регламентированные, традиционно применяемые в России, методы испытаний и контроля состояния силовых кабельных линий, так и современные щадящие и неразрушающие методы испытаний и диагностики силовых кабельных линий в условиях эксплуатации. Приведены описание и технические характеристики современного испытательного и диагностического оборудования последних разработок как зарубежных, так и отечественных фирм.

Выбраны наиболее эффективные методы щадящих и неразрушающих испытаний и диагностики применительно к распространенным в России типам силовых кабелей напряжением до 35 кВ включительно, внедрение которых будет способствовать повышению надежности электроснабжения потребителей, а также позволит эффективнее планировать ремонт и замену кабельных линий по их фактическому техническому состоянию.

Учебное пособие предназначено для работников кабельных сетей энергосистем и промышленных предприятий.


Научный редактор:


 Петербургский энергетический институт повышения квалификации руководящих

работников и специалистов


Санкт-Петербург

2008

Введение.

В настоящее время нормальная работа систем электроснабжения промышленных предприятий, транспорта, сельского, коммунального и других отраслей хозяйства невозможна без надежной работы силовых кабелей низких и средних классов напряжения.

В России силовые кабели на номинальное напряжение до 35 кВ включительно выпускаются с пропитанной бумажной изоляцией [1],  c пластмассовой изоляцией [2] и c резиновой изоляцией [3], причем наиболее массовым видом продукции являются кабели с пропитанной бумажной изоляцией (кабели с вязкой пропиткой).

Наиболее удобны в эксплуатации силовые кабели с экструдированной пластмассовой изоляцией. При этом наибольшее распространение получили силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ-кабели, XLPE-кабели). Преимущества кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена обусловили повсеместное их применение в развитых странах и заметное сокращение использования других типов силовых кабелей в распределительных сетях. В России силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на номинальное напряжение до 35 кВ включительно также находят все более широкое применение. Ряд кабельных заводов России освоил производство этих кабелей [4] с использованием современных технологий. Выпускаемые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена соответствуют международному стандарту [5].

В процессе эксплуатации силовые кабельные линии (КЛ) подвергаются комплексному воздействию различных факторов: воздействие электрического поля, вызывающее электрическое старение изоляции; воздействие теплового поля,  вызывающее тепловое старение и окисление изоляции; увлажнение изоляции, приводящее к ухудшению электрофизических характеристик изоляции; механическое старение и повреждение под воздействием вибрации,  электродинамических усилий и механических нагрузок; химическое старение под влиянием агрессивных веществ. Старение изоляции силовых кабелей в результате длительного воздействия эксплуатационных факторов может привести к пробою кабелей при достижении предельных значений характеристик изоляции.

Для предупреждения аварий на КЛ и разработки стратегии по замене силовых кабелей с опасными дефектами или с выработанным ресурсом изоляции необходимо иметь достоверную информацию о текущем состоянии изоляции кабелей. Для оценки состояния изоляции силовых кабелей в условиях эксплуатации применяются различные методы испытаний и диагностики, в том числе традиционно используемые и новые современные методы.

^ 1. Регламентированные методы испытаний и контроля состояния силовых кабельных линий напряжением до 35 кВ в условиях эксплуатации.

Силовые КЛ на номинальное напряжение до 35 кВ включительно при вводе в эксплуатацию, а также в процессе эксплуатации подвергаются испытаниям и контролю состояния в соответствии с действующими в России нормативными документами [6, 7, 8].

Нормы испытаний силовых КЛ на номинальное напряжение до 35 кВ включительно в условиях эксплуатации приведены в табл. 1. Они включают в себя следующие виды проверок, измерений и испытаний:

^ 1) Измерение сопротивления изоляции.

Измерение сопротивления изоляции производится при вводе КЛ в эксплуатацию, после ремонта и в процессе эксплуатации до и после испытания повышенным напряжением.

Измерения сопротивления изоляции кабелей производится между жилой и металлическим экраном (оболочкой) или между жилами (для трехжильных кабелей в общей оболочке) мегаомметром на напряжение 2500 В. Отчеты величины сопротивления изоляции по шкале мегаомметра производятся через 1 мин с момента приложения напряжения.

У силовых КЛ на напряжение 1 кВ и ниже значение сопротивления изоляции должно быть не ниже 0,5 Мом. Величина сопротивления изоляции силовых КЛ на напряжение выше 1 кВ не нормируется.

^ 2) Испытания изоляции силовых кабелей повышенным выпрямленным напряжением.

Испытание изоляции кабелей повышенным выпрямленным напряжением производится при вводе КЛ в эксплуатацию, после ремонта КЛ, а также в процессе эксплуатации между ремонтами.

Длительность приложения испытательного напряжения при приемо-сдаточных испытаниях после монтажа составляет 10 мин, а в процессе эксплуатации – 5 мин.

Периодичность испытаний КЛ на напряжение 2–35 кВ составляет 1 раз в год в течение 2-х лет после ввода КЛ в эксплуатацию, а в дальнейшем: 1 раз в 2 года – для КЛ, у которых в течение первых 2-х лет не наблюдалось аварийных пробоев при профилактических испытаниях; 1 раз в год для КЛ, на трассах которых производились строительные и ремонтные работы и на которых систематически происходят аварийные пробои изоляции; 1 раз в 3 года – для КЛ на закрытых территориях, а также во время капитальных ремонтов оборудования для КЛ, присоединенных к агрегатам, и кабельных перемычек 6-10 кВ между сборными шинами и трансформаторами в ТП и РП.

Таблица 1

^ Нормы испытаний силовых КЛ на номинальное напряжение до 35 кВ

Наименование

испытания

Вид испы-тания

Нормы

испытания

1. Измерение

сопротивления изоляции

П, К, М

Производится мегаомметром на напряжение 2500 В. Сопротивление изоляции для силовых кабелей напряжением до 1 кВ – не ниже 0,5 МОм. Сопротивление изоляции для силовых кабелей напряжением выше 1 кВ не нормируется.

2. Испытание изоляции повышенным выпрямленным

напряжением

П, К, М

В течение 10 мин при приемо-сдаточных испытаниях, в течение 5 мин в эксплуатации. Величина испытательного напряжения, допустимые токи утечки

и коэффициенты ассиметрии в соответствии с нормами.

3. Определение целостности жил кабелей и фазировка КЛ

П, К


Все жилы должны быть целыми и сфазированными.

4. Определение сопротивления жил кабелей

П

Активное сопротивление жилы постоянному току, приведенное к удельному значению – не более 0,01793 Ом для медной жилы и не более 0,0294 Ом

для алюминиевой жилы.

5. Определение электрической емкости кабелей

П

Измеренная емкость, приведенная к удельному значению, должна отличаться от заводских измерений не более чем на 5 %.

6. Контроль степени осушения вертикальных участков

М

Разность в нагреве отдельных точек при токах, близких

к номинальным, не должна быть более 2-3 0С.

7. Измерение токораспределения по одножильным кабелям

П, К


Неравномерность распределения токов по жилам и оболочкам кабелей не должна быть более 10 %.

8. Проверка заземляющих

устройств

П, К


В соответствии с разд. 28 “Объем и норм испытаний электрооборудования” и разд. 26 “ПТЭ ЭП”.

9. Измерение температуры кабелей

М

Температура кабелей должна быть не выше допустимых значений.

10. Измерение удельного термического сопротивления грунта

М

Удельное термическое сопротивления грунта не должно быть выше допустимых значений.

11. Проверка антикоррозийных защит.


П, М

При проверке измеряются потенциалы и токи в оболочках кабелей и параметры электрозащиты (ток и напряжение катодной станции, ток дренажа) в соответствии с руководящими указаниями по электрохимической защите подземных энергетических сооружений от коррозии.

Оценку коррозионной активности грунтов и естественных вод следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ.

Сроки проведения измерений блуждающих токов в земле определяются техническим руководителем предприятия, но не реже 1 раза в 3 года.

12. Испытание пластмассовой оболочки (шланга) повышенным выпрямленным напряжением.

П, К, М

Испытательное напряжение 10 кВ прикладывается между металлической оболочкой (экраном) и землей, длительность приложения испытательного

напряжения – 1 мин.


Примечание: П – испытание при вводе в эксплуатацию КЛ;

К – испытание при капитальном ремонте КЛ;

М – испытание в процессе эксплуатации между ремонтами КЛ.

Величина испытательного напряжения для кабелей напряжением 6 и 10 кВ составляет 6Uном, а для кабелей напряжением 20 и 35 кВ – 5Uном. Исходя из местных условий, как исключение, допускается уменьшать уровень испытательного напряжения для КЛ 6 и 10 кВ до 4Uном.

В процессе испытаний повышенным выпрямленным напряжением контролируются ток утечки и коэффициент асимметрии. Величины допустимых значений тока утечки и коэффициента асимметрии для силовых кабелей на номинальное напряжение 6–35 кВ приведены в табл. 2.

Таблица 2

^ Допустимые значения тока утечки и коэффициента асимметрии

для силовых кабелей 6–35 кВ

Номинальное

напряжение,

кВ

Испытательное

напряжение,

 кВ

Допустимые значения

тока утечки,

мА

Допустимые значения

коэффициента ассиметрии (Imax / Imin)

6


36

45

0,2

0,3

8

8

10


50

60

0,5

0,5

8

8

20

100

1,5

10


35

140

150

175

1,8

2,0

2,5

10

10

10


КЛ считается выдержавшей испытания, если во время испытаний не произошло пробоя изоляции или перекрытия по поверхности концевых муфт. Абсолютное значение тока утечки не является браковочным показателем. КЛ с удовлетворительной изоляцией должны иметь стабильные значения токов утечки. При проведении испытания ток утечки должен уменьшаться. Если не происходит уменьшение значения тока утечки, а также при его увеличении или нестабильности тока, испытание следует производить до выявления дефекта, но не более чем 15 мин.

Для проведения испытаний силовых КЛ на номинальное напряжение 6-35 кВ используется ряд испытательных установок постоянного тока: АИД-70, АИИ-70, МИУ-60, PTS-100, PTS-200 и др.

^ 3) Определение целостности жил кабелей и фазировка КЛ.

Определение целостности жил кабелей и фазировка КЛ производится после окончания монтажа, перемонтажа муфт или отсоединения жил кабелей в процессе эксплуатации.

Определение целостности жил кабелей напряжением до 20 кВ производится мегаомметром, а кабелей напряжением 20 и 35 кВ – при измерении активного сопротивления жил.

После включения КЛ под напряжение производится проверка правильности ее фазировки. Сущность фазировки под напряжением заключается в определении соответствия фазы кабеля, находящейся под напряжением от распределительного устройства с противоположного конца кабеля, предполагаемой одноименной фазе шин распределительного устройства, где производится фазировка.

Для фазировки КЛ 6 и 10 кВ под напряжением применяются указатели напряжения 10 кВ в комплекте с добавочным сопротивлением. Кабели более высокого напряжения фазируются с помощью трансформаторов напряжения, установленных в центрах питания.

^ 4) Определение сопротивления жил кабелей.

Определение сопротивления жил кабелей производится при вводе в эксплуатацию КЛ на напряжение 20 и 35 кВ. Активное сопротивление жил кабелей постоянному току, приведенное к удельному значению (на 1 мм2 сечения, 1 м длины, при температуре 20 С) должно быть не более 0,0179 Ом для медной и 0,0294 Ом для алюминиевой жил. Измеренное сопротивление может отличаться от указанных значений не более чем на 5 %.

Измерение сопротивления жил постоянному току производится с помощью моста типа Р-333 по четырехзажимной схеме, в которой практически исключается влияние сопротивления соединительных проводов (суммарное сопротивление соединительных проводов – не более 0,005 Ом) или с помощью универсального измерительного прибора типа Р-4833.

^ 5) Определение электрической емкости кабелей.

Определение электрической емкости кабелей производится при вводе в эксплуатацию КЛ на напряжение 20 и 35 кВ. Измеренная емкость кабелей, приведенная к удельному значению (на 1 м длины), должна отличаться от значения при заводских испытаниях не более чем на 5 %.

Измерение емкости производится с использованием мостов типа Р 5026.

^ 6) Контроль степени осушения вертикальных участков.

Контроль степени осушения вертикальных участков производится в эксплуатации на кабелях 20-35 кВ с пропитанной бумажной изоляцией (по решению технического руководителя) путем измерения и сопоставления температур нагрева металлических оболочек в разных точках вертикального участка линии. Разность в нагреве отдельных точек при токах, близких к номинальным, не должна быть более 2-3 0С.

^ 7) Измерение токораспределения по одножильным кабелям.

Измерение токораспределения производится при параллельном включении в фазе КЛ двух и более одножильных кабелей. При наличии в одной фазе КЛ нескольких параллельных кабелей распределение тока между ними может быть неравномерным (из-за большого влияния на индуктивное сопротивление кабеля его геометрического положения в общем пучке кабелей). Для таких КЛ должны быть измерены токи, протекающие как в жилах, так и в металлических оболочках и броне.

Неравномерность распределения токов по токопроводящим жилам и оболочкам (экранам) кабелей не должна быть более 10 %. При неравномерности распределения токов более чем на 10 % должны быть приняты меры по выравниванию токов по фазам КЛ.

^ 8) Проверка заземляющих устройств.

При проверке производится измерение сопротивления заземления концевых муфт КЛ и заделок при вводе КЛ в эксплуатацию и при капитальном ремонте КЛ. В эксплуатации сопротивление заземления измеряется при капитальном ремонте заземляющих устройств.

^ 9) Измерение температуры кабелей.

В эксплуатации предусмотрен контроль температуры нагрева кабелей на участках трассы, где имеется опасность перегрева кабелей.

Для контроля температуры нагрева кабелей используется расчетно-экспериментальный метод, основанный на измерении температуры бронеленты (оболочки) кабелей. Расчет температуры жилы кабеля производится в соответствии с уравнением теплового баланса с использованием данных о тепловых сопротивлениях элементов кабеля, окружающей среды и о нагрузках в кабеле.

Измерение температур бронеленты (оболочки) кабеля производится с помощью термосопротивлений или термопар, установленных на поверхности бронеленты (оболочки) кабеля. Температура жилы определяется по измеренной температуре с учетом перепада температуры в изоляции кабеля.

Длительно допустимая температура токопроводящих жил кабелей с пропитанной бумажной изоляцией не должна превышать 80 С – для кабелей на напряжение 6 кВ, 70 С – для кабелей на напряжение 10 кВ и 65 С – для кабелей на напряжение 20 и 35 кВ. Длительно допустимая температура токопроводящих жил кабелей с пластмассовой изоляцией не должна превышать 70 С – для кабелей с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и 90 С – для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.

По результатам измерений может быть произведена корректировка длительно допустимых токовых нагрузок на КЛ.

^ 10) Измерение удельного термического сопротивления грунта, окружающего кабель.

В процессе эксплуатации проложенных в земле КЛ с засыпкой кабелей грунтом, вынутым из траншеи, в отдельных точках трассы КЛ могут образовываться места, где грунт имеет повышенное термическое сопротивление. Ухудшение теплоотвода может иметь место также в местах пересечения КЛ с теплотрассами.

Регулярный отбор проб грунта и их анализ позволяют выявлять места с повышенным термическим сопротивлением грунта, окружающего кабель, и принимать соответствующие профилактические меры (например, замена обычного грунта на искусственный грунт, обладающий низким и стабильным сопротивлением).

Лабораторные исследования удельного термического сопротивления грунтов выполняются на специальном приборе с использованием нагревателя, создающего тепловой поток через образец грунта с фиксированием перепада температур между двумя изотермическими поверхностями в нем [9]. Перед определением термического сопротивления определяется естественная влажность образца высушиванием пробы до постоянной массы.

^ 11) Проверка антикоррозионных защит.

Обследования КЛ по определению опасности коррозии производятся с целью выявления участков, находящихся в зоне с повышенной коррозионной активностью грунтов, вод и опасного влияния блуждающих токов, а также влияния электрозащитных установок, действующих в смежных подземных сооружениях. Обследование производится также с целью контроля эффективности электрозащитных установок на КЛ.

Критериями опасности коррозии КЛ являются:

– коррозионная агрессивность среды (грунтов, грунтовых и других вод) по отношению к металлическим оболочкам кабелей;

– опасное действие постоянного и переменного блуждающих токов;

– наличие поляризационных потенциалов сверх допустимых пределов, указанных в табл. 3.

Таблица 3

^ Поляризационные защитные потенциалы металла сооружения

относительно насыщенного медносульфатного электрода сравнения

Металл

оболочки

Защитный потенциал

Минимальный потенциал (Емин), В

Максимальный потенциал (Емакс), В

Сталь

Свинец

Алюминий

- 0,85

- 0,70

- 0,85

- 1,15

- 1,30

- 1,40


Если измеренные потенциалы находятся в указанных пределах, то КЛ может считаться защищенной от коррозии. Обычно КЛ без электрической защиты от коррозии не имеют минимального защитного потенциала, и коррозионные процессы могут привести к местным повреждениям брони и оболочек кабелей.

Применяемые устройства для электрической защиты от коррозии должны обеспечивать защитные потенциалы КЛ, указанные в табл. 3, и сохранять работоспособность КЛ при протекании по оболочкам кабелей сквозных токов однофазного (двухфазного) короткого замыкания.

Для создания защитного потенциала используются:

– прямой электродренаж (металлическое соединение оболочек кабеля с отрицательной шиной тяговой подстанции электрифицированной железной дороги) – дренажное устройство, обладающее двусторонней проводимостью;

– поляризованный электродренаж – дренаж, обладающий односторонней проводимостью;

– усиленный дренаж;

– катодная защита (электрическое устройство, обеспечивающее создание отрицательного допустимого потенциала на оболочках кабелей).

При проведении коррозионных измерений на КЛ измеряются:

– потенциалы оболочек кабелей по отношению к земле с использованием медносульфатного или стального электрода сравнения;

– разность потенциалов между оболочкой кабеля и другими сооружениями;

– значения силы и плотности токов и их направления в тех же местах и цепях, где производились измерения потенциалов.

Для измерения поляризационных потенциалов применяются вольтметры с внутренним сопротивлением не менее 20 000 Ом на 1 В шкалы с пределами измерений 75-0-75 мВ; 0,5-0-0,5 В; 1,0-0-1,0 В; 5,0-0-5,0 В. При этом положительный вывод вольтметра присоединяется к оболочке кабеля, а отрицательный – к электроду сравнения. Если измеряемые потенциалы не превышают 1 В следует применять медносульфатный электрод сравнения. При измерении с использованием стального электрода сравнения значение минимального защитного потенциала должно быть не менее -0,3 В [9].

Измерения значения силы постоянных токов и их направления выполняется в тех же местах и цепях, где производились измерения потенциалов. Сущность метода заключается в измерении падения напряжения между двумя находящимися на некотором расстоянии друг от друга точками брони (оболочки) кабеля и в определении сопротивления брони (оболочки) между этими точками. Для измерений используется милливольтметр с внутренним сопротивлением 1 МОм на 1 В шкалы и пределами измерений: 0-1 мВ и 10-0-10 мВ.

Для коррозионных измерений на КЛ используются следующие приборы: измерители сопротивления заземления типа МС-08, М-416, Ф-416; измерители почвенных потенциалов типа ЭП-1М, М-231; измерители тока и напряжения в цепях постоянного тока типа М-231; самопищущий измеритель тока и напряжения типа Н-39; измеритель постоянных и переменных напряжений, электрического сопротивления постоянному току типа ВК 7-13; вольтметр для измерения постоянного и переменного напряжений с входным сопротивлением не менее 10 Мом типа В7-41; вольтметр с прерывателем тока типа 43313; токоизмерительные клеши; измерительные электроды – медносульфатный неполяризующий электрод и стальной электрод.

Проверка антикоррозионных защит производится при вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации:

– для кабелей с металлической оболочкой, проложенных в грунтах со средней и низкой коррозионной активностью (удельное сопротивление грунта выше 20 Омм), при среднесуточной плотности тока утечки выше 0,15 мА/дм2;

– для кабелей с металлической оболочкой, проложенных в грунтах с высокой коррозионной активностью (удельное сопротивление грунта менее 20 Омм) при любой среднесуточной плотности тока в землю;

– для кабелей с незащищенной оболочкой и разрушенными броней и защитными покровами.

Сроки проведения измерений блуждающих токов в земле в процессе эксплуатации определяются техническим руководителем предприятия (не реже 1 раза в 3 года).

^ 12) Испытание пластмассовой оболочки (шланга) кабелей повышенным выпрямленным напряжением.

Испытание пластмассовых оболочек (шланга) кабелей производится при вводе эксплуатацию, после ремонта и в процессе эксплуатации через 1 год после ввода КЛ и затем через каждые 3 года.

Пластмассовые оболочки (шланги) кабелей, проложенных в земле, испытываются между отсоединенными от земли экранами кабелей и землей (заземлителями). Пластмассовые оболочки кабелей, проложенных на воздухе, не испытываются.

Испытание пластмассовых оболочек кабелей производится приложением постоянного напряжения 10 кВ в течение 1 мин.

^ 2. Современные методы и технические средства для испытаний и диагностики силовых кабельных линий напряжением до 35 кВ в условиях эксплуатации.

2.1. Метод испытания силовых кабелей напряжением сверхнизкой частоты.

Для обеспечения надежной работы силовых КЛ их изоляция периодически подвергается испытаниям повышенным постоянным напряжением с измерением токов утечки в сроки, устанавливаемые системой планово-предупредительных ремонтов (ППР) электрооборудования.

Однако традиционно применяемые в России планово-профилактические испытания силовых КЛ повышенным выпрямленным напряжением, в процессе которых происходит пробой изоляции в слабых участках, имеют ряд существенных недостатков. Во-первых, эти испытания сами по себе могут привести к ухудшению состояния изоляции и появлению новых слабых мест в изоляции кабеля и муфт, т.к. испытательное напряжение многократно (в 4÷6 раз) превышает номинальное линейное напряжение КЛ. Так, например, нередки случаи, когда кабели, успешно выдержавшие испытания повышенным выпрямленным напряжением, выходят из строя в ближайшие дни и недели после проведения испытаний. Во-вторых, этими испытаниями более или менее эффективно выявляются только сильно развитые дефекты и повреждения в КЛ, например, связанные с увлажнением изоляции кабелей и муфт (вследствие механических повреждений, коррозии металлических оболочек и др.). Дефекты в КЛ на ранних стадиях их развития, а также дефекты, обусловленные старением изоляции в результате длительного воздействия на КЛ эксплуатационных факторов, выявляются при этих испытаниях малоэффективно. В-третьих, испытания повышенным выпрямленным напряжением силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые находят все более широкое применение в России, не только не эффективны, но и оказывают негативное воздействие на их изоляцию.

Применительно к силовым кабелям с пластмассовой изоляцией и, первую очередь, к кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена, гораздо более эффективным и экономичным является щадящий метод испытания напряжением сверхнизкой частоты (СНЧ).

Метод испытаний напряжением сверхнизкой частоты основан на применении пониженного уровня испытательного напряжения частоты 0,1 Гц косинусоидально-прямоугольной формы (см. рис. 1). При такой форме напряжения частоты 0,1 Гц процесс смены полярности происходит таким же образом, как и при напряжении синусоидальной формы промышленной частоты 50 Гц. То есть, кабель нагружается и испытывается подобно тестированию при промышленной частоте 50 Гц.




^ Рис. 1. Форма кривой напряжения сверхнизкой частоты 0,1 Гц.


Кроме того, испытания при очень низких частотах со сменой полярности позволяют выявлять дефекты в изоляции без формирования остаточных объемных зарядов в структуре полиэтиленовой изоляции, в отличие от того, как это происходит при приложении постоянного напряжения. Накопление объемных зарядов в микронеоднородностях и включениях твердой полиэтиленовой изоляции при приложении постоянного напряжения приводит к снижению электрической прочности и пробою изоляции. Испытания же напряжением сверхнизкой частоты не влияют на общее состояние материала изоляции. Поэтому, за рубежом кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена испытываются исключительно напряжением сверхнизкой частоты [10,11].

При испытаниях кабелей с бумажно-пропитанной изоляцией, которые в России являются основным типом кабелей в сетях напряжением до 35 кВ включительно, метод испытаний напряжением сверхнизкой частоты позволяет в значительной степени уменьшить испытательное напряжение по сравнению с испытаниями постоянным напряжением [12,13].

Преимущества метода испытаний напряжением сверхнизкой частоты подтверждены многочисленными исследованиями и практическими испытаниями в полевых условиях. Главным из этих преимуществ является более высокая эффективность испытаний при более низком уровне испытательного напряжения, которое по величине не превышает более чем в 3 раза номинальное напряжение кабеля. Способ приложения испытательного напряжения и его уровень приводят к гарантированному пробою лишь при наличии больших дефектов в изоляции КЛ (вследствие высокой скорости увеличения канала пробоя) и не допускают развития повреждений в более мелких дефектах изоляции КЛ при их испытаниях.

Метод испытаний СНЧ-напряжением получил признание со стороны зарубежных организаций технического нормирования, закреплен в европейских стандартах (HD 620 S1, VDE 0276-620, VDE 0276-621) и рекомендован для широкого применения.

В нормативных документах России [6, 7, 8] испытания силовых КЛ напряжением сверхнизкой частоты не заложены. Тем не менее, в ТУ на выпускаемые в России силовые кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена рекомендуется проводить испытания КЛ после прокладки именно напряжением сверхнизкой частоты 0,1 Гц, а испытания постоянным напряжением (до 4Uном) допускается производить только по согласованию с заводом-изготовителем [4]. Отсутствие утвержденных норм сдерживает широкое применение этого метода испытаний. Однако, в ряде энергосистем (например, в Мосэнерго) испытания силовых КЛ напряжением сверхнизкой частоты проводятся в соответствии с распоряжением технических руководителей. Кроме того, эти испытания могут быть введены на предприятиях,  эксплуатирующих силовые КЛ, при переходе к системе технического обслуживания и ремонта электрооборудования по их техническому состоянию в соответствии с утвержденными стандартами (регламентами) предприятия [7].

При проведении испытаний напряжением сверхнизкой частоты 0,1 Гц величина испытательного напряжения не превышает 3Uном при вводе КЛ в эксплуатацию и 1,73Uном в процессе эксплуатации. Длительность испытаний одной фазы КЛ составляет 15 мин при вводе КЛ в эксплуатацию и 30 мин в процессе эксплуатации. По мере накопления опыта испытаний параметры режимов испытаний силовых КЛ могут уточняться и, соответственно, может быть повышена эффективность щадящих испытаний напряжением частоты сверхнизкой 0,1 Гц.

Лидером в разработке метода испытаний СНЧ-напряжением, а также установок для проведения испытаний КЛ в условиях эксплуатации, является фирма «Hagenuk КМТ», входящая в холдинг «Seba KMT»(Германия). Запатентованный фирмой «Hagenuk КМТ» принцип колебаний при напряжении косинусоидально-прямоугольной формы в соединении с повторным использованием сохраненной в кабеле энергии, обуславливает небольшую массу СНЧ-установок, а также низкий расход энергии при одновременно высокой допустимой емкости испытуемого объекта [14,15].

Так фирмой «Seba KMT» была разработана СНЧ-система ^ VPА 52 kV/VLF с выходным испытательным напряжением до 52 кВ. Система состоит из двух блоков: высоковольтного блока и блока управления (см. рис. 2).



Рис. 2. Общий вид блоков СНЧ-системы VPА 52 kV /VLF.


Технические характеристики СНЧ-системы VPА 52 kV/VLF приведены в табл. 4.

^ Таблица 4

Технические характеристики СНЧ-системы VPА 52 kV / VLF

Выходное напряжение постоянного тока

0 ÷ 52 кВ

Выходной ток при напряжении 52 кВ

15 мА

Выходное напряжение частоты 0,1 Гц

0 ÷ 52 кВ

Форма напряжения

косинусоидально-прямоугольная

Допустимая емкость испытуемого кабеля

не более 5 мкФ

Скорость разряда разрядного устройства

10 мкФ за 3 сек

Напряжение питания

230 В /50 Гц; 115 В/60 Гц

Потребляемая мощность

около 1 кВА

Рабочая температура окружающей среды

- 25 С ÷ + 55 С

Масса (без кабельного барабана)

около 90 кг



Из-за относительно небольшой массы, компактных габаритов и небольшой потребляемой мощности эта система пригодна для мобильного использования в составе передвижной кабельной лаборатории. Система может быть подключена к портативному компьютеру через интерфейс для записи измеряемых параметров. Система позволяет одновременно проводить испытания всех трех фаз КЛ (с кабелями в отдельных оболочках) длиной до 20 км. Тест-система VLF 52 kV последней разработки приведена на рис. 3.




Рис. 3. Тест-система VLF 52 kV (отсек оператора).

Фирмой «Seba КМТ» была создана также целая серия переносных СНЧ-систем (VLF 20 kV, 27 kV, 28 kV, 40 kV, 60 кV и др.), предназначенных для испытания силовых КЛ напряжением до 35 кВ (см. рис. 4). Все СНЧ-системы серии VLF построены на одном принципе работы. Наименование модели обозначает максимальное амплитудное значение испытательного напряжения.







^ Система VLF 20/27 kV Система VLF 28 kV Система VLF 40/60 kV

Рис. 4. Переносные СНЧ-системы серии VLF.


СНЧ-системы серии VLF состоят из двух модулей: модуля управления и высоковольтного модуля. На передней панели модуля управления находятся кнопки включения и отключения установки, кнопки установки длительности испытаний и величины испытательного напряжения, индикаторы выходного напряжения, тока утечки и другие устройства в зависимости от опции поставки. Высоковольтный модуль содержит источник постоянного напряжения, который заряжает испытуемый объект на требуемое испытательное напряжение, и колебательную систему, обеспечивающую периодическую перемену полярности в 5-ти секундном интервале. Смена полярности на противоположную осуществляется при помощи коммутирующего выпрямителя, индуктивности и конденсатора, который образуется из интегрированной емкости и емкости кабеля. Образующийся резонансный контур обеспечивает косинусоидальное напряжение с фронтом импульса, которое соответствует синусоидальной кривой промышленной частоты 50 Гц. На задней панели высоковольтного модуля размещены высоковольтный разъем для подключения высоковольтного присоединительного кабеля, сетевой разъем с предохранителем и клемма заземления. Питание установок осуществляется от сети переменного тока. Установки соответствуют по технике безопасности международным стандартам.

Предлагаемое в качестве опции измерение тока утечки при испытаниях (интегрированный метод) позволяет судить о состоянии изоляции кабелей. В качестве опции возможны также установка устройства для работы с картой памяти для ввода программ и встроенного принтера для протоколирования результатов испытаний, а также модуля для автоматического определения места повреждения. Технические характеристики переносных СНЧ-систем серии VLF производства фирмы «Seba КМТ» приведены в табл. 5.

Таблица 5

^ Технические характеристики переносных СНЧ-систем серии VLF

Вариант системы

VLF 20 kV

VLF 28 kV

VLF 40 kV

VLF 60 kV

Выходное СНЧ напряжение 


0 ÷ 20кВ


0 ÷ 28 кВ


0 ÷ 40 кВ


0 ÷ 60 кВ

Выходное постоянное напряжение 


0 ÷ 20 кВ


0 ÷ 28 кВ


0 ÷ 40 кВ


0-60 кВ

Измерение тока утечки (опция)


0 ÷ 12 мA


0 ÷ 12 мA


0 ÷ 7 мA


0 ÷ 5 мA

Форма напряжения

Косинусно-прямоугольная

Фронт переключения 

около 5 мс

Частота

0,1 Гц

Допустимая емкость

кабеля:

Исполнение Basis  Исполнение Plus 



3 мкФ



4,6 мкФ




2,2 мкФ

4,4 мкФ



0,8 мкФ

1,5 мкФ

Разрядное устройство

10 мкФ за 3 с

4,6 мкФ за 5 с

4,4 мкФ за 5 с

1,5 мкФ за 2 с

Питание

230 В / 50 Гц, 2,5 A; 115 В / 60 Гц, 5 A

Рабочая температура

- 20...+ 40 °C

Размеры

520600300 мм

550700420 мм

5501000420мм

710625555мм

Масса

около 50 кг

25 + 25 кг

55 + 48 кг

84 + 48 кг

Опции:

Измерение тока утечки

Распознавание пробоя

Протоколирование

Распечатка протокола



+

-

-

-



+

+

+

+



+

+

+
еще рефераты
Еще работы по разное
© РОНЛ.орг 2000-2026 По всем вопросам обращаться на эту почту: admin@ronl.org