Sažetak: Ovaj rad analizira nedostatke i probleme ispitivanja istosmjernog napona istosmjerne struje na XLPE kabelu i usporedbom odabire rezonantni uređaj za pretvorbu frekvencije za ispitivanje izdržljivog napona izmjeničnog napona;
Ključne riječi: visokonaponski kabel, ispitivanje izdržljivog napona istosmjerne struje, ispitivanje izdržljivosti naizmjeničnog napona
predgovor:
Kablovi za napajanje često se koriste kao dalekovodi za elektrane, trafostanice i industrijska i rudarska poduzeća. Također se često koriste prilikom prelaska rijeka i željeznica. Kabel za napajanje može se koristiti kao gradski vodovi za prijenos i distribuciju električne energije i magistralni vodovi u industrijskim i rudarskim poduzećima kako bi se smanjila okupacija zemljišta i uljepšao okoliš. Razvoj elektroenergetske gradnje izravno pokreće razvoj zemlje. U elektroenergetskoj konstrukciji kabel za napajanje igra važnu ulogu. Vole ga korisnici električne energije zbog malog utjecaja vanjske klime, prikrivanja, trajnosti, visokih izolacijskih svojstava, dobrih vodootpornih i otpornih na kiseline performansi, jake otpornosti na zatezanje i kompresiju. Međutim, lako je doći do nekih kvarova u procesu upotrebe, poput mehaničkih oštećenja, korozije olovnog paketa i prekomjerne korozije Starenje topline itd. Stoga se kabel napajanja mora testirati na skrivene greške rutinskim preventivnim ispitivanjem kako bi se osiguralo normalno rad elektroenergetskog sustava.
Prema iec840 ili cigrewg21.03, svrha terenskog ispitivanja nije provjera kvalitete proizvodnje kabela ili kabelskog pribora, što je potvrđeno u tipskom ispitivanju i tvorničkom ispitivanju. Svrha ispitivanja prihvaćanja završetka mjesta je provjeriti jesu li polaganje kabela i instalacija pribora ispravni. Kabel se može slučajno oštetiti u procesu transporta, rukovanja, skladištenja, polaganja i zatrpavanja. Prema iec229, za kabele s debljinom vanjske ovojnice od 2,5 mm ili više, između oklopa kabela i zemlje primjenjuje se 10 kV istosmjerni napon tijekom 1 minute. Za ispitivanje izdržljivosti napona glavne izolacije kabela IEC preporučuje dvije metode:
Izdržljivi napon istosmjerne struje: 3u015min; Izdržljivi napon izmjenične struje: u05min.
Tradicionalna oprema za ispitivanje izdržljivog istosmjernog napona ima prednosti male težine, dobre pokretljivosti i malog kapaciteta. Ima dobar učinak primjene za kabel izoliran uljnim papirom, ali za XLPE kabel dokazano je da metoda podnošenja istosmjernog napona nije prikladna u teoriji i praksi.
Ispitni elementi visokonaponskog kabela navedeni u članku 18.0.1 nacionalne norme su sljedeći:
1. Izmjerite otpor izolacije;
2. Ispitivanje istosmjernog napona i mjerenje struje curenja;
3. Ispitivanje naizmjeničnog napona;
4. Izmjerite omjer otpora metalnog oklopa i vodiča;
5. Provjerite fazu na oba kraja kabelske linije;
6. Ispitivanje izolacijskog ulja kabela ispunjenog uljem;
7. Ispitivanje sustava međusobnog povezivanja.
U nacionalnom standardu ne postoji ispitni predmet za otkrivanje vode koja ulazi u unutarnju oblogu i vanjski plašt kabela
1. Budući da je prema nacionalnom standardu nemoguće otkriti postoji li voda u unutarnjem sloju vanjskog plašta kabela, dodatni ispitni predmeti u svakoj provinciji su sljedeći:
1.1. Sudite po omjeru otpora bakrenog pokrova i otpora vodiča. Korak je mjerenje istosmjernog otpora bakrenog oklopa i vodiča na istoj temperaturi dvostrukim zidnim mostom. Kad je omjer prvog i drugog veći od onog prije rada, to ukazuje na to da se istosmjerni otpor bakrenog zaštitnog sloja povećava i da bakreni štit može biti korodiran; kada je omjer manji od onog prije rada, to znači da se kontaktni otpor točke spajanja vodiča u dodatku može povećati. Općenito se u ispitivanju na terenu mjeri vrijednost izolacijskog otpora čeličnog oklopa i štita, a omjer otpora koristi se za prosudbu jesu li vanjski plašt i unutarnja obloga kabela poplavljeni.
1.2. Upotrijebite megohmmetar za mjerenje izolacijskog otpora. Koraci su sljedeći: upotrijebite 500 V megahmmetar za mjerenje izolacijskog otpora vanjskog plašta unutarnje obloge gumenog i plastičnog kabela. Kada je otpor izolacije po kilometru manji od 0,5 megohm, upotrijebite sljedeće metode za daljnju prosudbu. Multimetrom izmjerite otpor izolacije. Prema principu primarne baterije, metalni sloj, oklopni sloj i materijali za oblaganje gumenih i plastičnih kabela su bakar, olovo, željezo, cink i aluminij. Elektroda i potencijal ovih metala su + 0,334, -0,122, -0,44, -0,76v odnosno -1,33v nakon što voda uđe u unutarnji sloj vanjskog plašta gumenog plastičnog kabela. Načelo je da kada se ošteti vanjski omotač gumenog plastičnog kabela i voda uđe u unutarnji sloj, potencijal do tla od -0,76v generirat će se na pocinčanoj čeličnoj traci oklopnog sloja jer je podzemna voda elektrolit . Kada se ošteti vanjski plašt ili unutarnja obloga i uđe voda, kada je izolacijski otpor po kilometru niži od 0,5 megohm, upotrijebite pozitivne i negativne sonde multimetra za mjerenje izolacijskog otpora oklopnog sloja prema tlu ili oklopnom sloju na bakreni zaštitni sloj naizmjence. U to je vrijeme primarna baterija formirana u mjernom krugu povezana u seriju sa suhom baterijom u multimetru. Kada kombinacija polariteta dovodi do dodavanja napona, izmjerena vrijednost otpora je manja; naprotiv, izmjerena vrijednost otpora je veća. Stoga, kada je razlika između gornje dvije izmjerene vrijednosti izolacijskog otpora velika, to znači da je formirana primarna baterija i može se suditi da su vanjski plašt i unutarnja obloga oštećeni.
Primjerice, nakon oštećenja i navlaženja gumenog i plastičnog omotača kabela, izmjereni otpori su 7 Ka ohma, odnosno 55 Ka ohma.
2. Za ispitivanje kabela na izdržljivost napona, nacionalna norma propisuje da se trebaju provesti ispitivanja izdržljivosti istosmjernog napona i ispitivanja izdržljivosti izmjeničnog napona, ali lokalne provincije odabiru jednog od njih prema vlastitom stvarnom stanju. Sada se prednosti i nedostaci njih dvoje uspoređuju na sljedeći način: XLPE kabeli ne bi trebali biti podvrgnuti ispitivanju izdržljivosti istosmjernog napona, već bi trebali biti podvrgnuti ispitivanju izdržavanja izmjeničnog napona.
2.1 Ispitivanje izdržljivog napona istosmjerne struje:
Općenito je načelo visokonaponskog ispitivanja da polje ispitnog napona primijenjeno na ispitivanom objektu treba simulirati radno stanje visokonaponskih uređaja. Ispitivanje istosmjernog napona istosmjerno je vrlo učinkovito za pronalaženje kvarova kabela izoliranih papirom, ali možda neće biti učinkovito za XLPE izolirane kabele, a može imati i negativne učinke, uglavnom u sljedećim aspektima:
2.1.1. Raspodjela električnog polja XLPE kabela pod izmjeničnim i istosmjernim naponom je različita. Izolacijski sloj XLPE izrađen je od polietilena kemijskim umrežavanjem, što pripada integralnoj izolacijskoj strukturi, a njegova dielektrična konstanta iznosi 2,1-2,3, na što manje utječe promjena temperature. Pod izmjeničnim naponom, raspodjela električnog polja u izolacijskom sloju XLPE kabela određena je dielektričnom konstantom svakog medija, odnosno intenzitet električnog polja raspoređen je obrnuto proporcionalno dielektričnoj konstanti, koja je relativno stabilna. Pod istosmjernim naponom raspodjela električnog polja u izolacijskom sloju određena je volumenskom otpornošću materijala i raspoređena je u pozitivnom omjeru, a koeficijent raspodjele otpora izolacije nije jednoličan. Konkretno, raspodjela jačine električnog polja izmjenične struje u kabelskim dodacima kao što su kabelska stezaljka i razvodna kutija potpuno se razlikuje od one istosmjerne jačine električnog polja, a mehanizam starenja izolacije pod izmjeničnim naponom razlikuje se od mehanizma istosmjernog napona. Stoga ispitivanje izdržljivog napona istosmjerne struje ne može simulirati radno stanje XLPE kabela.
2.1.2 XLPE kabel proizvodi&"; akumulacijski GG"; učinak pod istosmjernim naponom za pohranu i akumuliranje unipolarnog zaostalog naboja. Dugo je potrebno oslobađanje zaostalog naboja zbog nakupljanja naboja tijekom ispitivanja izdržljivog napona istosmjerne struje. Ako se kabel pusti u rad prije nego što se istosmjerni zaostali naboj potpuno oslobodi, zaostali istosmjerni napon bit će postavljen na vršnu vrijednost napona frekvencije snage, čineći da vrijednost napona na kablu premaši nazivni napon u radnim uvjetima, što će ubrzati starenje izolacije, skraćuju vijek trajanja kabela, pa čak i dovode do sloma izolacije.
2.1.3 fatalna slabost XLPE kabela je ta što se u izolaciji lako stvaraju vodene grane. Pod istosmjernim naponom, grane vode brzo će se promijeniti u električne grane i stvoriti pražnjenje, što ubrzava pogoršanje izolacije i uzrokuje slom pod naponom frekvencije napajanja. Međutim, grana čiste vode može zadržati znatnu vrijednost izdržljivog napona pod radnim naponom izmjenične struje neko vrijeme.
2.1.4 prebacivanje ili kvar tijekom ispitivanja istosmjernog visokog napona na mjestu može naštetiti normalnoj izolaciji kabela i spojeva. Štoviše, ispitivanje izdržljivog napona istosmjerne struje ne može učinkovito pronaći neke nedostatke pod izmjeničnim naponom, poput mehaničkih oštećenja ili pogrešno postavljenog konusa naprezanja u priboru za kabele. Mjesto na kojem je izolacija najsklonija probijanju pod izmjeničnim naponom često se ne može razbiti pod istosmjernim naponom. Pod istosmjernim naponom, proboj izolacije često se događa na mjestu gdje se izolacija obično ne kvari pod radnim uvjetima izmjenične struje.
2.2 Ispitivanje naizmjeničnog napona:
Budući da ispitivanje izdržljivog napona istosmjerne struje ne može simulirati jakost radnog polja XLPE izoliranog kabela i ne može postići očekivani testni učinak, razmislimo o korištenju AC visokonaponskog ispitivanja. Zbog različitih vrijednosti kapacitivnosti kabela, prije ispitivanja prvo bismo trebali izmjeriti vrijednost kapacitivnosti napojnog kabela, a prema vrijednosti kapacitivnosti izračunati kapacitivnu struju pod ispitnim naponom, kako bismo odabrali odgovarajući instrument za ispitivanje.
2.2.1 podrazumijeva se da nazivni napon kabela u većini elektrana iznosi 6kV, a duljina je uglavnom unutar 1,5km, tako da možemo usvojiti konvencionalnu metodu ispitivanja izdržljivog napona izmjeničnog napona. Ako se koristi ispitni transformator od 50kV, 20KVA, njegova maksimalna izlazna struja je 1000mA. Prema I=2πfuc, uzimajući kao primjer kabel od 6 kV, maksimalni kapacitet kabela koji se može testirati pomoću ovog ispitnog transformatora je 265 nf (F=50 Hz, u=12 kV).
2.2.2 za neke kabele velikog kapaciteta, ako se usvoji konvencionalna metoda ispitivanja izdržljivog napona izmjeničnog napona, potreban je ispitni transformator velikog kapaciteta, a potreban je i kapacitet regulatora napona i napajanja. Često je to teško izvesti na licu mjesta, a dugotrajan je i naporan transport i postavljanje ispitnih instrumenata pomoću velikih vozila i dizalica. Stoga koristimo test pretvorbe frekvencije, serijsku ili serijsku metodu paralelne rezonancije za provođenje ispitivanja izdržljivosti napona kabela prema određenoj situaciji.
2.2.3 Ispitivanje podnošljivosti ultra niske frekvencije 0,1 Hz:
Prema ispitnom kapacitetu (formula s=wcus2=2Πfus2kva, gdje je C-testni kapacitet kabela, US-ispitni napon, f-frekvencija napajanja, Kina' s 50 Hz), može se vidjeti da se u usporedbi s naponom od 50 Hz , 0,1 Hz izmjeničnog napona treba 1/500 snage potonjeg, tako da bez problema može proizvesti prijenosnu opremu za upotrebu na licu mjesta. Trenutno se ova metoda uglavnom koristi u ispitivanju kabela srednjeg i niskog napona.
Terenska praksa pokazuje da ispitivanje izdržljivog napona XLPE kabela s naponom ultra niske frekvencije od 0,1 Hz može biti 1,5-1,8 puta od napona od 50 Hz, što je lakše pronaći izolacijske nedostatke kabela od podnošljivog istosmjernog napona i lakše izložiti izolacijske nedostatke od 50 Hz izmjeničnog napona.
2.2.4 Ispitivanje podnošljivosti rezonancije promjenjive frekvencije:
Sustav za ispitivanje rezonancije pretvorbe frekvencije može ne samo udovoljiti zahtjevima visokonaponskog XLPE kabela, već ima i prednosti male težine i dobre pokretljivosti, što je pogodno za terenska ispitivanja. Fiksni reaktor koristi se kao rezonantni reaktor za ostvarivanje rezonancije frekvencijskom modulacijom. Frekvencijski raspon je 30-300Hz, što odgovara cigrewg21,09 GG; preporučeni vodič za završno ispitivanje visokonaponskih ekstrudiranih izoliranih kabela&;. Preporučuje se izmjenični napon frekvencije napajanja i približna frekvencija snage (30-300Hz). Ova vrsta izmjeničnog napona može reproducirati istu jačinu polja kao i ona pod radnim uvjetima. Ima prednosti dobre ekvivalencije, visoke učinkovitosti, lagane opreme i gotovo neograničene duljine uzorka.
Da sumiramo, s obzirom na mali kapacitet i volumen opreme za ispitivanje frekvencije snage na kabelskom mjestu, jednostavnu za nošenje i rukovanje, učinkovitije je pronaći kabelske nedostatke od uobičajenog istosmjernog napona, tako da frekvencija ili pretvorba frekvencije za ispitivanje prihvaćanja završetka mjesta kabela treba koristiti metodu rezonancije. Štoviše, uređaj za rezonanciju pretvorbe frekvencije može zadovoljiti zahtjeve ispitivanja primopredaje umreženog polietilenskog kabela od 10kV i 220kV i više, pa se preporučuje da se preferira podnosivi napon rezonancije pretvorbe frekvencije.