 |
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ
КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
Кабельные линии непосредственно после их сооружения и в процессе
эксплуатации подвергаются разнообразным испытаниям, с помощью
которых выявляются ослабленные места или дефекты в изоляции и защитных оболочках кабелей, в соединительной и концевой арматуре
и других элементах кабельных линий.
Для обеспечения надежной работы силовых кабельных линий (КЛ) в настоящее
время в России применяется система плановопрофилактических испытаний, при которой
кабели периодически подвергаются испытаниям постоянным напряжением достаточно
высокого уровня (в 4–6 раз превышающим
рабочее напряжение КЛ) с измерением токов
утечки. Практика показывает, что данные испытания повышенным постоянным напряжением, даже в случае их успешности, не только
не гарантируют безаварийную последующую
работу КЛ, но и во многих случаях приводят к
сокращению срока службы КЛ. Особенно опасны такие испытания для КЛ с длительными
сроками эксплуатации или с сильно состаренной изоляцией. Кроме того, испытания повышенным постоянным напряжением силовых
кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
(СПЭ-кабели), которые ввиду своих высоких
эксплуатационных характеристик находят всё
более широкое применение в России, не только
не эффективны, так как сшитый полиэтилен
обладает высокой электрической прочностью
и малыми токами утечки, но и оказывают
негативное воздействие на полиэтиленовую
изоляцию.
Применительно к силовым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена, согласно
международным нормам, гораздо более
эффективным и экономичным является метод
испытаний напряжением сверхнизкой частоты
0,1 Гц, которое по величине не должно превышать номинальное напряжение (U0) КЛ более
чем в 3 раза
согласно МЭК 60502
и DIN VDE 0276. Испытания при очень низких
частотах со сменой полярности позволяют выявлять дефекты в изоляции без формирования
объемных зарядов в структуре полиэтиленовой
изоляции в отличие от того, как это происходит
при приложении постоянного напряжения.
Поэтому за рубежом кабели с изоляцией из
сшитого полиэтилена, согласно действующим
международным стандартам, испытываются
исключительно напряжением сверхнизкой
частоты. При испытаниях силовых кабелей с
бумажной пропитанной изоляцией применение
этого метода позволяет в значительной степени уменьшить испытательное напряжение
по сравнению с испытаниями постоянным
напряжением.
Одним из лидеров в разработке метода испытаний напряжением сверхнизкой частоты,
а также установок для проведения испытаний силовых КЛ в условиях эксплуатации является
фирма Seba KMT (Германия). Запатентованный
фирмой Seba KMT принцип колебаний при напряжении косинусоидально-прямоугольной
формы в соединении с повторным использованием сохраненной в кабеле энергии обуславливает, в сравнении с другими методами
испытаний, незначительный вес установок, а
также низкий расход энергии при одновременно высокой допустимой емкости испытуемого
объекта (рис.1). Фирмой SebaКМТ выпускается серия испытательных установок VLF 20,
VLF 28, VLF 40, VLF 54, VLF 60 и VLF 80 кВ,
предназначенных для проведения испытаний
напряжением сверхнизкой частоты 0,1 Гц
силовых КЛ номинальным напряжением от 6
до 35 кВ включительно.
Метод испытания напряжением коси ну -
соидально-прямоугольной формы отличается
от остальных методов тем, что фронт волны
в данном случае совпадает с фронтом волны
переменного напряжения частотой 50 Гц.
Также форма испытательного напряжения позволяет более точно измерять ток утечки.
Для повышения надежности электроснабжения за счет уменьшения количества
аварийных ситуаций и для исключения затрат
на проведение необоснованных ремонтов КЛ
гораздо более предпочтительным является применение неразрушающих методов диагностики
силовых КЛ.
Из разработанных методов можно выделить следующие неразрушающие методы диагностики силовых КЛ напряжением до 35 кВ,
которые широко используются за рубежом:
- метод измерения и локации частичных разрядов в силовых КЛ (с использованием диагностической системы OWTS);
- метод измерения и анализа возвратного напряжения в изоляции силовых кабелей (с использованием диагностических систем CD 31 и CDS);
- метод измерения тока релаксации в изоляции СПЭ-кабелей (с использованием диагностических систем CDS);
- метод измерения диэлектрических характеристик изоляции кабелей (с использованием диагностических систем OWTS и др.);
- метод импульсной рефлектометрии для предварительной локализации низкоомных повреждений в силовых КЛ (с использованием рефлектометров Telefl ex и др.)варительной локализации высокоомных
повреждений в КЛ (с использованием
рефлектометров и устройств стабилизации дуги);
-
метод контроля целостности оболочки
силовых кабелей и определения мест
неисправности в оболочках (с использованием приборов MFM 5-1, MVG 5 и
др.).
В силовых КЛ напряжением до 35 кВ
включительно основными причинами снижения электрической прочности изоляции
в процессе длительной эксплуатации (т. е.
старения изоляции) являются воздействия
частичных разрядов (ЧР) и повышенных
температур.
Физические процессы в изоляции силовых кабелей под воздействием ЧР (т. е.
микроразрядов, возникающих в местах
неоднородности изоляции при воздействии
рабочего напряжения) к настоящему времени
изучены достаточно хорошо. Разработаны и
различные методы измерения характеристик
ЧР в силовых КЛ, которые реализованы в
отечественных и зарубежных приборах и
установках различных конструкций.
Одной из наиболее современных и эффективных диагностических систем для оценки
состояния изоляции всех типов кабелей
напряжением до 35 кВ методом контроля
характеристик ЧР является система OWTS
(Oscillating Wave Test System) разработки
фирмы Seba KMT. Система OWTS, в которой
реализован метод измерения ЧР осциллирующим затухающим напряжением, позволяет
определять величину и место расположения
ЧР, количество ЧР в локальных местах КЛ,
напряжение возникновения и гашения ЧР,
а кроме того, тангенс угла диэлектрических
потерь в изоляции, емкость и ряд других
величин. По совокупности этих параметров
может быть сделано обоснованное заключение о техническом состоянии и о проблемных
местах диагностируемой КЛ.
Системы OWTS последних разработок
(OWTS М 28 и OWTS М 60) состоят из высоковольтного блока, блока обработки сигнала и
ноутбука с адаптером для беспроводной связи
с высоковольтным блоком. Высоковольтный
блок также состоит из источника постоянного напряжения и резонансной катушки с
интегрированным высоковольтным переключателем для создания переменного испытательного напряжения. Туда же встроены
высоковольтные делитель и контроллер для
цифровой обработки данных и сигналов ЧР.
Управление системой, сохранение, анализ и
оценка результатов измерения характеристик
ЧР производятся с помощью ноутбука путем
использования специального программного
обеспечения.
Диагностика с помощью системы OWTS
выполняется на отсоединенной с двух сторон КЛ. Перед началом диагностирования
производится калибровка системы с целью
уточнения длины КЛ и определения ожидаемой амплитуды ЧР. После калибровки
каждая фаза КЛ последовательно заряжается в течение нескольких секунд постоянным
напряжением до выбранной величины, не
превышающей амплитуду номинального
линейного напряжения КЛ. После зарядки
фаза КЛ с помощью электронного переключателя подключается через резонансную
катушку к заземленному экрану кабеля.
В процессе разрядки кабеля возникают затухающие синусоидальные колебания, частота
которых зависит от емкости диагностируемого объекта. Бегущая волна инициирует
ЧР в изоляции КЛ, которые фиксируются и
сохраняются в памяти компьютера системы
OWTS для последующей обработки с целью
определения амплитуды и местоположения
ЧР по длине КЛ. Так как амплитуда испытательного напряжения является затухающей,
то можно точно определить напряжение,
при котором возникают и погасают ЧР.
Колебательное напряжение прикладывается
к объекту в течение нескольких сот миллисекунд и поэтому не нагружает кабель и
не повреждает его. Локализация ЧР в КЛ
осуществляется c использованием метода
рефлектометрии по результатам регистрации двух импульсов от одного и того же
ЧР — первичного импульса и импульса,
отраженного от конца КЛ.
При обработке записанных в памяти компьютера данных диагностики выделяются
и учитываются первичные и отраженные
импульсы ЧР на фоне возможных помех и
шумов. При этом амплитуда ЧР определяется
по первичному импульсу, а расстояние до
места возникновения ЧР в КЛ определяется
по промежутку времени между первичным
импульсом и его отражением.
Обработанные и учтенные импульсы ЧР
представляются на карте распределения ЧР
различной величины по длине КЛ (на карте
дефектных мест) как для всех трех фаз КЛ,
так и для каждой фазы КЛ в отдельности.
Одним из наиболее важных и сложных
этапов при проведении диагностики с использованием системы OWTS является оценка
результатов диагностики и формулирование
заключения по результатам измерения и
локации ЧР. В силу новизны этой методики
в России пока отсутствуют общепризнанные
нормативы и критерии оценки состояния КЛ
по результатам измерения характеристик ЧР
с использованием системы OWTS. Из-за особенностей схемы измерений ЧР амплитуда
измеряемых ЧР с использованием системы
OWTS значительно больше, чем амплитуда
ЧР при измерениях на заводах-изготовителях,
где используется другой метод измерения.
Соответственно применяемые нормативы изготовителях не могут использоваться.
На основе большого количества практических результатов диагностики КЛ с
использованием системы OWTS были разработаны нормативные показатели для оценки
технического состояния эксплуатирующихся
в России силовых КЛ напряжением 6–35 кВ
с разными типами изоляции (с бумажной
пропитанной изоляцией, с изоляцией из
сшитого полиэтилена, c поливинилхлоридной
изоляцией). Оценка технического состояния
КЛ производится по наихудшему из трех
диагностируемых параметров: максимальная
величина ЧР в локальном месте; напряжение
возникновения ЧР (амплитудное значение);
среднее количество ЧР в локальном месте за
один цикл измерений.
Своевременная и достоверная диагностика состояния изоляции силовых
КЛ с использованием неразрушающих
методов позволит отказаться от профилактических испытаний изоляции
разрушающими методами, которые
во многих случаях повреждают изоляцию и приводят к снижению остаточного ресурса изоляции силовых
КЛ. Испытание изоляции силовых КЛ
повышенным напряжением целесообразно проводить при вводе новых
КЛ в эксплуатацию, после ремонта КЛ,
а также при отсутствии возможности
применения средств технической диагностики силовых КЛ неразрушающими методами.
ЗАО «СПЕКТР КСК». Комплексные Системы Контроля
Официальный дистрибьютор SebaKMT в России
107023, Москва, Семеновская пл., 1А, БЦ «Соколиная гора»
Тел./факс: (495) 782-14-21, 225-75-57
www.spektr-ksk.ru, mail@spektr-ksk.ru
| 
|
