- Испытания повышенным выпрямленным напряжением: недостатки метода
- Сверхнизкая частота – испытания кабелей быстро и безопасно
- Форма испытательного напряжения
- Рекомендации по применению установок СНЧ (сверхнизкой частоты)
- Технические нормы испытаний
- Преимущества тестирования кабеля в рабочем состоянии под нагрузкой
- Сравнение испытания при промышленной частоте 50 Гц и сверхнизкой 0,1 Гц
- Портативные испытательные установки СНЧ представленные в нашей компании
- Отличия и особенности австрийских аппаратов СНЧ BAUR
- Эффективность испытаний при низком значении испытательного напряжения, которое не превышает номинальное напряжение силового кабеля в 3 раза, как это обычно бывает при использовании выпрямленного напряжения.
- Щадящее испытание кабеля без повреждений и ухудшения качества изоляции без развития мелких недостатков, к пробою кабеля могут привести только явно выраженные дефекты изоляции.
- при вводе КЛ в эксплуатацию не превышает 3Uном;
- в процессе эксплуатации 1,73Uном.
- при вводе кабеля в эксплуатацию – 15 мин$
- в процессе эксплуатации – 30 мин/
- для КЛ с бумажной пропитанной изоляцией, у которых в течение первых двух лет не наблюдалось аварийных пробоев и пробоев при профилактических испытаниях – не реже 1 раза в 5 лет;
- для КЛ с пластмассовой изоляцией, у которых в течение первых двух лет не наблюдалось аварийных пробоев и пробоев при профилактических испытаниях – не реже 1 раза в 9 лет;
- для КЛ с пластмассовой и бумажной пропитанной изоляцией, на трассах которых производились строительные и ремонтные работы и на которых систематически происходят аварийные пробои изоляции - непосредственно после выполнения аварийновосстановительных работ и далее 1 раз в год.
- КЛ длиной до 100м, являющимися выводами из РУ и ТП на воздушные линии и состоящими из двух параллельных кабелей;
- для КЛ со сроком эксплуатации более 15 лет, на которых удельное число отказов из-за электрического пробоя составляет 30 и более отказов на 100 км в год;
- КЛ, подлежащих реконструкции или выводу из работы в ближайшие 5 лет.
- Задействуются портативные либо постоянные неразрушающие датчики.
- Нет необходимости в калибровке оборудования.
- Диагностика оборудования в рабочем состоянии в режиме on-line происходит за 15 мин, включая время подключения, снятия показаний и записи результатов.
- Нет нужды в дополнительном источнике питания.
- Диагностика проводится в нормальном рабочем режиме.
- пригодные для анализа данные;
- скорость;
- отсутствие необходимости отключения от сети;
- отсутствие дополнительного источника питания.
Надежность кабельных линий (КЛ) должна периодически подтверждаться испытанием повышенным напряжением с проверкой токов утечки. Испытания проводятся согласно регламенту в сроки проведения планово-предупредительного ремонта.
Рис 1. Испытание электрооборудования и кабелей СПЭ высоковольтными установками СНЧ BAUR Frida
Традиционно испытания проводились повышенным постоянным напряжением при промышленной частоте, в настоящее время все большую популярность приобретают испытания сверхнизкой частотой. Рассмотрим особенности этих методов.
Испытания повышенным выпрямленным напряжением: недостатки метода
Обычно тестирование высоковольтных КЛ производят выпрямленным повышенным напряжением, что зачастую может привести к пробою изоляции, особенно в слабых местах. Кроме этого, повышенное напряжение оказывает разрушающее действие на изоляцию, ослабляя ее. Особенно это свойственно кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ).
В изоляции самого кабеля, а также в кабельной арматуре в соединительных муфтах и концевых заделках появляются слабые места. Это происходит, потому что испытательное напряжение в 4 или 6 раз превышает рабочее линейное напряжение. Нередки случаи, когда силовые кабели, выдержавшие испытания, в скором времени выходили из строя.
Высоковольтные испытания выявляют только уже развитые дефекты, появившиеся в изоляции при повышенном увлажнении или при прокладке. Повреждения на ранней стадии и дефекты вследствие старения изоляции практически не выявляются.
Особенно важно учитывать то, что в условиях повсеместного применения кабелей СПЭ повышенное напряжение отрицательно воздействует на изоляцию, создавая остаточные заряды, ослабляющие ее и способствующие возникновению электрических дендритов (триингов).
Сверхнизкая частота – испытания кабелей быстро и безопасно
На смену выпрямленному и высоковольтному переменному напряжению промышленной частоты пришли испытательные аппараты и приборы переменного тока, использующие сверхнизкую частоту – СНЧ (VLF – Very Low Frequency). Обычно, значение СНЧ стандартное и составляет – 0,1 Гц, это в 500 раз ниже, чем промышленная частота 50 Гц. Эта величина не предел, существует техническая опция дальнейшего понижения частоты, до значения 0,01 Гц.
Как форма испытательного напряжения влияет на результат
Испытание напряжением СНЧ производится за счет применения пониженного испытательного напряжения частотой 0,1 Гц косинусно, синусоидальной либо прямоугольной формы. В этом случае происходит смена полярности.
При такой форме напряжения, при частоте 0,1 Гц процесс смены полярности происходит таким же образом, как и в случае использования синусоидального напряжения промышленной частоты 50 Гц.
Благодаря, установкам СНЧ эффективно регистрируются частичные разряды, выявляются скрытые дефекты в изоляции КЛ. Диагностические результаты почти соответствуют значениям мониторинга частичных разрядов в процессе эксплуатации. По факту подачи повышенного напряжения выявляются дефекты на ранней стадии.
Полупроводниковые силовые элементы, применяемые в установках, оптимизируют конструкцию, делают аппараты небольшими по габаритам и удобными в эксплуатации. Принцип работы устройств заключается в следующем. Сначала кабель заряжается напряжением одной полярности, затем постепенный разряд кабельной линии доводится до нуля, а уже далее появляется заряд с напряжением другой полярности. Управление происходит за счет микропроцессорного модуля. На выходе установки после изменения полярности выдается почти идеально чистый синусоидальный сигнал с определенной заранее частотой – 0,1 Гц.
Рис 2. Форма кривой напряжения сверхнизкой частоты 0,1 Гц
При испытании повсеместно распространенного в России силового кабеля БМИ (бумажно-масляной изоляцией), сверхнизкая частота позволяет использовать намного меньшее испытательное напряжение, чем применяемое обычно постоянное напряжение.
Таким образом, сверхнизкая частота обеспечивает следующие преимущества:
Рекомендации по применению установок СНЧ (сверхнизкой частоты)
Основным стандартом для испытания СНЧ является IEEE400.2 он же лег в основу нашего российского МЭК.
Нормы испытания КЛ 6-110, их производят в соответствии с 4-мя документами:
1) ПУЭ
2) «Объёмы и нормы испытания электрооборудования»(утверждён Распоряжением ПАО «Россети» от 26.05.2017 № 280р), СТО 34.01-23.1-001-2017 Раздел 35
3) Стандарт организации ПАО «ФСК ЕЭС» «Силовые кабельные линии напряжением 110-500 кВ. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования» (утверждён Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 15.05.2014 № 228),
4) ГОСТ Р МЭК 60840-2017«Кабели силовые с экструдированной изоляцией, и арматура к ним на номинальное напряжение свыше 30 кВ (Um = 36 кВ) до 150 кВ (Um = 170 кВ). Методы испытаний и требования к ним»
Если отсутствует испытательная установка, то в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60840-2017 п.16.3 «Допускается приложение испытательного напряжения Uo в течение 24 ч.», как и в «Объёмах и нормах испытания электрооборудования, СТО «п. 35.4» При отсутствии испытательной установки частотой 20-300 Гц допускается опробование смонтированной кабельной линии рабочим напряжением без нагрузки в течение 24 часов или другим согласованным с изготовителем методом.» Но есть противоречия и в этих документах. Например, в «Объёмах и нормах испытания электрооборудования, СТО» п.35.15 обязывает проводить «Контроль состояния муфт методом измерения и локализации частичных разрядов». Хотя в ГОСТ этой рекомендации в обязательных требованиях нет.
Ряд предприятий ввели у себя собственные инструкции по испытаниям и диагностированию силовых кабельных линий 6-110кВ, приведу выдержку оттуда:
1.1. Настоящая инструкция устанавливает объёмы, нормы и периодичность применения щадящих и неразрушающих методов испытания и диагностирования силовых кабельных линий с бумажно-пропитанной изоляцией, с изоляцией из сшитого полиэтилена и является дополнением к гл. 29. «Силовые кабельные линии» СО 34.45-51.300-97 «Объём и нормы испытаний электрооборудования» и гл. 35. «Силовые кабельные линии» СТО 34.01-23.1-001-2017 «Объём и нормы испытаний электрооборудования».
1.2. Требования настоящего документа распространяются на инженерно-технический персонал филиалов АО и подрядных организаций, выполняющих монтаж, наладку и испытания КЛ на объектах АО.
2. Нормативные ссылки
2.1. Внешние документы:
2.1.1. СТО 34.01-23.1-001-2017 «Объём и нормы испытаний электрооборудования».
2.1.2. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок, утверждённые Приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 19.02.2016г. № 74н.
Испытания по европейским стандартам закреплены в нормативной документации:
● HD 620 S2:2010 – Кабели распределительные с экструдированной изоляцией на номинальное напряжение от 3,6/6 (7,2) кВ до 20,8/36 (42) кВ включительно.
● DIN VDE 0276-620 VDE 0276-620: 2018-04 – Кабели распределительные с экструдированной изоляцией на номинальное напряжение от 3,6/6 (7,2) кВ до 20,8/36 (42) кВ включительно.
● DIN VDE 0276-621 VDE 0276-621: 1997-05 – Распределительный кабель питания с пропитанной бумажной изоляцией для среднего напряжения.
В российских стандартах такие нормы отсутствуют. Однако, существует рекомендация, что после прокладки кабеля из сшитого полиэтилена перед постановкой под напряжение его рекомендуется испытывать только напряжением сверхнизкой частоты. Это требование обусловлено тем еще, что в российских условиях прокладка сшитого полиэтилена сопряжена с трудностями, создаваемыми пересеченным рельефом местности, неподготовленными сложными условиями монтажа, когда незначительное повреждение оболочки при испытаниях постоянным напряжением промышленной частоты может привести к пробою.
Выпрямленное напряжение (4Uном) используется для испытаний только по требованию завода, где изготовлен кабель.
В ряде энергосистем испытания высоковольтных КЛ напряжением сверхнизкой частоты выполняют согласно предписанию технического руководства.
Испытания могут быть введены на предприятиях, где используют и обслуживают силовые КЛ, в соответствии с техническим состоянием по утвержденным регламентам предприятия
Технические нормы испытаний
Величина напряжения сверхнизкой частоты 0,1 Гц при производстве испытаний:
Протяженность испытаний одной фазы:
Эффективность щадящих испытаний напряжением частоты сверхнизкой 0,1 Гц по мере ее использования и накопления опыта увеличивается и улучшается. Установки сверхнизкой частоты экономически оправдано использовать при испытаниях кабельных линий до 35 кВ.
Ни один стандарт в мире не регламентирует испытание СНЧ кабеля на напряжение 110кВ и выше, хотя установки такие есть.
U0/Uном кВ |
Испытательное напряжение частотой 0,1 Гц (кВ) при времени его приложения |
Испытательное рабочее напряжение частотой 50 Гц, кВ |
||
15 мин |
30 мин |
60 мин |
Uo – 24 часа или 2Uo – 60 мин |
|
3,5/6 |
18 |
15 |
11 |
3,5 кВ - 24 часа или 7 кВ - 60 мин |
6/10 |
30 |
25 |
18 |
6 кВ - 24 часа или 12 кВ - 60 мин |
8,7/15 |
45 |
37 |
27 |
8,7 кВ - 24 часа или 17,4 кВ - 60 мин |
12/20 |
60 |
50 |
36 |
12 кВ - 24 часа или 24 кВ - 60 мин |
20/35 |
105 |
85 |
60 |
20 кВ - 24 часа или 40 кВ - 60 мин |
Величина и длительность испытательного переменного напряжения, прикладываемого к жилам кабелей с бумажной пропитанной и пластмассовой изоляцией
В процессе эксплуатации испытания КЛ 6-35 кВ проводятся через год после ввода в эксплуатацию, а в дальнейшем:
Допускается не проводить испытание:
Преимущества тестирования кабеля в рабочем состоянии под нагрузкой
Кабели из сшитого полиэтилена или из пластиковой изоляции (поливинилхлоридного пластиката) могут тестироваться в процессе его эксплуатации на наличие ЧР.
Для обеспечения процесса:
Таким образом, мониторинг в процессе эксплуатации кабеля обеспечивает:
Сравнение испытаний промышленной частотой 50 Гц и сверхнизкой 0,1 Гц
Промышленная частота 50 Гц | СНЧ 0,1 Гц | |
Величина испытательного напряжения | 4 - 5 U ном |
Не более 3Uном при вводе кабеля в работу и 1,73Uном при эксплуатации |
Накопление остаточных зарядов в структуре полиэтиленовой изоляции |
Формируется остаточный заряд, который снижает электрическую прочность диэлектрика, приводит к пробою |
Отсутствует
|
Испытание кабеля с незначительными механическими повреждениями (надрезами, чистыми полостями, задирами) |
Локальное перенапряжение приводит к повреждению изоляции или накоплению частичных зарядов с последующим пробоем в местах с ослабленной изоляции |
Не приводит к пробою изоляции и не ухудшает ее. |
Выявление водного триинга |
Электрический дендрит не выявляется, а наоборот ускоряется его развитие (тренд), что приводит к пробою |
Водные триинги выявляются и идентифицируются на ранних стадиях возникновения именно на частоте 0,1 Гц |
Размеры и вес испытательной установки |
Резонансные и установки переменного напряжения очень большие по габаритам. |
Установки СНЧ – компактный размер и небольшой вес |
Ёмкость испытываемых кабельных линий |
Для испытания КЛ среднего класса рабочих напряжения, при длине линии 1 км, на частоте 50 Гц потребуется источник напряжения мощностью в сотни кВА |
Большая допустимая ёмкость испытуемого кабеля. Выходной мощности источника испытательного напряжения сверхнизкой частоты, потребляющего из сети всего 1 – 2 кВт мощности, оказывается достаточно для испытаний большинства кабельных линий среднего класса напряжений |
Портативные испытательные установки СНЧ представленные в нашей компании
Задача портативных СНЧ-установок — испытание кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Обычно испытания кабеля СПЭ традиционными испытательными установками приводят к разрушительным дефектам. Установки СНЧ BAUR – это альтернатива установкам аппаратам, предназначенным для диагностирования твердых диэлектриков высоким напряжением переменного тока, с частотой равной частоте питающей сети. Испытания выпрямленным напряжением при промышленной частоте приводят к ухудшению ресурса испытуемого кабеля и вероятным повреждением изоляции.
В нашей компании представлены компактные установки сверхнизкой частоты:
● Портативные СНЧ установки BAUR frida и frida TD
● Viola, Viola TD, прибор BAUR
для испытания и диагностики напряжением СНЧ
● СНЧ установка PHG 80
установка BAUR для диагностики и испытаний кабельных линий
Оборудование СНЧ, разработанное австрийской компанией BAUR GmbH , которое предлагает наша компания, позволяет проводить испытания новых и уже находящихся в эксплуатации проводников в полимерной и бумажно-масляной изоляции. Кроме КЛ, с их помощью можно испытать любое электрооборудование в щадящем режиме.
Характеристики |
Установка BAUR frida
|
Прибор Viola
|
Установка PHG 80 |
|
СНЧ truesinus® чистое синусоидальное напряжение |
36 кВ |
62 кВ |
1–57 кВдейств. |
|
Емкость КЛ |
до 10 мкФ |
до 12 мкФ |
до 20 мкФ |
|
Выходной ток |
до 14 мА |
до 70 мА |
до 200 мА |
|
Диапазон частот СНЧ |
0,1 – 0,01 Гц |
1 нФ – 10 мкФ |
1,2 мкФ при 0,1 Гц с 57 кВ |
|
Максимальный ток прожига |
120 мА |
120 мА |
120 мА |
|
Измерение тангенса угла диэлектрических потерь |
Да при частоте измерения 0,1 Гц |
Да, при частоте измерения 0,1 Гц |
Да, при частоте измерения 0,1 Гц |
|
Автоматическая регистрация и компенсация токов утечки |
Устройство VSE-Box (опционально) |
Устройство VSE-Box (опционально) |
----------------------------------- |
|
Генератор диагностических отчетов Diagnostic Reporter |
------------------------- |
Приложение для обработки и оценки протоколов испытаний и измерений |
----------------------------------- |
|
Ноутбук |
--------------------------- |
------------------------------ |
|
|
Напряжение питания |
110 – 260 В, при 50/60 Гц |
110 – 260 В, при 50/60 Гц |
200–260 В, 50/60 Гц, 100–140 В, 50/60 Гц (с автотрансформатором) |
|
Максимальная потребляемая мощность |
300 Вт |
1 400 ВА |
3 500 ВА |
|
Интерфейс передачи данных |
USB-2.0 |
USB-2.0 |
--------------------------------- |
|
Габариты |
438 х 456 х 220 мм |
505 x 854 x 405 мм |
∼ 755 × 850 × 991 мм (19'', 15 U) |
|
Вес |
22 кг |
2 блока: 57 и 19 кг |
199 кг, включая стойку и соединительные кабели |
- Оборудование компании BAUR работает на чисто синусоидальном напряжении, поэтому эффекта перезаряда и возникновения частичных разрядов нет. Процесс испытания на установках BAUR происходит плавно, поэтому вероятность ЧР отсутствует. На большинстве остальных установок существует возможность возникновения частичных разрядов на всем участке кабеля, к которому приложено напряжение.
- Достоинство установок BAUR в том, что чистый синус дает возможность измерения тангенса (коэффициента диэлектрических потерь). Подобные установки используются для испытания любых КЛ, в том числе и кабелей БМИ. В случае с бумажно-масляной изоляцией тангенс измеряется достаточно эффективно.
- Плюс установок СНЧ BAUR – это измерение ЧР.
- Размеры и вес портативных установок BAUR. Измерительные установки BAUR отличает простое управление, эргономичность и компактные размеры. Блочное исполнение установки обеспечивает удобство в транспортировке и использовании.
Сравнительная таблица испытательных установок сверхнизкой частоты BAUR, представленных в компании ГК Ресурс
Особенность установок производства BAUR – наличие системы True Sinus, обеспечивающей натуральное чистое синусоидальное напряжение. Большинство испытательных установок, применяемых в России, работает по принципу ступенчатого поднятия напряжения с переходом на частоту 50 Гц с дальнейшей переполюсовкой, то есть изменением полярности. При помощи смены полярности со скоростью, близкой к составляющей 50 Гц, происходит смена частоты – 0,1 Гц.
Недостаток большинства установок СНЧ в том, что при испытании кабельной линии, при переполюсовке с 50 Гц на 0,1 Гц может произойти перезаряд. Кроме того, недолго прикладывается постоянное напряжение. Но и за короткий промежуток времени создается объемный заряд. Поэтому теоретически изоляцию можно повредить, создавая условия появления электрических дендритов, которые были спровоцированы собственными руками в процессе испытания.
Отличия и особенности австрийских аппаратов СНЧ BAUR
Испытательные электроустановки BAUR оборудованы опциями, способствующими удобству управления и измерения. Например, в комбинации с универсальным локатором серии UL, генератор «Frida» может определить точное место повреждения оболочки кабеля. Использовав периодическое напряжение, с помощью локатора определяется место повреждения.
Испытательные электроустановки BAUR оборудованы дополнительными опциями, способствующими удобству управления и измерения. Например, в комбинации с универсальным поисковым прибором Protrac , генератор «Frida» может определить точное место повреждения оболочки кабеля. Использовав периодическое напряжение, с помощью локатора определяется место повреждения.
Степень защиты устройства IP54 позволяет производить испытания в любых погодных условиях. Снятие замеров максимально удобно, графический дисплей с интерфейсом на основе меню позволяет отслеживать результаты в режиме реального времени. Испытание может происходить автоматически. Для этого задается программа испытаний с последовательностью действий, например, пошаговая установка напряжения. Результаты испытаний фиксируются на USB карту памяти, без риска потерять данные, которые находятся на хранении и при необходимости выводятся на печать.
.