Інженер Ігнасіо Гортал Роблес
SebaKMT Іспанія
представлена ​​в Аргентині Grupo Equitécnica Hertig

Залишкові навантаження перед випробуванням | Залишкові навантаження після випробування: ефективне зменшення ділянки ізоляції кабелю

Постійного струму

Випробування кабелів середньої та високої напруги традиційно обмежувалось випробуванням постійним струмом. Ця технологія була ефективною для масляно-паперових кабелів (PILC), але виявилась неефективною і навіть шкідливою для кабелів з полімерною ізоляцією (XLPE –EPR).

прямокутні

  • Значення високої напруги, необхідне для випробування, може спричинити пошкодження кабелю та прискорити його старіння на певних сегментах ізоляції.
  • Тривалий період впливу високих напруг постійного струму створює залишкові космічні заряди, які можна розглядати як компоненти RC з постійною часу в кілька годин і навіть днів. Ці космічні заряди зникають дуже повільно, взаємодіючи з електричними полями робочої напруги після введення кабелю в експлуатацію, викликаючи неконтрольовану несправність.
  • Іншою проблемою є використання в установках з гексафторидом сірки (SF6). Тут постійний струм викликає статичні заряди на пилі та частинках, що існують в системах SF6, видаляючи їх та осідаючи, як правило, на дно, викликаючи діелектричну слабкість ізолюючого газу.

Змінний струм при 50 Гц

Змінний струм для полімерних кабелів є найефективнішим випробуванням через його зміну полярності, що запобігає створенню просторових зарядів всередині ізоляції.
Випробування змінним струмом на частоті мережі порівняно легко виконати за допомогою трансформаторів, але великі реактивні втрати кабелю роблять необхідним проектування систем величезної ваги, розмірів та енергоспоживання. Тому мобільність системи в більшості випадків обмежена і вимагає використання вантажівок та відкритих просторів для високої напруги.
Потужність, необхідна для випробування кабелю 12-20 кВ з ємністю 2 мкм, F та випробувальною напругою змінного струму 3 Uo, становить приблизно 1 МВА.
Виходячи з рівняння для розрахунку потужності трансформатора для системи випробувань змінного струму, яка має здатність перевіряти кабель 2μ, F-132 кВ, ми маємо:
S = VI = 2 πfCV 2 * 10 * E-12

S: потужність трансформатора
V: Максимум Uo
I: Струм в амперах
f: частота мережі, герц

S = 2π * 50 Гц * 2 мкФ * 190 кВ2 * 10 * E-12 = 22,68 МВА

Змінний струм зі змінною частотою

Використовувані рівні напруги та частоти порівнянні з рівнями випробувань змінного струму при 50 Гц, він працює на частотах, що варіюються від 30 до 300 Гц. На частотах вище 300 Гц вони спричиняють дуже великі реактивні втрати, що спричиняють перегрів компонентів системи.
Резонансна технологія переробляє значну частину енергії, тим самим зменшуючи загальне споживання порівняно з тестом при 50 Гц, хоча це все ще є високим. Додаючи, у свою чергу, величезні розміри та вагу, стає важко проводити резонансний тест на змішаних кабелях. Ціна тесту занадто висока через час, людські ресурси, засоби, що використовуються для його транспортування, та генераторну установку, необхідну для проведення тесту.
Потужність, необхідна для випробування кабелю 132 кВ з потужністю 2,5 мкм, F при 2,5 Uo змінного струму, становить приблизно 14,3 МВА

Змінний струм до OWTS

Спрацьовування хвиль змінного струму на резонансних частотах від 20 до 500 Гц. Провід заряджається до необхідної напруги, а потім розміщується паралельно котушці з фіксованим значенням, виробляючи затухаючу коливальну хвилю, виходячи з ємності дроту та стану його ізоляції.
Цей тип випробувань не застосовувався через відсутність обладнання, яке буде проводитися на місцях, але в даний час це обладнання вже існує, яке ретельно вивчається Інститутом електричної та електронної техніки (IEEE).
Вони мають ту перевагу, що є дуже легким, середнім та споживаним обладнанням (максимум 600 Вт).

Змінний струм ННЧ 0,1 Гц

Випробування змінним струмом 0,1 Гц, яке називається “VLF” (дуже низька частота), дозволяє уникнути поляризації полімерних ізоляцій і, отже, в цьому утворюються просторові заряди. Іншою важливою причиною є зменшення габаритів, ваги та енергоспоживання, що робить проведення польових випробувань дуже простим та економічним.
Виходячи з рівняння для розрахунку потужності трансформатора для системи випробувань змінного струму, яка має здатність перевіряти кабель 2μ, F-132 кВ, ми маємо:
S = 2π * 0,1 Гц * 2 мкм, F * 190 кВ 2 * 10 * E-12 = 0,04536 МВА = 45,36 кВА

Єдина вимога, необхідна для дотримання цього тесту, полягає в тому, що ми говоримо про змінний струм з фіксованою частотою 0,1 Гц. Його частота повинна бути незалежною від пропускної здатності кабелю.
Міжнародні стандарти IEEE 440.2 та IEC 60060-3 та німецькі стандарти VDE 0276-620 та VDE 0276-621 (HD 0620/0621), збирають такі сигнали VLF:

  • НВЧ з прямокутною косинусною формою
  • Синусоподібний ННЧ

Косинус: синусоїда, яка починається на 90 або 270 ° | Прямокутний косинус: косинусова хвиля з невеликою складовою постійного струму

Як утворюється прямокутна консинусна хвиля?

Система, яка генерує цю форму хвилі, по суті складається з високовольтного джерела постійного струму, перетворювача постійного та змінного струму (VLF). Перетворювач складається з котушки високої напруги та діодного випрямляча ротора, який кожні 5 секунд змінює полярність напруги випробовуваного кабелю, створюючи тим самим хвилю змінного струму з частотою 0,1 Гц. Резонансна схема, утворена котушкою високої напруги і конденсатор, паралельно ємності кабелю, забезпечує зміну цієї синусоїдальної полярності.
Використання резонансної схеми для зміни полярності напруги повторно використовує енергію, що зберігається в проводі. Тільки втрати витоків в ізоляції призводять до подачі кабелю під час зміни полярності. У всіх випробуваннях робиться спроба забезпечити, щоб випробування було максимально вірним умовам роботи об'єкта, що підлягає випробуванню. В даному випадку мова йде про кабель, який працює з синусоїдальною напругою змінного струму при 50 Гц.

  • Як ми знаємо, синусоїда і косинус байдужі до електричного дроту, це просто передбачає інший початковий фазовий кут (-90 ° або 270).
  • Ми бачили, що при 50 Гц практично неможливо перевірити кабелі, тому ми вдаємось до частоти 0,1 Гц.
  • Також помітно, що хвиля в 50 Гц піддає кабель своїй піковій напрузі більше, ніж 0,1 Гц:

- 50 Гц: 100 разів на секунду, 360 000 разів на годину.
- 0,1 Гц: 0,2 рази в секунду, 720 разів на годину.

Але насправді те, що ми шукаємо, - це сигнал, який створює обрив у слабкій або критичній точці кабелю, не завдаючи додаткових пошкоджень. Завдяки проведеним дослідженням було доведено, що пошкодження кабелю трапляються при зміні полярності, особливо від позитивної до негативної.

Малюнок 3 | Малюнок 4

Як ми можемо найбільш точно імітувати хвилю мережі?

  • Обладнання має менші реактивні втрати, а отже, воно менш важке та споживає менше енергії.
  • Випробування при частоті 50 Гц проводяться на рівні 2 Uo (ефективний), а з такою формою сигналу: тест із прямокутною косинусною хвилею 3 * Uo (ефективний) ≈

Випробування при 50 Гц 2 * Uo (середньоквадратичне значення)
Як видно з рисунків 5-14, зміна поляризації прямокутної косинусої хвилі така ж, як і у хвилі 50 Гц. Твердження, яке не можна сказати для синусоїди.
Нарешті ми спостерігаємо, як виглядає прямокутна косинусова хвиля: 3 * Uo (ефективна) - хвиля 50 Гц 2 * Uo (ефективна) .

Малюнки 5 та 6

Чому дорівнює прямокутна косинусова хвиля?

На додаток до накопиченого досвіду в цій галузі та досліджень та наукових результатів на основі цих практичних застосувань, ми робимо ставку на прямокутну косинусну хвилю з наступних причин:

Управління даними: усі значення, що беруть участь у тесті, зберігаються і можуть бути експортовані на ПК.

Рисунки 7, 8, 9, 10, 11 і 12

Що стосується симетрії, можна пояснити, що в даний час існує дві моделі НЧ-частот: базові серії та серії плюс (перша лише компенсує втрати кабелю при зміні від негативної до позитивної поляризації), і що 80% обладнання розподіляється усім світом є базовими рядами, і немає жодного дослідження, яке б свідчило про те, що їх асиметрія в негативний період через можливі втрати кабелю є шкідливою. Зі свого боку, серія плюс є абсолютно симетричною, оскільки компенсує втрати кабелю при всіх змінах поляризації.

Малюнки 11, 12, 13 і 14