| Elektrotechnik und Informationtechnik - 1998.-115, N6. - c 321-326 | |
Сокращенная версия
M. Muhr ÖVE, R. Strobl ÖVE, R. Woschits (Institut für Hochspannungstechnik mit Versuchsanstalt (IVH) )Расширенное применение кабелей с синтетической изоляцией в энерготехнике требует развития новых методов для испытательной техники кабелей. При этом развитие уходит от методов испытания повышенным напряжением, которые допускают только ответ да/нет (испытание выдержано и соответственно испытание не выдержано), к диагностическим методам измерения. В институте техники высоких напряжений с исследовательской лабораторией (IVH) Технического университета Graz разрабатывается новый метод измерения диэлектрической диагностики - метод разрядных токов. Этот метод служит для оценки состояния изоляции кабелей среднего напряжения с синтетической изоляцией и проверяется длительными испытаниями.
Ключевые слова: проверка кабеля; методы диагностики; метод разрядных токов; кабель с синтетической изоляцией
Discharge current method: A test method for plastic-insulated medium high voltage cables. In consideration of the increasing application of plastic-insulated cables in power engineering the development of new methods in the field of cable testing becomes necessary. Nowadays voltage test methods (breakdown yes/no?) will be continuously substituted by diagnostic test methods. The discharge current method is one of these new diagnostic test methods and has been developed by the Institute of High Voltage Engineering of the Technical University of Graz.
Keywords: cable test methods; diagnostic test methods; discharge current method; plastic-insulated cable
Вступление
На основании простого монтажа, незначительного веса, легкого управления, простых комплектующих (гарнитуры) и отсутствию необходимости обслуживания, но также с экологической точки зрения сегодня все больше кабелей с бумажной изоляцией заменяются кабелями с синтетической изоляцией вплоть до высших напряжений. Синтетический материал как полиэтилен (PE) и сетчатый полиэтилен (VPE) обладают высокой электрической прочностью и поэтому наилучшим образом подходят в качестве изоляционных материалов для кабелей высоких напряжений.
Высококачественный кабель с синтетической изоляцией вводится в эксплуатацию с большим резервом по диэлектрической (пробивной) прочности. Резерв, который, тем не менее, расходуется в течение эксплуатации более или менее выражено. В связи с этим говорят о старении кабеля с синтетической изоляцией. Это электрическое старение изоляции основывается на нескольких процессах, таких как водные включения, электрические разряды, отслаивание от токопроводящего слоя и т.д. и распространяется на весь срок службы кабеля с синтетической изоляцией [8]. Это приводит к уменьшению электрической прочности в области эксплуатационных перенапряжений, поэтому необходимо принимать во внимание пробои изоляции.
С одной стороны, проверки для оценки состояния изоляции кабелей высокого напряжения проводятся в процессе производства (контроль качества) и, с другой стороны, на месте (проверка при вводе в эксплуатацию, приёмо-сдаточные испытания, оценка состояния старения). Имеющиеся десятки лет проверочная техника и проверочный опыт для кабелей с бумажной и маслопропитанной бумажной изоляцией могут только частично переноситься на кабели с синтетической изоляцией. Прежде всего, чистое испытание постоянным напряжением, которое очень успешно применяется в кабелях с бумажной изоляцией, в этой форме не обладает достоверностью (информативностью) при применении в кабелях с бумажной изоляцией. С одной стороны с помощью испытания постоянным напряжением можно не определить место значительного дефекта и, с другой стороны, это может привести к образованию длительных объёмных зарядов в диэлектрике во время испытаний. Эти объемные заряды представляют собой местные области повышенной напряжённости поля и благоприятствуют после наложения напряжения с частотой сети образованию электрических разрядов. Вследствие этого диэлектрик кабеля необратимо поврежден и пробой только лишь вопрос времени. Эти факты подтвердились при нескольких испытаниях постоянным напряжением в кабелях с синтетической изоляцией [2].
Исходя из этих научных данных необходимо разрабатывать новые методы испытания кабелей с синтетической изоляцией. При этом развитие уходит от методов испытания повышенным напряжением, которые допускают только ответ да/нет (испытание выдержано и соответственно испытание не выдержано), к диагностическим методам измерения.
Под диагностическими методами для кабелей среднего напряжения с синтетической изоляцией нужно понимать такие методы, которые позволяют делать вывод о его состоянии старения измерением определенных характеристик проложенного кабеля. Проблематика состоит в том, чтобы определять и регистрировать подходящие измеряемые величины, которые реагируют на изменение диэлектрических свойств, вызванное водными включениями (water-trees)[4]. Старение кабеля с полимерной изоляцией должно рассматриваться как сумма всех изменений электрических, физических, химических, механических и морфологических свойств изоляции при условиях эксплуатации [3]. Процесс старения зависит также от внешних факторов как, например, перенапряжения. При диагностике кабелей среднего напряжения с синтетической изоляцией можно исходить из того, что испытание предоставляет вывод о размере и виде повреждения (старения).
Один из этих новых способов диагностики - это метод разрядных токов, который разрабатывается в институте техники высоких напряжений с исследовательской лабораторией (IVH) Технического университета Graz. Этот метод делает возможным оценку состояния изоляции и предоставляет содержательную информацию о качественном состоянии кабелей среднего напряжения с синтетической изоляцией [1, 2]. Пользователю кабельных технологий с этим методом измерения должен предоставляться простой метод для контроля качества кабеля.
Методы определения старения кабелей с синтетической изоляцией
Рисунок 1 показывает грубое разделение методов испытания, которые могут использоваться при измерении изоляционных свойств кабелей с синтетической изоляцией.
При методах испытания напряжением остаточная прочность диэлектрика играет по существу решающую роль. Если эта остаточная прочность превосходится приложенной испытательной напряжённостью поля, электрический пробой неизбежен.
Рисунок 1 – Методы испытаний для определения старения кабелей с синтетической изоляцией
Возможность устранять это разрушающее влияние методов испытания напряжением, состоит в том, чтобы применять для проверки кабеля современную диагностическую измерительную технику. Такие методы измерения используют механизмы проводимости и поляризации в изоляционном материале, чтобы получать таким образом достоверные (содержательные) индикаторы для оценки состояния старения кабелей с синтетической изоляцией.
Намерение состоит в том чтобы отказаться от 1-но битного решения (пробой: да / нет) и вместе возможной аварии кабельного устройства и в ходе построения так называемой диэлектрической диагностики разработать экспертную систему. Эта экспертная система должна определять на основе учета различных параметров состояние старения кабеля и делать из этого оценку остаточной прочности.
На рисунке 2 предоставлен обзор методов испытания кабелей с синтетической изоляцией. Известные на данный момент измерительные методы диэлектрической диагностики, которые интенсивно исследуются, можно разделить на 2 группы. При этом речь идет о методах измерения в диапазонах времени и частот, на которых здесь подробно мы не останавливаемся.
Рисунок 2 – Обзор методов испытания кабелей с синтетической изоляцией
Литература