בחירת שיטות לבדיקת כבלים במתח גבוה

תקציר: נייר זה מנתח את החסרונות והבעיות של בדיקת מתח עמידה DC בכבל XLPE, ובוחר התקן תהודה המרת תדר עבור AC לעמוד במבחן מתח באתר בהשוואה;

מילות מפתח: כבל מתח גבוה, בדיקת מתח עמידה DC, AC לעמוד בבדיקת מתח

הקדמה:

כבלי חשמל משמשים לעתים קרובות כקווי חשמל לתחנות כוח, תחנות משנה וארגוני תעשייה וכרייה. הם משמשים גם בעת חציית נהרות ומסילות רכבת. כבל חשמל יכול לשמש כקווי תמסורת והפצה של חשמל עירוני וקווי גזע במפעלי תעשייה וכרייה כדי להפחית את הכיבוש היבשתי ולייפות את הסביבה. פיתוח בניית חשמל מניע ישירות את התפתחות המדינה. בבניית חשמל, כבל חשמל ממלא תפקיד חשוב. הוא אהוב על משתמשי חשמל בגלל השפעתו הקטנה של אקלים חיצוני, הסתרה, עמידות, ביצועי בידוד גבוהים, ביצועים עמידים למים וחומצה חסינים, מתיחה חזקה עמידות דחיסה. עם זאת, קל לקבל כמה תקלות בתהליך השימוש, כגון נזק מכני, קורוזיה חבילת עופרת והזדקנות חום קורוזיה מוגזמת, וכו '. לכן, כבל החשמל חייב להיבדק עבור תקלות נסתרות על ידי בדיקה מונעת שגרתית כדי להבטיח את הפעולה הרגילה של מערכת החשמל.

על-פי iec840 או cigrewg21.03, מטרת מבחן השדה היא לא לבדוק את איכות הייצור של אביזרי כבלים או כבלים, אשר אושרה במבחן סוג ומבחן המפעל. מטרת מבחן קבלת השלמת האתר היא לבדוק אם הנחת הכבל והתקנת האביזרים נכונים. ייתכן שהכבל ניזוק בטעות בתהליך ההובלה, הטיפול, האחסון, ההנחתה והמילוי האחורי. על-פי iec229, עבור כבלים עם עובי נדן החיצוני של 2.5mm או יותר, מתח DC 10kV מוחל בין מגן הכבל לקרקע במשך דקה אחת. לצורך בדיקת המתח של הבידוד הראשי בכבלים, חברת החשמל ממליצה על שתי שיטות:

DC לעמוד במתח: 3u015min; מתח עמידה AC: u05min.

לציוד בדיקת המתח המסורתי DC עומדים היתרונות של משקל קל, ניידות טובה וקיבולת נמוכה. יש לו אפקט יישום טוב עבור כבל מבודד נייר שמן, אבל עבור כבל XLPE, הוא הוכיח כי DC לעמוד בשיטת מתח אינו מתאים בתיאוריה ובפרקטיקה.

פריטי הבדיקה של כבל מתח גבוה המפורטים בסעיף 18.0.1 של התקן הלאומי הם כדלקמן:

1. למדוד את עמידות הבידוד;

2. DC לעמוד בבדיקת מתח ומדידת זרם דליפה;

3. AC לעמוד במבחן מתח;

4. למדוד את יחס ההתנגדות של מגן מתכת מוליך;

5. בדוק את השלב בשני קצות קו הכבלים;

6. בדיקת שמן בידוד של כבל מלא שמן;

7. בדיקת מערכת חיבוריות צולבת.

אין פריט בדיקה בתקן הלאומי כדי לזהות את המים הנכנסים לתוך הציפוי הפנימי ואת הנדן החיצוני של הכבל

1. מכיוון שלא ניתן להבחין אם יש מים בשכבה הפנימית של הנדן החיצוני בכבלים על פי התקן הלאומי, פריטי הבדיקה הנוספים בכל מחוז הם כדלקמן:

1.1. לשפוט לפי היחס בין עמידות כיסוי נחושת להתנגדות מוליך. השלב הוא למדוד את ההתנגדות DC של מגן נחושת מוליך באותה טמפרטורה עם גשר קיר כפול. כאשר היחס בין הראשון לאחרון גבוה מזה שלפני הניתוח, הוא מציין כי ההתנגדות DC של שכבת מגן הנחושת עולה, ואת מגן הנחושת עשוי להיות חלוד; כאשר היחס נמוך מזה שלפני הפעולה, הוא מציין שהתנגדות המגע של נקודת החיבור המנצח באביזר עשויה לגדול. בדרך כלל, במבחן השדה, נמדד ערך ההתנגדות לבידוד של שריון פלדה ומגן, ויחס ההתנגדות משמש לשפוט אם הנדן החיצוני והבטנה הפנימית של הכבל מוצפים.

1.2. השתמש במממטר כדי למדוד את עמידות הבידוד. השלבים הם כדלקמן: להשתמש megohmmeter 500V כדי למדוד את ההתנגדות בידוד של הנדן החיצוני של הציפוי הפנימי של כבל גומי ופלסטיק. כאשר ההתנגדות לבידוד לקילומטר היא פחות מ 0.5 מגוהם, להשתמש בשיטות הבאות כדי לשפוט עוד יותר. השתמש multimeter כדי למדוד את ההתנגדות בידוד. על פי העיקרון של סוללה ראשית, שכבת המתכת, שכבת השריון וחומרי הציפוי של כבל הגומי והפלסטיק הם נחושת, עופרת, ברזל, אבץ ואלומיניום האלקטרודה והפוטנציאל של מתכות אלה הם + 0.334, -0.122, -0.44, -0.76v ו- -1.33v בהתאמה לאחר שהמים נכנסים לשכבה הפנימית של הגדן החיצוני של כבל הפלסטיק הגומי. העיקרון הוא שכאשר הנדן החיצוני של כבל הפלסטיק מגומי ניזוק והמים נכנסים לשכבה הפנימית, הפוטנציאל לקרקע של -0.76v ייווצר על רצועת הפלדה המגולוונת של שכבת השריון מכיוון שמי התהום הם אלקטרוליטים. כאשר הנדן החיצוני או אניה הפנימית פגומים ומים נכנסים, כאשר עמידות הבידוד לקילומטר נמוכה מ -0.5 מגום, השתמש בבדיקות החיוביות והשליליות של המולטימטר כדי למדוד את עמידות הבידוד של שכבת השריון לקרקע או את שכבת השריון לשכבת מיגון הנחושת לסירוגין. בשלב זה, הסוללה הראשית שנוצרה במעגל המדידה מחוברת בסדרה עם הסוללה היבשה בריבוי המטרים. כאשר שילוב הקוטביות גורם למתח להוסיף, ערך ההתנגדות הנמדדת קטן יותר; להיפך, ערך ההתנגדות הנמדדת גדול יותר. לכן, כאשר ההבדל בין שני ערכי התנגדות הבידוד הנמדדים לעיל גדול, הוא מציין כי הסוללה הראשית נוצרה, וניתן לשפוט כי הנדן החיצוני והבטנה הפנימית ניזוקו.

לדוגמה, לאחר נדן כבל גומי ופלסטיק פגום ולח, ההתנגדות הנמדדת היא 7 Ka ohm ו 55 Ka ohm בהתאמה.

2. לבדיקת עמידת המתח של הכבלים, התקן הלאומי קובע כי יש לבצע בדיקת עמידת מתח DC ובדיקת עמידת מתח AC, אך מחוזות מקומיים בוחרים באחד מהם בהתאם למצבם בפועל. עכשיו היתרונות והחסרונות של השניים מושווים כדלקמן: כבלי XLPE לא צריכים להיות כפופים לבדיקת עמידת מתח DC, אבל צריך להיות כפוף לבדיקת עמידת מתח AC.

2.1 DC לעמוד בבדיקת מתח:

זהו עיקרון כללי של בדיקת מתח גבוה כי שדה מתח הבדיקה להחיל על האובייקט נבדק צריך לדמות את מצב הפעולה של מנגנון מתח גבוה. בדיקת המתח עמידה DC יעיל מאוד כדי למצוא את הפגמים של כבלים מבודדים נייר, אבל זה לא יכול להיות יעיל כבלים מבודדים XLPE, וזה יכול להיות גם השפעות שליליות, בעיקר בהיבטים הבאים:

2.1.1 חלוקת השדה החשמלי של כבל XLPE תחת מתח AC ו- DC שונה. שכבת הבידוד XLPE עשויה מפוליאתילן באמצעות הצלבה כימית, השייכת למבנה בידוד אינטגרלי, וקבוע הדיאלקטרי שלה הוא 2.1-2.3, אשר מושפע פחות על ידי שינוי הטמפרטורה. תחת מתח AC, התפלגות השדה החשמלי בשכבת הבידוד של כבל XLPE נקבעת על ידי הקבוע הדיאלקטרי של כל מדיום, כלומר עוצמת השדה החשמלי מופצת ביחס הפוך לקבוע הדיאלקטרי, שהוא יציב יחסית. תחת מתח DC, התפלגות השדה החשמלי בשכבת הבידוד נקבעת על ידי התנגדות הנפח של החומר, והוא מופץ בפרופורציה חיובית, ומקדם החלוקה של עמידות הבידוד אינו אחיד. בפרט, חלוקת חוזק השדה החשמלי AC באביזרי כבלים כגון מסוף כבלים ותיבת צומת שונה לחלוטין מזה של חוזק השדה החשמלי DC, ומנגנון ההזדקנות של בידוד תחת מתח AC שונה מזה שתחת מתח DC. לכן, בדיקת מתח עמידה DC לא יכול לדמות את מצב הפעולה של כבל XLPE.

כבל 2.1.2 XLPE יפיק אפקט "הצטברות" תחת מתח DC כדי לאחסן ולצבור מטען שיורית חד קוטבית. זה לוקח הרבה זמן לשחרר את המטען שיורית עקב הצטברות תשלום במהלך בדיקת מתח עמידה DC. אם הכבל יופעל לפני שהטעינה השיורית DC תשוחרר במלואה, המתח השיורי DC יופעל על ערך השיא של מתח תדר החשמל, מה שהופך את ערך המתח בכבל לחרוג מהמתח המדורג בתנאי הפעלה, אשר יאיץ את הזדקנות הבידוד, יקצר את חיי השירות של הכבל ואף יוביל לפירוק בידוד.

2.1.3 חולשה קטלנית של כבל XLPE היא כי ענפי מים קל ליצור בבידוד. תחת מתח DC, ענפי מים יתחלף במהירות לענפים חשמליים ולפריקה טופס, אשר מאיץ את ההידרדרות של בידוד וגורם להתמוטטות תחת מתח תדר חשמל. עם זאת, ענף המים הטהור יכול לשמור על ערך מתח עמידה ניכר תחת מתח עבודה AC לתקופה של זמן.

2.1.4 פלאשובר או פירוק במהלך בדיקת מתח גבוה DC באתר עלול לגרום נזק כבל רגיל בידוד משותף. יתר על כן, DC לעמוד במבחן מתח לא יכול למצוא ביעילות כמה פגמים תחת מתח AC, כגון נזק מכני או חרוט מתח במקומה אביזרי כבל. המקום שבו הבידוד נוטה ביותר לפירוק תחת מתח AC לעתים קרובות אינו מסוגל להתפרק תחת מתח DC. תחת מתח DC, פירוק הבידוד מתרחש לעתים קרובות במקום שבו הבידוד בדרך כלל לא מתפרק בתנאי עבודה AC.

2.2 AC לעמוד בבדיקת מתח:

מאז בדיקת מתח לעמוד DC לא יכול לדמות את חוזק שדה ההפעלה של כבל מבודד XLPE ולא יכול להשיג את אפקט הבדיקה הצפוי, אנו שוקלים באמצעות בדיקת מתח גבוה AC. בשל ערכי ההקמה השונים של הכבלים, עלינו למדוד תחילה את ערך ההקמה של כבל החשמל לפני הבדיקה, ולחשב את הזרם היבולי מתחת למתח הבדיקה בהתאם לערך ההיתכנות, כדי לבחור את מכשיר הבדיקה המתאים.

2.2.1 מובן כי המתח המדורג של כבלים ברוב תחנות הכוח הוא 6kV, והאורך הוא בעיקר בתוך 1.5 ק"מ, כדי שנוכל לאמץ את שיטת בדיקת המתח AC הקונבנציונלית. אם נעשה שימוש בשנאי בדיקה 50kV, 20KVA, זרם הפלט המרבי שלו הוא 1000mA. על-פי I = 2 π fuc, לוקח כבל 6kV כדוגמה, הקיבוליות המרבית של הכבל שניתן לבדוק על ידי שנאי בדיקה זה הוא 265nf (F = 50Hz, u = 12kV).

2.2.2 עבור כבלים בעלי קיבולת גדולה, אם מאומצת שיטת בדיקת המתח המקובלת AC עומדת, נדרש שנאי בדיקת קיבולת גדולה, ונדרשת גם קיבולת של וסת מתח ואספקת חשמל. לעתים קרובות קשה לעשות באתר, וזה זמן רב ומייגע להעביר ולמקם מכשירי בדיקה באמצעות כלי רכב גדולים ועגורנים. לכן, אנו משתמשים בשיטת המרת תדר, סדרה או סדרה מקבילה כדי לבצע את בדיקת עמידת המתח של הכבל בהתאם למצב הספציפי.

2.2.3 תדר נמוך במיוחד 0.1Hz לעמוד במבחן מתח:

על פי קיבולת הבדיקה (פורמולה s = wcus2 = 2 Π fus2kva, שבו C-מבחן קיבוליות כבל, ארה"ב – מתח בדיקה, תדר f-power, סין של 50 הרץ), ניתן לראות כי לעומת 50 הרץ מתח, מתח AC 0.1 הרץ צריך 1 / 500 של הכוח של האחרון, כך שהוא יכול לייצר ציוד נייד לשימוש באתר ללא כל בעיה. כיום, שיטה זו משמשת בעיקר במבחן של כבלי מתח בינוני ונמוך.

תרגול השדה מראה כי בדיקת המתח של כבל XLPE עם מתח תדר אולטרה-נמוך של 0.1 הרץ יכולה להיות 1.5-1.8 פעמים של מתח 50 הרץ, שקל יותר למצוא פגמים בבידוד בכבלים מאשר מתח עמידה ב- DC, וקל יותר לחשוף מומים בבידוד מאשר מתח AC של 50 הרץ.

2.2.4 תהודה בתדר משתנה לעמוד במבחן מתח:

מערכת בדיקת תהודה המרת תדר יכול לא רק לענות על הדרישות של כבל XLPE מתח גבוה, אלא גם יש את היתרונות של משקל קל ניידות טובה, אשר מתאים למבחן שדה. הכור הקבוע משמש ככור תהודה כדי לממש תהודה על ידי אפנון תדר. טווח התדרים הוא 30-300hz, אשר תואם cigrewg21.09 "מדריך מומלץ לבדיקת השלמת של מתח גבוה מובלט כבלים מבודדים". מתח AC של תדר חשמל ותדר הספק משוער (30-300hz) מומלץ. סוג זה של מתח AC יכול לשחזר את אותו חוזק שדה כמו זה בתנאי הפעולה. יש לו את היתרונות של שקילות טובה, יעילות גבוהה, ציוד קל ואורך מדגם כמעט בלתי מוגבל.

לסיכום, לאור הקיבולת והנפח הקטנים של ציוד בדיקת תדר החשמל באתר הכבלים, קל לנשיאה ולתפעול, יעיל יותר למצוא פגמים בכבלים מאשר מתח עמידת DC קונבנציונלי, ולכן יש להשתמש בשיטת בדיקת התהודה של תדר החשמל או המרת התדר לבדיקת הקבלה של אתר הכבלים. יתר על כן, התקן תהודה המרת תדר יכול לענות על הדרישות של בדיקת מסירת כבל פוליאתילן מקושר של 10kV ו 220kV ומעלה, ולכן מומלץ כי תהודה המרת תדר לעמוד במתח הוא המועדף.