От инж. Игнасио Хортал Роблес
SebaKMT Испания
представляван в Аржентина от Grupo Equitécnica Hertig

Остатъчни товари преди изпитването | Остатъчни натоварвания след теста: ефективно намаляване на секцията за изолация на кабела

DC

Изпитването на кабели със средно и високо напрежение традиционно се ограничаваше до изпитване с постоянен ток. Тази технология е ефективна за кабели с маслена хартия (PILC), но е доказано, че тя може да бъде неефективна и дори вредна за полимерно изолирани кабели (XLPE –EPR).

редактори

  • Стойността на високо напрежение, необходима за теста, може да причини повреда на кабела и да ускори стареенето му в определени сегменти на изолацията.
  • Дългият период на излагане на високи постояннотокови напрежения генерира остатъчни космически заряди, които могат да се разглеждат като RC компоненти с постоянна време от няколко часа и дори дни. Тези космически заряди изчезват много бавно, взаимодействайки с електрическите полета на работното напрежение след пускането на кабела в експлоатация, причинявайки неконтролирана дефектна повреда.
  • Друг проблем е използването в инсталации със серен хексафлуорид (SF6). Тук постоянният ток причинява статични заряди върху праха и върху частиците, съществуващи в системите SF6, като ги отстранява и утаява като цяло на дъното, причинявайки диелектрична слабост на изолационния газ.

Променлив ток при 50 Hz

Променливият ток за полимерни кабели е най-ефективният тест поради неговата промяна на полярността, която предотвратява създаването на космически заряди в изолацията.
Изпитването с променлив ток при честота на мрежата е сравнително лесно да се извърши чрез използване на трансформатори, но голямата реактивна загуба на кабела налага да се проектират системи с огромно тегло, размери и консумация на енергия. Следователно мобилността на системата в повечето случаи е ограничена и изисква използването на камиони и открити пространства за високо напрежение.
Мощността, необходима за тестване на 12-20 kV кабел с 2 μ, F капацитет и променливо напрежение от 3 Uo е приблизително 1 MVA.
Въз основа на уравнението за изчисляване на мощността на трансформатор за система за изпитване на променлив ток, която има способността да тества 2μ кабел, F-132 kV, имаме:
S = VI = 2 πfCV 2 * 10 * E-12

S: мощност на трансформатора
V: Максимално Uo
I: Ток в ампери
f: мрежова честота херц

S = 2π * 50 Hz * 2 μF * 190 kV2 * 10 * E-12 = 22,68 MVA

Променлив ток с променлива честота

Използваните нива на напрежение и честота са сравними с тези при изпитването на променлив ток при 50 Hz, той работи при честоти, които варират от 30 до 300 Hz. При честоти над 300 Hz те причиняват много големи реактивни загуби, които водят до прегряване на системните компоненти.
Резонансната технология рециклира значителна част от енергията, като по този начин намалява общото потребление в сравнение с теста при 50 Hz, въпреки че това все още е високо. Добавяйки на свой ред огромните размери и тегло, става трудно да се извърши резонансният тест на смесени кабели. Цената на теста е твърде висока поради времето, човешките ресурси, използваните средства за транспортирането му и генераторния комплект, необходим за провеждане на теста.
Мощността, необходима за тестване на 132 kV кабел с 2.5 μ, F капацитет при 2.5 Uo AC е приблизително 14.3 MVA

Променлив ток към OWTS

Задействане на вълни с променлив ток при резонансни честоти от 20 до 500 Hz. Проводникът се зарежда до необходимото напрежение и след това се поставя паралелно с намотка с фиксирана стойност, произвеждайки амортизирана трептяща вълна въз основа на капацитета на проводника и състоянието на неговата изолация.
Този тип изпитване не е бил използван поради липсата на оборудване, което да се извършва на място, но в момента това оборудване вече съществува, което се проучва отблизо от Института по електрическо и електронно инженерство (IEEE).
Те имат предимството, че са много леки, средни и с ниско потребление на оборудване (максимум 600 W).

Променлив ток VLF 0,1 Hz

Тестът с променлив ток от 0,1 Hz, наречен „VLF“ (много ниска честота), избягва поляризация на полимерните изолации и следователно в това се образуват пространствените заряди. Друга важна причина е намаляването на размера, теглото и неговата консумация на енергия, което прави провеждането на полевия тест много лесно и икономично.
Въз основа на уравнението за изчисляване на мощността на трансформатор за система за изпитване на променлив ток, която има способността да тества 2μ кабел, F-132 kV, имаме:
S = 2π * 0,1 Hz * 2 μ, F * 190 kV 2 * 10 * E-12 = 0,04536 MVA = 45,36 kVA

Единственото изискване, необходимо за спазване на този тест, е да говорим за променлив ток и с фиксирана честота от 0,1 Hz. Честотата му трябва да е независима от капацитета на кабела.
Международните стандарти IEEE 440.2 и IEC 60060-3 и немските стандарти VDE 0276-620 и VDE 0276-621 (HD 0620/0621), събират следните VLF форми на вълната:

  • VLF с правоъгълна косинусова форма
  • Синусовиден VLF

Косинус: синусоида, която започва от 90 или 270º | Правоъгълен косинус: косинусова вълна с малък компонент на постоянен ток

Как се получава правоъгълна консинусна вълна?

Системата, която генерира тази форма на вълната, по същество се състои от източник на постоянен ток с високо напрежение, преобразувател от постоянен към променлив ток (VLF). Преобразувателят се състои от бобина с високо напрежение и диоден токоизправител, който променя полярността на напрежението на тествания кабел на всеки 5 секунди, като по този начин произвежда вълна на променлив ток при 0,1 Hz. Резонансната верига, образувана от бобината с високо напрежение и кондензатор успоредно с капацитета на кабела, осигурява промяната на тази синусоидална полярност.
Използването на резонансна верига за промяна на полярността на напрежението използва повторно енергията, съхранявана в проводника. Само загубите от течове в изолацията водят до захранване на кабела при промяна на полярността. При всички тестове се прави опит да се гарантира, че тестът е максимално верен на условията на работа на обекта, който ще се тества. В този случай говорим за кабел, който работи със синусоидално напрежение на променлив ток при 50 Hz.

  • Както знаем, синусоида и косинус вълна са безразлични към електрическия проводник, това просто предполага различен начален фазов ъгъл (-90 ° или 270).
  • Видяхме, че при 50 Hz практически не е възможно да се тестват кабели, затова прибягваме до честота от 0,1 Hz.
  • Също така е забележимо, че вълна при 50 Hz подлага кабела на пиковото му напрежение повече от 0,1 Hz:

- 50 Hz: 100 пъти в секунда, 360 000 пъти в час.
- 0,1 Hz: 0,2 пъти в секунда, 720 пъти в час.

Но всъщност това, което търсим, е форма на вълната, която произвежда прекъсване в слабата или критична точка на кабела, без да причинява допълнителни щети. Поради проведените проучвания е потвърдено, че повредите в кабела възникват при промяна на полярността, особено от положителна към отрицателна.

Фигура 3 | Фигура 4

Как можем да симулираме най-точно вълната на мрежата?

  • Оборудването има по-малко реактивни загуби и следователно е по-малко тежко и използва по-малко енергия.
  • Тестовете при 50 Hz са при 2 Uo (ефективно) и с тази форма на вълната: тест с правоъгълна косинусова вълна 3 * Uo (ефективно) ≈

Тест при 50 Hz 2 * Uo (rms)
Както може да се види от фигури 5 до 14, промяната в поляризацията на правоъгълната косинусова вълна е същата като тази на 50 Hz вълна. Изявление, което не може да се каже за синусоидалната вълна.
Накрая наблюдаваме как е правоъгълната косинусова вълна: 3 * Uo (ефективно) ≈ 50 Hz вълна 2 * Uo (ефективно) .

Фигури 5 и 6

Защо е правоъгълната косинусова вълна?

В допълнение към натрупания опит в областта и изследванията и научните резултати, базирани на тези практически приложения, залагаме на правоъгълната косинусова вълна по следните причини:

Управление на данните: всички стойности, включени в теста, се съхраняват и могат да бъдат експортирани към компютър.

Фигури 7, 8, 9, 10, 11 и 12

Що се отнася до симетрията, може да се изясни, че в момента има два модела VLF: базови серии и плюс серии (първият компенсира само загубите на кабели при промяната от отрицателна към положителна поляризация) и че 80% от оборудването, разпределено от целия свят са базови серии и няма изследване, което да казва, че тяхната асиметрия в отрицателния период поради възможни загуби на кабели са вредни. От своя страна, серията плюс е напълно симетрична, защото компенсира загубите на кабела при всички промени в поляризацията.

Фигури 11, 12, 13 и 14