СИСТЕМА ИСПЫТАНИЯ КАБЕЛЯ НА ВЫДЕРЖИМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Стандартные испытания по IEC 60502-2 экструдированных кабелей среднего напряжения включают в себя испытание переменным напряжением, в 2.5–3.5 раза превышающим номинальное фазно-земное напряжение U0. Для кабеля 11 кВ (U0 ≈ 6.35 кВ) напряжение составляет примерно 16–22 кВ и прикладывается в течение пяти минут; для кабеля 33 кВ (U0 ≈ 19 кВ) стандартное испытательное напряжение повышается до 48–67 кВ в течение того же времени. Типовые испытания длятся дольше — обычно 30 минут для кабелей IEC 60840 в диапазоне 30–150 кВ и один час для кабелей IEC 62067 выше 150 кВ. Системы резонанса с переменной частотой DEMIKS генерируют испытательное напряжение на частоте 20–300 Гц, достаточно близкой к рабочей частоте кабеля, чтобы реалистично нагрузить изоляцию, но с гораздо меньшей мощностью источника питания, чем потребовалось бы при испытаниях на частоте 50/60 Гц.

Низкочастотный (VLF, около 0.1 Гц) режим определяется в стандарте IEEE 400.2 для полевых испытаний установленных кабелей среднего напряжения до 69 кВ. Он портативен и энергоэффективен, поскольку потребляемая мощность зависит от частоты (P = 2π f C V²), поэтому снижение частоты с 50/60 Гц до 0.1 Гц уменьшает потребность в питании примерно в 600 раз. Это делает VLF отличным инструментом для диагностики на месте и приемки после установки, но он не является стандартом для заводских плановых и типовых испытаний новых кабелей XLPE. Стандарты IEC 60840 и IEC 62067 ожидают выдерживаемого напряжения переменного тока, близкого к рабочей частоте, что в точности соответствует характеристикам последовательного резонанса с переменной частотой 20–300 Гц, с низким частичным разрядом для работы, критически важной с точки зрения чувствительности, и разумными габаритами по сравнению с системами на основе трансформаторов 50/60 Гц.

Традиционным методом испытания кабелей с бумажной изоляцией было испытание постоянным напряжением, однако исследования последних двух десятилетий показали, что постоянное напряжение вводит пространственные заряды глубоко в изоляцию из сшитого полиэтилена (XLPE). Эти заряды сохраняются после завершения испытания и действуют как концентраторы напряжения, которые могут сократить оставшийся срок службы кабеля, особенно в случае изношенной полимерной изоляции. Поэтому современные рекомендации IEEE и IEC рекомендуют использовать переменное напряжение (резонанс с переменной частотой или VLF) для XLPE, а постоянный ток используется для проверки целостности оболочки и для устаревших цепей среднего напряжения с бумажной изоляцией. Компания DEMIKS поставляет высокочастотные импульсные высоковольтные тестеры постоянного тока для этих узкоспециализированных задач, но система резонанса переменного тока является рекомендуемым основным инструментом для любого завода по производству кабелей XLPE.

Стандарт IEC 60270 устанавливает рамки, а стандарты IEC 60840 и IEC 62067 применяют их: стандартные испытания на частичные разряды в экструдированных кабелях требуют чувствительности измерения 10 пКл или лучше; типовые испытания требуют 5 пКл или лучше. Разряды выше уровня шума измерительной системы недопустимы в новом высоковольтном кабеле. Импульсно-токовые детекторы частичных разрядов DEMIKS работают с чувствительностью ≤0.5 пКл в экранированном испытательном отсеке, что оставляет достаточный запас как ниже пороговых значений стандартных, так и типовых испытаний для характеристики микродефектов, а не только для обнаружения крупных. После установки, включая соединения и концевые муфты, критерий приемлемости обычно расширяется до 100–300 пКл при U0 — полезная граница, которую следует учитывать при сравнении заводских и полевых результатов.

Метод обнаружения частичных разрядов импульсным током в соответствии со стандартом IEC 60270 измеряет кажущийся заряд каждого разряда в пикокулонах, используя разделительный конденсатор и измерительное сопротивление для вывода сигнала разряда из тестируемого объекта. Он количественно определяет величину разряда и дает фазово-разрешенную картину, которая позволяет оператору отличать внутренние пустоты от поверхностного трекинга. Ультразвуковое обнаружение частичных разрядов регистрирует акустическое излучение от того же разряда с помощью широкополосного преобразователя (обычно 20–200 кГц), и его преимущество заключается в определении местоположения, а не в количественной оценке — он точно определяет, какой контакт или клемма разряжается, с точностью до нескольких сантиметров. Эти два метода не являются взаимозаменяемыми; в реальной программе тестирования кабеля импульсный ток количественно определяет дефект, а ультразвук — его локализует.

Нет — IEEE 400.2-2024 — это руководство по полевым испытаниям установленных экранированных кабельных систем от 5 кВ до 69 кВ с использованием СНЧ-напряжения в качестве источника питания. Оно не регулирует заводские стандартные и типовые испытания новых кабелей. Для заводских испытаний кабелей XLPE регулирующими документами являются IEC 60840 (30–150 кВ), IEC 62067 (выше 150 кВ) и IEC 60502 (1–30 кВ). IEEE 400.2-2024 по-прежнему актуален для производителя кабелей по двум причинам: потребители электроэнергии могут указывать допустимое СНЧ-напряжение после установки, поэтому производителю необходимо знать полевые напряжения и продолжительность воздействия на его кабель; и в издание 2024 года добавлены расчеты устойчивости тангенса угла диэлектрических потерь (SDev) при 0.5 U0, которые все чаще встречаются в договорах на ввод в эксплуатацию.

Для последовательности испытаний типа IEC 60840 на кабеле XLPE 110 кВ фаза испытания на выдерживаемое переменное напряжение обычно длится 30 минут при заданном испытательном напряжении, при этом измерение частичных разрядов (ЧР) выполняется при повышенном напряжении, а затем снова при U0. С учетом времени повышения напряжения, регистрации ЧР и задержки срабатывания, полная электрическая последовательность обычно укладывается в 90 минут на фазу, и трехфазный кабель обычно тестируется пофазно относительно земли. Стандартные испытания на производственных участках короче — пять минут испытания на выдерживаемое переменное напряжение плюс проверка ЧР, что подходит для испытаний на разрыв в линии. Резонанс с переменной частотой сокращает мертвое время между фазами, поскольку испытательный стенд автоматически перенастраивается на каждую новую емкость, а не полагается на вручную пересобранный трансформаторный комплект 50/60 Гц.

Да, не от одного прибора, а от единой интегрированной линейки. Программа испытаний кабелей DEMIKS использует четыре подсистемы, которые совместно используют управление, блокировку безопасности и программное обеспечение: резонанс на промышленной частоте и с переменной частотой для испытания на выдерживаемое переменное напряжение от 6 кВ до 500 кВ и выше; обнаружение импульсных токов и ультразвуковых частичных разрядов в паре с источником переменного тока; генераторы импульсов молнии и коммутации до 1500 кВ пикового значения для типовых испытаний кабелей выше 110 кВ; и высокочастотный коммутационный источник постоянного тока для испытания оболочки и устаревших цепей среднего напряжения. Преимущество одного поставщика для всех четырех подсистем заключается в закупках, обучении и вводе в эксплуатацию — один цикл калибровки, один интерфейс оператора, один гарантийный отдел вместо четырех.

Системы DEMIKS разработаны в соответствии со стандартами IEC 60840 для кабелей в диапазоне 30–150 кВ, IEC 62067 для кабелей выше 150 кВ, IEC 60502-1/-2 для кабелей низкого и среднего напряжения, IEC 60270 для измерения частичных разрядов, IEC 60060-1/-2 для общих методов испытаний и измерительных систем высокого напряжения, IEC 61083-1/-2 для импульсных измерительных приборов, IEEE 400.2-2024 для эталонных полевых испытаний СНЧ, GB/T 12706 для китайских национальных стандартов испытаний кабелей и ISO 9001:2015 для управления качеством. Каждая подсистема поставляется с техническим паспортом соответствия, в котором сопоставляется выполняемое ею испытание с соответствующим пунктом этих стандартов.