Riassunto: questo documento analizza le carenze e i problemi del test della tensione di tenuta CC sul cavo XLPE e seleziona il dispositivo di risonanza di conversione di frequenza per il test di tensione di tenuta CA in loco per confronto;
Parole chiave: cavo ad alta tensione, prova di tensione di tenuta CC, prova di tensione di tenuta CA.
prefazione:
I cavi di alimentazione sono spesso utilizzati come linee elettriche per centrali elettriche, sottostazioni e imprese industriali e minerarie. Sono anche comunemente usati quando si attraversano fiumi e ferrovie. Il cavo di alimentazione può essere utilizzato come linee di trasmissione e distribuzione di energia urbana e linee principali nelle imprese industriali e minerarie per ridurre l'occupazione della terra e abbellire l'ambiente. Lo sviluppo della costruzione di energia elettrica guida direttamente lo sviluppo del paese. Nella costruzione di energia elettrica, il cavo di alimentazione gioca un ruolo importante. È amato dagli utenti di energia elettrica a causa della sua piccola influenza del clima esterno, occultamento, durata, elevate prestazioni di isolamento, buone prestazioni di impermeabilità e resistenza agli acidi, forte resistenza alla trazione e alla compressione. Tuttavia, è facile riscontrare alcuni difetti nel processo di utilizzo, come danni meccanici, corrosione del pacchetto di piombo e corrosione eccessiva Invecchiamento termico, ecc. Pertanto, il cavo di alimentazione deve essere testato per guasti nascosti mediante test preventivi di routine per garantire il normale funzionamento del sistema di alimentazione.
Secondo iec840 o cigrewg21.03, lo scopo del test sul campo non è quello di ispezionare la qualità di produzione di cavi o accessori per cavi, che è stata confermata nel test di tipo e in fabbrica. Lo scopo del test di accettazione del completamento del sito è verificare se la posa dei cavi e l'installazione degli accessori sono corrette. Il cavo può essere danneggiato accidentalmente durante il trasporto, la manipolazione, lo stoccaggio, la posa e il riempimento. Secondo iec229, per cavi con spessore della guaina esterna di 2,5 mm o più, viene applicata una tensione CC di 10 kV tra la schermatura del cavo e la terra per 1 minuto. Per la prova della tensione di tenuta dell'isolamento principale del cavo, IEC raccomanda due metodi:
Tensione di tenuta CC: 3u015min; Tensione di tenuta AC: u05min.
La tradizionale apparecchiatura di prova della tensione di tenuta CC presenta i vantaggi di leggerezza, buona mobilità e bassa capacità. Ha un buon effetto applicativo per il cavo isolato con carta oleata, ma per il cavo XLPE è dimostrato che il metodo della tensione di tenuta CC non è adatto in teoria e pratica.
Gli elementi di prova del cavo ad alta tensione specificati nell'articolo 18.0.1 della norma nazionale sono i seguenti:
1. Misurare la resistenza di isolamento;
2. Prova di tensione di tenuta CC e misura della corrente di dispersione;
3. Prova di tensione di tenuta CA;
4. Misurare il rapporto di resistenza della schermatura metallica e del conduttore;
5. Verificare la fase ad entrambe le estremità della linea del cavo;
6. Prova dell'olio d'isolamento del cavo riempito d'olio;
7. Test del sistema di interconnessione incrociata.
Non vi è alcun elemento di prova nella norma nazionale per rilevare l'acqua che entra nel rivestimento interno e nella guaina esterna del cavo
1. Poiché è impossibile rilevare se c'è acqua nello strato interno della guaina esterna del cavo secondo lo standard nazionale, gli elementi di prova aggiuntivi in ciascuna provincia sono i seguenti:
1.1. Giudicare dal rapporto tra la resistenza della copertura in rame e la resistenza del conduttore. Il passo è misurare la resistenza CC dello schermo e del conduttore in rame alla stessa temperatura con un ponte a doppia parete. Quando il rapporto tra il primo e il secondo è superiore a quello prima del funzionamento, indica che la resistenza CC dello strato di schermatura in rame aumenta e lo schermo in rame può essere corroso; quando il rapporto è inferiore a quello prima del funzionamento, indica che la resistenza di contatto del punto di connessione del conduttore nell'accessorio può aumentare. Generalmente, nella prova sul campo, viene misurato il valore della resistenza di isolamento dell'armatura e della schermatura in acciaio e il rapporto di resistenza viene utilizzato per giudicare se la guaina esterna e il rivestimento interno del cavo sono allagati.
1.2. Utilizzare un megaohmmetro per misurare la resistenza di isolamento. I passaggi sono i seguenti: utilizzare un megaohmmetro da 500 V per misurare la resistenza di isolamento della guaina esterna del rivestimento interno del cavo in gomma e plastica. Quando la resistenza di isolamento per chilometro è inferiore a 0,5 megohm, utilizzare i seguenti metodi per giudicare ulteriormente. Utilizzare un multimetro per misurare la resistenza di isolamento. Secondo il principio della batteria primaria, lo strato di metallo, lo strato di armatura ei materiali di rivestimento del cavo in gomma e plastica sono rame, piombo, ferro, zinco e alluminio L'elettrodo e il potenziale di questi metalli sono + 0,334, -0,122, -0,44, -0,76v e -1,33v rispettivamente dopo che l'acqua è entrata nello strato interno della guaina esterna del cavo di plastica in gomma. Il principio è che quando la guaina esterna del cavo di plastica in gomma è danneggiata e l'acqua entra nello strato interno, il potenziale a terra di -0,76 v verrà generato sulla striscia di acciaio zincato dello strato di armatura perché l'acqua di falda è elettrolita . Quando la guaina esterna o il rivestimento interno sono danneggiati e l'acqua penetra, quando la resistenza di isolamento per chilometro è inferiore a 0,5 megohm, utilizzare le sonde positive e negative del multimetro per misurare la resistenza di isolamento dello strato di armatura al suolo o allo strato di armatura alternativamente allo strato di schermatura in rame. A questo punto, la batteria primaria formata nel circuito di misurazione è collegata in serie con la batteria a secco nel multimetro. Quando la combinazione di polarità fa aumentare la tensione, il valore di resistenza misurato è inferiore; al contrario, il valore di resistenza misurato è maggiore. Pertanto, quando la differenza tra i due valori di resistenza di isolamento misurati sopra è grande, indica che la batteria primaria si è formata e si può valutare che la guaina esterna e il rivestimento interno sono stati danneggiati.
Ad esempio, dopo che una guaina di cavo in gomma e plastica è stata danneggiata e smorzata, le resistenze misurate sono rispettivamente di 7 Ka ohm e 55 Ka ohm.
2. Per il test di tenuta alla tensione dei cavi, lo standard nazionale stabilisce che il test di tenuta alla tensione CC e il test di tenuta alla tensione CA devono essere condotti, ma le province locali ne scelgono uno in base alla propria situazione reale. Ora i vantaggi e gli svantaggi dei due vengono confrontati come segue: I cavi XLPE non dovrebbero essere soggetti al test di tenuta alla tensione CC, ma dovrebbero essere soggetti al test di tenuta alla tensione CA.
2.1 Prova di tensione di tenuta CC:
È un principio generale del test ad alta tensione che il campo di tensione di prova applicato sull'oggetto testato dovrebbe simulare le condizioni di funzionamento dell'apparato ad alta tensione. Il test della tensione di tenuta CC è molto efficace per trovare i difetti dei cavi isolati in carta, ma potrebbe non essere efficace per i cavi isolati XLPE e potrebbe anche avere effetti negativi, principalmente nei seguenti aspetti:
2.1.1 la distribuzione del campo elettrico del cavo XLPE sotto tensione CA e CC è diversa. Lo strato isolante XLPE è realizzato in polietilene mediante reticolazione chimica, che appartiene alla struttura isolante integrale, e la sua costante dielettrica è 2,1-2,3, che è meno influenzata dal cambiamento di temperatura. Sotto tensione CA, la distribuzione del campo elettrico nello strato isolante del cavo XLPE è determinata dalla costante dielettrica di ciascun mezzo, ovvero l'intensità del campo elettrico è distribuita in proporzione inversa alla costante dielettrica, che è relativamente stabile. Sotto tensione CC, la distribuzione del campo elettrico nello strato isolante è determinata dalla resistività di volume del materiale ed è distribuita in proporzione positiva e il coefficiente di distribuzione della resistenza di isolamento non è uniforme. In particolare, la distribuzione dell'intensità del campo elettrico CA negli accessori del cavo come il terminale del cavo e la scatola di giunzione è completamente diversa da quella dell'intensità del campo elettrico CC e il meccanismo di invecchiamento dell'isolamento sotto tensione CA è diverso da quello sotto tensione CC. Pertanto, il test della tensione di tenuta CC non può simulare le condizioni di funzionamento del cavo XLPE.
2.1.2 Il cavo XLPE produrrà" accumulo" effetto sotto tensione CC per immagazzinare e accumulare carica residua unipolare. Ci vuole molto tempo per rilasciare la carica residua a causa dell'accumulo di carica durante il test della tensione di tenuta CC. Se il cavo viene messo in funzione prima che la carica residua CC sia completamente rilasciata, la tensione residua CC si sovrapporrà al valore di picco della tensione di frequenza di rete, facendo sì che il valore di tensione sul cavo superi la tensione nominale in condizioni operative, che accelererà l'invecchiamento dell'isolamento, abbreviare la durata del cavo e persino portare alla rottura dell'isolamento.
2.1.3 una debolezza fatale del cavo XLPE è che i rami dell'acqua sono facili da formare nell'isolamento. Sotto la tensione CC, i rami dell'acqua si trasformano rapidamente in rami elettrici e formano una scarica, che accelera il deterioramento dell'isolamento e causa la rottura sotto la tensione della frequenza di rete. Tuttavia, il ramo dell'acqua pura può mantenere un valore di tensione di tenuta considerevole sotto la tensione di lavoro CA per un periodo di tempo.
2.1.4 Il flashover o il guasto durante il test di alta tensione CC in loco possono causare danni al cavo normale e all'isolamento dei giunti. Inoltre, il test della tensione di tenuta CC non è in grado di trovare efficacemente alcuni difetti sotto tensione CA, come danni meccanici o cono di tensione fuori posto negli accessori del cavo. Il luogo in cui l'isolamento è più soggetto a rotture sotto tensione CA spesso non è in grado di rompersi sotto tensione CC. Sotto tensione CC, la rottura dell'isolamento si verifica spesso nel punto in cui l'isolamento normalmente non si rompe in condizioni di lavoro CA.
2.2 Prova di tensione di tenuta AC:
Poiché il test della tensione di tenuta CC non può simulare l'intensità del campo operativo del cavo isolato XLPE e non può ottenere l'effetto del test previsto, si considera l'utilizzo del test ad alta tensione CA. A causa dei diversi valori di capacità dei cavi, dovremmo prima misurare il valore di capacità del cavo di alimentazione prima del test e calcolare la corrente capacitiva sotto la tensione di prova in base al valore di capacità, in modo da selezionare lo strumento di prova appropriato.
2.2.1 Resta inteso che la tensione nominale dei cavi nella maggior parte delle centrali elettriche è di 6 kV e la lunghezza è per lo più entro 1,5 km, quindi possiamo adottare il metodo di prova della tensione di tenuta CA convenzionale. Se viene utilizzato un trasformatore di prova da 50 kV e 20 kVA, la sua corrente di uscita massima è 1000 mA. Secondo I=2πfuc, prendendo come esempio un cavo da 6kV, la capacità massima del cavo che può essere testata da questo trasformatore di prova è 265nf (F=50Hz, u=12kV).
2.2.2 per alcuni cavi di grande capacità, se viene adottato il metodo di prova della tensione di tenuta CA convenzionale, è necessario un trasformatore di prova di grande capacità e anche la capacità del regolatore di tensione e dell'alimentatore. Spesso è difficile da fare in loco ed è dispendioso in termini di tempo e laborioso trasportare e posizionare strumenti di prova utilizzando grandi veicoli e gru. Pertanto, utilizziamo il test di conversione di frequenza, il metodo di risonanza parallela in serie o in serie per eseguire il test di tenuta alla tensione del cavo in base alla situazione specifica.
2.2.3 Prova di resistenza alla tensione di 0,1 Hz a frequenza ultra bassa:
In base alla capacità del test (formula s=wcus2=2Πfus2kva, dove la capacità del cavo del test C, la tensione di test USA, la frequenza di alimentazione f, la Cina' s 50 Hz), si può vedere che rispetto alla tensione di 50 Hz , La tensione AC di 0,1 Hz richiede 1/500 della potenza di quest'ultimo, quindi può produrre apparecchiature portatili per l'uso in loco senza alcun problema. Attualmente, questo metodo è utilizzato principalmente nel test di cavi di media e bassa tensione.
La pratica sul campo dimostra che il test della tensione di tenuta del cavo XLPE con una tensione a frequenza ultra bassa di 0,1 Hz può essere 1,5-1,8 volte la tensione di 50 Hz, il che è più facile trovare difetti di isolamento del cavo rispetto alla tensione di tenuta CC e più facile esporre i difetti di isolamento di tensione CA di 50 Hz.
2.2.4 prova di tensione di resistenza alla risonanza a frequenza variabile:
Il sistema di test di risonanza con conversione di frequenza non solo può soddisfare i requisiti del cavo XLPE ad alta tensione, ma presenta anche i vantaggi di leggerezza e buona mobilità, che è adatto per il test sul campo. Il reattore fisso viene utilizzato come reattore di risonanza per realizzare la risonanza mediante modulazione di frequenza. La gamma di frequenza è 30-300 Hz, che è conforme a cigrewg21.09" guida consigliata per il test di completamento dei cavi isolati estrusi ad alta tensione" ;. Si consiglia la tensione CA della frequenza di rete e la frequenza di alimentazione approssimativa (30-300 Hz). Questo tipo di tensione CA può riprodurre la stessa intensità di campo di quella in condizioni di funzionamento. Presenta i vantaggi di una buona equivalenza, alta efficienza, attrezzatura leggera e lunghezza del campione quasi illimitata.
Per riassumere, in considerazione della piccola capacità e del volume delle apparecchiature di test della frequenza di alimentazione sul sito del cavo, facili da trasportare e utilizzare, è più efficace trovare i difetti del cavo rispetto alla tensione di tenuta CC convenzionale, quindi la frequenza di alimentazione o la conversione di frequenza Il metodo del test di risonanza deve essere utilizzato per il test di accettazione del completamento del sito del cavo. Inoltre, il dispositivo di risonanza a conversione di frequenza può soddisfare i requisiti del test di handover del cavo in polietilene reticolato di 10 kV e 220 kV e oltre, quindi si consiglia di preferire la tensione di resistenza alla risonanza della conversione di frequenza.