Измерение частичных разрядов (PD) и тангенса угла потерь на кабелях СН — выявление развивающегося дефекта до возникновения повреждения

Руководство об обнаружении места повреждения кабеля мостом Мюррея и руководство об обнаружении места повреждения кабеля методом TDR рассматривают, как определяется место уже произошедшего повреждения кабеля. Эта статья рассматривает принципиально иной вид диагностики: методы, выявляющие развивающийся дефект изоляции до того, как он приведёт к реальному повреждению.

Что такое частичный разряд?

Частичный разряд (PD) — это небольшой электрический разряд, возникающий в части изоляции — например, в газонаполненной полости, вокруг загрязнения или в месте резкой концентрации поля — без перекрытия разрядом полной изоляции между проводником и землёй (отсюда "частичный"). Такие полости и концентрации поля чаще встречаются в изготавливаемых вручную кабельных муфтах и концевых заделках (см. связанное руководство), чем в заводском экструдированном кабельном материале, поэтому муфты и концевые заделки часто являются наиболее вероятным местом источника PD. Со временем устойчивая активность PD постепенно разрушает изоляцию (электрическое триинг-развитие, "treeing"), что в итоге может привести к полному пробою.

Измерение PD согласно IEC 60270

IEC 60270 описывает стандартизированный метод измерения частичных разрядов: через ёмкостную связь с высоковольтной цепью, с блокирующим импедансом, измеряется кажущийся заряд каждого разряда, выраженный в пикокулонах (пКл). Это измерение может выполняться как оффлайн (кабель обесточивается и питается отдельно, обычно от источника VLF), так и онлайн (кабель остаётся в работе, с использованием неинвазивных датчиков, таких как высокочастотный трансформатор тока, HFCT); при правильной измерительной установке место источника PD вдоль кабеля также можно определить с помощью анализа разности времени.

VLF тангенс угла потерь: дополнительный, объёмно-ориентированный показатель

Наряду с измерением PD часто также измеряют тангенс угла потерь (коэффициент диэлектрических потерь), обычно с использованием источника сверхнизкой частоты (VLF, обычно около 0,1 Гц). Тангенс угла потерь оценивает общее старение изоляции в целом, а не отдельные места дефектов: измерение обычно выполняется на нескольких уровнях напряжения (например, 0,5×U0, 1,0×U0 и 1,5×U0, где U0 — номинальное фазное напряжение относительно земли), и явное увеличение тангенса угла потерь при увеличении напряжения ("tip-up") указывает на начало активности PD в изоляции. Измерение PD и тангенса угла потерь поэтому часто выполняются совместно: тангенс угла потерь даёт общую картину состояния кабеля, тогда как измерение PD позволяет локализовать конкретный дефект.

Почему это предиктивный, а не реактивный подход

Существенное отличие от методов моста Мюррея и TDR — в последовательности: эти методы применяются после того, как кабель уже вышел из строя, чтобы быстро найти место повреждения для начала раскопок или ремонта. Измерения PD и тангенса угла потерь, напротив, выполняются до возникновения повреждения, как периодическая диагностика на кабеле, который всё ещё полностью функционирует, чтобы выявить развивающийся дефект и устранить его целенаправленно (например, в конкретной муфте) или запланировать замену, прежде чем этот дефект приведёт к неожиданному отключению.

Внимание: интерпретация измеренного уровня PD (в пКл) как "тревожного" или "приемлемого" сильно зависит от типа кабеля, класса напряжения и измерительной установки и требует опыта и справочных данных; абсолютного порогового значения в пКл, одинаково применимого к каждому кабелю и каждому методу измерения, не существует.

Почему тенденция важнее одного измерения

Единичное, изолированное измерение PD с повышенным значением не означает автоматически острый риск отказа — некоторые дефекты развиваются годами, другие быстрее. Растущая тенденция по последовательным, периодическим измерениям одной и той же кабельной муфты или одного и того же кабельного участка является значительно более сильным индикатором реально прогрессирующего дефекта, чем единичный снимок, и служит основой для программы предиктивного обслуживания кабелей среднего напряжения.

Практическая значимость

При периодической оценке состояния кабельной сети среднего напряжения целесообразно применять измерения PD и/или тангенса угла потерь в дополнение к обычным испытаниям на выдерживаемое напряжение, особенно на старых кабельных трассах или в местах с известными муфтами и концевыми заделками, и систематически фиксировать результаты, чтобы тенденция по последовательным измерениям становилась видимой, а не оценивать каждое измерение изолированно.

Частые ошибки

1. Путаница измерения PD с обнаружением места повреждения кабеля (мост Мюррея/TDR) — измерение PD выявляет ещё не произошедший, развивающийся дефект; мост Мюррея и TDR локализуют уже произошедшее повреждение.
2. Выполнение измерений PD или тангенса угла потерь без фиксации базового измерения для последующего сравнения тенденций — без справочных данных последующее измерение трудно интерпретировать.
3. Рассмотрение одного повышенного измерения PD само по себе как доказательства острого риска отказа — растущая тенденция по нескольким измерениям является значительно более сильным индикатором, чем единичное измерение.
4. Отсутствие различия между возможностями онлайн- и оффлайн- измерения при планировании измерения — кабель, который нельзя обесточить, требует онлайн-метода измерения (например, HFCT), а не оффлайн-установки VLF.

Связанные материалы

• Обнаружение места повреждения кабеля мостом Мюррея
• Обнаружение места повреждения кабеля методом TDR (рефлектометрия во временной области)
• Материал изоляции кабеля (PVC/XLPE/EPR) и рабочая температура
• Кабельные муфты — подземные соединения