Испытание кабеля VLF — почему кабель среднего напряжения испытывают на частоте 0,1 Гц вместо промышленной частоты после прокладки или ремонта

Руководство об измерении частичных разрядов (PD) и tan-delta описывает диагностическое измерение, оценивающее состояние кабеля среднего напряжения без намеренного нагружения изоляции до предела. Эта статья посвящена другому виду испытания того же кабеля: испытанию кабеля VLF (very low frequency) — испытанию на электрическую прочность (withstand test), выполняемому после прокладки, ремонта или монтажа кабельной муфты или концевой заделки для подтверждения того, что кабель способен выдержать повышенное напряжение в течение заданного времени без пробоя. Ведущим международным руководящим документом для этого является IEEE 400.2, описывающий испытания и диагностику VLF для кабелей среднего напряжения с экструдированной изоляцией.

Почему нельзя просто испытывать на промышленной частоте

Наиболее очевидный способ испытать кабель — приложить повышенное напряжение на нормальной промышленной частоте (50 Гц) — сопоставимо с нормальной эксплуатацией, но на более высоком уровне. Проблема заключается в ёмкостной нагрузке: протяжённый кабель среднего напряжения обладает значительной ёмкостью, и ток, необходимый для заряда и разряда этой ёмкости на промышленной частоте (реактивный зарядный ток), возрастает пропорционально частоте. Для достаточно длинного кабеля испытательному трансформатору на 50 Гц потребовалась бы непрактично большая и тяжёлая мощность лишь для обеспечения этого зарядного тока — что непригодно для переносного, полевого испытательного комплекта.

Принцип: то же напряжение, значительно более низкая частота

Прикладывая испытательное напряжение на сильно сниженной частоте — обычно 0,1 Гц, что в 500 раз ниже промышленной частоты, — необходимый зарядный ток (а значит, и необходимая испытательная мощность) для той же ёмкости кабеля пропорционально снижается. Это делает возможным компактный переносной испытательный комплект, который всё же способен довести кабель значительной протяжённости до актуального испытательного напряжения. При этой низкой частоте изоляция кабеля всё ещё нагружается сопоставимой напряжённостью электрического поля, как и на промышленной частоте — именно напряжение, а не сама частота, нагружает материал изоляции.

Распространённые формы сигнала

IEEE 400.2 признаёт несколько типов формы сигнала для испытательного напряжения VLF:

• Синусоидальный VLF: плавное синусоидальное напряжение на 0,1 Гц — наиболее близкое к форме нормального рабочего напряжения, но обычно требует самого тяжёлого испытательного оборудования. Традиционно применяется к кабелям примерно до 69 кВ; редакция 2024 года расширила область применения руководства на кабели номинальным напряжением от 5 кВ и выше, отменив прежнюю фиксированную верхнюю границу.
• Косинусно-прямоугольный VLF: форма сигнала, быстро переключающаяся между двумя полярностями и удерживающая между переключениями почти постоянное напряжение, что позволяет испытательному комплекту обходиться значительно меньшей мощностью, чем при чисто синусоидальной форме сигнала.
• Затухающее переменное напряжение (damped AC, DAC): резонансный разряд, дающий кратковременную затухающую синусоидальную форму сигнала, часто сочетаемый с одновременным измерением частичных разрядов.

Испытательное напряжение и продолжительность

Испытание кабеля VLF на электрическую прочность обычно выполняется при испытательном напряжении порядка от 2,5 до 3 раз номинального фазного напряжения кабеля относительно земли, в течение периода от 15 до 60 минут (с 30 минутами в качестве обычного значения по умолчанию) — достаточно долго, чтобы довести маргинальный дефект, возникший при прокладке или ремонте (повреждённую изоляцию, загрязнение, неправильно смонтированную муфту или концевую заделку), до пробоя прежде, чем кабель будет введён в эксплуатацию, не нагружая при этом излишне исправную изоляцию правильно проложенного кабеля.

Примечание: точное испытательное напряжение, продолжительность и форма сигнала следуют из применимого стандарта, уровня напряжения и типа изоляции конкретного кабеля, а также из того, идёт ли речь об испытании после новой прокладки или после ремонта (для которого обычно действует более низкое испытательное напряжение, чем для новой прокладки); эта статья описывает принцип, а не готовую таблицу испытаний для каждого кабеля.

Практическая значимость

После ремонта кабеля среднего напряжения (например, после локализации и устранения повреждения кабеля, см. руководство о поиске повреждения с помощью моста Муррея) вновь смонтированная муфта или концевая заделка всегда должна быть проверена испытанием кабеля VLF на электрическую прочность прежде, чем кабель будет возвращён в эксплуатацию — визуально корректно выглядящий ремонт всё ещё может содержать скрытый дефект монтажа, который проявляется только при повышенном испытательном напряжении.

Типичные ошибки

1. Возврат кабеля в эксплуатацию после ремонта без испытания на электрическую прочность — визуально корректно выглядящая муфта или концевая заделка может содержать скрытый дефект монтажа, который пробивается только при повышенном напряжении.
2. Применение испытательного напряжения или продолжительности стандарта для новой прокладки к ситуации ремонта, или наоборот — обе ситуации обычно имеют разные, специально предназначенные для них испытательные уровни.
3. Смешивание испытания на электрическую прочность VLF с диагностикой PD или tan-delta — испытание на электрическую прочность подтверждает, что изоляция выдерживает заданное напряжение в течение заданного времени, но, в отличие от измерений PD или tan-delta, не даёт количественной тенденции состояния изоляции во времени.
4. Неучёт уже подключённых принадлежностей кабеля (муфт, концевых заделок) при испытании VLF — испытывается вся цепь кабеля и принадлежностей целиком, поэтому слабое место в принадлежности может привести к отказу при испытании даже в остальном исправного кабеля.

Связанные материалы

• Измерение частичных разрядов (PD) и tan-delta на кабелях СН
• Конус выравнивания поля при концевой заделке кабеля среднего напряжения
• Кабельные муфты — подземные соединения и ремонты кабелей
• Поиск повреждения кабеля с помощью моста Муррея