Вимірювання часткових розрядів (PD) і тангенса кута втрат на кабелях СН — виявлення розвиненого дефекту до виникнення пошкодження

Посібник про виявлення місця пошкодження кабелю мостом Мюррея і посібник про виявлення місця пошкодження кабелю методом TDR розглядають, як визначається місце вже виниклого пошкодження кабелю. Ця стаття розглядає принципово інший вид діагностики: методи, що виявляють розвинений дефект ізоляції до того, як він призведе до реального пошкодження.

Що таке частковий розряд?

Частковий розряд (PD) — це невеликий електричний розряд, що виникає в частині ізоляції — наприклад, у газонаповненій порожнині, навколо забруднення чи в місці різкої концентрації поля — без перекриття розрядом повної ізоляції між провідником і землею (звідси "частковий"). Такі порожнини та концентрації поля частіше зустрічаються в виготовлених вручну кабельних муфтах і кінцевих заділках (див. пов'язаний посібник), ніж у заводському екструдованому кабельному матеріалі, тому муфти й кінцеві заділки часто є найбільш ймовірним місцем джерела PD. З часом стійка активність PD поступово руйнує ізоляцію (електричне триінг-розвинення, "treeing"), що зрештою може призвести до повного пробою.

Вимірювання PD згідно з IEC 60270

IEC 60270 описує стандартизований метод вимірювання часткових розрядів: через ємнісний зв'язок із високовольтним колом, з блокуючим імпедансом, вимірюється удаваний заряд кожного розряду, виражений у пікокулонах (пКл). Це вимірювання може виконуватися як офлайн (кабель знеструмлюється і живиться окремо, зазвичай від джерела VLF), так і онлайн (кабель залишається в роботі, з використанням неінвазивних датчиків, таких як високочастотний трансформатор струму, HFCT); при правильному вимірювальному налаштуванні місце джерела PD уздовж кабелю також можна визначити за допомогою аналізу різниці часу.

VLF тангенс кута втрат: додатковий, об'ємно-орієнтований показник

Поряд із вимірюванням PD часто також вимірюють тангенс кута втрат (коефіцієнт діелектричних втрат), зазвичай із використанням джерела наднизької частоти (VLF, зазвичай близько 0,1 Гц). Тангенс кута втрат оцінює загальне старіння ізоляції в цілому, а не окремі місця дефектів: вимірювання зазвичай виконується на кількох рівнях напруги (наприклад, 0,5×U0, 1,0×U0 і 1,5×U0, де U0 — номінальна фазна напруга відносно землі), і явне збільшення тангенса кута втрат при збільшенні напруги ("tip-up") вказує на початок активності PD в ізоляції. Вимірювання PD і тангенса кута втрат тому часто виконуються разом: тангенс кута втрат дає загальну картину стану кабелю, тоді як вимірювання PD дозволяє локалізувати конкретний дефект.

Чому це предиктивний, а не реактивний підхід

Суттєва відмінність від методів моста Мюррея і TDR — у послідовності: ці методи застосовуються після того, як кабель вже вийшов з ладу, щоб швидко знайти місце пошкодження для початку розкопок чи ремонту. Вимірювання PD і тангенса кута втрат, навпаки, виконуються до виникнення пошкодження, як періодична діагностика на кабелі, що все ще повністю функціонує, щоб виявити розвинений дефект і усунути його цілеспрямовано (наприклад, у конкретній муфті) чи запланувати заміну, перш ніж цей дефект призведе до несподіваного відключення.

Увага: інтерпретація виміряного рівня PD (у пКл) як "тривожного" чи "прийнятного" сильно залежить від типу кабелю, класу напруги та вимірювального налаштування і потребує досвіду та довідкових даних; абсолютного порогового значення в пКл, однаково застосовного до кожного кабелю і кожного методу вимірювання, не існує.

Чому тенденція важливіша за одне вимірювання

Одиничне, ізольоване вимірювання PD із підвищеним значенням не означає автоматично гострий ризик відмови — деякі дефекти розвиваються роками, інші швидше. Зростаюча тенденція за послідовними, періодичними вимірюваннями однієї й тієї ж кабельної муфти чи однієї й тієї ж кабельної ділянки є значно сильнішим індикатором реально прогресуючого дефекту, ніж одиничний знімок, і слугує основою для програми предиктивного обслуговування кабелів середньої напруги.

Практична значущість

При періодичній оцінці стану кабельної мережі середньої напруги доцільно застосовувати вимірювання PD та/або тангенса кута втрат на додаток до звичайних випробувань на витримувану напругу, особливо на старіших кабельних трасах чи в місцях з відомими муфтами й кінцевими заділками, і систематично фіксувати результати, щоб тенденція за послідовними вимірюваннями ставала видимою, а не оцінювати кожне вимірювання ізольовано.

Часті помилки

1. Плутанина вимірювання PD з виявленням місця пошкодження кабелю (міст Мюррея/TDR) — вимірювання PD виявляє ще не виниклий, розвинений дефект; міст Мюррея і TDR локалізують вже виникле пошкодження.
2. Виконання вимірювань PD чи тангенса кута втрат без фіксації базового вимірювання для подальшого порівняння тенденцій — без довідкових даних подальше вимірювання важко інтерпретувати.
3. Розгляд одного підвищеного вимірювання PD самого по собі як доказу гострого ризику відмови — зростаюча тенденція за кількома вимірюваннями є значно сильнішим індикатором, ніж одиничне вимірювання.
4. Відсутність розрізнення між можливостями онлайн- і офлайн- вимірювання при плануванні вимірювання — кабель, який не можна знеструмити, потребує онлайн-методу вимірювання (наприклад, HFCT), а не офлайн-налаштування VLF.

Пов'язані матеріали

• Виявлення місця пошкодження кабелю мостом Мюррея
• Виявлення місця пошкодження кабелю методом TDR (рефлектометрія у часовій області)
• Матеріал ізоляції кабелю (PVC/XLPE/EPR) і робоча температура
• Кабельні муфти — підземні з'єднання