Випробування кабелю VLF — чому кабель середньої напруги випробовують на частоті 0,1 Гц замість промислової частоти після прокладання чи ремонту

Посібник про вимірювання часткових розрядів (PD) і tan-delta описує діагностичне вимірювання, яке оцінює стан кабелю середньої напруги без навмисного навантаження ізоляції до межі. Ця стаття присвячена іншому виду випробування того ж кабелю: випробуванню кабелю VLF (very low frequency) — випробуванню на електричну міцність (withstand test), яке виконується після прокладання, ремонту чи монтажу кабельної муфти або кінцевої заробки для підтвердження того, що кабель здатний витримати підвищену напругу протягом заданого часу без пробою. Провідним міжнародним керівним документом для цього є IEEE 400.2, який описує випробування та діагностику VLF для кабелів середньої напруги з екструдованою ізоляцією.

Чому не можна просто випробовувати на промисловій частоті

Найочевидніший спосіб випробувати кабель — прикласти підвищену напругу на нормальній промисловій частоті (50 Гц) — порівнянно зі звичайною експлуатацією, але на вищому рівні. Проблема полягає в ємнісному навантаженні: протяжний кабель середньої напруги має значну ємність, і струм, необхідний для заряду та розряду цієї ємності на промисловій частоті (реактивний зарядний струм), зростає пропорційно частоті. Для достатньо довгого кабелю випробувальному трансформатору на 50 Гц знадобилася б непрактично велика й важка потужність лише для забезпечення цього зарядного струму — що непридатно для переносного, польового випробувального комплекту.

Принцип: та сама напруга, значно нижча частота

Прикладаючи випробувальну напругу на сильно зниженій частоті — зазвичай 0,1 Гц, що у 500 разів нижче промислової частоти — необхідний зарядний струм (а отже, і необхідна випробувальна потужність) для тієї ж ємності кабелю пропорційно знижується. Це уможливлює компактний переносний випробувальний комплект, який усе ж здатний довести кабель значної протяжності до актуальної випробувальної напруги. При цій низькій частоті ізоляція кабелю все ще навантажується порівнянною напруженістю електричного поля, як і на промисловій частоті — саме напруга, а не сама частота, навантажує матеріал ізоляції.

Поширені форми сигналу

IEEE 400.2 визнає декілька типів форми сигналу для випробувальної напруги VLF:

• Синусоїдальний VLF: плавна синусоїдальна напруга на 0,1 Гц — найближча до форми нормальної робочої напруги, але зазвичай вимагає найважчого випробувального обладнання. Традиційно застосовується до кабелів приблизно до 69 кВ; редакція 2024 року розширила область застосування настанови на кабелі номінальною напругою від 5 кВ і вище, скасувавши попередню фіксовану верхню межу.
• Косинусно-прямокутний VLF: форма сигналу, що швидко перемикається між двома полярностями і утримує між перемиканнями майже постійну напругу, що дозволяє випробувальному комплекту обходитися значно меншою потужністю, ніж при чисто синусоїдальній формі сигналу.
• Загасаюча змінна напруга (damped AC, DAC): резонансний розряд, що дає короткочасну загасаючу синусоїдальну форму сигналу, часто поєднуваний з одночасним вимірюванням часткових розрядів.

Випробувальна напруга та тривалість

Випробування кабелю VLF на електричну міцність зазвичай виконується при випробувальній напрузі порядку від 2,5 до 3 разів номінальної фазної напруги кабелю відносно землі, протягом періоду від 15 до 60 хвилин (з 30 хвилинами як звичайним значенням за замовчуванням) — достатньо довго, щоб довести маргінальний дефект, що виник при прокладанні чи ремонті (пошкоджену ізоляцію, забруднення, неправильно змонтовану муфту чи кінцеву заробку), до пробою перш ніж кабель буде введено в експлуатацію, не навантажуючи при цьому зайво справну ізоляцію правильно прокладеного кабелю.

Примітка: точна випробувальна напруга, тривалість і форма сигналу випливають із застосовного стандарту, рівня напруги та типу ізоляції конкретного кабелю, а також із того, чи йдеться про випробування після нового прокладання, чи після ремонту (для якого зазвичай діє нижча випробувальна напруга, ніж для нового прокладання); ця стаття описує принцип, а не готову таблицю випробувань для кожного кабелю.

Практична значущість

Після ремонту кабелю середньої напруги (наприклад, після локалізації та усунення пошкодження кабелю, див. посібник про пошук пошкодження за допомогою моста Мюррея) новозмонтована муфта чи кінцева заробка завжди повинна бути перевірена випробуванням кабелю VLF на електричну міцність перш ніж кабель буде повернено в експлуатацію — візуально коректно виглядаючий ремонт усе ще може містити прихований дефект монтажу, який проявляється лише при підвищеній випробувальній напрузі.

Типові помилки

1. Повернення кабелю в експлуатацію після ремонту без випробування на електричну міцність — візуально коректно виглядаюча муфта чи кінцева заробка може містити прихований дефект монтажу, який пробивається лише при підвищеній напрузі.
2. Застосування випробувальної напруги чи тривалості стандарту для нового прокладання до ситуації ремонту, або навпаки — обидві ситуації зазвичай мають різні, спеціально призначені для них випробувальні рівні.
3. Змішування випробування на електричну міцність VLF з діагностикою PD чи tan-delta — випробування на електричну міцність підтверджує, що ізоляція витримує задану напругу протягом заданого часу, але, на відміну від вимірювань PD чи tan-delta, не дає кількісної тенденції стану ізоляції в часі.
4. Неврахування вже підключених приладдя кабелю (муфт, кінцевих заробок) під час випробування VLF — випробовується весь ланцюг кабелю та приладдя цілком, тому слабке місце в приладді може призвести до відмови при випробуванні навіть в іншому справного кабелю.

Пов'язані матеріали

• Вимірювання часткових розрядів (PD) і tan-delta на кабелях СН
• Конус вирівнювання поля при кінцевій заробці кабелю середньої напруги
• Кабельні муфти — підземні з'єднання та ремонти кабелів
• Пошук пошкодження кабелю за допомогою моста Мюррея