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交联聚乙烯电缆的交流耐压试验
在我国,直流电压目前仍然是交联聚乙烯(XLPE)电缆进行试验的主要电源,XLPE电缆直流试验的电压标准。在IEC标准中明确规定,额定电压150 kV以上的XLPE电缆及其附件安装后的电气试验采用交流电压试验,即施加电力系统相间电压,经1 h试验,或施加正常运行电压,经24 h试验,不推荐采用直流电压试验。
我国使用高压(110~220 kV)XLPE电缆始于1984年。随着城市电网建设和改造的发展,从1985年以后,广州、上海、北京等大城市相继从国外进口高压XLPE电缆及其附件。正是从这时候开始,一些国家对高压XLPE电缆采用直流耐压试验的结果和电缆运行情况进行了研究分析,得出了一个共同的结论,即高压XLPE电缆不宜采用直流耐压试验,认为XLPE电缆在进行直流耐压试验时,主要存在以下几方面的问题。
a. XLPE电缆绝缘层在直流和交流电压下,内部电场分布情况完全不同。www.yztpdq.com 在直流电压下,电场按绝缘电阻系数呈正比例分配,而XLPE绝缘材料存在电阻系数不均匀性,导致在直流电压下电场分布的不均匀性。交流电压下,电场按介电系数呈反比例分配,XLPE为整体绝缘结构,其介电系数为2.1~2.3,且一般不受温度变化的影响。因此,在交流电压下,XLPE绝缘内部电场分布是比较稳定的。这样,往往造成在交流工作电压下有缺陷的部位在直流试验时不被击穿,反过来,在直流试验时被击穿的部位,在交流工作电压下却不会产生问题。
b. XLPE绝缘内部如果有了水树枝,在交流工作电压下,水树枝的发展是很缓慢的,而在直流耐压试验时会加速水树枝的发展,甚至转变为电树枝,即直流试验会导致XLPE绝缘产生积累效应,加速绝缘老化,缩短使用寿命。
c. 直流耐压试验过程中,在XLPE电缆及其附件绝缘内会形成空间电荷,空间电荷的不断形成可导致电缆在交流工作电压下击穿,或在附件界面因积累电荷而沿界面滑闪。
综上所述,直流试验电压不能有效发现XLPE电缆的绝缘缺陷,而且,直流试验电压可能造成XLPE电缆绝缘的损伤,以至在试验后重新投入运行时,在交流工作电压下提前发生绝缘击穿事故。因此,对于XLPE电缆有必要采用除直流试验之外的其它试验方法。
2.1 超低频电压试验
超低频耐压试验装置的输出频率一般为0.01~0.1 Hz,输出波形为正弦波或余弦波,故超低频试验也是一种交流耐压试验。采用超低频试验的目的是为了满足在交流电压条件下,尽可能减小试验设备的体积和重量。
直流试验不能有效检验出XLPE电缆线路的缺陷,注入的空间电荷又会影响其绝缘性能,而采用交流电压试验,需要高电压大容量的试验设备,因此,可以选用超低频电压试验。从50 Hz改到0.1 Hz,理论上可以把试验设备容量降低到1/500。这样,0.1 Hz的试验设备就可以与直流试验设备一样做到容量小、自重轻,适合现场使用。
对于XLPE电力电缆,不宜采用直流电压进行现场耐压试验,而应采用0.1 Hz超低频电压试验。0.1 Hz超低频电压试验的项目主要包括耐压试验和介损测量。目前国际上开发的0.1 Hz试验设备,电压均低于100 kV,只适用于中压(6~35 kV)XLPE电缆线路。一般推荐的试验标准是3U0/1 h。
2.2 交流变频串联谐振试验
工频耐压试验*能反映电缆绝缘的实际情况,这是因为:电缆是在工频下运行的,其试验电压和频率在工频下*为合理,可完全模拟运行情况;从理论上讲,工频耐压试验不但能反映电缆的泄漏特性,而且能完全反映电缆的耐压特性,还能反映电缆局部电介质损耗引起的局部耐压特性。
对XLPE电缆进行工频交流耐压试验,*大的困难是要有很大容量的试验设备。电压越高,线路越长,试验设备容量越大。为了适应在现场进行XLPE电缆交流耐压试验的需要,关键在于要尽量减小试验设备的容量。应用串联谐振技术,是减小试验设备容量的一项有效措施。试验证明,变频串联谐振装置能够以较低电压、较小容量的电源设备,使电缆绝缘承受较高的试验电压。
目前,从国外引进的变频串联谐振试验成套设备,包括一台固定电感为10~100 H的电抗器,它装在一辆20 t的平板车上,另外用一辆集装箱货车,安装调频器、变压器和计算机控制系统等设备。成套装置变频范围为30~300 Hz,输出电压可达250 kV,电流75 A,能适用于220 kV XLPE电缆的交流耐压试验。
3 塑料电缆的局放试验
橡塑电缆的绝缘中存在气隙、潮水等,在额定直流电压下,一般只存在极短的局部放电过程或不发生局部放电。在额定交流电压下,可能产生局部放电,也可能不产局部放电。若发生局部放电,其放电过程比较短,在一定的时间内其局部放电过程不至于使电缆的绝缘击穿,但其危害性很大。故只对电缆的特定部位进行局部放电测量,如电缆的怀疑部位、中间接头、终端头等。
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