Tóm tắt: Bài báo này phân tích những thiếu sót và vấn đề của thử nghiệm chịu điện áp DC trên cáp XLPE. Thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều hiện trường được thực hiện bằng cách so sánh thiết bị cộng hưởng chuyển đổi tần số.
Từ khóa: cáp cao áp, kiểm tra điện áp chịu đựng DC, kiểm tra điện áp chịu đựng AC
Lời nói đầu:
Cáp điện thường được sử dụng làm đường dây dẫn điện cho các nhà máy điện, trạm biến áp và các xí nghiệp công nghiệp và khai thác mỏ, cũng như để vượt sông và đường sắt.
Cáp điện dùng làm đường dây truyền tải, phân phối đô thị và các xí nghiệp công nghiệp, khai khoáng bên trong đường dây chính ít chiếm diện tích đất, mỹ quan môi trường.
Sự phát triển của ngành xây dựng điện trực tiếp kéo theo sự phát triển của đất nước, dây cáp điện trong xây dựng điện đóng một vai trò quan trọng, nó chịu tác động của khí hậu bên ngoài, che chắn, bền, cách điện cao, chống thấm và chịu axit tốt, độ bền kéo mạnh, máy nén, và một chiếc điện được người dùng yêu thích, nhưng trong quá trình sử dụng rất dễ xuất hiện một số lỗi như hư hỏng cơ khí, ăn mòn chì, lão hóa nhiệt ...
Vì vậy cáp nguồn phải kiểm tra lỗi tiềm ẩn của nó bằng cách kiểm tra phòng ngừa định kỳ để đảm bảo hệ thống điện hoạt động bình thường.
Theo quy trình khuyến nghị của IEC840 hoặc CIGREWG21.03, mục đích của thử nghiệm hiện trường không phải để kiểm tra chất lượng sản xuất cáp hoặc chất lượng sản xuất phụ kiện cáp, đã được xác nhận trong thử nghiệm điển hình và thử nghiệm xuất xưởng.
Mục đích của việc nghiệm thu hoàn thành hiện trường là để kiểm tra xem việc đặt cáp và các phụ kiện đã được lắp đặt đúng chưa.
Các hư hỏng do tai nạn có thể xảy ra đối với cáp trong quá trình vận chuyển, xử lý, bảo quản, đặt và lấp đất.
Phương pháp kiểm tra theo IEC229, đối với cáp có chiều dày vỏ bọc bên ngoài lớn hơn hoặc bằng 2,5 mm, đặt điện áp một chiều 10kV giữa tấm chắn cáp và đất và chịu được điện áp trong 1 phút.
IEC khuyến nghị hai phương pháp để kiểm tra điện trở điện áp của cách điện chính của cáp:
Điện áp chịu đựng DC: 3U015 phút;
Điện áp chịu đựng AC: U05 phút.
Phương pháp kháng điện áp DC truyền thống có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, tính di động tốt và dung lượng thấp của thiết bị thử nghiệm, và nó có tác dụng tốt đối với ứng dụng của cáp cách điện giấy dầu. Tuy nhiên, đối với cáp XLPE, nó đã được chứng minh rằng nó không phù hợp để áp dụng phương pháp kháng điện áp DC cả về lý thuyết và thực tế.
GB Điều 18.0.1 quy định các hạng mục thử nghiệm cáp điện áp cao:
1. Đo điện trở cách điện;
Kiểm tra điện áp chịu thử DC và đo dòng điện rò;
Kiểm tra áp suất AC; 3.
4. Đo điện trở của lớp kim loại che chắn và tỷ số điện trở của dây dẫn;
5. Kiểm tra pha ở cả hai đầu của mạch cáp;
6. Thử dầu cách điện đối với cáp chứa đầy dầu;
7. Kiểm tra hệ thống kết nối chéo.
Tiêu chuẩn quốc gia không yêu cầu hạng mục thử nghiệm nào để phát hiện nước đầu vào của lớp lót cáp và vỏ bọc bên ngoài. Bây giờ bài kiểm tra và bản án được thảo luận như sau:
1. Do các quy định của tiêu chuẩn quốc gia không thể phát hiện lớp lót của vỏ bọc bên ngoài cáp có bị ngập nước hay không, các hạng mục thử nghiệm do các tỉnh bổ sung bao gồm:
1.1. Sử dụng điện trở của lớp phủ đồng và tỷ lệ điện trở của dây dẫn để đánh giá.
Quy trình là đo điện trở một chiều của tấm chắn đồng và dây dẫn ở cùng nhiệt độ bằng cách sử dụng cầu hai vách.
Khi tỷ lệ của lớp dòng điện so với lớp thứ hai tăng lên, điều đó cho thấy điện trở DC của tấm chắn đồng tăng lên và tấm chắn đồng có thể bị ăn mòn.
Khi tỷ lệ này giảm so với trước khi đưa vào vận hành, điều đó cho thấy rằng điện trở tiếp xúc tại điểm kết nối ruột dẫn trong phần đính kèm có khả năng tăng lên.
Nói chung trong thí nghiệm hiện trường, giá trị điện trở của giáp thép và cách điện che chắn được đo, và tỷ lệ điện trở được sử dụng để đánh giá liệu vỏ ngoài và lớp lót của cáp có bị ngập nước hay không.
1.2. Sử dụng megohmmeter để đo giá trị điện trở cách điện để phán đoán.
Các bước của nó để sử dụng 500 V megohmmeter đo lớp lót cao su và cáp nhựa bên ngoài lớp vỏ bọc cách điện, khi điện trở cách điện dưới 0,5 ohms trên km, sau đó sử dụng phương pháp sau để đánh giá thêm, một vạn năng được sử dụng để đo điện trở cách điện , sử dụng nguyên lý pin galvanic, do lớp kim loại cáp cao su và nhựa, lớp bọc thép và vật liệu phủ là đồng, chì, sắt, kẽm và nhôm, v.v., khi vỏ bọc bên ngoài của lớp bên trong cáp trong nước , điện cực kim loại, thế + lần lượt là 0,334, 0,122, 0,44, 0,76 V và 1,33 V, nguyên tắc là,
Khi vỏ bọc bên ngoài của cáp cao su và nhựa bị hư hỏng và nước được dẫn vào trong cáp, nước ngầm là chất điện phân, và dải thép mạ kẽm của lớp bọc thép sẽ sinh ra điện thế -0,76V xuống đất.
Khi vỏ bọc bên ngoài hoặc lớp lót bên trong bị hư hỏng và nước được đưa vào nước, khi điện trở cách điện trên mỗi km thấp hơn 0,5 megaohms, bút đo âm và dương của đồng hồ vạn năng được sử dụng để đo điện trở cách điện của áo giáp để tiếp đất hoặc giáp với lớp che chắn bằng đồng đang quay. Tại thời điểm này, tế bào điện được hình thành trong vòng đo được mắc nối tiếp với tế bào khô trong đồng hồ vạn năng.
Khi kết hợp cực tính làm cho điện áp tăng thêm, giá trị điện trở đo được nhỏ.
Ngược lại, giá trị điện trở đo được lớn hơn.
Do đó, khi các giá trị điện trở cách điện đo được bằng hai giá trị trên lớn, chứng tỏ rằng tế bào mạ đã được hình thành, và có thể phán đoán rằng vỏ bọc và lớp lót bên ngoài đã bị hư hỏng và ngập nước.
Ví dụ, vỏ cáp bằng cao su và nhựa bị ẩm ướt, đo được điện trở lần lượt là 7 nghìn ohms và 55 nghìn ohms.
2, thử nghiệm điện áp cáp, tiêu chuẩn quốc gia về điện áp một chiều, thử nghiệm điện áp xoay chiều, nhưng các địa phương tùy theo tình hình thực tế của mình để lựa chọn một trong số họ, bây giờ ưu nhược điểm của cả hai được so sánh như sau: Cáp XLPE không nên làm kiểm tra điện áp một chiều, nhưng nên kiểm tra điện áp xoay chiều.
2.1 Thử nghiệm chịu điện áp một chiều:
Theo nguyên tắc chung của thử nghiệm điện áp cao, trường điện áp thử nghiệm đặt vào vật thử nghiệm phải mô phỏng hoạt động của thiết bị điện áp cao.
Mặc dù thử nghiệm điện áp chịu thử một chiều rất hiệu quả để tìm ra khuyết tật trong cáp cách điện bằng giấy, nhưng nó không nhất thiết hiệu quả đối với cáp cách điện XLPE và có thể có những tác động tiêu cực, chủ yếu ở các khía cạnh sau:
2.1.1 Sự phân bố điện trường của cáp XLPE khác nhau theo điện áp AC và DC. Lớp cách điện XLPE được làm bằng polyetylen bằng liên kết ngang hóa học. Nó là một cấu trúc cách nhiệt nguyên khối và hằng số điện môi của nó là 2.1--2.3, ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ.
Dưới điện áp xoay chiều, sự phân bố điện trường trong lớp cách điện của cáp XLPE được xác định bởi hằng số điện môi của mỗi môi trường, tức là cường độ điện trường tỷ lệ nghịch với hằng số điện môi và sự phân bố này tương đối ổn định.
Dưới điện áp một chiều, sự phân bố điện trường trong lớp cách điện được xác định bởi điện trở suất thể tích của vật liệu và phân bố theo tỷ lệ thuận, trong khi hệ số phân bố điện trở cách điện không đồng nhất.
Đặc biệt trong đầu đấu dây cáp, hộp nối và các phụ kiện cáp khác, sự phân bố cường độ điện trường xoay chiều và phân bố cường độ điện trường một chiều là hoàn toàn khác nhau, và cơ chế lão hóa của cách điện dưới điện áp xoay chiều và điện áp một chiều là khác nhau.
Do đó, thử nghiệm điện áp chịu thử một chiều không thể mô phỏng điều kiện chạy của cáp XLPE.
2.1.2 Cáp XLPE sẽ tạo ra" tích lũy" tác dụng dưới điện áp một chiều để tích lũy điện tích dư đơn cực.
Phải mất một thời gian dài để lượng điện tích dư này được giải phóng khỏi sự tích tụ điện tích do thử nghiệm điện áp chịu thử một chiều gây ra.
Nếu cáp được đưa vào hoạt động trước khi điện tích dư DC được giải phóng hoàn toàn, điện áp dư DC sẽ chồng lên điện áp tần số nguồn điện đỉnh, làm cho giá trị điện áp trên cáp vượt quá điện áp danh định trong điều kiện hoạt động, điều này sẽ làm tăng tốc độ lão hóa cách điện. và rút ngắn tuổi thọ của cáp, hoặc thậm chí là sự cố cách điện.
2.1.3 Một trong những điểm yếu chết người của cáp XLPE là dễ sinh ra các nhánh nước trong lớp cách điện. Các nhánh nước sẽ nhanh chóng biến thành nhánh điện dưới điện áp một chiều và tạo thành phóng điện, làm tăng tốc độ cách điện và dẫn đến sự cố dưới điện áp tần số nguồn sau khi vận hành.
Tuy nhiên, nhánh nước có thể duy trì một điện áp đáng kể trong một khoảng thời gian dưới điện áp làm việc xoay chiều.
2.1.4 Sự chớp cháy hoặc đánh thủng trong quá trình thử nghiệm DC HV tại hiện trường có thể gây hại cho cách điện bình thường của cáp và mối nối.
Ngoài ra, thử nghiệm điện áp chịu thử một chiều không thể tìm thấy hiệu quả một số khuyết tật dưới tác động của điện áp xoay chiều, chẳng hạn như trong các phụ kiện cáp, cách điện nếu có hư hỏng cơ học hoặc khuyết tật hình nón ứng suất đặt sai vị trí.
Nơi cách điện có nhiều khả năng bị đánh thủng nhất dưới điện áp xoay chiều, thường không thể đánh thủng dưới điện áp một chiều.
Sự đánh thủng cách điện dưới điện áp một chiều thường xảy ra ở nơi không xảy ra sự cố đánh thủng cách điện trong điều kiện làm việc xoay chiều.
2.2 Kiểm tra áp suất AC:
Vì thử nghiệm điện áp chịu thử DC không thể mô phỏng cường độ trường hoạt động của cáp cách điện XLPE và không thể đạt được hiệu quả thử nghiệm mong muốn, chúng tôi xem xét sử dụng thử nghiệm điện áp cao AC.
Do giá trị điện dung của cáp là khác nhau nên trước khi thử nghiệm ta phải đo giá trị điện dung của cáp nguồn, tính dòng điện điện dung dưới điện áp thử nghiệm theo giá trị điện dung để chọn dụng cụ thử nghiệm phù hợp.
2.2.1 Được hiểu rằng điện áp danh định của hầu hết các loại cáp nhà máy điện là 6kV và chiều dài của hầu hết các loại cáp nhỏ hơn 1,5 km, vì vậy chúng ta có thể áp dụng phương pháp thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều thông thường.
Nếu sử dụng máy biến áp thử nghiệm 50kV và 20kVA thì dòng điện đầu ra tối đa của nó là 1000mA. Theo I=2π Fuc, lấy cáp 6kV làm ví dụ, giá trị điện dung lớn nhất của cáp được thử nghiệm bởi máy biến áp thử nghiệm này là 265NF (F=50Hz, U=12kV).
2.2.2 Đối với một số cáp công suất lớn, chẳng hạn như phương pháp thử nghiệm chịu điện áp xoay chiều thông thường, cần phải có máy biến áp thử nghiệm công suất lớn, công suất của bộ điều chỉnh điện áp và bộ nguồn cũng đặc biệt lớn.
Mặt bằng thường khó làm, việc vận chuyển dụng cụ thí nghiệm, thường phải sử dụng ô tô lớn, cần cẩu,… vừa tốn thời gian vừa tốn công sức.
Do đó, tùy theo tình hình cụ thể, chúng tôi sử dụng phương pháp thử nghiệm chuyển đổi tần số, nối tiếp hoặc nối tiếp và song song để thực hiện thử nghiệm điện áp cáp.
2.2.3 Thử nghiệm điện áp tần số cực thấp 0,1Hz:
Theo công suất thử nghiệm (công thức S=WCUS2=2∏ FUS2KVA, công suất cáp C theo công thức, Mỹ - là điện áp thử nghiệm, F - tần số nguồn, 50Hz ở Trung Quốc), có thể thấy rằng điện áp xoay chiều 0,1Hz và Điện áp 50Hz, trước đây cần công suất tương đương 1/500 của điện áp sau, do đó, nó có thể được sử dụng tại hiện trường mà không có vấn đề gì để sản xuất thiết bị di động.
Hiện nay, phương pháp này chủ yếu được sử dụng trong thử nghiệm cáp trung và hạ thế.
Theo thực tế tại hiện trường, khi thực hiện thử nghiệm chịu điện áp của cáp XLPE, điện áp thử nghiệm có thể gấp 1,5-1,8 lần của 50Hz khi sử dụng điện áp tần số cực thấp 0,1Hz. Dễ dàng tìm thấy các khuyết tật cách điện của cáp hơn so với điện áp một chiều, và dễ dàng để lộ và phá vỡ các khuyết tật cách điện hơn so với điện áp xoay chiều 50Hz.
2.2.4 Thử nghiệm điện áp cộng hưởng chuyển đổi tần số:
Hệ thống thử nghiệm cộng hưởng chuyển đổi tần số không chỉ có thể đáp ứng các yêu cầu về khả năng chịu điện áp của cáp XLPE điện áp cao, mà còn có ưu điểm là trọng lượng nhẹ và tính di động tốt, vì vậy nó thích hợp cho thử nghiệm tại hiện trường.
Thiết bị sử dụng một cuộn kháng cố định làm cuộn kháng cộng hưởng để đạt được cộng hưởng theo cách điều tần. Phạm vi điều chỉnh tần số là 30-300Hz, phù hợp với điện áp xoay chiều của tần số nguồn và tần số nguồn gần đúng (30 ~ 300Hz) được khuyến nghị trong CIGREWG21.09" Hướng dẫn Kiểm tra Hoàn thành Cáp Cách điện Cao áp" ;.
Điện áp xoay chiều có thể tái tạo cùng cường độ trường với điều kiện hoạt động, với độ tương đương tốt, hiệu suất cao, thiết bị di động và độ dài gần như không giới hạn của mẫu.
Tóm lại, xét về công suất và khối lượng nhỏ của thiết bị thử nghiệm tần số điện trường cáp, dễ vận chuyển và vận hành, và các khuyết tật của cáp có hiệu quả hơn điện trở điện áp một chiều thông thường, do đó, phương pháp thử nghiệm cộng hưởng tần số nguồn hoặc biến đổi tần số nên được thông qua để thực hiện nghiệm thu hoàn thành tại hiện trường cáp.
Hơn nữa, thiết bị cộng hưởng chuyển đổi tần số có thể đáp ứng các yêu cầu của thử nghiệm bàn giao cáp XLPE từ L10kV và 220kV trở lên, do đó, đề xuất rằng khả năng chịu điện áp cộng hưởng chuyển đổi tần số nên là lựa chọn đầu tiên.