Лабораторная работа 5 методы профилактических испытаний изоляции высоковольтного кабеля

Цель работы — практическое освоение методов испытания изоляции высоковольтного кабеля.

Общие сведения. В задачу профилактических испытаний изоляции кабеля входит своевременное выявление развив­ающихся дефектов с целью предупреждения повреждения кабе­ля в эксплуатации.

Дефекты в электрической изоляции подразделяют на сос­редоточенные и распределенные. Для их выявления прово­дят комплекс испытаний, включающий:

1. измерение сопротивления изоляции кабеля;

2. измерение тангенса угла диэлектрических потерь tgδ;

3. испытание изоляции повышенным напряжением.

Для уяснения смысла и метода испытаний удобно все виды поляризации разделить по значению времени релакса­ции на мгновенную, быструю и медленную. К мгновенным видам поляризации относятся электронная, длительность уста­новления которой 10^-15 с и ионная, имеющая несколько боль­шую длительность - 10^-13 с.

Поляризацию, связанную с неупругим перемещением ионов, относят к быстрой, так как установление процесса длится до нескольких миллисекунд. К медленным видам поля­ризации относятся миграционная и межслоевая, чье время установления может достигать нескольких минут.

Наличие в изоляции дефектов увеличивает ее неоднород­ность и, как следствие, изменяет время протекания процесса поляризации, что и может служить оценкой состояния изо­ляции.

Наиболее простым и распространенным способом провер­ки состояния изоляции кабеля является измерение сопротив­ления изоляции, осуществляемое с помощью мегаомметра. К достоинствам измерения сопротивления изоляции мегаомметром относятся: простота метода, способность выявления грубых дефектов в электрической изоляции типа металличе­ских замыканий, отражение состояния увлажнения изоляции. Степень увлажнения изоляции характеризуется коэффициен­том абсорбции:

К_абс =

где R₁₅ и R₆₀ — сопротивления изоляции, измеренные соот­ветственно через 15 и

60 с после подачи на­пряжения на изоляцию.

Для нормального состояния ЭИМ К_абс 1,3

К недостаткам данного метода можно отнести то, что ве­личина сопротивления изоляции зависит от температуры и увлажнения и не существует однозначной зависимости между величиной сопротивления изоляции и ее электрической проч­ностью.

Вторым наиболее распространенным способом обнаруже­ния общего ухудшения состояния изоляции является измере­ние тангенса угла диэлектрических потерь (tg ). Этот способ позволяет обнаружить общее «старение» изоляции, происхо­дящее в результате воздействия увлажнения, перегрева, ди­намических нагрузок и перенапряжений.

Расчеты показывают, что появление в изоляции дефекта с объемом 0,005 от общего объема и с tg в 20 раз превы­шающем tg нормальной изоляции, приводит к увеличению общего измеряемого tg на 5%, что сравнимо с точностью измерений эксплуатационных усло­виях. Поэтому измерение tg позволяет наиболее надежно выявить распре­деленные дефекты изо­ляции.

При проведении этого вида испытаний изоляции исследуют зависимость tg =f(U) в интервале приложенного напряже­ния (0,5 ... 1,5) U_н. Если, начиная с некоторого значения приложенного напряжения, наблюдается значительный рост тангенса угла ди­электрических потерь, то это означает возникновение в толще изоляции частичных разрядов (рис. 1).

Рис. 1.Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от напряжения.

Для измерения tg и емкости высоковольтной изоляции в условиях эксплуатации используют измеритель параметров изоляции «Тангенс 2000», который позволяет проводить измерения как по «нормальной» схеме (рис.2), когда оба электрода испытуемой изоляции могут быть изолированы от земли, так и по «перевернутой» схеме (рис. 3), когда один из элек­тродов заземлен.

Рис. 2. «Прямая» схема измерений

Рис.3. «Перевернутая» схема измерений

Для последовательной схемы за­мещения изоляции с параметрами R_x, C_x

При частоте =100 и величине сопротивления , Таким образом, tg численно равен емкости С₄ в мкФ. С целью уменьшения погрешности изме­рений, возникающей из-за влияния внешних электромагнит­ных полей, следует производить два отсчета (tg ₁, tg ₂) с изменением фазы испытательного напряжения на 180°. Тогда tg испытуемой изоляции определяют как среднюю величину двух измерений или как средневзвешенную ,

где , - значения сопротивлений R₃, полученных при первом и втором

измерениях.

К недостаткам метода контроля изоляции по параметру tg следует отнести тот факт, что этот способ не позволяет обнаружить наличие сосредоточенных дефектов в изоляции.

Выявление сосредоточенных дефектов в изоляции кабеля осуществляется путем проведения испытаний повышенным напряжением. Данный вид испытаний является самым на­дежным из всех производимых в настоящее время испытаний, которым подвергается изоляция в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта.

Испытания повышенным напряжением могут включать в себя испытание переменным напряжением промышленной ча­стоты, выпрямленным и импульсным.

Сущность испытания повышенным выпрямленным напряже­нием заключается в том, что напряжение подается на жилы кабеля через микроамперметр. Напряжение плавно повыша­ется до величины испытательного и выдерживается в течение 5 мин. Изоляция считается пригодной, если не происходит пробоя и ток утечки не превосходит допустимой величины. Допустимые токи утечки твердо не устанавливаются и регла­ментируются инструкциями энергосистем. Испытание изоляции должно производить­ся в условиях, по возможности воспроизводящих электриче­ское поле при работе в эксплуатации.

Испытание повышенным выпрямленным напряжением может произво­диться на отрезках кабелей длиной не менее 5 м. Перед вво­дом в эксплуатацию кабеля на номинальное напряжение 6 кВ его испытывают повышенным напряжением 24 кВ с вы­держкой времени под напряжением 5 мин.

При испытании изоляции кабеля выпрямленным напря­жением целесообразно производить измерение токов утечки. Величина этих токов по отдельным фазам кабеля может су­щественно отличаться друг от друга, что учитывается введе­нием коэффициента асимметрии:

Измеренные при этом токи утечки не являются браковоч­ными параметрами, а используются для оценки состояния изоляции и выбора норм испытательных напряжений. Напри­мер, если токи утечки у испытуемого кабеля систематиче­ски нарастают, а коэффициент асимметрии по фазам превышает величину 2,5, то испытания следует проводить чаще с увеличением продолжительности испытаний до 10 мин. При этом величина испытательного напряжения поднимается вплоть до 36 кВ.

К недостаткам методов испытания изоля­ции повышенным напряжением можно отнести следующие:

- во время испытаний повышенным напряжением изоля­ция ослабляется (происходит ионизация газовых включений). Эти изменения со временем накапливаются и могут развить­ся при воздействии перенапряжений;

-при испытании возможен пробой изоляции, которая бы выдержала нормальную работу в эксплуатации;

-напряжение промышленной частоты выявляет только часть дефектов и ослаблений изоляции;

-испытательное оборудование имеет большие массо-га­баритные показатели.

Кроме указанных испытаний, часто появляется необхо­димость определить расстояние до места повреждения изо­ляции кабеля. Этот метод основан на следующих особеннос­тях. В момент пробоя изоляции дефектной жилы кабеля за счет возникновения искры разряда имеет место затухающий колебательный процесс. Период колебаний Т связан с рас­стоянием до места повреждения и со скоростью распростра­нения электромагнитной волны зависимостью

Программа работы

1. Измерение сопротивлений фазовой и межфазовой изо­ляции высоковольтного кабеля мегомметром.

2. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изо­ляции кабеля.

3. Испытание изоляции высоковольтного кабеля повышен­ным выпрямленным напряжением.

4. Определение места повреждения изоляции жилы ка­беля.

Порядок выполнения работы

По п. 1. Перед измерением сопротивления изоляции ка­беля необходимо проверить исправность мегомметра. При замкнутых накоротко зажимах «Л» и «3» (рис. 4) при по­даче напряжения стрелка прибора должна показывать ноль, при разомкнутых — << >>.

Рис.4. Измерение сопротивлений изоляции кабеля мегомметром:

1 - жила кабеля; 2 - изоляция жилы кабеля; 3 - защитная оболочка;

4 - бандаж кабеля; 5 - зажимы экрана

Соединительные высоковольтные провода необходимо располагать на весу с целью исключе­ния шунтирования изоляции кабеля. Экранный зажим «Э» используется для исключения влияния поверхностных токов на результаты измерений. Схемы для измерения сопротивле­ний фазовой и междуфазовой изоляции показаны на рис. 4б, в. Результаты измерений свести в табл. 1.

Таблица 1

№ жил кабеля	Сопротивление изоляции, МОм				Кабс
	без экрана		с экраном
	R15	R60	R15	R60
1 2 3 1-2 1-3 2-3

По п. 2..,Измерение tg изоляции между жилами и зем­лей выполняется по «перевернутой» схеме рис. 3, измере­ние между отдельными жилами — по «нормальной» схеме рис. 2.

При сборке схемы необходимо следить, чтобы все высоко­вольтные провода, находящиеся под испытательным напря­жением, нигде не приближались к заземленным предметам ближе 100 мм.

Результаты измерений свести в табл. 2.

Таблица 2

Испытательное напряжение, кВ
	Номера жил кабеля
	1	2	3	1-2	1-3	2-3
4 6 8

По п. 3. Испытания изоляции повышенным напряжением произвести с помощью высоковольтной установки. Принципи­альная схема испытаний приведена на рис. 5. Испытатель­ное напряжение плавно поднять до величины 24 кВ и после выдержки в течение 5 мин произвести измерение тока утечки через изоляцию. Результаты измерений свести в табл. 3.

Таблица 3

№ жил кабеля	Uисп,, кВ	Iут, мкА	Rиз,, МОм	Касс

Рис. 5. Схема для Рис. 6. Схема подключения прибора

измерения токов утечки для измерения расстояния до места

сквозь изоляцию повреждения кабеля

По п. 4. Прибор для измерения расстояния до места по­вреждения изоляции кабеля подключается по схеме рис. 6. Необходимо плавно поднять напряжение, заря­дить жилу кабеля 4 через зарядное сопротивление 5 до на­пряжения срабатывания разрядника 6. При разряде произ­водится пуск прибора 2 фронтом волны положительной по­лярности, попадающей на клемму П с делителя напряжения 3. Остановка прибора осуществляется фронтом волны отри­цательной полярности, попадающей на клемму 0 прибора. Перед измерением необходимо произвести настройку прибора согласно инструкции.

Содержание отчета

1. Схемы испытаний.

2. Таблицы наблюдаемых и вычисленных величин.

3. График tg = f(U_исп)

4. Сравнение полученных результатов со справочными данными для высоковольтного кабеля на 6 кВ, оценить при- годность изоляции кабеля для эксплуатации.