Írta: Ing. Ignacio Hortal Robles
SebaKMT Spanyolország
képviseli Argentínában a Grupo Equitécnica Hertig

Maradék terhelések a vizsgálat előtt Maradék terhelések a vizsgálat után: a kábel szigetelésének tényleges csökkentése

DC

A közép- és nagyfeszültségű kábelek tesztelése hagyományosan az egyenárammal történő tesztelésre korlátozódott. Ez a technológia hatékony volt az olajpapír kábeleknél (PILC), de bebizonyosodott, hogy hatástalan, sőt káros a polimer szigetelésű kábeleknél (XLPE –EPR).

téglalap

  • A teszthez szükséges magas feszültségérték károsíthatja a kábelt és felgyorsíthatja annak öregedését a szigetelés bizonyos szegmenseiben.
  • A nagy egyenáramú feszültségeknek való kitettség hosszú időtartamú maradék térdíjakat generál, amelyek több órás vagy akár napos időállandójú RC-komponenseknek tekinthetők. Ezek az űrtöltések nagyon lassan eltűnnek, kölcsönhatásba lépve az üzemi feszültség elektromos mezőivel a kábel üzembe helyezése után, ellenőrizetlen zavaró hibát okozva.
  • További probléma a kén-hexafluoridot (SF6) tartalmazó létesítményekben történő alkalmazás. Itt az egyenáram statikus töltéseket okoz a porban és az SF6 rendszerekben lévő részecskékben, eltávolítva azokat és általában leereszkedve az aljára, ami a szigetelő gáz dielektromos gyengeségét okozza.

Váltakozó áram 50 Hz-en

A polimer kábelek váltakozó áramának vizsgálata a leghatékonyabb a polaritásváltozása miatt, amely megakadályozza a szigetelésen belüli térkitöltések kialakulását.
A váltakozó áramú hálózatos frekvencián történő tesztelés viszonylag könnyen elvégezhető a transzformátorok segítségével, de a kábel nagy reaktív vesztesége miatt óriási súlyú, méretű és energiafogyasztású rendszerek szükségesek. Ezért a rendszer mobilitása az esetek többségében korlátozott, és teherautók és nyitott terek használatát igényli a magas feszültséghez.
A 12–20 kV-os kábel teszteléséhez szükséges teljesítmény 2 μ, F kapacitással és 3 Uo AC tesztfeszültséggel megközelítőleg 1 MVA.
Az F-132 kV 2μ-os kábel tesztelésére alkalmas váltakozó áramú tesztrendszer transzformátorának teljesítményének kiszámításához használt egyenlet alapján:
S = VI = 2 πfCV 2 * 10 * E-12

S: transzformátor teljesítménye
V: Maximális Uo
I: Áramerősség
f: hálózati frekvencia herc

S = 2π * 50 Hz * 2 μF * 190 kV2 * 10 * E-12 = 22,68 MVA

Váltakozó áram változó frekvencián

Az alkalmazott feszültség és frekvencia szintek összehasonlíthatók az 50 Hz-es váltakozó áramú tesztével, 30 és 300 Hz közötti frekvenciákon működik. 300 Hz feletti frekvenciákon nagyon nagy reaktív veszteségeket okoznak, amelyek a rendszer alkatrészeinek túlmelegedését eredményezik.
A rezonancia technológia az energia jelentős részét újrahasznosítja, ezáltal csökken az összfogyasztás az 50 Hz-es teszthez képest, bár ez még mindig magas. Az óriási méretek és súly hozzáadásával nehéz elvégezni a rezonancia tesztet vegyes kábeleken. A teszt ára túl magas az idő, az emberi erőforrások, a szállításhoz használt eszközök és a teszt elvégzéséhez szükséges generátorkészlet miatt.
A 2,5 μo F-kapacitású 132 kV-os kábel teszteléséhez szükséges teljesítmény kb. 14,3 MVA

Váltakozó áram az OWTS-re

Váltakozó áramú hullámok kiváltása 20–500 Hz rezonancia frekvencián. A vezetéket feltöltik a szükséges feszültségre, majd egy fix értékű tekerccsel párhuzamosan helyezik el, így a vezeték kapacitása és az izoláció állapota alapján csillapított rezgőhullámot eredményez.
Ezt a típusú tesztet a helyszínen elvégzendő berendezések hiánya miatt nem alkalmazták, de jelenleg ezek a berendezések már léteznek, amelyeket az Elektrotechnikai Intézet (IEEE) alaposan tanulmányoz.
Előnyük, hogy nagyon könnyű, közepes méretű és alacsony fogyasztású berendezés (maximum 600 W).

Váltóáram VLF 0,1 Hz

A 0,1 Hz-es váltakozó áramú teszt, az úgynevezett „VLF” (nagyon alacsony frekvencia), elkerüli a polimer szigetelések polarizációját, és ezért ebben a térbeli töltések keletkeznek. Egy másik fontos ok a méret, a súly és az energiafogyasztás csökkenése, ami nagyon egyszerűvé és gazdaságossá teszi a terepi teszt elvégzését.
A transzformátor teljesítményének kiszámítására szolgáló egyenlet alapján egy váltakozó áramú tesztrendszer számára, amely képes egy 2μ-os kábel (F-132 kV) tesztelésére:
S = 2π * 0,1 Hz * 2 μ, F * 190 kV 2 * 10 * E-12 = 0,04536 MVA = 45,36 kVA

A teszt teljesítéséhez csak az szükséges követelmény, hogy váltakozó áramról és rögzített, 0,1 Hz frekvenciáról beszéljünk. Frekvenciájának függetlennek kell lennie a kábel kapacitásától.
Az IEEE 440.2 és az IEC 60060-3 nemzetközi szabványok, valamint a német VDE 0276-620 és VDE 0276-621 (HD 0620/0621) szabványok a következő VLF hullámformákat gyűjtik össze:

  • Téglalap alakú koszinusz alakú VLF
  • Szinusz alakú VLF

Koszinusz: szinusz hullám, amely 90 vagy 270º-nál kezdődik Téglalap alakú koszinusz: koszinushullám kis egyenáramú komponenssel

Hogyan keletkezik egy téglalap alakú konzin hullám?

Az ezt a hullámformát létrehozó rendszer lényegében egy nagyfeszültségű egyenáramú forrásból, egy közvetlen váltakozó áramú konverterből (VLF) áll. Az átalakító nagyfeszültségű tekercsből és egy dióda egyenirányító rotorból áll, amelyek 5 másodpercenként megváltoztatják a vizsgált kábel feszültségének polaritását, így 0,1 Hz-en váltakozó áramú hullámot hoznak létre. A nagyfeszültségű tekercs által létrehozott rezonáns áramkör és a kábel kapacitásával párhuzamosan elhelyezett kondenzátor biztosítja ennek a szinuszos polaritásnak a változását.
A feszültség polaritásának megváltoztatására szolgáló rezonáns áramkör újrafelhasználja a vezetékben tárolt energiát. Csak a szigetelés szivárgási veszteségei vezetik a kábelt a polaritásváltozás során. Valamennyi teszt során megpróbálják biztosítani, hogy a teszt a lehető legpontosabban igazodjon a vizsgálandó tárgy munkakörülményeihez. Ebben az esetben olyan kábelről beszélünk, amely 50 Hz-es szinuszos váltakozó feszültséggel működik.

  • Mint tudjuk, a szinusz és a koszinusz hullám közömbös az elektromos vezeték szempontjából, csak más kezdeti fázisszöget (-90 ° vagy 270) jelent.
  • Láttuk, hogy 50 Hz-en gyakorlatilag nem lehet tesztelni a kábeleket, ezért 0,1 Hz frekvenciához folyamodunk.
  • Szintén észrevehető, hogy egy 50 Hz-es hullám a kábelt 0,1 Hz-nél többször éri a csúcsfeszültségnek:

- 50 Hz: másodpercenként 100-szor, óránként 360 000-szer.
- 0,1 Hz: 0,2-szer másodpercenként, 720-szor óránként.

Valójában azonban egy olyan hullámformára törekszünk, amely a kábel gyenge vagy kritikus pontjának törését eredményezi, anélkül, hogy további károkat okozna. Az elvégzett vizsgálatoknak köszönhetően igazolták, hogy a kábel meghibásodása a polaritás változásában jelentkezik, különösen pozitívról negatívra.

3. ábra | 4. ábra

Hogyan tudjuk a legpontosabban szimulálni a hálózat hullámát?

  • A berendezésnek kevesebb a reaktív vesztesége, ezért kevésbé nehéz és kevesebb energiát fogyaszt.
  • Az 50 Hz-es tesztek 2 Uo (effektív) frekvencián zajlanak, és ezzel a hullámformával: teszt téglalap alakú koszinusz hullámmal 3 * Uo (effektív) ≈

Teszt 50 Hz-en 2 * Uo (effektív érték)
Amint az az 5–14. Ábrán látható, a téglalap alakú koszinushullám polarizációs változása megegyezik az 50 Hz-es hulláméval.
Végül megfigyeljük, hogy milyen a téglalap alakú koszinusz hullám: 3 * Uo (effektív) ≈ az 50 Hz hullám 2 * Uo (effektív) .

5. és 6. ábra

Miért van a téglalap alakú koszinusz hullám?

A területen felhalmozott tapasztalatok, valamint az ezeken a gyakorlati alkalmazásokon alapuló kutatási és tudományos eredmények mellett a téglalap alakú koszinusz hullámra fogadunk a következő okok miatt:

Adatkezelés: a tesztben szereplő összes érték tárolásra kerül, és PC-re exportálható.

7., 8., 9., 10., 11. és 12. ábra

A szimmetriával kapcsolatban tisztázható, hogy jelenleg két VLF modell létezik: az alapsorozat és a plusz sorozat (az első csak a negatívról pozitív polarizációra történő áttérésben kompenzálja a kábelveszteségeket), és hogy a világszerte forgalmazott berendezések 80% -a alapsorozatok, és nincs olyan tanulmány, amely szerint a negatív periódusban az esetleges kábelveszteségek következtében fellépő aszimmetriájuk káros. A plusz sorozat a maga részéről teljesen szimmetrikus, mert minden polarizációs változásnál kompenzálja a kábelveszteségeket.

11., 12., 13. és 14. ábra