Электрическая прочность изоляции кабелей и испытания кабелей

В эксплуатации кабели подвергаются воздействию рабочего напряжения, коммутационных перенапряжений и в случае электрической связи с воздушными линиями – импульсным перенапряжениям. Уровни изоляции кабелей задаются их испытательными напряжениями. При типовых испытаниях к кабелям прикладывается напряжение промышленной частоты и импульсное напряжение (таблица. 6.11).

Таблица 6.11 Испытательные напряжения силовых кабелей

При контрольных испытаниях электрическая прочность образцов кабеля проверяется приложением повышенного напряжения постоянно­го тока. Испытательное напряжение постоянного тока принимается равным 5U_фн (для кабелей с обедненной изоляцией и газовой пропиткой 3,5 – 4 U_фн). В объем заводских испытаний кабелей входит также измерение сопротивления изоляции, угла диэлектрических потерь, в частности кривой ионизации [кривой tgδ=f(U)].

Важное значение имеют профилактические испытания кабелей в эксплуатации. Особенно это касается кабелей с вязкой пропиткой, в которых возможно медленное развитие ветвистого разряда и увлажнение, вызванное дефектами монтажа. В среднем срок развития дефектов в кабелях с вязкой пропиткой составляет 1 – 1,5 года. Цель профилактических испытаний заключается в выявлении дефектных мест и их устранении при ремонте кабельной линии. Профилактические испытания проводятся путем приложения повышенного постоянного напряжения. Выбор постоянного, а не переменного испытательного напряжения обусловлен рядом обстоятельств. При воздействии постоянного напряжения в кабельной изоляции не возникают остаточные повреждения в виде обугливания или подсыхания, даже если приложенное напряжение близко к пробивному. Поэтому для здоровой изоляции можно выбрать очень высокие испытательные напряжения постоянного тока. Эти высокие напряжения способны вызвать электрический пробой в местах с ослабленной изоляцией. Из изложенного следует, что испытательное постоянное напряжение обладает избирательной способностью к выявлению местных сосредоточенных дефектов. Другим преимуществом постоянного испытательного напряжения является возможность применения маломощного испытательного оборудования. При большой емкости кабеля испытание на переменном напряжении потребовало бы испытательных трансформаторов относительно большой мощности.

В энергосистемах всестороннему исследованию был подвергнут вопрос об уровнях испытательных напряжений кабелей 3 – 10 кВ. Выбор этого уровня основывается на величинах коммутационных перенапряжений порядка 2 – 2,5 U_н, которые, естественно, не должны вызывать пробоя кабеля. При переходе к постоянному напряжению следует учитывать коэффициент упрочнения k_упр=U_пр-/U_пр~, который можно принять равным 3,5—4. Отсюда находим уровень испытательного напряжения:

(6.1)

Эти весьма высокие испытательные напряжения вводились в практику эксплуатации кабельных сетей в течение ряда лет. Чем выше испытательное напряжение, тем больше случаев пробоя (отбраковки) кабелей при испытаниях, но тем меньше пробоев кабеля в рабочих режимах. Очевидно, существует некоторый оптимум в зачении U_исп, определяемый технико-экономическими расчетами. Этот оптимум как раз и лежит около значений (7-8)U_Н. В настоящее время в большинстве энергосистем применяется испытательное напряжение (6-7) U_Н (35— 40 кВдля кабелей 6 кв). Кабели 110 кв и выше, включаемые в системы с заземленной нейтралью, испытываются согласно рекомендациям МЭК повышенным постоянным напряжением 4 U_фн.

Схема испытания кабельных линий показана на рис. 6.21. Источником испытательного напряжения служит кенотронная установка. Испытанию повышенным напряжением подвергается изоляция фаз относительно земли и между собой. Длительность испытаний составляет 10 – 15 мин. Часто одновременно с испытанием повышенным напряжением производится замер токов проводимости (утечки). Сопоставление с данными предыдущих замеров позволяет в ряде случаев судить о проникновении влаги в кабель и вынести решение о повышении испытательного напряжения (в данном испытании) или о сокращении срока между испытаниями.

Рис. 6.21. Схема испытания кабеля выпрямленным напряжением. 1 – кенотронная установка; 2– испытываемый кабель; 3– микро- или миллиамперметр; 4 – разрядная цепь; 5 —шунт гальванометра.

Место пробоя дефектной изоляции кабеля должно быть обнаружено. Для этого кабель или, точнее, канал пробоя прожигается с помощью газотронной установки. Когда сопротивление канала пробоя снижается до десятков Ом, с помощью специальной измерительной аппаратуры определяется расстояние до места повреждения кабеля. Учитывая, что для ремонта кабеля производятся раскопки, место повреждения следует определять с большой точностью. В больших кабельных сетях все испытательное оборудование, включая кенотронную и газотронную установки, а также оборудование для определения мест повреждения кабеля, смонтировано в передвижных лабораториях.