Testování kabelu VLF - VLF cable testing - Wikipedia

Testování kabelu VLF (Very Low Frequency) je technika pro testování kabelů středního a vysokého napětí (VN a VN). Systémy VLF jsou výhodné v tom, že je lze vyrobit tak, aby byly malé a lehké; aby byly užitečné - zejména pro testování v terénu, kde může být problémem doprava a vesmír. Vzhledem k tomu, že inherentní kapacitu napájecího kabelu je třeba nabíjet, když je pod napětím, jsou zdroje napětí frekvence systému mnohem větší, těžší a dražší než jejich nízkofrekvenční alternativy. Tradičně DC hipot testování bylo použito pro testování kabelů v terénu, ale testování DC se ukázalo jako neúčinné pro testování odolnosti moderních kabelů s izolací na bázi polymerů (XLPE, EPR). Ukázalo se také, že DC testování snižuje zbývající životnost kabelů se stárnoucí polymerovou izolací[1].

Testování kabelů VLF je podporováno v IEC 60502 (do 35 kV) a v IEEE 400.2 (do 69 kV). Jak se vyvíjí VLF zařízení s vyšším napětím, mohou být standardy přizpůsobeny ke zvýšení úrovně napětí pro aplikaci.

Test VLF lze použít mnoha způsoby:

  • Aplikujte VLF na kabely jednoduchým výdržným přístupem k detekci potenciálních poruch (poruchy ) v kabelu izolace během plánované odstávky. Testovaný kabel musí vydržet Střídavé napětí po stanovenou dobu testování bez flashover. Tato metoda poskytuje prohlášení „vyhovět / selhat“. Testování kabelu VLF používá různé tvary vln, obvykle sinusové a čtvercové, a při popisu použitého napětí je třeba postupovat opatrně. RMS a špičkové napětí mají různé vzájemné vztahy v závislosti na tvaru vlny a IEEE 400.2 používá úroveň špičkového napětí k vyrovnání vlnových tvarů. Použité kmitočtové rozsahy jsou v rozsahu 0,01 Hz až 0,1 Hz, kde výběr frekvence závisí na zatížení kabelu. Úrovně zkušebního napětí se počítají buď pomocí násobku jmenovitého fázového napětí kabelu, nebo pomocí tabulek v IEEE 400.2; obvykle jsou v rozmezí 1,5 U0 až 3 U0. Doba testování kabelu VLF se pohybuje od 15 do 60 minut. IEEE 400.2 stanoví některá doporučená testovací napětí a časy. Následná práce CDFI ukázala, že při použití napětí a časů IEEE 400.2 nedojde k žádné významné změně v účinnosti testu VLF prováděného ve frekvenčním rozsahu 0,1 až 0,01 Hz[2].
  • Aplikujte VLF na kabely v monitorovaném výdržném přístupu, kde se provádí diagnostické měření před a v průběhu zkoušky výdrže. Monitorování diagnostiky umožňuje další rozhodování před dosažením konečného testovacího napětí. Některé kabely nejsou vhodnými kandidáty na testování odolnosti a diagnostická indikace získaná při nižším napětí může vyvrátit potřebu provedení testu odolnosti. Během testovacího měření lze diagnostický parametr použít k optimalizaci testovacích časů. Zkušební doby lze zkrátit u kabelů s dobrými diagnostickými indikacemi nebo prodloužit u kabelů, které během testu vykazují zhoršená diagnostická měření.
  • Použijte VLF k měření ztráty izolace (tj. činitel rozptylu izolace nebo Tan-delta). V tomto případě IEEE 400.2 stanoví kritéria pro hodnocení. Zkouška se obvykle provádí v rozsahu zkušebních napětí od 0,5 Uo do 2 Uo v závislosti na standardu / vodítku, které je dodržováno.
  • Pro detekci a měření použijte VLF částečné vybití. V tomto případě IEEE 400.3 nastiňuje postup pro posuzování a IEC 60270 poskytuje pozadí pro testování částečných výbojů vysokonapěťových přístrojů. Zkouška se obvykle provádí na řadě zkušebních napětí, aby se identifikovaly různé závady a jejich počáteční a zániková napětí.

Testování odolnosti VLF

Vysokého napětí testy odolnosti se používají ve spojení s měřením částečného výboje na pevném dielektrickém kabelu a příslušenství ve výrobních závodech, aby se zajistila kvalita dokončených komponent kabelového systému od MV po EHV. Je to tedy zcela přirozené utility používat také zkoušky odolnosti a částečného vybití jako zkoušky pro uvedení do provozu a údržbu kabelových systémů v terénu. Cíl těchto testů je stejný jako v továrním testu, konkrétně detekovat vadné součásti kabelového systému před selháním. Testy odolnosti lze provádět pomocí různých zdrojů napětí od DC do 300 Hz a jejich ovládání je jednoduché a zařízení může být levné. Některá pozorování pro zkoušku odolnosti VLF jsou (na základě výsledků CDFI)[3]:

  • Testy VLF jsou pro obslužný program jednoduché a nevyžadují specializované služby
  • Míra selhání testu na kabelovém systému se pohybuje v rozmezí 0,2 až 4% po dobu 30 minut testů prováděných na napěťových úrovních IEEE 400.2.
  • IEEE Std. 400.2 poskytuje navrhované časové a napěťové testovací úrovně, ale přesné parametry nejsou možné, protože rychlosti růstu defektů nejsou známy a mohou se velmi lišit.
  • Testy VLF na testovacích úrovních IEEE 400.2 nepoškozují „dobrou“ izolaci kabelových systémů, ale používají se k degradaci stávajících defektů izolace na selhání během zkoušky, nikoli v provozu. Důvodem je, že nízkoenergetická porucha testovaného kabelu má za následek menší vedlejší škody a sníženou pravděpodobnost neplánovaných výpadků v důsledku poruchy v provozu.
  • Data byla shromážděna pomocí obou běžně používaných průběhů VLF, existuje jen málo důkazů o významném rozdílu ve výsledcích poruchovosti, které lze přiřadit doporučeným napětím k průběhu napětí.

Testování VLF Tan Delta

Střední napětí distribuční kabely a jejich příslušenství tvoří důležitou součást napájecí systémy. Systémy používají izolační materiály, které mají nízkou permitivitu a ztráty. Povolnost a ztráta jsou dielektrikum vlastnosti izolačního materiálu. Jak systémy stárnou, mohou se tyto dielektrické vlastnosti měnit. Lze hodnotit dielektrickou ztrátu, protože může během životnosti systémů zvýšit několik řádů. Tento přístup dobře koreluje s některými ztrátovými výrůstky ve staré polymerní izolaci, jako jsou vodní stromy.

Měření Tan delta představuje diagnostickou techniku ​​kabelu, která hodnotí obecný stav izolace kabelového systému, který může být znázorněn ve zjednodušeném ekvivalentním obvodu, který se skládá ze dvou prvků; odpor a kondenzátor. Když je na systém přivedeno napětí, je celkový proud výsledkem příspěvků z proudu kondenzátoru a proudu rezistoru. Tan delta je definována jako poměr mezi odporovým proudem a kapacitním proudem. Měření se provádějí offline.

V praxi je vhodné měřit dielektrické vlastnosti při VLF 0,1 Hz.[4] To jak snižuje velikost a výkonové požadavky zdroje energie, tak zvyšuje rozlišení odporové složky (blízké stejnosměrné složce) dielektrické ztráty (ne kapacitní složky).

Při použití IEEE 400.2 se pro diagnostiku kabelového izolačního systému pomocí hodnoty Tan δ používají tři různá kritéria. Jedno kritérium používá velikost hodnoty Tan δ jako nástroj pro diagnostiku, zatímco druhé používá rozdíl v hodnotách Tan δ pro konkrétní elektrická napětí nebo úrovně napětí. Ten je obecně známý jako „Tip-Up“ hodnoty Tan δ.[5] Výsledky obou kritérií jsou často interpretovány pomocí doporučení uvedených v příručce. Průvodce poskytuje hierarchickou úroveň, která hodnotí izolační systém kabelů. Hlavní upozornění týkající se tohoto přístupu jsou:

  • Může být nutné zjistit zdroj ztrát, aby bylo možné je vyhledat.
  • U delších kabelů mohou být ztráty ztráty z poškozených částí v měření zředěny.
  • Některé vady izolace nejsou spojeny se ztrátami.

VLF testování částečného výboje

Zdroj VLF lze použít k napájení izolace a iniciaci částečných výbojů z defektů v izolaci. Protože je test offline, lze zkušební napětí měnit, aby bylo možné měřit počáteční a extinkční napětí částečného výboje. K lokalizaci zdroje výboje lze použít techniky TDR a lze provést referenční měření pomocí kalibrátoru, aby se naměřený pd zobrazil v pC.

Měření PD VLF mají stejné výhody a omezení jako jiná měření PD a data získaná pomocí různých zdrojů napětí mají stejné nejistoty.

Je třeba poznamenat, že různé vady mohou vykazovat různé charakteristiky v závislosti na prostředí a zdroji buzení. Dopad tohoto na konečné rozhodnutí je pravděpodobně zanedbatelný. Ani při vyšších napětích nejsou kritéria pro detekci (např. V Cigre WG B1.28) a výpočet závažnosti definována a nezávisí na měřených vlastnostech PD. Proto je detekce zdrojů PD v současné době důležitější než charakterizace defektů.

Detekce vad je obzvláště užitečná pro nové kabely, kde je pro rozhodnutí, které je učiněno, možná méně důležitá analýza závažnosti. Jakékoli vady nových instalací by měly být opraveny. U starších systémů lze závažnost PD hodnotit na základě zvážení různých charakteristik PD. Bohužel neexistuje žádný nezávislý průvodce, který by bylo možné použít ke klasifikaci závažnosti po jednom měření. Z opakovaných měření lze určit trend, a proto je důležité pečlivě kontrolovat a opakovat podmínky měření, aby bylo srovnání opakovaných měření platné.

Typické vlastnosti PD, které mohou přispět k analýze závažnosti, zahrnují:

  • Počáteční a zániková napětí
  • Klasifikace typu PD (vnitřní, povrchová, koronová)
  • Velikost PD (v mV / pC)
  • Míra opakování PD
  • Místo závady

Srovnání s jinými zdroji napětí

Tam je nějaká průmyslová debata (hodně z toho komerčně řízený) o použití různých zdrojů napětí k napájení kabelů a o výhodách různých diagnostických technik, pokud jsou použity ve spojení s různými zdroji.

Teoretický přístup

Kabel je vystaven provozním napětím při napětí a frekvenci systému a zdroje napětí, které se liší (v rozsahu, tvaru vlny nebo frekvenci), způsobí kabelu jiné napětí, než jaké za provozních podmínek. Vady a poškození mohou také reagovat odlišně a diagnostické indikace se mohou lišit v závislosti na typech vad. Zastánci tohoto přístupu budou tvrdit, že tyto rozdíly snižují komerční výhody, které nabízejí konkurenční zdroje napětí.

Praktický přístup

Elektrické zařízení má poruchovost, která je inverzní k jeho spolehlivosti. Zkušební techniky mají za cíl zlepšit spolehlivost izolačního systému a analýza dopadu zkoušek na spolehlivost testované sítě je důkazem účinnosti zkušební techniky; bez ohledu na rozdíly od provozního napětí.

Pravděpodobnost

Selhání izolace je stochastický proces a je chybné identifikovat jednotlivé události a přiřadit je konkrétnímu zdroji. U jakékoli zkoušky s jakýmkoli zdrojem napětí lze očekávat poruchu izolačního systému po dobré diagnostické indikaci (nebo naopak). Lepší testy budou lepšími prediktory stavu, ale žádné testy by neměly být považovány za neomylné.

Mezinárodní normy a příručky

  • DIN VDE 0276 (po pokládce na nových kabelech)
  • IEC 60502-2: 2014 Kabely pro jmenovité napětí od 6 kV (Um = 7,2 kV) do 30 kV (Um = 36 kV) (po zkouškách pokládkou na nové kabely)
  • IEEE 400-2012 Příručka pro testování v terénu a hodnocení izolace stíněných výkonových kabelových systémů s jmenovitým proudem 5 kV a vyšším
  • IEEE 400.2-2013 Průvodce polním testováním systémů stíněných napájecích kabelů s použitím velmi nízké frekvence (VLF)
  • CENELEC HD620 S1 (po pokládce nových kabelů)

Viz také

Reference

  1. ^ Srinivas, N.N; Duffy, E.K .; Starrett, W. (leden 1993). "Účinek testování stejnosměrného proudu na extrudované zesítěné kabely izolované polyethylenem". EPRI. OSTI  6688245. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  2. ^ Hampton, N .; Hernandez-Mejia, J.C .; Kuntsevich, M .; Perkel, J .; Tomer, V. „Odhad dopadu frekvence VLF na účinnost diagnostiky odolnosti VLF“. NEETRAC, Atlanta, USA.
  3. ^ Hampton, R.N .; Hernandez, J.C .; Perkel, J .; Begovic, M .; Hans, J .; Riley, R .; Tyschenko, P .; Doherty, F .; Myrray, G .; Hong, L .; Pearman, M.G .; Fletcher, C.L .; Linte, G.C. „Zkušenosti s testováním odolnosti kabelových systémů v USA“ (PDF). CIGRE 2010.
  4. ^ Eager, GS; Katz, C .; Fryszczyn, B .; Densley, J .; Bernstein, B.S. (Duben 1997). "Testování vysokonapěťových VLF silových kabelů". Transakce IEEE na dodávce energie. 12 (2): 565–570. doi:10.1109/61.584323.
  5. ^ „IEEE 400.2: 2013, Guide for Field Testing of Shielded Power Cable Systems using Very Low Frequency (VLF)“. IEEE-SA.

externí odkazy