Аппараты для испытаний изоляции кабелей

Требования к испытаниям изоляции кабеля

Технология самозалечивания изоляционной системы силовых кабелей пока остается фантастической перспективой энергетики. Как известно, существующие твердые диэлектрики после пробоя не восстанавливаются. Пока при каждом электрическом пробое изоляции кабеля возникает аварийный режим эксплуатации, что может привести к многомиллионным потерям. Поэтому так важно своевременно найти и обезвредить дефекты кабельной линии. Наиболее распространенные методы – это рефлектометрия и пробой. Сегодня наиболее актуально применение  неразрушающих методов профилактических испытаний, так называемых щадящих методов профилактики и диагностики кабельных систем, поскольку использование «жестких» методов пробоя может усугубить фактическое состояние изоляции.

Все виды испытаний кабельных линий можно разделить на три основные группы, различающиеся по назначению и, соответственно, по объему и нормам:

• испытания новых изделий на заводе-изготовителе;
• испытания после прокладки или монтажа нового оборудования, испытания после капитального ремонта;
• периодические профилактические испытания эксплуатационной организацией.

Периодичность профилактических испытаний составляет от двух раз в год до 1 раза в три года для разных кабелей. При испытаниях контролируется ток утечки, значения которого лежат в пределах от 150 до 800 мкА/км для нормальной изоляции. До и после испытаний измеряется сопротивление изоляции. Для определения степени старения защитных покровов кабелей проводятся испытания в соответствии с действующими ГОСТами: ГОСТ 16442-80, ГОСТ 6436-75, ГОСТ Р 51312-99, ГОСТ 18410-73.

Метод испытания повышенным напряжением на сверхнизких частотах

Новым типом компактных систем являются испытательные установки, которые предназначены для испытания изоляции кабельных линий повышенным напряжением на сверхнизких частотах (СНЧ). Эта система позволяет проводить испытания кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена синусоидальным напряжением на частоте 0,1 Гц, а также кабелей с бумажно-масляной изоляцией повышенным напряжением постоянного тока. Для увеличения нагрузочной способности такие системы оснащены функцией регулирования частоты при испытании на сверхнизкой частоте.

В процессе испытаний оператор может задавать продолжительность испытаний, величину испытательного напряжения, форму испытательного напряжения (синусоида, меандр или напряжение постоянного тока), контролировать ток утечки и, кроме этого, испытательная система позволяет оператору осуществить первичный прожиг дефектной изоляции кабеля в случае наступления пробоя в ходе испытаний. Дополнительно испытательная установка сверхнизкой частоты может использоваться в качестве генератора тестового сигнала при отыскании мест повреждения оболочки кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.Установка  формирует ступенчатый сигнал напряжения амплитудой до 5 кВ, который создает градиент электрического поля в месте повреждения оболочки кабеля и легко обнаруживается на трассе с помощью специальных измерительных устройств. Реализован метод СНЧ, например, в аппаратах серии VLF пр-ва SEBA KMT.

Дистанционные методы определения мест повреждения силовых кабельных линий

Для поиска неисправностей в кабельных линиях применяют различные методы, реализованные в оборудовании SEBA KMT:  рефлектометрический, ARM, Decay, ICE, прожиг. При известности первого и последнего методов, наибольшую популярность приобретают методы ARM, Decay, ICE. Данные типы методов позволяют искать «заплывающие» повреждения в кабеле, не повреждая его.

ARM – метод стабилизации электрической дуги. Для реализации данного метода необходимо использовать генератор ударных волн, который, подобно конденсатору, заряжаясь в течение определенного периода, разряжается в испытуемый кабель, создавая при этом высокую напряженность в месте дефекта. Которая, в свою очередь, приводит к зажиганию электрической дуги, однозначно отображающейся на экране рефлектометра, работающего совместно с генератором ударных волн. Напряжение, используемое при писке неисправности, составляет величину от 32 до 50 кВ. В дальнейшем данный метод получил развитие ARMPlus, который в отличии от ARM, позволяет искать повреждения в кабеля с высоким коэффициентом затухания. Метод ARM реализован в установках LSG300, Surgeflex, SPG5-1000.

Decay – метод связи по напряжению. При использовании данного метода кабель заряжается высоким напряжением до тех пор, пока не произойдет пробой в месте «заплывающего» повреждения. Для определения расстояния до места повреждения используется рефлектометр. Напряжения, используемые при этом, достигают 110 кВ.

ICE – метод связи по току. Аналогичен методу Decay. Но при этом кабель заряжается током, который также пробивает место «заплывающего» повреждения. Метод ICE может быть использован в кабеле, изоляция которого пропитана влагой, что не позволяет полноценно использовать методы ARM и Decay. Подача в кабель тока нагревает его, что в свою очередь приводит к уменьшению степени влажности изоляции. Реализован в приборах Teleflex.

Немецкая компания SEBA KMT разработала свою систему для интегральной диэлектрической диагностики CDS, использующую метод измерения возвратного напряжения для бумажно-масляных кабелей и метод анализа изотермического тока релаксации для кабелей с полиэтиленовой изоляцией (PЕ/VPE). Метод измерения и анализа возвратного напряжения основан на измерении и анализе зависимостей от времени тока зарядки в процессе зарядки емкости диагностируемого кабеля постоянным напряжением небольшой величины (1 и 2 кВ), не оказывающей влияния на изоляцию кабеля, и восстанавливающегося (возвратного) напряжения в изоляции кабеля после его кратковременной разрядки. Эти зависимости характеризуют состояние, степень старения и содержание влаги в изоляции силовых кабелей. Для PE/VPE-кабелей с целью обработки результатов измерений используется модуль программного обеспечения, реализованный на базе нечеткой логики. Система CDS позволяет оценить влажность бумажной изоляции, степень старения PЕ/VPE-изоляции, общее состояние кабельной линии и гарнитур. Реализована система CDS в аппаратах  CD 31.

Другая разработка SEBA KMT - система OWTS (Oscillating Wave Test System) диагностики локальных неисправностей и «слабых мест» в кабельных линиях и гарнитурах, использующая метод измерения частичных разрядов в диэлектрике. При этом на испытуемый объект в течение нескольких секунд подается постоянное напряжение, а разрядка осуществляется через резонансную катушку. На испытуемом образце осциллирующее напряжение бывает в течении десятых долей секунды и не вызывает ни старения, ни повреждения кабеля. Производится целый ряд установок OWTS с выходным напряжением от 28 кВ до 250 кВ, позволяющий охватить всю линейку силовых кабелей. Системы OWTS последних разработок (OWTS 25, OWTS М 28 и OWTS М 60) состоят из высоковольтного блока, блока обработки сигнала и ноутбука с адаптером для беспроводной связи с высоковольтным блоком.

Метод колебательного разряда

Метод колебательного разряда похож на OWTS . Определение расстояния до места "заплывающего" пробоя в кабеле производится методом колебательного разряда, в основу которого положено измерение времени полупериода колебательного электромагнитного процесса, возникшего при пробое изоляции заряженного кабеля. Определение расстояния до места повреждения с переходным сопротивлением в месте повреждения от 0 до 100 кОм производится методом посылки высоковольтного импульса от заряженного конденсатора через разрядник в поврежденную жилу кабеля и измерения интервала времени между двумя отраженными импульсами. Метод колебательного разряда  реализован в измерительном приборе ЦР0200 (завод «Мегомметр», Умань).

При измерении расстояния до места "заплывающего" пробоя в кабельной линии напряжение заряда плавно поднимают до пробоя в кабеле. Для исключения влияния внутреннего сопротивления высоковольтной установки на кабельный процесс включается резистор R, сопротивление которого выбирается значительно выше волнового сопротивления кабельной линии, 0.5-10 кОм. При наличии дефекта в изоляции кабельной линии происходит пробой в месте повреждения. Короткое замыкание в заряженном кабеле порождает электромагнитные волны, которые распространяются от места пробоя в кабеле к началу кабельной линии и к ее концу. Распространяющаяся волна подвержена затуханию. Наибольшему затуханию подвержены высокосоставляющие волны. Поэтому с течением времени пробега волны происходит все большее "округление" фронта волны и уменьшение амплитуды.

Измерение сопротивления изоляции кабелей современными мегомметрами

Для измерения сопротивления изоляции применяются мегомметры генераторного типа или цифровые измерители с преобразователем напряжения. Сопротивление изоляции – это параллельно включенное с токоведущей частью (жилой кабеля) сопротивление. Абсолютной разницы между диэлектрическим и резистивным состояниями нет, потому что в зависимости от условий одно и то же вещество может быть и диэлектриком и резистором. Например, для учета сопротивления поверхностной проводимости в мегомметрах пр-ва СОНЭЛ MIC-1000, MIC- 2500, MIC-5000 и MIC-3 используется метод тройного зажима - высоковольтный разъем имеет вывод “средней точки ” - “E” . При его использовании происходит корректировка результата с учетом токов поверхностной проводимости. Наглядным примером является измерение сопротивления изоляции между экраном и одной из жил кабеля. Сопротивление изоляции характеризует сквозной ток утечки, который протекает по диэлектрику под воздействием постоянного напряжения и обусловлен наличием в диэлектриках свободных носителей заряда различной природы.

Для исключения протекания больших токов на начальном этапе измерения, мегомметры СОНЭЛ ограничивают величину протекающего тока, тем самым исключая возможные повреждения  изоляции. Выходной ток ограничивается на уровне1 мА. MIC-3 и MIC-1000 производства компании СОНЭЛ - цифровые мегомметры для измерения сопротивления изоляции электроустановок и кабелей различного назначения напряжением до 1000 В. MIC-2500 – цифровой мегомметр для измерения сопротивления изоляции электроустановок и кабелей различного назначения. Измерительное напряжение может быть выставлено с шагом 10В до 2500 кВ. Прибор измеряет сопротивление изоляции в диапазоне до 1,10 ТΩ (1100 ГΩ) и ток утечки изоляции рассчитывает коэффициенты абсорбции и поляризации. Цифровой мегомметр MIC-5000 (СОНЭЛ) – прибор для измерения сопротивления изоляции силовых кабелей и других устройств силовой электроники напряжением до 5000 В. Прибор измеряет сопротивление изоляции, ток утечки, рассчитывает коэффициенты абсорбции и поляризации. В дополнении, прибор измеряет напряжение переменного и постоянного тока. В измерителях MIC-1000, MIC-2500, MIC-3 предусмотрена функция низкоомного измерения сопротивления (с диапазоном до 400 Ом), которая позволяет быстро идентифицировать пробой изоляции.

Российское оборудование для испытаний и диагностики кабелей

Одним из наиболее распространенных в России остается аппарат АИД-70 М производства завода «Медрентех» (Москва), предназначенный для проверки электрической прочности изоляции силовых высоковольтных кабелей, различных электроизоляционных материалов, а также устройств работающих в составе электрических установок высокого напряжения. Проверка кабеля аппаратом АИД осуществляется посредством подачи на испытуемый объект высокого напряжения сунусоидальной формы частотой 50 Гц с контролем тока потребляемого нагрузкой, начиная от десятков микроампер. АИД-70 М может использоваться в качестве источника высокого постоянного и переменного напряжения с максимальным выходным переменным током до 20 мА и постоянным током до 10 мА. АИД-70М оснащен системой снятия остаточного емкостного заряда, не требующей наличия устаревшей конструкции внешнего замыкателя. В настоящее время АИД-70М - единственный выпускаемый по ГОСТ 1516.2-97 в РФ аппарат, соответствующий заявленной точности и внесенный в Государственный реестр средств измерений за № 34031-07. АИД-70 М сертифицирован на соответствие ГОСТ по электробезопасности и электромагнитной совместимости: Сертификат соответствия № РОСС RU.МЕ.65.НО 1142.

АИД-70 М продается с первичной метрологической поверкой. Характерными отличиями установки АИД-70М от аналогичных моделей являются: измерение действующего значения переменного напряжения, применение приборов измерения класса 1, возможность подключения внешней световой и звуковой сигнализации, измерение выпрямленного напряжения по амплитудному значению. Установка АИД-70М выполнена во влаго- и пылезащищенном исполнении и предназначена для эксплуатации в стационарных и полевых условиях. Сегодня завод «Медрентех» начал выпуск цифрового аналога  - АИД-70Ц, который приобрел дополнительные сервисные функции при сохранении всех существующих опций. Применяемая в аппарате микропроцессорная система обработки сигналов и управления силовой частью позволила повысить точность измерения и наделить АИД-70Ц новыми функциями для удобства работы с аппаратом. В АИД-70Ц используется двухконтурная система стабилизации, позволяющая повысить точность поддержания напряжения на заданном уровне и исключить возможные колебания. Это стало возможным благодаря раздельному отслеживанию колебаний напряжения электропитания и напряжения, связанного с изменением тока нагрузки. Система управления отслеживает возможные изменения и оптимизирует сигнал управления автотрансформатором. Диапазон регулирования напряжения (постоянного/переменного) 10-70 кВ/10-50 кВ.

 

Другой аппарат для испытания изоляции кабелей - РЕТОМ-2500  производства НПП «Динамика» (г. Чебоксары).

Прибор РЕТОМ-2500 предназначен для проверки электрической прочности изоляции. Используется для испытания изоляции электрооборудования и электрических аппаратов повышенным напряжением до 2,5 кВ промышленной частоты на электрических станциях, подстанциях и в энергохозяйстве промышленных предприятий. Прибор РЕТОМ-2500 может использоваться как отдельное устройство, так и в составе комплекса РЕТОМ-11М. Он питается от сети ~220 В, 50 Гц и содержит силовой источник высокого напряжения переменного тока и встроенные цифровые приборы: вольтметр, секундомер, миллиамперметр.

РЕТОМ-2500 обеспечиваетвыдачу регулируемого однофазного переменного напряжения 100...2500 В промышленной частоты; задание выдержки времени со звуковой сигнализацией по окончании счета, в течение которого на выходе прибора присутствует напряжение, на интервалы 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 мин.; измерение напряжения, выдаваемого на испытуемый объект, с пределом измерения 2500 В; измерение тока утечки при испытании повышенным напряжением с пределами измерения 10; 50; 500 мА; фиксацию на индикаторах значений напряжения, тока утечки, времени подачи повышенного напряжения и времени до момента пробоя. Прибор РЕТОМ-2500 внесен в реестры средств измерений России, Украины, Беларусии, Казахстана.

Стоит упомянуть также высоковольтный испытательный аппарат СКАТ-70М, предназначенный для испытания изоляции силовых кабелей выпрямленным напряжением 70 кВ, для испытания твердых диэлектриков синусоидальным напряжением 50 кВ, а также для прожига силовых кабелей с целью обнаружения места их повреждения. Конечно, этот аппарат использует «жесткие» методы пробоя изоляции. Максимальное выходное постоянное напряжение 74 кВ.

Максимальное выходное переменное напряжение 50 кВ. Скорость подъема выходного напряжения от 0,5 до 10 кВ/сек. Диапазон токов в режиме прожига 0-60 мА. Воздействие на поврежденный кабель напряжением 40 кВ при токах до 60 мА приводит к тому, что однофазное замыкание переходит в двух- или трехфазное или разрушается проводящий мостик между жилой и оболочкой кабеля. Такое повреждение легко обнаружить современным рефлектометром.

У всех перечисленных аппаратов есть свои несомненные плюсы, но специалисты знают и их минусы, выявленные в ходе многолетней эксплуатации.