Основы изоляции
Основополагающее понимание свойств изоляции кабелей является основой для оценки работоспособности кабеля.
Хорошая, плохая и неуклюжая кабельная изоляция
Эти же основы обеспечивают основу для оценки значимости, эффективности и обоснованности различных электрических и физических испытаний и измерений и являются основанием для оценки существующих или обычных методов тестирования кабелей в отношении критических свойств, вызывающих озабоченность:
- Функциональность кабеля
- Продление жизни
- Сохранение первоначальной экологической квалификации и
- Адекватность экологической квалификации.
Общие свойства изоляции
Электрические свойства, представляющие интерес для изоляции кабелей, - это свойства диэлектрических потерь (удельное сопротивление, сопротивление изоляции, диэлектрическая постоянная и диэлектрическая проницаемость) и свойства диэлектрической прочности (диэлектрическая прочность, прочность на пробой и способность выдерживать коронную атаку).
Хотя эти свойства важны для более высокого напряжения и других специальных применений, многие из них теряют свою важность для низковольтных кабелей, используемых в тепловых / атомных электростанциях. Показано, что значение механических и термических свойств зависит от применения кабеля.
Измерения сопротивления изоляции обычно используются для оценки систем изоляции.
Для экранированного кабеля сопротивление изоляции напрямую связано с объемным удельным сопротивлением кабеля. Для неэкранированного кабеля сопротивление изоляции имеет сложную связь с объемным и поверхностным удельным сопротивлением, потому что нет защитного экрана для обратного пути.
Хорошая изоляция кабеля
Когда напряжение подается на любую систему изоляции, некоторые из них протекают в изоляцию, сквозь нее и вокруг нее. При тестировании с высоким напряжением постоянного тока, емкостным зарядным током, изоляционным током изоляции, током утечки изоляции и байпасным током все в некоторой степени присутствуют.
Для целей настоящей статьи по обнаружению повреждений кабеля будет рассмотрен только ток утечки через изоляцию.
Для экранированного кабеля изоляция используется для ограничения утечки тока между фазным проводником и землей или между двумя проводниками разного потенциала. Пока ток утечки не превышает определенного предела конструкции, кабель считается хорошим и способен эффективно передавать электрическую энергию на нагрузку.
Изоляция кабеля может считаться хорошей, когда ток утечки пренебрежимо мал, но поскольку нет идеального изолятора, даже хорошая изоляция допускает небольшой ток утечки, измеренный в микроамперах.
См. Рис. 1.
Рисунок 1 - Кабель Хорошая изоляция
Электрическая эквивалентная схема хорошего прогона кабеля показана на рисунке 2. Если изоляция была идеальной, параллельное сопротивление RP не существовало бы и изоляция выглядела бы как строго емкость. Поскольку изоляция не идеальна, существует параллельное или изоляционное сопротивление.
Это сопротивление, измеренное во время испытания, с помощью тестера изоляции Megger. Ток, протекающий через это сопротивление, измеряется при проведении испытания на утечку постоянного тока, как показано на рисунке 1.
Объединенная индуктивность (L), последовательное сопротивление (RS), емкость (C) и параллельное сопротивление (RP), как показано на рисунке 2, определяются как характеристический импеданс (Z0) кабеля.
Когда кабельная изоляция плохая?
Когда величина тока утечки превышает проектный предел, кабель больше не будет обеспечивать энергоэффективность. См. Рис. 3.
Почему кабель становится плохо?
Поврежденный подземный электрический кабель
Вся изоляция ухудшается естественным образом с возрастом, особенно при воздействии повышенной температуры из-за высокой нагрузки и даже при физическом повреждении. В этом случае во время теста имеется распределенный поток тока утечки или под напряжением.
Многие вещества, такие как вода, масло и химикаты, могут загрязнять и сокращать срок службы изоляции и вызывать серьезные проблемы.
Изоляция из сшитого полиэтилена (XLPE) зависит от состояния, называемого древовидной структурой. Было обнаружено, что присутствие влаги, содержащей загрязняющие вещества, нерегулярные поверхности или выступы в изоляции и электрическом напряжении, обеспечивает надлежащую среду для начала и роста этих деревьев в полиэтиленовом материале.
Тестирование показывает, что прочность переменного тока этих тросовых кабелей значительно снижена. Ущерб, вызванный молнией, огнем или перегревом, может потребовать замены кабеля для восстановления обслуживания.
Рисунок 2 - Эквивалентная схема хорошего кабеля
Рисунок 3 - Плохая изоляция кабеля
Описаны неисправности кабелей
Когда в какой-то местной точке в кабеле изоляция ухудшилась до такой степени, что происходит пробой, позволяющий перенапряжение тока заземляться, кабель называют неисправным кабелем, а положение максимальной утечки может считаться катастрофическим отказом изоляции.
См. Рисунок 4.
Рисунок 4 - Ошибка заземления или шунта на кабеле
В этом месте изоляция или параллельное сопротивление были резко уменьшены, а искровой промежуток развился. См. Рисунок 5.
Рисунок 5 - Ускоренная диаграмма области ошибки
Иногда возникает ошибка серии, показанная на рисунке 6, из-за раздутого проводника с открытой фазой, вызванного высоким током повреждения, выкапыванием или сбоем.
Рисунок 6 - Открытая или последовательная неисправность кабеля
Уродливая изоляция кабеля
По сути, нет уродливой изоляции кабеля. Это может быть хорошим или плохим. Каждое условие между считается плохим.
Тестирование кабеля Hipot для части 1 (VIDEO)
Тестирование кабеля Hipot Part-2 (VIDEO)
Ресурсы: Практика электростанций для обеспечения работоспособности кабелей - Научно-исследовательский институт электроэнергии; Поиск неисправностей - Megger