КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь 2009
56
Актуально
Система OWTS (Oscillating Wave Test System), пред-
назначенная для профилактики изоляции кабельных
линий на средние напряжения, широко применяет-
ся в Европе. Существенным достоинством OWTS яв-
ляется то, что эта система позволяет определить:
1) место возникновения частичных разрядов в ка-
бельной линии;
2) уровень частичных разрядов при различных
напряжениях;
3) тангенс угла диэлектрических потерь;
4) емкость.
В России, в отличие от Европы, Америки, Японии
и т.д., сети на среднее напряжение (3–35 кВ) работа-
ют с изолированной нейтралью. Это обстоятельство
существенным образом влияет на режим работы
изоляции. В системах с заземленной нейтралью на-
пряжение на изоляции кабеля не может превышать
фазного. Например, в кабеле на класс напряжения
35 кВ на изоляцию воздействует только фазное на-
пряжение 35/√3 = 20 кВ. В системах с изолированной
нейтралью в нормальном режиме работы, т.е. когда
на нейтрали нулевой потенциал, на изоляцию воз-
действует также фазное напряжение. Однако в слу-
чае однофазного замыкания на землю, напряжение
на нейтрали возрастает до фазного, а на неповреж-
денных фазах — до линейного. Следовательно, не-
которое время изоляция находится под линейным
напряжением. Отсюда встает вопрос, при каком на-
пряжении измерять частичные разряды?
Другая отличительная особенность электрических
сетей России — это повсеместное применение на на-
пряжения 6-10 кВ кабелей с бумажной пропитанной
изоляцией в общей свинцовой или алюминиевой
оболочке (рис. 1). Например, в кабеле на напряже-
ния 10 кВ толщина фазной изоляции Δ
ф
составляет
2,75 мм, поясной — Δ
п
= 1,25 мм. Линейное напря-
жение (рис. 1а), существующее между фазами, при-
ложено на изоляцию толщиной 2
·
Δф = 5,5 мм; фазное
напряжение приложено на изоляцию толщиной
2,75 + 1,25 = 4,0 мм. В связи с этим имеются трудно-
сти в выборе величины испытательного напряжения,
при котором нужно измерять частичные разряды.
Выбор испытательного напряжения
при измерении частичных разрядов
в кабелях на среднее напряжение
Л.А. Ковригин
, д-р техн. наук, Пермский государственный технический университет
Кафедра «Конструирования и технологии электрической изоляции»
Л.Г. Сидельников
, к-т техн. наук, ОАО «Тест», г. Пермь
a)
б)
в)
U
ф
U
исп
U
исп
∆
ф
∆
п
U
л
Рис. 1. Кабель с бумажной пропитанной изоляцией в общей металлической оболочке на напряжения 6-10 кВ:
а — распределение напряжения в рабочем режиме; б — измерение по схеме: одна жила против двух других и оболочки;
в — измерение по схеме: три жилы против оболочки
КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь 2009
57
Актуально
На рис. 1б представлена схема измерения: одна жила
против двух других и оболочки. Для испытания изо-
ляции, находящейся между жилой и оболочной, не-
обходимо приложить фазное напряжение
U
исп
=
U
ф
=
= 10/√3 = 20 кВ, для испытания изоляции, находящей-
ся между жилами, необходимо приложить линейное
напряжение
U
исп
=
U
л
= 10 кВ. Ясно, что для кабелей,
имеющих общую металлическую оболочку, выпол-
нить эти условия невозможно. В том случае, если
прикладывается фазное напряжение, изоляция меж-
ду фазами будет недогружена, в том случае, если при-
кладывается линейное напряжение, изоляция между
фазой и оболочкой будет перегружена.
Еще одна трудность при выборе испытательного
напряжения возникает в связи с тем, что класс на-
пряжения — это линейное напряжение на прием-
нике электроэнергии, на генераторе напряжение
на 15% больше, т.е. со стороны генератора на изоля-
цию воздействует
наибольшее рабочее напряжение
U
раб. max
= 1,15
U
н
. Когда кабель находится без нагруз-
ки на всей его длине действует наибольшее рабочее
напряжение.
На рис. 2 представлена гистограмма частичных
разрядов для кабеля с бумажной пропитанной
изоляцией на напряжение 10 кВ. Измерения про-
водились при напряжении 10/√3 = 6 кВ (зарядное
напряжение соответствует амплитуде 10√2/√3 =
= 8 кВ). Общее число измерений — 129. Гистограмма
имеет два максимума, поэтому она была представ-
лена двумя кривыми плотности распределения ве-
роятности интенсивности ЧР. Для кривой
1
среднее
значение интенсивности ЧР составляет 3,8 нКл, для
кривой 2 — 14,4 нКл.
Оценки принадлежности измеренных величин
той или иной совокупности производилась по фор-
муле
(1)
где
x
i
— измеренные значения; — среднее значение;
S
— среднее квадратичное отклонение;
t
— критерий
Стьюдента;
P
0
— доверительная вероятность;
n
— число
измерений.
Доверительная вероятность была принята
P
0
= 0,99,
так как точность измерения системой OWTS состав-
ляет 1%. Вычисления показали, что интенсивность
ЧР более 23,6 нКл не принадлежит совокупности
2
,
т.е. эти разряды вызваны другой причиной, чем раз-
ряды, принадлежащие совокупности
2
. Такие раз-
ряды, скорее всего, обусловлены образованием
короны на концах кабеля или разрядами по поверх-
ности концевой муфты.
На рис. 3 представлена гистограмма частичных
разрядов для того же кабеля что и на рис. 1, но
измерения производились при напряжении 10 кВ
(зарядное напряжение соответствует амплитуде
10√2 = 14 кВ). Заштрихованные на гистограмме об-
ласти не соответствуют генеральной совокупности.
Анализируя рис. 1 и 2, можно заключить, что при
испытательном напряжении 6 кВ (действующее на-
пряжение) в изоляции между фазой и оболочкой
возникают разряды со средней интенсивностью
14,4 нКл, в изоляции между фазами интенсивность
меньше — 3,8 нКл, так как больше толщина изоля-
ции. При подъеме испытательного напряжения до
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Q
, нКл
P
0,2
0,1
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Q
, нКл
P
0,3
0,2
0,1
Рис. 2 Гистограмма и плотность вероятности
интенсивности частичных разрядов для кабеля с
бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 10 кВ при
испытательном напряжении 6 кВ (действующее значение)
Рис. 3. Гистограмма и плотность вероятности
интенсивности частичных разрядов для кабеля с
бумажной пропитанной изоляцией на напряжение 10 кВ
при зарядном напряжении 14 кВ
КАБЕЛЬ−news / № 11 / ноябрь 2009
58
Актуально
10 кВ (действующее напряжение) в изоляции меж-
ду фазами интенсивность возрастает до 15,5 нКл,
т. е. максимум
1
(рис. 2) перемещается в сторону
максимума
2
. Максимум становится более острым:
среднее квадратичное отклонение уменьшается от
2,6 до 1,1 нКл.
Для того, чтобы отличить разряды, которые про-
исходят в изоляции между жилой и оболочкой, от
разрядов между фазами, необходимо измерять
по двум схемам. Первая схема: одна жила против
двух других и оболочки (рис. 1,
б
); вторая схема:
три жилы, соединенные вместе, против оболочки
(рис. 1,
в
).
На рис. 4 представлена гистограмма и плотность
вероятности интенсивности частичных разрядов
для кабеля со сшитой полиэтиленовой изоляци-
ей на напряжение 35 кВ. Гистограмма, построен-
ная для напряжения 14 кВ, имеет один максимум
в отличие от кабелей с бумажной пропитанной
изоляцией (рис. 2). Это связано с тем, что каждая
изолированная токопроводящая жила имеет от-
дельный электрический экран, поэтому электри-
ческое поле находится между круглой жилой и
круглым экраном, толщина изоляции всюду оди-
накова. В противоположность этому, у кабелей с
бумажной пропитанной изоляцией в общей метал-
лической оболочке, толщина изоляции между фа-
зами больше, чем между фазой и землей.
С увеличением испытательного напряжения от
14 кВ (действующее значение) до 25 кВ среднее
значение ЧР увеличивается от 5,3 до 15 нКл, т.е.
кривая
1
трансформируется в кривую
2
; сред-
нее квадратичное отклонение возрастает от 2,6
до 6,4 нКл.
Кабели с бумажной пропитанной изоляци-
ей и полиэтиленовой изоляцией ведут себя по-
разному. При низких напряжениях (рис. 2, кривая
1
и рис. 4, кривая
1
) разброс значений одинаковый
(
S
= 2,62 нКл), при больших значениях напряжения
у бумажной пропитанной изоляции разброс умень-
шается (
S
= 1,1 нКл), у полиэтиленовой — увеличи-
вается (
S
= 6,4 нКл). В полиэтиленовой изоляции
возникают новые очаги с малой интенсивностью и
в имеющихся очагах интенсивность ЧР возрастает.
В бумажной пропитанной изоляции новые очаги
ионизации не возникают, происходит увеличение
интенсивность ЧР в существующих очагах: кривая
1
(рис. 2) смещается в сторону кривой
2
.
Дальнейшие работы по измерению ЧР при на-
пряжениях, указанных в настоящей работе, по-
зволит выработать норму частичных разрядов в
кабельных линиях применительно для территории
России.
Выводы
1. Заключение о соответствии нормам уровня
частичных разрядов кабельной линии должно про-
изводится по значениям ЧР, снятых при следующих
напряжениях.
1.1. У кабелей на напряжения 20 и 35 кВ, имею-
щих отдельный экран по каждой изолированной
токопроводящей жиле, частичные разряды долж-
ны измеряться при фазном наибольшем рабочем
напряжении, т.е.
U
исп
= 1,15
U
н
/√3 (действующие на-
пряжение); зарядное напряжение должно соответ-
ствовать амплитудному значению
U
зар
= √2
U
исп
.
1.2. У кабелей на напряжения 6 и 10 кВ, не име-
ющих отдельный экран по каждой изолированной
токопроводящей жиле, частичные разряды долж-
ны измеряться при фазном и линейном наиболь-
шем рабочем напряжении, т.е.
U
исп1
= 1,15
U
н
/√3 и
U
исп
= 1,15
U
н
(действующие напряжение); зарядное
напряжение должно соответствовать амплитудно-
му значению
U
зар
= √2
U
исп
.
2. У кабелей на напряжения 6 и 10 кВ, не имею-
щих отдельный экран по каждой токопроводящей
жиле, частичные разряды должны измеряться по
двум схемам:
1) одна жила против двух других и оболочки;
2) три жилы, соединенные вместе, против обо-
лочки.
3. С увеличением напряжения в полиэтиле-
новой изоляции возникают новые очаги ЧР, в
бумажной пропитанной изоляции увеличива-
ется интенсивность ЧР в существующих очагах
ионизации.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Q
, нКл
P
0,20
0,15
0,10
0,05
1
2
Рис. 4. Гистограмма и плотность вероятности интенсивности
частичных разрядов для кабеля со сшитой полиэтиленовой изоляцией
на напряжение 35 кВ при испытательном напряжении: 1 — 14 кВ
(действующее значение); 2 — 25 кВ
Оригинал статьи: Выбор испытательного напряжения при измерении частичных разрядов в кабелях на среднее напряжение
Система OWTS (Oscillating Wave Test System), предназначенная для профилактики изоляции кабельных линий на средние напряжения, широко применяется в Европе.
