Выбор испытательного напряжения при измерении частичных разрядов в кабелях на среднее напряжение

Page 1
background image

Page 2
background image

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


Page 3
background image

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


Page 4
background image

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


Читать онлайн

Система OWTS (Oscillating Wave Test System), предназначенная для профилактики изоляции кабельных линий на средние напряжения, широко применяется в Европе.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»