Výzkum odolnosti vysokonapěťových kabelů

Zkouška odolnosti proti napětí je izolační zkouška, ale jedná se o destruktivní test, který může odhalit vadu v izolaci, která je těžko detekovatelná při nedestruktivních testech.

Testovací cyklus pro vysokonapěťové kabely je tři roky a musí být proveden po nedestruktivních teste. Jinak řečeno, zkouška odolnosti proti napětí se provádí pouze poté, co byly úspěšně projety všechny nedestruktivní testy.

Většina dnešních vysokonapěťových kabelů jsou kabely s křížově propojeným polyethylenem (XLPE), které mohou mít velké průřezy a pokrývají široký rozsah napěťových hladin. Proto se očekává, že jejich použití se stane čím dál tím více rozšířené.

Tento článek používá nejčastější 10 kV vysokonapěťový kabel jako příklad. Ve skutečnosti není toho moc, co by se dalo rozepisovat – test je jednoduchý a metoda je podobná izolačnímu testování, s výjimkou toho, že testovací vybavení je jiné.

Izolační odpor se měří pomocí izolačního odporoměru (megger), zatímco zkouška odolnosti proti napětí vyžaduje sériové rezonanční testovací zařízení.

Princip a zapojení sériové rezonance jsou také velmi jednoduché. Není to něco nového, protože sériová rezonanční zařízení se používají již mnoho let.

Sériová rezonance je relativně snadno srozumitelná a je specificky vysvětlena v základních kurzech elektrotechniky. Vysokonapěťové kabely jsou kapacitní testovací objekty, které jsou schopny ukládat elektrický náboj během procesu aplikace napětí.

Proto, bez ohledu na to, zda je vysokonapěťový kabel napájen nebo ne, nikdy se ho nesnažte dotknout rukou. I když je odpojen, jeho kapacitní vybuzení může být velmi nebezpečné!

Bez osobní zkušenosti byste neměli dělat lehké závěry. Ti, kteří to nezažili, by to nikdy neměli lehkomyslně zkoušet.

Jelikož je testovací objekt kapacitní, je do testovacího obvodu připojen induktor. Rezonance je dosažena využitím principu, že induktivní reaktance (XL) se rovná kapacitní reaktanci (XC).

Tato rezonanční podmínka může být dosažena buď upravováním hodnoty indukce, nebo změnou frekvence zdroje. Jak upravujeme indukci? Samozřejmě, že je to určeno podle kapacity, protože XL musí být rovno XC.

Pro daný kabel, jakmile jsou známy model a délka (v metrech), lze kapacitu získat z referenčních tabulek nebo od výrobce kabelu.

Pokud jde o změnu frekvence zdroje, používá se klasická formule f₀ = 1/(2π√LC), kde f₀ je rezonanční frekvence.

Při rezonanční frekvenci platí XL = XC a napětí na induktoru a kapacitě testovaného objektu se rovnají. Toto napětí je Q krát zdrojové napětí, kde Q je faktor kvality, také známý jako faktor zvětšení napětí.

Hodnota Q může být velmi vysoká, až 120 (pro přesné hodnoty se podívejte do konkrétních manuálů k zařízení). To výrazně snižuje požadovanou kapacitu zdroje, což je právě důvod, proč sériová rezonanční zařízení byla široce přijata.

Běžné sériové rezonanční zařízení mohou obvykle poskytnout nastavitelný frekvenční rozsah 30–300 Hz, což usnadňuje nalezení rezonančního bodu.

Nakonec si pojďme povídat o testovacím napětí. Pro 10 kV vysokonapěťové kabely je preventivní testovací napětí vybráno jako 2U₀, s trváním 5 minut. Test je považován za úspěšný, pokud nedojde k výboji, probíjení, zahřívání, kouření a neobvyklému zápachu.

Existují dva typy 10 kV kabelů: 6/10 kV a 8.7/15 kV. Příslušné testovací napětí musí být vybráno podle konkrétního modelu kabelu.