Spannungsfestigkeitstest von Hochspannungskabeln
Der Spannungsprüfung ist ein Isolierprüfverfahren, aber es handelt sich um eine zerstörerische Prüfung, die Isolierdefekte aufdecken kann, die bei nichtzerstörerischen Prüfungen schwer zu erkennen sind.
Der Prüfzyklus für Hochspannungskabel beträgt drei Jahre und muss nach nichtzerstörerischen Prüfungen durchgeführt werden. Mit anderen Worten, die Spannungsprüfung wird erst durchgeführt, nachdem alle nichtzerstörerischen Prüfungen bestanden wurden.
Die meisten heutzutage verwendeten Hochspannungskabel sind vernetzte Polyethylen- (XLPE-) Kabel, die große Querschnitte haben und einen weiten Spannungsbereich abdecken können. Daher wird erwartet, dass ihre Anwendung zunehmend verbreitet sein wird.
Dieser Artikel verwendet das am häufigsten verwendete 10-kV-Hochspannungskabel als Beispiel. Tatsächlich gibt es nicht viel zu erläutern – der Test ist einfach und die Methode ähnelt der Isolierprüfung, mit dem Unterschied, dass die Prüfausrüstung anders ist.
Die Isolationswiderstände werden mit einem Isolationswiderstandsmessgerät (Megger) gemessen, während die Spannungsprüfung eine Serienresonanzprüfvorrichtung erfordert.
Das Prinzip und die Verkabelung der Serienresonanzprüfung sind auch sehr einfach. Es ist nicht so, als ob Serienresonanzausrüstungen etwas besonders Neues wären, sie werden seit vielen Jahren eingesetzt.
Serienresonanz ist relativ leicht zu verstehen und wird spezifisch in grundlegenden Elektrotechnik-Kursen erklärt. Hochspannungskabel sind kapazitive Prüfobjekte, die während des Spannungsanwendungsprozesses elektrische Ladung speichern können.
Daher sollte man unabhängig davon, ob ein Hochspannungskabel unter Spannung steht oder nicht, niemals versuchen, es mit der Hand zu berühren. Selbst wenn es nicht unter Spannung steht, kann die Entladung aus seiner Kapazität sehr gefährlich sein!
Ohne persönliche Erfahrung sollten keine vorschnellen Schlussfolgerungen gezogen werden. Wer es nicht erlebt hat, sollte es niemals leichtfertig versuchen.
Da das Prüfobjekt kapazitiv ist, wird in der Prüfschaltung ein Induktor in Serie geschaltet. Die Resonanz wird durch die Nutzung des Prinzips erreicht, dass die induktive Blindwiderstand (XL) gleich dem kapazitiven Blindwiderstand (XC) ist.
Diese Resonanzbedingung kann entweder durch Anpassen des Induktivitätswertes oder durch Ändern der Netzfrequenz erreicht werden. Wie passen wir die Induktivität an? Natürlich wird dies basierend auf der Kapazität bestimmt, da XL gleich XC sein muss.
Für ein gegebenes Kabel kann die Kapazität aus Referenztabellen oder vom Kabelhersteller bereitgestellt werden, sobald Modell und Länge (in Metern) bekannt sind.
Was die Änderung der Netzfrequenz angeht, wird die klassische Formel f₀ = 1/(2π√LC) verwendet, wobei f₀ die Resonanzfrequenz ist.
Bei der Resonanzfrequenz gilt XL = XC, und die Spannungen über den Induktor und der Kapazität des Prüfobjekts werden gleich. Diese Spannung ist Q-mal die Quellspannung, wobei Q der Gütefaktor, auch bekannt als Spannungsverstärkungsfaktor, ist.
Der Q-Wert kann sehr hoch sein und bis zu 120 erreichen (für genaue Werte siehe die Bedienungsanleitungen der spezifischen Ausrüstung). Dies reduziert erheblich die erforderliche Netzkapazität, was genau der Grund dafür ist, warum Serienresonanzausrüstungen weit verbreitet sind.
Gewöhnliche Serienresonanzausrüstungen können in der Regel eine frequenzänderbare Spannung im Bereich von 30–300 Hz liefern, was es bequem macht, den Resonanzpunkt zu finden.
Schließlich wollen wir die Prüfspannung besprechen. Für 10-kV-Hochspannungskabel wird die vorbeugende Prüfspannung als 2U₀ gewählt, mit einer Dauer von 5 Minuten. Der Test gilt als bestanden, wenn es keine Entladung, keinen Durchschlag, kein Erhitzen, keinen Rauch und keinen ungewöhnlichen Geruch gibt.
Es gibt zwei Arten von 10-kV-Kabeln: 6/10 kV und 8.7/15 kV. Die geeignete Prüfspannung muss je nach spezifischem Kabelmodell ausgewählt werden.
