Испытания изоляции кабельных линий постоянным током высокого напряжения осуществляются с помощью специальной установки. Принципиальная схема такой установки, где в качестве выпрямителя используются полупроводники, указана на рис. 8-1.
При испытании отрицательный полюс испытательной установки подается на испытуемую жилу кабеля, а положительный — заземляется. При испытании трехжильного 'кабеля с поясной изоляцией напряжение от испытательной установки прикладывается поочередно к каждой жиле кабеля, тогда как две другие жилы и свинцовая оболочка в это время должны быть заземлены (рис. 8-2).
Рис. 8-1. Принципиальная схема кенотронной установки.
1 — сетевой рубильник; 2 — предохранитель; 3 — регулировочный трансформатор; 4 — контактор; 5 — вольтметр накала; 6 — переключатель питания; 7 — выключатель накала; 8 — трансформатор накала; 9 — кенотронная лампа; 10 — разъединитель заземления; 11 — сопротивление; 12 — шунтирующий разъединитель; 13 — высоковольтный трансформатор
Рис. 8-2. Схема испытания трехжильного кабеля с поясной изоляцией. 1—3 — жилы кабеля.
Рис. 8-3. Схема испытания трехжильного кабеля с отдельно освинцованными жилами. 1—3 — жилы кабеля.
Кабель, испытанный постоянным током высокого напряжения, длительное время сохраняет заряд. Поэтому по окончании испытания каждой фазы кабельной линии все жилы кабеля должны быть разряжены. Разряд кабельной линии производится через ограничительное сопротивление, которое предусматривается в испытательных установках.
При испытании кабелей с отдельно освинцованными жилами напряжение от испытательной установки прикладывается поочередно к каждой жиле, при этом свинцовая оболочка этой жилы должна быть заземлена (рис. 8-3).
Величина испытательного напряжения постоянного тока для кабельных линий 3—10 кВ должна быть в пределах пятикратного значения номинального линейного напряжения. Такое испытательное напряжение вполне достаточно, чтобы выявить явно слабые места как в самом кабеле, так и в муфтах- Более высокое испытательное напряжение, хотя и не опасно непосредственно для кабеля, но оно близко подходит к предельной электрической прочности соединительных и главным образом концевых муфт.
Так, например, при испытательном напряжении, равном шестикратному значению, концевые воронки кабельных линий 10 кВ начинают сильно коронировать и перекрываться по поверхности изоляции концов фаз. При этом напряжении в большем количестве пробиваются также и соединительные муфты, хотя они и не имеют явно выраженных дефектов.
Кабельные линии 20—35 кВ в процессе эксплуатации испытываются напряжением постоянного тока четырехпятикратного значения от величины линейного напряжения. При испытании напряжение должно плавно подниматься до испытательной величины и поддерживаться неизменным в течение всего периода испытания. Подъем испытательного напряжения для кабельных линий до 10 кВ осуществляется в течение 1 мин, а для кабельных линий 20—35 кВ — со скоростью не более 0,5 кВ/с.
После того как напряжение поднято до заданной величины, кабельная линия выдерживается под этим испытательным напряжением положенное время. Отсчет времени приложения испытательного напряжения следует производить с момента установления его полной величины. Для удобства наблюдения за временем испытания обычно применяются часы с секундной стрелкой. В отличие от вновь проложенных кабельных линий, для которых продолжительность приложения испытательного напряжения установлена 10 мин, для кабельных линий, находящихся в эксплуатации, при профилактических испытаниях она составляет 5 мин.
Рис. 8-4. Зависимость пробиваемости кабельных линий от величины испытательного напряжения; для кабельных линий 6 кВ принято 30 кВ, для 10 кВ — 50 кВ.
Рис. 8-5. Зависимость проводимости изоляции кабелей с вязкой пропиткой от температуры (проводимость при 15 °C принята равной единице).
Анализ пробиваемости кабельных линий при профилактических испытаниях в зависимости от времени приложения испытательного напряжения показывает, что 5 мин вполне достаточно для того, чтобы выявить слабые места в изоляции кабельной линии. Обычно в большинстве случаев пробой изоляции в дефектном месте линии происходит при подъеме напряжения в течение первой минуты после установления испытательной величины (рис. 8-4).
На последней минуте испытания каждой фазы кабельной линии производится отсчет показаний микроамперметра и значения величины тока утечки. Измерения токов утечки и коэффициента асимметрии утечек по фазам являются дополнительными данными, характеризующими состояние изоляции кабельной линии и главным образом изоляции концевых муфт или других видов заделок. Токи утечки и коэффициент их асимметрии не должны рассматриваться как браковочные показатели. Эти данные обычно записываются в паспортную карту кабельной линии и сопоставляются с результатами предыдущих испытаний для разработки мероприятий по ремонту кабельных линий и муфт.
Опыт эксплуатации показывает, что если изоляция и концевые муфты кабельных линий находятся в удовлетворительном состоянии, то они имеют токи утечки при напряжении до 10 кВ в пределах до 500 мкА, а при напряжении 20—35 кВ — до 800 мкА вне зависимости от длины линии и других факторов, влияющих на величину тока утечки.
Как показал опыт эксплуатации, аналитически рассчитанные удельные величины токов утечек не могут быть в практических условиях использованы для оценки состояния изоляции линии. Объясняется это следующими основными положениями.
Измеряемые прибором токи утечек при испытании кабельных линий зависят:
от проводимости изоляции кабеля; эта проводимость, а следовательно, и токи утечки прямо пропорциональны длине линии при условии, что изоляция кабеля по всей длине равнопрочна и однородна;
от конструкции и состояния концевых муфт, на которых при испытательных напряжениях возникают значительные поверхностные токи утечки;
от токов короны, возникающих при испытании на кабельных наконечниках и других элементах, входящих в схему испытания, а также от токов утечки и токов короны в схеме испытательного аппарата и соединительных проводниках;
от температуры кабеля и влажности воздуха в момент испытания.
Величина тока утечки, зависящая от проводимости изоляции кабеля, весьма невелика, так как сопротивление изоляции кабеля очень высоко. Сопротивление это при испытании постоянным током, согласно ГОСТ, не должно быть менее 50 МОм/км при 20 °С для кабелей 3 кВ и выше. В действительности величина сопротивления изоляции трехжильных кабелей с поясной изоляцией 6 и 10 кВ значительно выше согласно протокольным данным заводов-изготовителей, составляет 250—300 МОм/км.
Необходимо, однако, отметить, что проводимость изоляции кабеля на постоянном токе очень сильно зависит от температуры (рис. 8-5), и поэтому ток утечки, проходящий непосредственно через изоляцию кабеля, при испытании его в горячем состоянии будет значительно больше, чем при испытании в холодном состоянии.
Это обстоятельство необходимо обязательно учитывать при испытании кабельных линий и при сравнении величии токов утечки с предшествующими испытаниями. Кабельная линия, нагретая при работе до температуры, обусловленной током нагрузки, при испытании ее непосредственно после снятия напряжения всегда будет иметь токи утечки большие, чем при испытании в холодном состоянии, через несколько часов после ее отключения.
Обычно после многолетней работы кабельных линий в результате перерождения пропиточной массы кабеля и частичного вытекания из него пропиточного состава кабели с сухой изоляцией имеют очень малые токи утечки. Сопротивление изоляции таких кабелей значительно больше, чем гарантируемая величина по ГОСТ. Однако это не является признаком хорошего состояния изоляции, так как в этом случае в изоляции кабелей имеется большое количество пустот, что приводит к развитию ионизационных процессов при рабочем переменном токе, увеличивает диэлектрические потери и при известных условиях такие кабели могут повреждаться при рабочем напряжении.
Очень большое влияние па величину токов утечки при испытании кабельных линий оказывают конструкция и состояние концевых муфт или других видов заделок. Во многих случаях абсолютная величина токов утечки на концевых заделках значительно превышает величину тока утечки непосредственно в изоляции самого кабеля даже в случае, если кабельная линия имеет длину в несколько километров. Этим главным образом и объясняется невозможность установления удельных величин токов утечки для кабелей различных конструкций и сечений. По этой же причине величина тока утечки не может рассматриваться как браковочный показатель состояния изоляции кабеля при его испытании.
Величина поверхностных токов на концевых заделках сильно зависит от относительной влажности воздуха. Поэтому при испытании одной и той же кабельной линии при различной относительной влажности воздуха величина тока утечки будет совершенно различная. Это обстоятельство также необходимо принимать во внимание при испытании кабельных линий и при сравнении величин токов утечки с результатами предшествующих испытаний.
При оценке состояния изоляции кабельной линии по величинам токов утечки следует сравнивать их с результатами предшествующих испытаний и принимать во внимание асимметрию токов по отдельным фазам. При хорошем состоянии изоляции кабеля и надежном состоянии концевых муфт коэффициент асимметрии токов утечки по фазам трехжильного кабеля обычно не превышает двукратного значения. Однако в некоторых случаях коэффициент асимметрии имеет значительно большую величину. При обнаружении большой асимметрии токов утечки по фазам в большинстве случаев достаточно привести в должное состояние концевые заделки, после чего токи утечки по отдельным фазам выравниваются.
При испытании кабельных линий необходимо следить за постоянством напряжения сети, к которой присоединена кенотронная установка. При непостоянстве напряжения сети необходимо применять стабилизатор, в противном случае величина испытательного напряжения будет меняться, что усложнит отсчет тока утечки по прибору, так как указательная стрелка будет отклоняться скачками от зарядных токов кабеля при изменении напряжения.
Если при испытании кабельной линии ток утечки будет заметно нарастать, то целесообразно увеличить продолжительность испытания до 10 мин и более. При дальнейшем нарастании тока утечки испытание надо вести до момента пробоя кабельной линии, для чего в некоторых случаях величину испытательного напряжения приходится увеличить до шестикратного значения номинального линейного напряжения кабеля.
При сильных, толчках тока, что сопровождается срабатыванием автомата в первичной цепи испытательной установки, испытание следует прекратить и приступить к определению места повреждения кабельной линии.
Если при испытаниях не последует пробоя изоляции, то кабельная линия считается годной для дальнейшей эксплуатации и может быть включена в работу.
