Допустимые напряжения при прожигании бумажно- масляной изоляции.
Для правильного выбора максимальных напряжений и режимов прожигания большое значение имеют возможные перенапряжения на неповрежденной изоляции. Этот вопрос заслуживает подробного рассмотрения.
Электрическая прочность исправных кабелей с бумажно-масляной изоляцией во много раз превышает рабочее напряжение.
Начальная ионизация в слабонеравномерном электрическом поле для бумажно-масляной изоляции возникает при напряженности Ен=12 кВ/мм в случае переменного напряжения и Ен=40:60 кВ/мм при постоянном напряжении. Начальная ионизация даже на переменном напряжении (100 всплесков в секунду) не является опасной, и изоляция с такой ионизацией может работать тысячи часов. В случае постоянного напряжения начальная ионизация имеет постоянную времени около сотен секунд, т. е. в тысячи раз менее интенсивна. Критическая ионизация, воздействие которой даже в течение долей секунды снижает напряжение начальной ионизации, а в течение нескольких секунд может приводить к пробою, в случае переменного напряжения возникает при Екр=30 кВ/мм.
Применяемые в современных условиях уровни испытательных напряжений (например, для кабелей 6 кВ эти уровни составляют 40—50 кВ постоянного напряжения и 16 кВ переменного напряжения) и размеры изоляции (2,95 мм для кабелей 6 кВ) приводят к напряженностям, в 2—3 раза меньшим, чем соответствующие начальной ионизации в исправной изоляции. Ниже приведены значения напряжений, которые могут вызвать начальную ионизацию для кабелей различных номинальных напряжений:
Превышение испытательных напряжений вдвое еще не приводит к начальной ионизации. Если к этому добавить, что напряжение критической ионизации на переменном токе в 2,5 раза выше, чем начальной, то можно сделать следующий важный вывод: при напряжениях, которые практически могут возникнуть в процессе прожигания, нельзя повредить исправную изоляцию кабеля. По-иному обстоит дело с концевыми разделками кабельных линий. Например, исправная концевая разделка кабельной линии 6 кВ может быть перекрыта по поверхности при выпрямленном напряжении 60—80 кВ. Кроме того, на кабельной линии в момент прожигания одного дефектного места может иметься еще и другое, электрическая прочность которого лишь на несколько киловольт выше испытательного напряжения.
Одновременное отыскание двух и более мест повреждения значительно сложнее, чем раздельное. Поэтому
целесообразно ограничить максимально допустимое напряжение при прожигании величиной выпрямленного напряжения:
(3.44)
где Uисп — испытательное напряжение.
Точное определение соответствующего этой величине переменного напряжения затруднительно. Однако ориентировочно можно принять
(3.45)
где k — коэффициент запаса, учитывающий большую интенсивность ионизации в случае переменного напряжения.
При выборе значения k надо иметь в виду следующее. Во время прожигания от источника выпрямленного напряжения к изоляции в период заряда практически прикладывается не постоянное, а сравнительно медленно изменяющееся монополярное переменное напряжение. Поскольку постоянная времени заряда составляет 0,05— 1 с, то эквивалентная этому процессу частота имеет порядок от единиц до десятка герц. Во время разряда фактически прикладывается также переменное напряжение в виде затухающих колебаний частотой от 20 кГц до 1 МГц длительностью в несколько периодов этих колебаний. При прожигании от источника переменного напряжения процесс разряда идентичен указанному выше, а заряд происходит с частотой 50 Гц.
Вблизи напряжения начальной ионизации повышение ее интенсивности на порядок соответствует повышению напряжения на несколько киловольт. Поэтому для ориентировки примем k = 1,3-1,4. Тогда для кабелей 6 кВ из (3.44) найдем, что Uмах=35·1,1 = 38,5 кВ, и из формулы (3.45) получим:
Это значение примерно вдвое ниже напряжения начальной ионизации и, следовательно, безопасно для неповрежденной изоляции. Превышение отмеченных выше уровней напряжений при прожигании можно исключить за счет рационального конструирования прожигательных установок и правильного выбора режимов прожигания.
На рис. 3.20 показана схема замещения для начального этапа прожигания с питанием от источника постоянного напряжения. Рассмотрим, при каких условиях могут на емкости кабеля (конденсаторе С) возникнуть напряжения, превышающие U0. Одним из таких условий
ток исключает повышение напряжения, являясь как бы ограничивающим разрядником.
Изложенное выше позволяет сделать следующие выводы:
- В качестве выпрямительной установки для первой части начального процесса прожигания следует использовать испытательные установки с добавочным резистором сопротивлением в несколько десятков килоом.
- Максимальное напряжение прожигательных выпрямительных установок должно быть не выше (0,5- 0,7)
- Длительное прожигание (более 20—30 мин), не сопровождающееся существенным снижением пробивного напряжения, производить не следует.
При прожигании с помощью резонансных установок любых типов максимальное напряжение на кабельной изоляции превышает напряжение на вторичной обмотке трансформатора в Q раз (Q — добротность резонансного контура). Следовательно, амплитуда выходного напряжения трансформатора резонансной установки должна удовлетворять условию
Приемы прожигания.
Обобщение опыта работы инженеров и мастеров, специализирующихся на прожигании изоляции КЛ с целью определения места повреждения, подкрепленное детальным анализом процесса прожигания, позволяет рекомендовать ряд прогрессивных приемов ведения этого процесса.
Чередование ступеней прожигания.
В процессе прожигания необходимо по мере снижения напряжения пробоя переходить на следующую ступень прожигания. Как только по параметрам установки представляется возможность включить более мощную ступень на параллельную работу (или отдельно), это надо немедленно выполнять. Под более мощной ступенью понимается установка с меньшим внутренним сопротивлением и большим током.
Очень часто переход на более мощную ступень прожигания приводит сначала к «заплыванию», т. е. к подъему пробивного напряжения. При этом следует вернуться к предыдущей ступени более высокого напряжения, а затем после снижения напряжения пробоя переходить на следующую ступень. «Задерживаться» на какой-либо ступени нецелесообразно. Дело в том, что «заплывание», т. е. притекание в разрядный канал пропитки из соседней с каналом области изоляции, ограничено, а прожигание до малых сопротивлений без захвата и осушения определенного объема прилегающей изоляции невозможно. При неизменных порциях энергии, подаваемой в разрядный канал, процесс захвата соседних участков изоляции более медленный, чем при чередовании ступеней.
Рис.3.21. Принципиальные схемы прожигания.
а — для разрушения металлического спая; б — для перевода однофазного замыкания в двухфазное; УВВ — выпрямительная высоковольтная установка; В — выпрямитель; Рр — разрядник; Сб — балластный конденсатор; ВГ — газотронный выпрямитель.
Рекомендуется на промежуточном этапе прожигания создавать последовательно с разрядным каналом дугу на штанговом переключателе установки. .Для этого необходимо изолированной от высокого напряжения штангой при включенной установке медленно размыкать выключатель, слегка изменяя расстояние между подвижным и неподвижным контактами, но не допуская погасания дуги.
Разрушение металлического спая.
Если на КЛ было ЗНЗ, т. е. через место повреждения достаточно длительно протекал ток 10 А и более, то в этом месте образуется металлический спай между жилой и оболочкой. При некоторых методах определения места повреждения (например, акустическом) необходимо этот спай разрушить. Во многих случаях, хотя далеко не всегда, это удается достигнуть с помощью устройства, питающегося от выпрямителя В (рис. 3.21, а).
Значение емкости конденсатора Сб должно быть не менее 1—1,5 мкФ, пробивное напряжение разрядника
Ρρ — около 20—25 кВ. Бросок тока при пробое разрядника в этом случае достигает сотен ампер и под действием динамических усилий спай в кабеле может быть разрушен. Повторение пробоев для разрушения спая следует вести 10—20 мин. Если за это время не удается добиться желаемого результата, то дальнейшие попытки нецелесообразны.
Перевод замыкания жилы на оболочку в замыкание между жилами.
Применение индукционного метода дает хорошие результаты при отыскании мест замыкания между жилами трех- или четырехжильного кабеля. Довольно часто в Московской кабельной сети Мосэнерго однофазное замыкание кабеля 6—10 кВ удается перевести в междужильное путем применения методики прожигания, предложенной В. М. Бронштейном. Схема цепи прожигания показана на рис. 3.21, б.
В период прожигания изоляции жилы А с помощью выпрямителя ВГ, обеспечивающего напряжение 5—10 кВ и ток 1—3 А, к этой жиле через разрядник Рр подключают импульсную установку, состоящую из емкости двух неповрежденных жил В и С относительно оболочки, балластного конденсатора Сб (необязателен) и выпрямителя высокого напряжения УВВ (на полное испытательное напряжение).
Емкость периодически заряжается до напряжения пробоя разрядника Рр, которое устанавливается равным 20— 25 кВ, и импульс тока разряда разрушает образующийся под влиянием тока от выпрямителя ВГ проводящий мостик в разрядном канале. Периодическое создание и разрушение проводящего мостика увеличивает объем разрушения изоляции. Наличие при этом напряжения на других жилах кабеля в переходном режиме увеличивает вероятность пробоя с этих жил на поврежденную. Пробой характеризуется невозможностью поднять напряжение от установки УВВ и прекращением срабатывания разрядника. Однофазное замыкание удается перевести в междуфазное не во всех случаях.
Прожигание изоляции для ОМП акустическим методом,
Для применения акустического метода отыскания МП вида жила — оболочка необходимо ограничивать ток прожигания. При токах через МП более нескольких ампер возможно металлическое спаивание жилы с оболочкой, что исключает применение акустического метода. Разрушение же металлического спая, как отмечено выше, возможно далеко не всегда. Поэтому, предполагая применить акустический метод ОМП, последние ступени прожигания использовать не следует. С другой стороны, нецелесообразно ограничиваться только первой ступенью прожигания, так как с увеличением объема разрушения изоляции увеличивается часть энергии разряда, создающая акустический эффект.
«Заплывающие» пробои.
Если повторение пробоев в течение десятков минут не приводит к снижению пробивного напряжения, то можно заключить, что пробой происходит в соединительной муфте (гораздо реже подобные явления возникают в концевых муфтах). Сначала необходимо убедиться визуальным осмотром, что нет повреждения концевой разделки (муфты) на противоположном от места подключения установки конце КЛ. После этого следует прекратить прожигание и определять МП комбинацией методов колебательного разряда и акустического.