Высоковольтные кабели с обычной пропиткой не стойки в работе на вертикальных или крутонаклонных участках трасс.
В нагретом состоянии, когда пропиточный состав становится жидким, он стекает с верхних участков в нижние, в результате чего вертикальные и крутонаклонные участки осушаются. В изоляции при этом образуется большое количество газопустотных включений, что может вызвать появление опасных ионизационных процессов.
Практически такая опасность начинает возникать на кабелях с поминальным напряжением 10 кВ и выше.
Ниже приведены способы контроля осушения изоляции вертикальных и крутонаклонных участков трассы кабелей.
ВСКРЫТИЕ И ОСМОТР ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЯ
Для своевременного обнаружения опасной степени осушения вертикальных и крутонаклонных участков кабеля обычно производятся выборочные вскрытия и осмотры изоляции кабелей.
Сильно осушенные бумажные ленты изоляции кабелей имеют светло-желтый цвет, не выдерживают одного изгиба и ломаются при сматывании их с кабеля.
Как известно, при возникновении сильной ионизации пропиточный состав кабеля подвергается процессам полимеризации и конденсации (необратимого старения — изоляция разогревается и разрушается).
В кабелях на напряжение 10 кВ и выше процесс старения сопровождается выделением так называемого воска.
При вскрытиях, разборке и осмотрах бумажных изолирующих лент (особенно у кабелей на напряжение 35 кВ) следует проверить их на наличие воска —явного показателя тяжелых последствий ионизации газопустотных включений.
Для определения наличия воска снятые с кабеля бумажные ленты необходимо промыть в жидкости, хорошо растворяющей масло (ацетон, бензин), просушить, а затем окрасить фуксином или малахитовой зеленью. Так как воск не растворяется в жидкостях, растворяющих масло, и не окрашивается, он становится хорошо видимым на поверхности бумажных лент.
По результатам вскрытия и осмотра состояния изоляции устанавливается необходимость и сроки замены обследуемого участка.
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР НАГРЕВА СВИНЦОВОЙ ОБОЛОЧКИ КАБЕЛЯ
Измеряется температура нагрева свинцовой оболочки кабеля в разных точках вертикального или наклонного участка трассы кабеля. Разность в нагреве не должна быть более 2—3°С. Измерение температур производится одним из методов, приведенных ранее.
Рис. 46. Кривая ионизации диэлектрика.
метод диэлектрических потерь
Весьма чувствительной характеристикой к осушению кабельной изоляции является ионизационная кривая, т. е. зависимость диэлектрических потерь tg6 от напряжения.
Однако если снимать эту зависимость на всей кабельной линии, длина которой может превосходить длину вертикальных участков в 10—-100 раз, то опасное возрастание tg6 можно не обнаружить. Для этого необходимо снять ионизационную кривую отдельно для вертикальных или крутонаклонных участков кабельной линии. Практически это возможно сделать, так как эти участки обычно расположены на воздухе в распределительном устройстве, в камере генератора, на опоре и т. д. Ниже приведено обоснование метода диэлектрических потерь со снятием ионизационной кривой.
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА СНЯТИЯ ИОНИЗАЦИОННОЙ КРИВОЙ
Тангенс угла диэлектрических потерь почти не зависит от размеров диэлектрика, так как с изменением размеров конструкции пропорционально изменяется ее емкость, а следовательно, и активная Iа и реактивная Iс составляющие тока, проходящие через диэлектрик.
(Пропорциональный рост обеих составляющих тока диэлектрика наблюдается и при увеличении приложенного к диэлектрику напряжения. Поэтому обычно tgo с увеличением напряжения не изменяется или незначительно возрастает. Это справедливо, однако лишь до некоторого напряжения, выше которого начинается ионизация включений (газовых или жидкостных), имеющихся в диэлектрике. При этом за счет дополнительных потерь, вызванных ионизацией, tg 6 начинает резко возрастать.
Снимая зависимость tg6 от напряжения, приложенного к объекту (кривая ионизации, рис. 46), можно определить напряжение Uи, при котором начинается массовая ионизация включений (порог ионизации), и по наклону кривой до порога ионизации и после него ориентировочно оценить интенсивность ионизации.
У таких видов изоляции, как бумажно-масляная, процесс ионизации с ростом напряжения охватывает все больший объем, вызывая интенсивное разрушение изоляции, обычно приводящее к пробою. Это явление сопровождается ростом tg6.
В ряде других случаев, например при слюдяной и частично бумажно-бакелитовой изоляции, при дальнейшем подъеме напряжения выше порога ионизации может даже уменьшаться (пунктир на кривой рис. 46). Это явление наблюдается при локальном дефекте, когда с ростом напряжения не увеличивается область, охваченная ионизацией.
Максимум кривой рис. 46 находится при напряжении Uм=2Uи.
СХЕМЫ, УСТРОЙСТВА И НОРМЫ ИЗМЕРЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ
Схема измерений диэлектрических потерь tg б с выделением характеристики вертикального участка показана на рис. 47. Для сравнения снимается зависимость tg 6=f(U) и для остальной части кабельной линии.
Выделение характеристики вертикального участка кабеля осуществляется исключением прямых заземлений его свинцовой оболочки, для чего:
заземляющий провод на концевой муфте отсоединяется от «земли»;
под хомуты и корпус муфты подкладываются изолирующие прокладки; если кабель имеет стальную броню, то в качестве изоляции может быть использована джутовая подушка под бронелентами;
в конце вертикального участка на свинцовой оболочке вырезается поясок шириной 1—2 см, который после производства измерений ставится на место, а швы пропаиваются легкоплавким припоем; при вырезке свинцовой оболочки должны быть приняты меры для предотвращения попадания влаги в изоляцию кабеля (подмотка резиновой или лакотканевой лентой).
Мощность испытательного трансформатора должна быть рассчитана на зарядную мощность всей кабельной линии.
При оценке результатов измерений прежде всего производится сравнение зависимостей tg6=f(U), снятых для вертикальных участков и всей остальной части кабельной линии.
Как показывает опыт, для линий 6—10 кВ безусловно опасными значениями tgб являются величины, превышающие 0,1—0.2.
Рис. 47. Схема измерения диэлектрических потерь в изоляции кабельной линии.
I. 2, 3 — жилы кабели; 4 — заземляющие хомуты сняты; 5 — изолирующий промежуток.
Недопустимо, чтобы в пределах рабочего (фазового) напряжения имело место быстрое возрастание tg6.
Для кабельных линий 20—35 кВ опасными значениями tg б следует считать такие величины, которые превосходят данные ГОСТ 340-59* более чем в 2—3 раза.
При контроле наличия ионизации в кабеле получением зависимости tgб от напряжения (см. рис. 46), номинальное напряжение испытательного трансформатора должно быть не ниже испытательного напряжения кабеля, которое повышается при измерении до 1,5—2UB, а его мощность должна быть рассчитана на зарядную мощность всей кабельной линии.
В этом случае необходимы высоковольтные установки для измерения, tg6, которые довольно громоздки и требуют дорогостоящего образцового конденсатора.
В практике эксплуатации энергосистем кривые ионизации снимают лишь при лабораторных экспериментах или в ремонтных мастерских для контроля качества ремонта изоляции.
Наличие ионизации можно обнаружить другими, более совершенными способами (например, высокочастотным дефектоскопом, реагирующим на частичные разряды, измерителями ионизации и т. п.), которые получают все большее распространение.
