PILC là cáp điện có cách điện bằng giấy tẩm và vỏ bọc chì chống thấm bên trong. Báo cáo này tóm tắt kết quả thử nghiệm điện của cáp trung thế bọc chì (PILC) cách điện bằng giấy với mức điện áp 5- 15kV, gồm dây 1 pha và 3 pha.
Các thí nghiệm bao gồm: LIpATEST, Dòng giãn đẳng nhiệt (IRC), Điện áp trở lại (RVM), Quang phổ điện môi và biến dạng hài.
1. Mẫu dây cáp được thí nghiệm
| Dây cáp | Mô tả | Năm sản xuất | Điện lực | Nhà máy sản xuất | Chiều dài mẫu (m) |
| D | 12kV, không bọc, 1 pha, đồng 2/0 | 1938 | Reliant Energy | General Cable Corp. | 13 |
| E | 5kV, không bọc, 3 pha, ruột dẫn dạng Sector, đồng 360kCmil | Trên 40 năm, không xác định được ngày | Northern States Power | Không xác định | 11 |
| F | 14kV, không bọc, 3 pha. Màn chắn đồng, ruột dẫn sector, đồng 4/0 | 1961, lắp đặt sau 1962 | San Antonio City Public Service | Okonite | 15 |
| G | 5 kV, vỏ bọc cao su cambric gia cố, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 360 kCmil | 1956 | BC Hydro | Phillips Electrical | 15.5 |
| H | 5 kV, không vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 360 kCmil. | 1955 | BC Hydro | CGE | 33.5 |
| I | 15 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 400 kCmil. | 1986 | BC Hydro | Canada Wire | 27.4 |
| J | 15 kV, không vỏ bọc, 3 pha ruột dẫn xoắn bện, đồng 2 AWG | 1959 | BC Hydro | Standard Telephones & Cables Ltd | 29.2 |
| K | 12 kV, Băng Cambric , 1 pha, 400 kCmil | – | Reliant Energy | – | 9.1 |
| L | 12 kV, không vỏ bọc, 1 pha, 500 kCmil | 1956 | Reliant Energy | Harbishaw Cable & Wire | 9.7 |
| M | 12 kV, không vỏ bọc, 1 pha, đồng 400 kCmil. | 1952 | Reliant Energy | Kennecote Wire &Cable | 14.6 |
| N | 15 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 400 kCmil | 1993 | BC Hydro | Alcatel | 36.6 |
| O | 13.8 kV, không vỏ bọc, 1 pha, đồng 1000 kCmil. | 1931 | Toronto Hydro | Northern Electric | 15.2 |
| P | 15 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 400 kCmil | 1973 | BC Hydro | Pirelli | 176 |
| Q | 15 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 400 kCmil. | 1973 | BC Hydro | Pirelli | 153 |
| R | 25 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, đồng 800 kCmil | 1969 | PSEG | Okonite | 181 |
| S | 15 kV, có vỏ bọc, 3 pha, ruột dẫn sector, 500 kCmil | 1986 | United Illuminating | Okonite | 15.2 |
2. Các thí nghiệm điện
- Phương pháp Điện áp Phục hồi – Recovery Voltage method (RVM);
- Phương pháp kiểm tra IRC ;
- LIpATEST;
- Quang phổ điện môi – Dielectric Spectroscopy;
- Đo độ méo hài trong dòng điện hao tổn.
a. Return Voltage Method
Một phương pháp thử nghiệm đã được áp dụng rộng rãi cho máy biến áp và cáp cách điện XLPE là phương pháp điện áp phục hồi. Phương pháp thử nghiệm này áp dụng điện áp thấp DC vào cáp. Rơ le sau đó làm ngắn mạch cáp trong vài giây, xử lý ngắn mạch và đo điện áp phục hồi bằng vôn kế có trở kháng cao.
b. Dòng giãn đẳng nhiệt – Isothermal Relaxation Currents (IRC)
Khi một chất điện môi tiếp xúc với điện áp một chiều, nó bị phân cực và tạo ra một dòng điện, có thể quan sát được dòng điện này bằng ampe kế được kết nối trong một mạch ngoài. Dòng điện khử cực này phụ thuộc vào điều kiện lão hóa của lớp cách điện của cáp.
Nhờ sử dụng thuật toán, hệ số là so với cơ sở dữ liệu hiện có và tình trạng của cáp sẽ được phân loại thành:
- Mới (New);
- Được sử dụng nhiều năm (moderately age);
- Được sử dụng rất lâu (heavily age).
Phương pháp đo dòng điện khử cực có thể cung cấp thông tin thích hợp về các đặc tính vật lý của mạch thí nghiệm, tức là các phần tử khác nhau liên quan đến quá trình lão hóa của cáp. Các giá trị của các hằng số thời gian khác nhau là đặc trưng của tình trạng lớp cách điện + các thành phần liên quan.
c. LIpATEST
LIpATEST là một kỹ thuật nội bộ, được phát triển bởi Powertech Labs, dựa trên dòng điện rò rỉ chảy trong chất điện môi dưới tác dụng của điện DC.
Áp dụng thiết lập tự động tăng dần điện áp một chiều từ 4 lên 20 kV. Mỗi bước tăng điện áp sẽ được áp dụng lên cáp trong thời gian 1 phút. Dòng rò được đo bằng Pico- ampe kế. Pico-ampe kế được mắc nối tiếp giữa nguồn điện cao áp và cáp thử nghiệm, do đó loại bỏ ảnh hưởng của sự ăn mòn hoặc các dòng điện không mong muốn khác.
Để giảm thiểu nhiễu bên ngoài, tín hiệu đo được chuyển đổi thành tín hiệu quang và được kết nối với hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu được vi tính hóa thông qua một đường xuống cáp quang. Thời lượng kiểm tra là < 10 phút cho mỗi mẫu.
Cường độ dòng điện được ghi lại thay đổi theo sự suy giảm cách điện liên quan đến lão hóa trong lớp cách điện.
d. Dielectric Spectroscopy
Quang phổ điện môi đo các đặc tính điện môi của cáp ở các tần số khác nhau từ khoảng 0,01Hz đến 1kHz ở điện áp thấp. Bằng cách thực hiện các phép đo so sánh về độ tuổi, người ta có thể xác định tình trạng trung bình của cáp.
Lợi thế của kỹ thuật này là nó có thể phân biệt giữa độ ẩm xâm nhập và sự suy thoái của lớp cách điện giấy trong cáp. Mặc dù kỹ thuật này đã được áp dụng rộng rãi cho cáp XLPE, có một số hạn chế đã được báo cáo khi áp dụng cho cáp PILC.
Áp dụng phương pháp này để đánh giá cáp cách điện bằng giấy (PILC), các quá trình phân cực và dẫn điện khác nhau liên quan đến quá trình lão hóa lớp cách điện giấy tẩm dầu. Vì nước làm tăng cả sự phân cực và sự dẫn điện của giấy, theo lý thuyết, độ ẩm có thể là các khuyết tật làm dẫn điện, gây ra dòng rò và có thể được phát hiện.
- Khô – mc 0.5%
- Độ ẩm trung bình – 0.5%<mc<2%
- Độ ẩm cao – mc > 2%.
Độ ẩm làm tăng tổn thất điện môi, điện áp trở lại và dòng điện khử cực. Sự lão hóa của dầu tạo ra độ dẫn điện cao hơn và tổn thất cao hơn, do đó ảnh hưởng đến đặc tính điện của cáp.
e. Harmonic Distortion in the Loss Current
Đo độ méo của sóng hài tổn thất xoay chiều chạy qua lớp cách điện trong cáp PE, được đề xuất bởi Nagao et al như một phương tiện để mô tả tình trạng của cáp. Vì người ta đã biết rằng đặc tính dòng điện áp đối với “water treeing” ở Cáp XLPE rất phi tuyến tính và cường độ dòng điện rò rỉ có thể cao hơn vài bậc so với cáp không có hiện tượng này, điều hợp lý là kết luận rằng dạng sóng hiện tại sẽ có dòng điện hài.
Trong thực tế, dòng điện tổn hao qua cách điện cáp kèm theo điện dung rất lớn.
Trích từ Báo cáo Assessment of Paper Insulated Lead Covered Cable Condition – R. Keefe 3/2003
