Với sự ra đời của bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số DSP và PC, giờ đây có thể phát hiện các rủi ro cao trong cáp điện và thực hiện hành động khắc phục trước khi cáp bị lỗi hoàn toàn, nhờ đó giảm thiểu gián đoạn tải điện tới khách hàng.
Thử nghiệm điện áp cao ở cáp PILC thường được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật điện áp cao thế DC hoặc trong nhiều trường hợp, chỉ đơn giản là máy thử cách điện 5kV. Bộ kiểm tra quá điện áp DC về cơ bản là để xác nhận rằng cáp có thể chịu được mức quá áp thay đổi từ 2 Uo (giá trị RMS) đến 3 Uo, thậm chí 6 Uo cho cáp XLPE.
Với sự ra đời của chất điện môi rắn và điển hình là cáp cách điện XLPE, thử nghiệm DC này đã được tiếp tục áp dụng, thừa nhận lớp cách điện XLPE này có cường độ điện môi DC ~60 kV/mm. Ngày nay, các sản phẩm co nhiệt này cũng được sử dụng trên cáp PILC và cáp XLPE hiện cũng đang được nối với cáp PILC.
Nhưng vào đầu những năm 1980, dấu hiệu đầu tiên của hiện tượng cây điện hóa được phát hiện trong cáp XLPE và thử nghiệm điện áp DC đã bị lên án là đã vô tình đẩy điện tích không gian vào trong lớp cách điện, khiến nó trở thành sự cố sau này.
Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, thiết bị kiểm tra cộng hưởng dòng điện áp cao AC 50 Hz là phương pháp được sử dụng để đánh giá cáp XLPE. Thiết bị này nặng, cồng kềnh và đắt tiền nhưng đã mang lại cơ hội thực hiện thử nghiệm phóng điện cục bộ. Thật không may, cáp XLPE lâu năm chỉ biểu hiện sự phóng điện ngay trước khi nó hỏng và do đó 2 thử nghiệm này không hữu ích trong việc phát hiện được quá trình lão hóa của cây điện hóa.
Cáp PILC không gặp phải những vấn đề về cây điện hóa nhưng vì lý do sau khiến cáp XLPE trở nên phổ biến hơn:
- Các phụ kiện co nhiệt hiện đang được sử dụng rộng rãi và cáp XLPE được nối với cáp PILC;
- Chì trong cáp PILC hiện được coi là một vấn đề gây ô nhiễm môi trường;
- Dầu dùng để ngâm tẩm cách điện của cáp PILC có thể làm ô nhiễm hệ thống nước ngầm;
- Cáp PILC mới không được sản xuất;
- Cáp PILC cũ sắp hết tuổi thọ;
- Nhiều dây cáp PILC 50 năm tuổi có tiết diện nhỏ và cần được thay thế.
Chẩn đoán cáp được Cigre chỉ định là việc cung cấp các công cụ và quy trình tại chỗ để đánh giá và xác định sự xuống cấp của cách điện có thể gây ra lỗi khi vận hành (tải điện).
Các chẩn đoán hiệu quả hơn sử dụng kỹ thuật tan delta TD (góc tổn thất điện môi) và kỹ thuật phóng điện cục bộ (PD). Bài viết này mô tả hệ thống chẩn đoán cáp VLF 0,1Hz sử dụng tan delta (TD) và phóng điện cục bộ (PD) với các nghiên cứu điển hình và đánh giá cáp và sẽ cho biết lý do vì sao nên loại bỏ phương pháp test quá áp DC thành VLF.
1. Thử nghiệm điện áp cao ở cáp XLPE và PILC
a. Thử nghiệm DC
Các kỹ sư và kỹ thuật viên trước đây thường dựa vào bộ thử nghiệm HV DC hoặc bộ thử nghiệm cách điện. Vấn đề chính với thử nghiệm DC là sự phân bố điện áp giữa dây pha và trung tính/ nối đất được xác định bởi điện trở suất hoặc độ dẫn qua vật liệu cách điện. Nó bỏ qua hằng số điện môi của cáp.
Ngay cả trong cáp PILC chứa đầy dầu, tỷ lệ điện trở suất thể tích của giấy tẩm/ hợp chất tẩm là 10:1. Điều này có nghĩa là trên giấy tẩm có lực căng gấp 10 lần so với trên hợp chất tẩm. Trong điều kiện điện 50 Hz bình thường, sự phân bố điện áp này được xác định bởi tỷ số điện môi ~ 2:1. Do đó, thử nghiệm DC thậm chí không thể hiện được các điều kiện dịch vụ trong cáp PILC.
Chúng ta đưa ống bọc co nhiệt vào các mối nối trên cáp PILC có tỷ lệ điện trở suất thể tích là 1:50, có nghĩa là chúng ta có 1 kV trên ống co nhiệt và 35 kV trên lớp cách điện bằng giấy khi thử nghiệm điện áp 36 kV DC. Do đó, thử nghiệm DC ít được sử dụng ngay cả trên cáp PILC.
Trong cáp PILC, điện trở suất thể tích kết hợp của giấy tẩm và hợp chất tẩm tương đối thấp và do đó bất kỳ điện tích không gian nào được đưa vào từ máy sẽ nhanh chóng bị rút đi ngay sau khi cáp được nối đất. Nhưng ở cáp XLPE, điều ngược lại xảy ra. Các điện tích này tích tụ trong các lớp cách điện và tồn tại ở đó rất lâu kể cả khi cáp được nối đất.
Hơn nữa, cáp XLPE có cường độ DC xấp xỉ 60 kV/mm. Cáp XLPE 11 kV thông thường có độ dày cách điện từ 2 đến 3 mm, mang lại cường độ điện môi DC từ 120 đến 180 kV. Do đó, thử nghiệm điện áp ở mức 6 Uo cũng là vô nghĩa.
Các ảnh hưởng tiêu cực khác của Thử nghiệm DC là:
- Không thể chẩn đoán rằng dòng điện rò rỉ có thể không phải là dấu hiệu của cáp bị lão hóa;
- Ngay cả với cáp PILC, nó chỉ đơn thuần là một bài kiểm tra thất bại/không thất bại;
- Không phát hiện được cây điện hóa trong cáp XLPE;
- Không thể phát hiện giấy ngâm tẩm ở cáp PILC đã bị khô;
- Băng giảm ứng suất trên các phụ kiện co nhiệt không được thử nghiệm.
Rò rỉ DC tỷ lệ thuận với chiều dài của cáp đồng thời rò rỉ qua các đầu cuối và mối nối tăng theo thời gian. Do đó, thử nghiệm DC không thể được sử dụng như một công cụ chẩn đoán chính xác.
Nếu Thử nghiệm DC không còn là một lựa chọn khả thi, thì có những thử nghiệm nào khác? Các bộ thử nghiệm khác hiện có là:
- Cộng hưởng điện áp cao 50 Hz;
- Sóng cosin / sóng vuông / hình thang 0,1 Hz;
- Dạng sóng hình sin 0,1 Hz.
b. Kiểm tra cộng hưởng điện áp cao 50Hz
Thiết bị kiểm tra cộng hưởng cũ bao gồm một cuộn cảm thay đổi, lớn, nặng và đắt tiền. Nhưng ngày nay, tần số thay đổi, bộ cuộn cảm cố định có sẵn trong đó tần số có thể thay đổi từ 40 đến 100 Hz. Thử nghiệm ~50 Hz rõ ràng là phương pháp thử nghiệm được ưu tiên. Thật không may, ngay cả các bộ thử nghiệm tần số thay đổi 50 Hz cũng cồng kềnh, nặng nề và đắt tiền.
Ở Hoa Kỳ, việc chẩn đoán phóng điện cục bộ vẫn được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ cộng hưởng nối tiếp.
c. Thử nghiệm sóng cosin, vuông, chữ nhật tần số 0.1 Hz
Thử nghiệm dạng sóng hình sin, hình vuông hoặc hình chữ nhật VLF 0,1 Hz về cơ bản bao gồm sóng dương DC 5s và sau đó là sóng âm DC 5s áp dụng ở tần số 0,1 Hz. Bởi vì thiết bị về cơ bản là một máy kiểm tra DC đảo ngược nên chi phí sản xuất rẻ hơn so với các bộ kiểm tra VLF hình sin.
Dạng sóng hình thang tương tự như dạng sóng vuông cosin ngoại trừ tốc độ tăng và xả được kiểm soát để tạo ra dạng sóng hình thang. Một số khía cạnh tiêu cực của dạng sóng hình sin/vuông và hình thang là:
- Không thể chẩn đoán, ví dụ PD và TD
- Dòng rò rất khó đo.
Một số thiết bị này tạo ra điện áp không đối xứng dưới tải do đảo chiều DC. Dự thảo tiêu chuẩn IEC60060-3 quy định rằng các đỉnh âm và dương không được chênh lệch quá 5%. Tiêu chuẩn này cũng quy định rằng tỷ lệ của giá trị RMS phải nằm trong khoảng √2 ± 15%. Ở dạng sóng vuông hình sin, giá trị đỉnh và giá trị RMS giống nhau, trong khi ở dạng sóng hình sin, tỷ lệ giữa giá trị đỉnh và giá trị RMS là √2, cao hơn 40%.
c. Các mức thử nghiệm quá áp khi sử dụng tần số 0.1 Hz
Không nên sử dụng các mức điện áp thử nghiệm này đối với cáp XLPE đã bị cây điện hóa lâu năm. Những dây cáp này phải được xử lý cẩn thận và điện áp thử nghiệm không được vượt quá Uo.
Cho đến nay, thiết bị thử nghiệm thú vị nhất là thiết bị dạng sóng hình sin 0.1Hz. Dạng sóng được tạo kỹ thuật số với điều khiển phản hồi tạo ra dạng sóng đối xứng và ổn định hơn. Từ những năm 1960, ASEA (nay là ABB) đã sản xuất bộ thử nghiệm VLF 0.1 Hz khả thi về mặt thương mại đầu tiên để thử nghiệm các máy phát điện tăng áp lớn tại chỗ nhưng do điện dung lớn, bộ thử nghiệm tần số thấp đã được xem xét.
Bộ thử nghiệm cơ bản bao gồm một đĩa tròn được điều khiển bởi động cơ đồng bộ và dạng sóng 0,1 Hz được tạo thành 500 bước điện áp nhỏ. Ưu điểm của việc có dạng sóng hình sin và đối xứng này là:
- Cả điện trở suất thể tích và hằng số điện môi của lớp cách điện đều có thể được đánh giá
- R, L và C được đưa vào phương trình;
- Có thể thử nghiệm chẩn đoán;
- Có thể thử nghiệm phóng điện cục bộ (PD);
- Có thể thử nghiệm Tan delta (TD);
- Mức tiêu thụ điện năng ít hơn 500 lần so với ở 50 Hz (I = V2πfC);
- Tất cả các thông số điện như dòng điện rò rỉ, RMS và Dòng điện tức thời, điện dung và điện trở suất (Megohms) có sẵn;
- Trọng lượng của thiết bị kiểm tra tương tự như máy kiểm tra DC.
