高压电缆试验方法

10kV交联聚乙烯电缆现场试验方法的探讨

刘晓安陕西省汉中供电局（723000）

摘要：本文对电缆现场试验的方法进行了分析，通过模拟试验，对直流耐压、

2U

0工频电压持续5分钟、U

工频电压持续24小时及带50％额定电流2小时后的试验

结果进行比较，得出了工频或变频谐振试验对10kVXLPE电缆的现场试验是比较有效的。

关键词：交联聚乙烯电缆现场试验方法

1 电缆现场试验方法的分析

目前，电缆竣工验收试验的主要手段有直流耐压、0.1Hz耐压、振荡波试验、工频谐振以及变频谐振等几种方法。

1.1 直流耐压试验

其优点是所需试验设备容量小、体积小，携带操作方便，特别适合现场试验，在油纸绝缘电缆上的应用是成功的，国际和国家标准均有明确规定。

而对于XLPE电缆进行直流耐压试验则存在以下缺点：

(1)直流耐压试验不能模拟XLPE电缆的运行工况。

（2）XLPE电缆在直流电压下会产生"记忆"效应，存储积累单极性残余电荷。如果在电缆内的直流残余电荷未完全释放之前即投入运行，直流偏压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。

（3）直流耐压时，会有电子注入到聚合物介质内部，形成空间电荷，使该处的电场强度降低，XLPE电缆的半导体凸出处和污秽点等容易产生空间电荷，

从而难以发现缺陷。同时，如果外部发生尘闪络或电缆附件击穿，在已积聚空间电荷的地点，由于振荡，电压迅速改变为异极性，该处电场强度显著增大，可能损坏绝缘，造成多点击穿。

(4）XLPE电缆致命的一个弱点是绝缘内容易产生水树枝，在直流电压下会迅速转变为电树枝，并形成放电，加速了绝缘劣化；而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值，并能保持-段时间。

（5)国内外的调查研究和实践都表明，直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷，如电缆附件内的机械损伤或应力锥放错等。

总之，XLPE等高压橡塑绝缘电缆不宜做直流耐压试验已在国内外达成共识。

1.2 超低频(0.1Hz)电压试验

0.1Hz超低频耐压试验属于交流耐压，能大大降低试验设备容量，理论上降低500倍，实际由于结构原因，容量可降低50～100倍。实验室的模拟试验研究表明：电缆试品在0.1Hz耐压与工频耐压下的一致性较差，效率是比较低的。无法满足超高压电缆的试验要求。但0.1Hz超低频耐压试验在中低压电缆介损测量上得到了很好的应用。

1.3 高频振荡波(OSI)试验

图1 振荡波试验线路图

图1是其代表性的接线图，直流电源对充电器C

1

充电，达到预定值后使球隙

放电，试验电压通过C

1和电感线圈、试品电缆C

x

形成振荡放电回路，试品电缆

C

x

上的电压最大值为：

U x =U

1

×2C

1

/(C

1

＋C

x

)(1)

U x 最大可达2倍的U

1

。从国外最新的研究报告中看到，振荡波试验对人工模

拟的机械损伤和水树枝类型的故障发现效果尚可，而对针板型故障不是很有效果，作为一个试验手段并不理想。

1.4 谐振耐压试验

国际大电网会议(CIGRE)21－09工作组于1997的工作报告中指出：30～300Hz 的交流耐压试验与工频耐压的等效性良好。基于一些高校实验室的理论和模拟试验研究以及国外十几年来采用变频试验的经验，其等效性好、效率高、设备轻便，试品长度几乎不受限制。其原理如图2所示。

图2 变频谐振原理图

2 模拟试验

试验采用平行对比的方法，基于XLPE电力电缆存在施工质量缺陷，通过人为制造10kVXLPE电缆的绝缘缺陷，考查各种试验方法发现缺陷的有效性。主要

比较的试验方法：①常规的直流耐压；②2U

0工频电压持续5min；③U

工频电压持

续24h：④带50％额定电流2h后的以上试验。其试验结果见表1。

表1 模拟试验结果

序号故障形式试验方法试验电压加压时间结果温度(℃)

1 1.5mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 未击穿17

2 1.5mm深钉尖工频电压2U05min 未击穿17

3 1.5mm深钉尖工频电压U02h 未击穿17

4 2.5mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 未击穿19

5 2.5mm深钉尖工频电压2U05min 未击穿19

6 2.5mm深钉尖工频电压U02h 未击穿19

7 2.5mm深钉尖带50%额定

电压2h后

直流耐压

2.5U05min 未击穿20

8 2.5mm深钉尖带50%额定

电流2h后

工频电压

2U05min 击穿20

9 2.5mm深钉尖带50%额定

电流2h后

工频电压

U02h 未击穿20

10 4mm深钉尖直流耐压 2.5U05min 击穿19

11 4mm深钉尖工频电压2U05min 击穿19

12 4mm深钉尖工频电压U02h 未击穿19

设置的缺陷：在终端处的一相电缆上人为制造钉尖缺陷(1.5～4mm深)。

3 分析及结论

(1)2U

0工频电压持续5min试验能有效地发现电缆缺陷；U

工频电压持续24h

的方法不能有效地发现电缆缺陷。

(2)对有缺陷的电缆，U

工频电压持续24h后，带有一定负荷，可能造成电缆缺陷处的热击穿(本文没有作更多的试验比较)。

(3)常规的直流耐压不能有效地发现电缆缺陷，且对电缆有害。国内许多地区和国际大电网会议工作组对XLPE电缆不再推荐进行直流耐压试验。

(4)鉴于电缆现场工频试验设备容量和体积小，携带操作比较方便，发现电缆缺陷比常规的直流耐压更有效，所以应采用工频或变频谐振试验的方法，进行电缆现埸竣工验收试验。

交流耐压试验和直流耐压试验：

耐压测试是一种无破坏性的测试，它用来检测经常发生的瞬态高压下产品的绝缘能力是否合格。它在一定时间内施加高压到被测试设备以确保设备的绝缘性能足够强。

测试电压，大部分的安全标准允许在耐压测试中使用交流或直流电压。若使用交流测试电压，当达到电压峰值时，无论是正极性还是负极性峰值时，待测绝缘体都承受最大压力。因此，如果决定选择使用直流电压测试，就必须确保直流测试电压是交流测试电压的倍，这样直流