Требования к испытаниям высоковольтных кабелей грозовым импульсом
В соответствии с международными стандартами IEC 60840 (для кабелей на номинальное напряжение до 150 кВ) и IEC 62067 (для кабелей на напряжение свыше 150 кВ до 500 кВ), испытание грозовым импульсом должно проводиться при контролируемой повышенной температуре — точнее, при температуре жилы кабеля от 90°C до 95°C (или максимальной рабочей температуре изоляции из XLPE).
Стандарт регламентирует, что последовательность испытаний должна состоять из 10 последовательных импульсов положительной полярности, за которыми сразу следуют 10 последовательных импульсов отрицательной полярности при полном испытательном напряжении (Up). Форма волны должна соответствовать стандартному грозовому импульсу с временем фронта (T2) 1.2 мкс ± 30% и временем до полуспада (T2) 50 мкс ± 20% (обычно обозначается как волна 1.2/50 мкс). Для успешного прохождения испытания кабельная система не должна иметь диэлектрического пробоя или перекрытия ни при одном из 20 приложенных импульсов.
Матрица технических параметров: форма импульса и последовательность
Структурные параметры для проведения импульсных испытаний различных классов высоковольтных кабельных систем:
| Класс напряжения (Um) | Ссылка на стандарт | Примеры пикового напряжения (Up) | Требуемое кол-во импульсов (Положительных) | Требуемое кол-во импульсов (Отрицательных) | Допустимые допуски фронта / спада волны |
| от 110 кВ до 132 кВ | IEC 60840 | 550 кВ / 650 кВ | 10 | 10 | T₁: ± 30%, T₂: ± 20% |
| от 220 кВ до 230 кВ | IEC 60840 | 1050 кВ | 10 | 10 | T₁: ± 30%, T₂: ± 20% |
| от 380 кВ до 500 кВ | IEC 62067 | 1425 кВ / 1550 кВ | 10 | 10 | T₁: ± 30%, T₂: ± 20% |
Анализ причин пробоя при импульсных испытаниях
Эффекты накопления объемного заряда
Требование приложения 10 положительных импульсов с последующими 10 отрицательными импульсами предназначено для создания максимальной нагрузки на изоляционную систему в момент смены полярности. При высоком постоянном напряжении или однополярном импульсном воздействии гомозаряды (объемные заряды той же полярности, что и электрод) инжектируются в толщу XLPE вблизи экрана по жиле (Conductor Screen) или экрана по изоляции.
Когда генератор резко переключается на отрицательную полярность, поле захваченного положительного объемного заряда складывается с новым внешним отрицательным полем. Эта суперпозиция резко усиливает локальный градиент электрического поля (Emax), что легко инициирует образование электрического триинга при наличии structural дефектов в полимере.
Типичные морфологии пробоя и дефекты производства
- Электрический триинг от включений: Если микроскопические металлические частицы (например, медная или железная пыль от волочильных штампов) попадают в матрицу XLPE во время трехслойной соэкструзии, они работают как локальные усилители поля. Образующийся канал пробоя имеет плотную кустообразную древовидную структуру, расходящуюся во все стороны от частицы.
- Пути разряда в микропустотах: Недостаточное давление вулканизации или попадание влаги в процессе мокрой вулканизации оставляет внутри изоляции микроскопические газонаполненные раковины. Под воздействием крутого фронта грозового импульса (1.2 мкс) воздух внутри этих пустот мгновенно ионизируется. Это создает локальные каналы частичных разрядов, которые быстро пробивают оставшуюся стенку изоляции, оставляя чистый прямой обугленный прожженный канал.