两种电缆耐压试验技术分析

范玉洁 ，林佑祥，高智群

（1.山东冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101；2.山东钢铁集团莱钢能源动力厂，山东莱芜 271104）

1 引言

目前电缆耐压试验主要采用直流耐压试验方法，然而随着聚氯乙烯电缆和交联聚乙烯电缆广泛取代油纸电缆，直流耐压方法已不适合于该类型电缆。

2 直流耐压试验方法缺陷分析

（1）在直流电压下，电场强度是按照电阻率分布的，而交联聚乙烯电缆绝缘层中的材料含有很多成分，其电阻率分布是不均匀的，同时电阻率受温度等因素影响比较大，所以在直流电压下，交联聚乙烯电缆绝缘层中的电场分布是不均匀的，这就可能在直流试验过程中出现绝缘层有的地方电场很强，有的地方电场却比较弱的情况，导致局部绝缘击穿，在运行中引起事故。

（2）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。一旦有了由于直流耐压试验引起的“记忆性”，需要很长时间才能将这种直流电压释放。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行，直流电压便会叠加在工频电压峰值上，使得电缆上的电压值远远超过其额定电压，从而有可能导致电缆绝缘击穿。

（3）交联聚乙烯电缆的直流耐压试验，由于空间电荷的效应，绝缘中的实际电场强度最高可达电缆绝缘工作电场强度的十几倍，所以即使电缆在通过了直流耐压试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。

（4）直流耐压试验所施加的直流电压电场强度分布状况与运行中的交流电压电场强度分布状况不同，直流耐压试验并不能模仿运行状态下电缆承受的过电压，而且也不能有效地发现电缆本身及电缆接头和施工工艺上的缺陷。

（5）直流耐压试验有一定的积累效应，能加速绝缘老化，且试验时易发生闪络或击穿。

3 0.1 Hz超低频技术简介

0.1Hz超低频试验项目根据电压波形的不同而有所区别。0.1 Hz超低频电压波形基本上有3种:正弦波、三角波和余弦方波。其原理是用超低频以低充电电流，相对长一点的时间间隔对试品充电至高压，此时正弦波形避免了其他波形可能产生的高频谐波，而该高频谐波会对测试目标产生驻波或有害的电压突变。

3.1 超低频系统原理

该0.1 Hz超低频试验仪器的原理图如图1所示，系统所需的输入功率是从一个正常的220 V、50 Hz的电源处获得。输出电压的振幅是由自动可调变压器控制的，由图1中的T1来表示。该变压器的输出用相应需要的超低频来调节，如0.1 Hz频率。该过程在图1中用T2来表示，T2输出以正弦波模式周期性地增加或减少，频率是两倍的输出频率，这样就会产生一个50 Hz电压。该调制工频电压经过高压变压器逐步升压，即图1中的T3。该高压变压器的输出通过一个能产生单极电压的全波整流器来整流。最后，整流器与终端之间的一个极性开关每个半个周期就会将整流后的电压的极性颠倒以下。输出电缆和被试品的电容将提供充足的滤波，以便将120 Hz的波动减至一个可接受的水平，其终端波形是一个高压超频正弦波。0.1 Hz超低频试验系统。系统的工作频率可通过调整图1中的T2获得0.05 Hz、0.02 Hz、0.1 Hz等不同的工作频率，较低的频率可测试超长电缆。

图1 超低频系统原理图

3.2 超低频技术的试验过程

超低频技术的试验仿效工频试验，对橡塑电缆进行交流耐压试验，在试验过程中不会累积空间电荷，对电缆的绝缘不会造成损坏。

3.3 采用超低频技术原因分析

由于电力电缆容量大，根据：

式中：C——被试电缆电容量，μf/km；

US——试验电压，kV；

f——工频频率，我国为50 Hz。

例如，在工频50 Hz下，试验1μf（约3 km)的8.7/10 kV的电缆，当试验电压为26 kV（3U0）时,试验设备容量需达到213 kVA,因此所需的试验设备容量很大，使得设备体积大而笨重，同时价格也很昂贵。所以工频交流耐压试验方法不适于现场应用。根据S=ωCUS2=2πfCUS2，可以得出频率越低，在试验电压下所需功率越小。如使用0.1 Hz交流耐压设备所需的功率比使用工频50 Hz交流耐压设备小500倍，故采用超低频交流电进行耐压试验。

4 0.1 Hz超低频耐压技术与直流耐压技术的比较

直流耐压试验能有效地发现电缆绝缘缺陷，但对交联聚乙烯电缆则不一定有效，甚至可能产生负作用。在做直流耐压试验时，直流高压在运行电缆的水树区域形成负电荷积累，这些积累的电荷将一直残留在绝缘体上，待耐压试验后，投入运行时通过的是交流电，正电荷与直流耐压产生的负极性空间电荷处电压叠加，导致局部放电、电树形成、直至绝缘击穿。

5 结束语

超低频技术引用于耐压试验上，既减少了设备的体积、降低设备制造成本；又不会对大容量设备的绝缘造成损坏，非常适合于现场的使用。