현재 케이블 케이블에 사용되는 전기 테스트 방법은 다양하며, 전압 레벨과 케이블 유형에 따라 달라질 수 있습니다.

이 기사는 주로 오일 임프레그레이션 종이 절연 케이블, 플라스틱 절연 케이블 및 크로스링크드 폴리에틸렌 케이블의 시험 방법에 대해 설명하며, 일반적인 전기적 특성을 다룹니다. 시험에는 DC 저항 전압 및 누설 전류 시험, VLF 저항 전압 시험, 전력 주파수 AC 공진 저항 전압 시험, 부분 방전 시험 등이 포함됩니다. 예.

현재 전력 분야에서는 다른 전압 레벨과 전력 케이블 종류에 따라 사용되는 시험 방법과 내용이 다릅니다.

1. 오일 이중층 종이 절연 케이블에 대한 DC 저항 전압 테스트

DC 전압 테스트는 케이블 절연체의 누설 특성과 전압 동작을 효과적으로 반영할 수 있습니다. 이론과 실무 모두 오일 이중층 종이 유전체 케이블, 오일 충전 유전체 케이블 및 가스 충전 유전체 케이블의 DC 및 AC 전압 특성은 근본적으로 유사하다는 것을 나타냅니다.

오일페이퍼 절연 전력 케이블의 경우 제조사들은 일반적으로 교류 전압을 이용한 정기 테스트를 실시합니다. 그러나 설치 및 운영 장치는 여러 가지 이유로 인해 인도 및 수령 과정, 예방 점검 또는 고장 수리 시 DC 전압을 주로 이용합니다.

• 경량 테스트 장비: 일반적으로 사용되는 DC 고전압 발전기는 휴대용이며 현장 적용에 적합합니다. DC 저항 전압 테스트에서는 테스트 전압을 얻기 위해 보통 반파 정류를 사용합니다. 다중 전압 정류 기술을 통해 더 작은 용량의 테스트 장비(테스트 트랜스포머 및 정류기)를 개발하여 더 긴 케이블 라인에서 DC 고전압 테스트 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.
• 절연 손상의 최소화: AC 저항 전압 테스트는 절연 간극 내에서 자유발전이 발생할 수 있으며, 이는 잠재적으로 영구적인 절연 손상을 초래할 수 있습니다. DC 저항 전압 테스트에서는 이러한 위험이 크게 줄어듭니다.
• 측정 가능한 누설 전류: DC 저항 전압 테스트 중 누설 전류를 동시에 측정할 수 있습니다. 누설 전류 값과 시간 경과에 따른 변화를 분석함으로써 누설 전류와 시험 전압 간의 관계를 평가하여 케이블의 절연 상태를 평가할 수 있습니다.
• 음극성 배선의 장점: 규정에 따르면 DC 저항 전압 테스트에서는 음극 전선이 사용됩니다. 즉, 도체는 음극 단자에 연결됩니다. 종이 절연이 젖어 있는 경우, DC 전압 하에서 양극성 수분이 존재하면 양극성 전하가 발생하여 “전해수이동 현상’이 나타날 수 있습니다. 이 현상은 물 분자가 표면층에서 도체(음극) 쪽으로 이동하여 누설 전류를 증가시키고 침투 채널을 형성하게 되는데, 이는 음극 절연의 결함을 파악하는 데 도움이 됩니다.
• 압축 시간 단축: DC 저항 전압 테스트의 압력 조절 시간은 상대적으로 짧습니다. 예를 들어 규정에는 환전 및 6~35kV 케이블의 예방 테스트 시 각 단계에 대해 5분간의 압력 조절 시간이 적용됩니다. 이는 DC 전압 강하 전압이 압력 상승 시간과 크게 변하지 않기 때문입니다. 일반적으로 DC 전압을 공급하기 시작한 후 몇 분 내에 결함을 식별할 수 있으므로, 긴 시간 소요되는 검사가 필요하지 않습니다. 압력 조절.

DC 저항 전압 테스트 중 누설 전류 측정은 절연 저항 측정기와 동일한 원리를 따릅니다. 그러나 DC 저항 전압 테스트에서 적용하는 전압과 사용되는 계측 장치는 일반적으로 더 정확합니다. 압력 조절 과정에서 누설 전류의 변화를 관찰함으로써 이 방법은 표준 절연 저항 측정에 비해 절연 결함 감지에 더 효과적입니다.

DC 전압 테스트에서 케이블의 절연체를 통과하는 전류는 커패시티브 전류, 흡수 전류 및 전도 전류의 상호 결합으로 이루어집니다. 완전한 절연을 갖춘 케이블의 경우 압력 증가 시점과 함께 누설 전류가 감소하고 안정화됩니다. 반면, 절연성이 약한 케이블의 경우 누설 전류는 빠르게 안정화되어 초기 값에 근접합니다. 절연에 심각한 결함이 있는 경우 누설 전류는 시간이 지남에 따라 감소하지 않고 오히려 증가할 수 있습니다. 압력 조절 시간을 연장하거나 DC 전압을 높이면 누설 전류가 더욱 증가하여 단락이 발생할 수 있습니다.

측정된 누설 전류가 케이블의 절연 상태를 정확하게 반영하도록 하기 위해서는 외부 요인의 영향을 제거하는 것이 필수적입니다. 요인들. 누설 전류가 불안정하거나 시간이 지남에 따라 증가하거나 테스트 전압이 증가함에 따라 급격히 상승하는 경우, 근본적인 원인을 조사해야 합니다.

일반적으로 DC 내재전압 시험 전과 시험 중 측정된 누설 전류의 비율을 흡수 비율이라고 합니다. 6~35kV 케이블의 경우, 전압 저항 시험 전의 누설 전류는 지정된 전압에서 1분 동안 측정됩니다. 이를 I1로 표시합니다. 전압 저항 테스트 후 측정된 누설 전류는 4분 경과 시점에 I2로 표시됩니다.

110~220kV 케이블의 경우, I2는 전압 저항 시험 중 14분 경과 시 측정된 누설 전류를 의미합니다. 규정에 따르면 케이블 누설 시험의 적격성 기준은 흡수비(I2/I1)가 1보다 작거나 같아야 합니다.

2. 교차 결합된 폴리에틸렌 케이블의 전압 시험에 적합

현재 횡방향 중합 폴리에틸렌(XLPE) 케이블은 주로 DC 전압으로 시험합니다. 그러나 IEC 표준에서는 XLPE 케이블 및 150kV 이상 정격 부품의 시험이 AC 전압으로 수행되어야 한다는 점을 명확히 규정하고 있습니다. 이는 1시간의 시험 후의 전력 시스템의 상호차단 전압 또는 24시간의 시험 후의 정상 작동 전압을 적용하는 것을 의미하며, DC 전압 시험은 권장되지 않습니다.

1984년에 고전압(110-220 kV) XLPE 케이블이 도입되고 1985년 이후 주요 도시로의 수입이 이루어진 이후, 여러 국가에서 고전압 XLPE 케이블에 대한 DC 전압 테스트 결과에 대해 연구했습니다. 이러한 연구들은 DC 전압 테스트가 다음의 이유로 인해 적합하지 않다고 결론 내렸습니다.

• 불균등한 전자기장 분포: XLPE 케이블 내의 전기장 분포는 DC 전압과 AC 전압 간에 현격하게 달라집니다. DC 전압에서는 전기장이 절연저항 계수에 따라 분산되는데, 이는 XLPE 절연체의 서로 다른 저항 계수로 인해 불균등한 분포를 초래합니다. 반면 AC 전압에서는 전자기력의 분포는 유전계수와 역비례합니다. 유전계수가 2.1~2.3인 XLPE 절연재는 일반적으로 온도 변화에 안정적이며, AC 전압에서도 더욱 균일한 전자기력 분포를 유지합니다. 따라서 AC 전압에서 결함이 있는 것으로 간주될 수 있는 부분은 DC 테스트에서 문제가 나타나지 않을 수 있지만, DC 테스트를 통과한 부분은 AC 전압에서는 결함이 발생할 수 있습니다.
• 속도 조절된 절연체 노화: XLPE 절연재 내부에 수소분지(water dendrites)가 존재하면 AC 전압에서는 느리게 성장하지만 DC 내재전압 시험에서는 가속화됩니다. 이는 물 dendrites를 전기 dendrites로 변환시켜 절연성 저하를 가속화하고 케이블 수명을 단축시키는 축적 효과를 유발할 수 있습니다. 서비스 수명.
• 공간 전하의 형성: DC 저항 전압 시험 중 XLPE 케이블 및 액세서리의 절연체 내에 공간 전하가 축적될 수 있습니다. 이러한 전하의 지속적인 형성으로 AC 작동 전압에서 화재가 발생하거나, 충전물 축적으로 인해 액세서리의 인터페이스에서 슬립 플래시가 발생할 수 있습니다.

결론적으로, XLPE 케이블의 단열 결함을 검출하기 위해 DC 전압 테스트는 효과가 없으며, AC 전압에서 케이블이 다시 공급되면 조기 단열로 이어질 수 있는 손상을 초래할 수 있습니다. 따라서 XLPE 케이블에 대한 대체 테스트 방법이 사용되어야 합니다.

2.1 초저주파 전압 테스트(VLF 테스트)

초저주파 AC 내전압 시험 장치의 출력 주파수는 일반적으로 사인파 또는 코사인 파형으로 0.01~0.1 Hz 사이입니다. 이 테스트 방법은 AC 전압 요구 사항을 충족하면서 테스트 장비의 크기와 무게를 최소화하는 것을 목표로 합니다. DC 테스트는 XLPE 케이블의 결함을 효과적으로 파악하지 못하고 절연 성능에 영향을 미치는 공간 부하를 생성하기 때문에, 초저주파 테스트는 적합한 대안이 됩니다.

주파수를 50Hz에서 0.1Hz로 낮추면 시험 장비의 용량이 이론적으로 1/500로 감소하여 0.1Hz의 시험 장비가 DC 시험 장비와 비슷한 소형화와 휴대성을 갖추게 되므로 현장 사용에 적합합니다. XLPE 전력 케이블의 경우 현장 저항 전압 시험에서는 주로 저항 전압 시험과 유전체 손실 측정이 포함된 0.1 Hz 초저주파 전압 시험을 실시해야 합니다. 현재 0.1 Hz 테스트 장비의 국제적 발전은 100 kV 미만의 전압으로 제한되며, 일반적으로 중전압(6-35 kV) XLPE 케이블 라인에만 적용됩니다. 권장 테스트 표준은 3U0/1h입니다.

2.2 AC 리슨스 테스트

AC 레슨스 테스트는 변압기, 전력 케이블 및 스위치 기기 등 전기 장비의 절연 강도 및 유전성 특성을 평가하는 진단 방법입니다.

이 테스트는 장비의 공진 주파수에서 제어된 교류 전압(AC)을 공급하여 높은 전압 수준을 달성할 수 있도록 합니다. 이를 통해 과도한 전력을 사용하지 않고도 높은 전압 수준을 구현할 수 있습니다. 이를 통해 테스트는 표준 테스트 조건에서는 감지되지 않을 수 있는 단락 취약점, 결함 또는 기타 문제를 효과적으로 파악할 수 있습니다. 이러한 결과는 전기 시스템의 안정성과 안전성을 보장하고 예방적 유지보수 관행을 촉진합니다.

전력 주파수 저항 전압 시험은 케이블이 이 주파수에서 작동하기 때문에 케이블의 실제 상태를 가장 정확하게 반영합니다. 이를 통해 시험 전압과 주파수는 더욱 적합하게 설정되어 운영 조건의 완전한 시뮬레이션을 가능하게 합니다. 이론적으로 중간 주파수(IF) 저항 전압 시험은 케이블의 누설 특성을 파악할 뿐만 아니라 유전 손실에 따른 국지적 전압 효과를 포함한 케이블의 전압 특성을 종합적으로 파악할 수 있습니다.

XLPE 케이블에 대한 IF AC 전압 저항 테스트를 수행하는 데 있어 가장 큰 어려움 중 하나는 대용량 테스트 장비의 필요성입니다. 전압이 높고 케이블 길이가 길수록 필요한 용량이 더 커집니다. 현장에서 XLPE 케이블의 AC 전압 테스트 요구 사항을 해결하기 위해서는 테스트 장비의 용량을 최소화하는 것이 중요합니다. 시리즈 공명 기술을 활용하는 것은 이를 실현하는 효과적인 방법입니다. 테스트 결과에 따르면 주파수 시리즈 공명 장치는 저전압 및 소형 용량의 전원 공급 장치로 작동할 수 있으며, 이를 통해 케이블 절연체가 더 높은 시험 전압을 견뎌낼 수 있습니다.

현재 수입된 주파수 시리즈 공진 시험 장비에는 10~100Hz에서 작동하는 고정 인덕턴스 레시스터가 포함되어 있으며, 이 장비는 20톤 화물차에 장착되어 있으며, 주파수 변환기, 변압기 및 전원 공급 장치를 수용하는 컨테이너 화물차도 함께 운용됩니다. 컴퓨터 제어 시스템. 이 완전한 설비는 주파수 범위가 30~300Hz이며 출력 전압이 최대 250kV이고 전류가 75A로 작동합니다. 이로 인해 220kV XLPE 케이블에 대한 AC 내압 시험을 수행하는 데 적합합니다.

3. 플라스틱 케이블에 대한 부분 방전 테스트

고무 플라스틱 케이블의 절연재에는 공기 간격과 수분이 존재합니다. 정격 DC 전압에서 보통 매우 짧은 부분 방전 과정이 발생하거나 부분 방전이 발생하지 않지만, 정격 AC 전압에서는 부분 방전이 발생할 수도 있고 없을 수도 있습니다. 부분 방전이 발생하면 방전 과정이 짧아지며 케이블의 절연막은 보통 일정 시간 내에 손상되지 않지만 매우 위험합니다. 따라서 부분 방전 측정은 케이블의 의심되는 부분, 중간 연결부 및 단자 헤드 등 케이블의 특정 부분에서만 수행됩니다.

결론

고무 플라스틱 케이블의 경우 DC 저항 전압 테스트(DC Hipot Test)는 케이블 절연체의 심각한 손상이나 고장이 나타나는 것을 나타낼 수 있으며 “파괴적인” 효과를 나타낼 수 있으므로, 이를 단지 최후의 수단으로만 사용하고 참고용으로만 사용해야 합니다. 초저주파 고전압 발전기는 제어 시스템과 고전압 전원 공급 장치로 작동되며, 경량화되어 케이블에 파괴적인 영향을 주지 않으면서 현장에서 사용하기 쉽습니다. 이 방법은 고무 및 플라스틱 케이블의 테스트에 적합하지만 기술적 제약으로 인해 주로 35kV 이상의 케이블에만 적용됩니다.

AC 레슨스 테스트 시스템은 주파수 변환 전원 공급 장치, 유도 변압기, 레슨스 재가열기 및 전압 분배기로 구성됩니다. 이 방법은 35kV 이하 등급의 케이블을 사용하는 현장 작업에 비해 더 번거롭지만, 66kV 이상의 등급의 케이블을 현장에서 효과적으로 사용할 수 있습니다. 110kV 이상 등급의 케이블의 경우 진동 전압 방식은 소형화되어 현장에서 사용하기 쉽지만, 초저주파 및 주파수 공명 테스트에 비해 효과는 여전히 검증이 필요합니다.

부분 방전 테스트는 중간 연결부 및 단자 등 케이블의 특정 영역에서만 문제를 감지할 수 있으며, 110kV 이상 등급의 케이블에 필수적입니다.

마지막으로, 유전체 손실 측정 방법은 본질적인 한계로 인해 현장 사용에서는 크게 실용적이지 않습니다.