Kablo kabloları için mevcut elektrik test yöntemleri çeşitlidir ve voltaj seviyesi ve kablo tipiye göre değişebilir.

Bu makale esas olarak yağ ile kaplanmış kağıt yalıtımlı kablolar, plastik yalıtımlı kablolar ve çapraz bağlı polietilen kabloların test yöntemlerini anlatır; yaygın elektrik testleri arasında DC dayanım gerilimi ve sızıntı akımı testleri, VLF dayanım gerilimi testleri, Güç frekansı AC rezonans dayanım gerilimi testi, kısmi deşarj testleri ve benzeri yer alır.

Günümüzde farklı voltaj seviyelerine ve güç kablo türlerine sahip elektrik sektöründe kullanılan test yöntemleri ve içerikler farklıdır.

1. Yağlı izolasyonlu kağıt yalıtımlı kablolar için DC dayanım gerilimi testi

DC gerilim testleri, kablo yalıtımının sızıntı özelliklerini ve voltaj davranışını etkili bir şekilde yansıtabilir. Teoride ve uygulamada, yağlı kaplı kağıt dielektrik kabloların, yağlı dolgu kabloların ve gaz dolgulu kabloların DC ve AC voltaj özelliklerinin temel olarak benzer olduğu belirtilmektedir.

Yağlı-kağıt yalıtımlı güç kabloları için üreticiler genellikle AC voltajı kullanarak rutin testler gerçekleştirir. Ancak montaj ve işletim üniteleri teslim alma, önleyici testler veya arıza onarımı sırasında çeşitli nedenlerden dolayı genellikle DC voltajına güvenmektedir:

• Yüngül Test Ekipmanları: Yaygın olarak kullanılan DC yüksek voltaj jeneratörü taşınabilir ve saha uygulamaları için uygundur. DC dayanım gerilimi testlerinde test voltajını elde etmek için genellikle yarım dalga regülasyonu kullanılır. Çok voltaj regülasyon teknolojisi, daha küçük ve daha düşük kapasiteli test ekipmanları (test trafoları ve regülatörler) sayesinde daha uzun kablo hatlarında DC yüksek voltaj testlerinin ihtiyaçlarını karşılamaya olanak tanır.
• Yalıtım Hasarını Azaltma: AC dayanım voltaj testleri, yalıtım boşlukları içinde serbest deşarjlara neden olabilir ve bu da potansiyel olarak kalıcı yalıtım hasarına yol açabilir. DC dayanım voltaj testleri ile bu risk önemli ölçüde azaltılır.
• Mevcut sızıntı akımı: DC dayanım gerilimi testinde sızıntı akımı aynı anda ölçülebilir. Sızıntı akımı değerlerini ve zaman içinde meydana gelen değişimleri analiz ederek kablonun yalıtım durumunu değerlendirebiliriz.
• Negatif Polarity Kablolamanın Avantajları: Düzenlemelere göre DC dayanma gerilimi testlerinde negatif kutuplu kablolama kullanılır; yani iletken negatif terminale bağlıdır. Kağıt yalıtımı nemliyse, pozitif yüklü suyun varlığı DC voltajı altında belirgin bir “elektroozmos fenomeni”na neden olabilir. Bu etki, su moleküllerinin yüzey tabakası üzerinden iletken (negatif) yönde hareket etmesini sağlar ve bu da sızıntı akımını artırır ve potansiyel olarak nüfuz edici kanallar oluşturur; bu da nemli kağıt yalıtımındaki kusurları ortaya koymada yardımcı olur.
• Kısa basınçlandırılma süresi: DC dayanım gerilimi testleri için basınçlandırılma süresi oldukça kısadır. Örneğin, düzenlemeler teslimat sırasında her faz için 5 dakika, 6-35 kV kablolarının önleyici testleri için ise 6 dakika basınçlandırılma süresi öngörülmektedir. Bunun nedeni, DC arıza gerilimi basınçlandırılma süresiyle önemli ölçüde değişmemesidir; tipik olarak, DC voltaj uygulamasının birkaç dakika içinde kusurlar tespit edilebilmekte ve bu nedenle daha uzun süre boyunca basınçlandırma gerekmemektedir.

DC dayanım gerilimi testinde sızıntı akımının ölçümü, yalıtım direnci test cihazları ile aynı prensibe göre gerçekleştirilir. Ancak DC dayanım gerilimi testinde uygulanan voltaj ve kullanılan cihazlar genellikle daha hassastır. Basınçlandırma işlemi sırasında sızıntı akımındaki değişiklikleri gözlemlemek, standart yalıtım direnci ölçümleriyle karşılaştırıldığında yalıtım kusurlarını tespit etmede bu yöntemi daha etkili kılar.

DC voltaj testi sırasında bir kablonun yalıtımından geçen akım, kapasitif akım, emilim akımı ve iletken akımının birleşiminden oluşur. Yalıtımı bozulmamış bir kablo için basınçlandırılma süresi arttıkça sızıntı akımı azalır ve dengelenir. Buna karşılık, yalıtımı zayıf olan kablolar için sızıntı akımı hızla dengelenir ve başlangıç değerine yaklaşıyor. Yalıtımda ciddi kusurlar varsa sızıntı akımı zamanla azalmaz; aksine artabilir. Basınçlandırılma süresini uzatmak veya DC voltajı yükseltmek sızıntı akımını daha da artırabilir ve bu da yalıtımın arızalanmasına yol açabilir.

Ölçülen sızıntı akımının kablo yalıtım durumunu doğru bir şekilde yansıtmalarını sağlamak için, dış faktörlerin etkisini ortadan kaldırmak şarttır. Sızıntı akımı istikrarsız ise, zamanla artmakta veya test voltajının yükselmesiyle belirgin şekilde yükselmekteyse, bunun altında yatan neden araştırılmalıdır.

Genellikle, DC dayanım gerilimi testi öncesinde ve sırasında ölçülen sızıntı akımı oranı emilim oranı olarak adlandırılır. 6 ila 35 kV kablolar için, voltaj dayanım testi öncesindeki sızıntı akımı, 1 dakika boyunca belirli bir voltajda ölçülür ve I1 olarak belirtilir. Voltaj dayanım testi sonrasında, 4 dakikalık noktada ölçülen sızıntı akımı ise I2 olarak belirtilir.

110 ila 220 kV kablolar için I2, voltaj dayanım testi sırasında 14 dakikalık noktada ölçülen sızıntı akımını ifade eder. Düzenlemelere göre, kablo sızıntı testlerinin niteliklendirme standardı, emilim oranı (I2/I1) 1'den az veya eşit olmalıdır.

2. Çapraz bağlı polietilen kablolar için gerilim testi yapın

Halihazırda çapraz bağlanan polietilen (XLPE) kablolar esas olarak DC voltajı altında test ediliyor. Ancak IEC standardı, 150 kV'dan yüksek voltaj değerine sahip XLPE kabloları ve aksesuarlarının AC voltaj altında test edilmesini açıkça belirtiyor. Bu, 1 saatlik testten sonra güç sisteminin faz-faz voltajını uygulayarak veya 24 saatlik testten sonra normal işletme voltajını uygulayarak gerçekleştiriliyor; DC voltaj testi önerilmiyor.

1984 yılında yüksek gerilim (110-220 kV) XLPE kablolarının piyasaya sürülmesinden ve 1985 yılından sonra büyük şehirlere yönelik ihracatından bu yana, birçok ülke yüksek gerilim XLPE kablolarında DC voltaj testlerinin sonuçlarını incelemiştir. Bu çalışmalar, DC voltaj testlerinin aşağıdaki nedenlerden dolayı uygun olmadığı sonucuna varmıştır:

• Düzensiz Elektrik Alanı Dağılımı: XLPE kablo yalıtımının içindeki elektrik alan dağılımı, DC ve AC voltajları arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. DC voltajında elektrik alanı yalıtım direnci katsayısına göre dağıtılır ve bu da XLPE yalıtımının farklı direnç katsayılarından kaynaklanan dengesiz dağılıma yol açar. Buna karşılık AC voltajında elektrik alanı dielektrik katsayısına ters orantılı olarak dağıtılır. Yalıtım direnci 2,1 ila 2,3 arasında olan ve genellikle sıcaklık değişimlerine dayanıklı olan XLPE yalıtımının AC voltajı altında daha düzgün bir elektrik alan dağılımı korunur. Sonuç olarak, AC voltajı altında arızalı görülebilecek alanlar DC testlerinde sorun göstermeyebilirken, DC testinden geçen alanlar AC voltajı altında arızalanabilir.
• Hızlandırılmış yalıtım yaşlanması: XLPE yalıtımında su dendritleri varsa, bu tür dendritlerin büyümesi AC voltaj altında yavaş olur ancak DC dayanım voltaj testi sırasında hızlanır. Bu durum su dendritlerini elektrikli dendritlere dönüştürerek yalıtım yaşlanmasını hızlandıran bir birikim etkisi yaratır ve kablo kullanım ömrünü kısaltır.
• Uzay yükünün oluşumu: DC dayanım gerilimi testinde, XLPE kablolarının ve aksesuarlarının yalıtımında boşalmış yükler birikebilir. Bu yüklerin sürekli oluşması AC çalışma gerilimi altında arızaya yol açabilir veya yük birikmesi nedeniyle aksesuarların arayüzlerinde kayma patlamalarına neden olabilir.

Özetle, XLPE kablolarındaki yalıtım kusurlarını tespit etmek için DC voltaj testleri etkisizdir ve kablolar AC voltaj altında yeniden çalıştırıldığında erken yalıtım arızalarına yol açan hasarlara neden olabilir. Bu nedenle, XLPE kabloları için alternatif test yöntemleri kullanılmalıdır.

2.1 Ultra Düşük Frekanslı Voltaj Testi (VLF Testi)

Ultra düşük frekanslı AC dayanım gerilimi test cihazlarının çıkış frekansı genellikle 0,01 ila 0,1 Hz arasında, sinüs veya kosinüs dalga şekliyle gerçekleşir. Bu test yöntemi, AC voltaj gereksinimlerini karşılayarak test cihazının boyutunu ve ağırlığını en aza indirmeyi amaçlamaktadır. DC testinin XLPE kablolarındaki kusurları etkili bir şekilde tespit edememesi ve yalıtım performansını etkileyen boşaltma yükü oluşturması nedeniyle, ultra düşük frekanslı test uygun bir alternatif haline gelmektedir.

Frekansı 50 Hz'den 0.1 Hz'e indirerek, test cihazının kapasitesi teorik olarak 1/500'e düşebilir ve bu da 0.1 Hz test cihazının DC test cihazları ile benzer bir kompaktlık ve taşınabilirlik elde etmesini sağlar; böylece saha kullanımı için uygundur. XLPE güç kabloları için saha dayanma gerilimi testlerinde esas olarak dayanma gerilimi testleri ve dielektrik kaybı ölçümleri yer almalıdır. Halihazırda 0.1 Hz test cihazlarında uluslararası gelişmeler, 100 kV'un altındaki voltajlarla sınırlıdır; bu durum tipik olarak yalnızca orta gerilim (6-35 kV) XLPE kablo hatlarına uygulanır; önerilen test standardı ise 3U0/1h'dir.

2.2 AC rezonans testleri

AC rezonans testi, transformatörler, güç kabloları ve anahtar devresi gibi elektrikli ekipmanların yalıtım dayanımını ve dielektrik özelliklerini değerlendirmek için kullanılan bir tanısal yöntemdir.

Bu test, ekipmanın rezonans frekansında kontrollü bir alternatif akım (AC) uygulamasını içerir; bu, aşırı güç gerektirmeden yüksek voltaj seviyelerine ulaşılmasını sağlar. Böylece test, standart test koşullarında tespit edilemeyen yalıtım zayıflıklarını, kusurları veya diğer sorunları etkili bir şekilde belirleyebilir. Bu sonuçlar, elektrik sistemlerinin güvenilirliğini ve güvenliğini sağlamaya yardımcı olur ve önleyici bakım uygulamalarını teşvik eder.

Güç frekansına dayanım gerilimi testi, kablonun bu frekansta çalıştığı için kablonun gerçek koşullarını en doğru şekilde yansıtır. Bu, test voltajını ve frekansını özellikle uygun hale getirerek operasyonel koşulların tam bir simülasyonunu mümkün kılar. Teorik olarak, ara frekans (IF) dayanım gerilimi testi, kablonun sızıntı özelliklerini ortaya koymakla kalmaz, aynı zamanda dielektrik kaybına bağlı yerelleşmiş voltaj etkileri de dahil olmak üzere kablonun voltaj özelliklerini kapsamlı bir şekilde gösterir.

XLPE kablolarında AC gerilim dayanım testlerinin gerçekleştirilmesinde başlıca zorluklardan biri, yüksek kapasiteli test ekipmanına ihtiyaçtır. Gerilim ne kadar yüksek olursa, kablo o kadar uzun olmalıdır; buna göre gereken kapasite de o kadar büyüktür. Saha koşullarında XLPE kablolarında AC gerilim test ihtiyaçlarını karşılamak için, test ekipmanının kapasitesini en aza indirmek çok önemlidir. Bu ihtiyacı karşılamak için seri rezonans teknolojisi kullanılabilir; testler, frekans serisi rezonans cihazlarının daha düşük voltaj ve daha küçük kapasiteli güç kaynaklarıyla çalışabildiğini göstermiştir; bu da kablo yalıtımının daha yüksek test voltajlarına dayanmasını sağlar.

Halihazırda ithal edilen frekans serisi rezonans test ekipmanları, 10 ila 100 Hz arasında çalışan, 20 tonluk bir platform tipi kamyona monte edilen sabit bir indüktans reaktörle birlikte, frekans dönüştürücü, trafo ve bilgisayar kontrol sisteminin bulunduğu bir konteyner kamyonu içerir. Bu komple sistem, 30 ila 300 Hz aralığında çalışır ve çıkış voltajı 250 kV'a kadar ve akımı 75 A'ya kadar olan bir güce sahiptir; bu da 220 kV XLPE kablolarında AC dayanım gerilimi testleri için uygundur.

3. Plastik Kablolar için Parçalı Deşarj Testi

Kauçuk-plastik kabloların yalıtımında hava boşlukları ve nem bulunmaktadır. Nominal DC voltaj altında genellikle çok kısa bir kısmi deşarj işlemi gerçekleşir veya hiç deşarj olmazken, nominal AC voltaj altında kısmi deşarj meydana gelebilir veya gelmeyebilir. Bir kısmi deşarj meydana gelirse deşarj süreci kısa olur ve kablonun yalıtımı belirli bir süre içinde genellikle zarar görmez, ancak çok tehlikelidir. Bu nedenle, kısmi deşarj ölçümleri yalnızca kablonun belirli bölümlerinde, örneğin şüpheli bölgesi, ara bağlantıları ve terminal başlıkları gibi yapılmalıdır.

Sonuç

Kauçuk-plastik kablolar için DC dayanım gerilimi testi (DC Hipot Testi), kablo yalıtımının önemli ölçüde bozulmasını veya arızalanmasını gösterebilir ve “hasar verici” bir etki gösterebilir; bu nedenle yalnızca son çare olarak ve referans amaçlı olarak kullanılmalıdır. Ultra düşük frekanslı yüksek gerilim jeneratörü, bir kontrol sistemi ve yüksek voltajlı güç kaynağıyla çalıştırılır; hafif ve yerinde kullanımı kolaydır; kabloya yönelik yıkıcı etkiler yaratmaz. Bu yöntem kauçuk ve plastik kabloların testinde uygundur ancak teknik kısıtlamalar nedeniyle ağırlıklı olarak 35 kV veya daha düşük nominal gerilim değerine sahip kablolar için uygundur.

AC rezonans test sistemi, frekans dönüştürücü güç kaynağı, uyarıcı trafo, rezonans reaktörü ve voltaj ayırıcıdan oluşur. Bu yöntem, 35 kV veya daha düşük nominal gerilim değerine sahip kablolarla saha operasyonları için daha zahmetli olsa da, 66 kV ve üzeri nominal gerilim değerine sahip kablolar için saha ortamında etkili bir şekilde kullanılabilir. 110 kV veya daha yüksek nominal gerilim değerine sahip kablolar için, salınan voltaj yöntemi kompakt ve saha ortamında kullanımı kolaydır; ancak ultra düşük frekanslı ve frekans rezonans testlerine kıyasla etkinliği henüz doğrulanmış değildir.

Kısmi deşarj testi, kablonun yalnızca ara bağlantı noktaları ve terminaller gibi belirli bölgelerinde sorunları tespit edebilir ve 110 kV veya daha yüksek nominal gerilim değerine sahip kablolar için gereklidir.

Son olarak, dielektrik kaybı ölçümü yöntemi, doğasında bulunan sınırlamalar nedeniyle saha kullanımında büyük ölçüde pratik değildir.