在供配電系統調試中,要對交聯聚乙烯電力電纜(XLPE)、高壓開關柜、GIS、高壓電動機、大型發電機組、大型電力變壓器、互感器等高電壓、大容量的電力設備進行絕緣耐壓試驗。
絕緣耐壓試驗分為直流耐壓試驗和交流耐壓試驗兩種。
過去在進行電纜耐壓試驗時都采用直流耐壓試驗。在1980年左右,國外電力部門發現直流耐壓試驗對橡塑絕緣是無效的且具有危害性。我國在九十年代開始研究和實踐交流耐壓試驗技術。經過20多年的研究和實踐,世界各國紛紛采用交流耐壓試驗代替直流耐壓試驗。國內外有關標準機構也對于高壓交聯電纜的試驗方法作出了更改和修訂。
1997年國際大電網工作會議(CIGRI)對目前采用的直流耐壓試驗方法提出疑議,并推薦使用工頻及近似工頻(30-300Hz)的交流試驗方法,在全世界范圍內推廣應用。
我國的《電氣設備交接試驗標準》GB50150-2006已經頒布,于2006年11月1日起強制執行,該標準規定35kV及以上橡朔絕緣電緒優牛采用交流耐用試驗。方流耐壓試驗取代傳統直流耐壓試驗已是大勢所趨。
由于電纜線路的電容很大,若采用工頻電壓試驗,必須有大容量的工頻試驗變壓器,現場試驗很難實現,所以傳統的耐壓試驗方法采用直流耐壓試驗。因為電纜的直流絕緣電阻很大(一般在10GQ以上),所以在做直流耐壓試驗時充電電流極小,具有試驗設備容量小、重量輕、可移動性好等優點。但直流耐壓試驗方法對于XLPE交聯電纜,無論從理論還是實踐上卻存在著很多缺點。
主要體現在:
(1)高壓試驗技術的一個通用原則:試品上所施加的試驗電壓場強必須模擬高壓電器的運行工況。直流電壓下,電纜絕緣的電場分布取決于材料的體積電阻率,而交流電壓下的電場分布取決于各介質的介電常數,特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的直流電場強度的分布和交流電場強度的分布完全不同,而且直流電壓下絕緣老化的機理和交流電壓下的老化機理不相同。因此,直流耐壓試驗不能模擬交聯電纜的運行工況。
(2)交聯電纜在直流電壓下會產生“記憶”效應,存儲積累單極性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗引起的“記憶性”,需要很長時間才能將這種直流偏壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運行,直流偏壓便會疊加在工頻電壓峰值上,使得電纜上的電壓值遠遠超過其額定電壓,從而有可能導致電纜絕緣擊穿。
(3)直流耐壓試驗時,會有電子注入到聚合物介質內部,形成空間電荷,使該處的電場強度降低,從而難于發生擊穿。由于振蕩電壓極性迅速改變為異極性,使該處電場強度顯著增大,可能損壞絕緣,造成多點擊穿,損壞電纜。直流耐壓試驗時所形成的空間電荷可導致電纜投運時發生擊穿或沿面滑閃。
(4)交聯電纜的一個致命弱點是絕緣內易產生水樹枝,一旦產生水樹枝,在直流電壓下會迅速轉變為電樹枝,并形成放電,加速了絕緣劣化,以致于運行后在工頻電壓作用下形成擊穿。而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當的耐壓值,并能保持一段時間。
實踐也表明,直流耐壓試驗不但不能有效發現交流電壓作用下的某些缺陷,而且會損害電纜,給電纜的安全運行帶來危險。如在電纜附件內,絕緣若有機械損傷或應力錐放錯等缺陷。在交流電壓下絕緣最易發生擊穿的地點,在直流電壓下往往不能擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發生在交流工作條件下絕緣平時不發生擊穿的地點。這一點也得到了運行經驗的證明:一些電纜在交接試驗中按照GB50150-91標準進行直流耐壓試驗順利通過,但投運不久就發生絕緣擊穿事故。正常運行的電纜被直流耐壓試驗損壞的情況也時有發生。