CN102096031A - 一种测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，其包括中频发电机组、控制柜、测试频率控制台、恒温控制台、电源控制柜、三相交流变压器、分压电容器、电抗器和恒温水浴箱，所述中频发电机组依次连接控制柜和测试频率控制台，市电依次通过电源控制柜、三相交流变压器连接测试频率控制台，测试频率控制台依次连接分压电容器、电抗器至恒温水浴箱内的测试电缆接头，恒温水浴箱内的温控设备连接恒温控制台，恒温控制台连接计算机数据采集系统。本发明成功解决了中压电缆老化试验的问题，测试数据准确，设备结构简单，成本低廉，为中压电缆抗老化及抗水树性能测试提供一套可用、可靠的测试设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆试验设备，具体是一种测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备。
背景技术
随着电缆产业的迅猛发展，我国电缆逐渐从满足自身需求向瞄准海外市场迈进，由于各国对电缆性能要求的差异及测试条件的不同，对我国能否制造出符合不同国家标准的电缆，并成功登陆海外市场带来了新的挑战，
根据南非产品标准SANS1339:2003要求,产品制造商应证明其所生产的中压电缆（三层共挤交联聚乙烯绝缘电缆）的线芯所用的材料的长期可靠性和抗水树性。为此该标准提供了工频（50Hz3U02年）和中频（500Hz3U03000小时）两套试验方案。试验方法按SABS SM 1284-5:2000标准要求执行。SABS SM 1284-5:2000标准对从试验仪器，供电设备，试验试样，测试步骤，结果评估以及水树实验六大项18小项的内容进行了规定。本申请人在咨询了国内知名的检测站，结果是目前国内无该类检测设备，无法实施检测。
中压电缆长期老化试验的目的是证明三层共挤绝缘材料的长期可靠性且能阻止水树的产生。长期老化试验的基本原理是：在样品两端头的绝缘和屏蔽之间安装一不间断的水源，且样品外部浸泡在温度为50℃的水中1000小时后，再在室温下对该试样加3U0的电压3000小时，耐压3000小时的期间总停机时间不能超过24小时且停机时间要补足，通过预处理的试样做击穿耐压试验，要求对试验过程作全程监视，提供有效性记录数据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种满足中压电缆长期老化及抗水树试验的设备。
本发明所述的测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，其包括中频发电机组、控制柜、测试频率控制台、恒温控制台、电源控制柜、三相交流变压器、分压电容器、电抗器和恒温水浴箱，所述中频发电机组依次连接控制柜和测试频率控制台，市电依次通过电源控制柜、三相交流变压器连接测试频率控制台，测试频率控制台依次连接分压电容器、电抗器至恒温水浴箱内的测试电缆接头，恒温水浴箱内的温控设备连接恒温控制台，恒温控制台连接计算机数据采集系统。
上述测试频率控制台及其分压电容器、电抗器共有2套，且并联至恒温水浴箱内的测试电缆接头，两套测试频率控制台及其分压电容器、电抗器分别对应50 Hz和500 Hz测试频率。
在恒温水浴箱内设有测试电缆安装支架。
本发明成功解决了中压电缆老化试验的问题，测试数据准确，设备结构简单，成本低廉，为中压电缆抗老化及抗水树性能测试提供一套可用、可靠的测试设备。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
图2是水终端的结构示意图，
图3是测试电缆安装支架的主视图，
图4是测试电缆安装支架的侧视图。
具体实施方式
1、本发明的主体结构
如图1所示，本发明的一种测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，主要包括中频发电机组、控制柜、测试频率控制台、恒温控制台、电源控制柜、三相交流变压器、分压电容器、电抗器和恒温水浴箱，其中：
中频发电机组依次连接控制柜和测试频率控制台，市电依次通过电源控制柜、三相交流变压器连接测试频率控制台，测试频率控制台依次连接分压电容器、电抗器至恒温水浴箱内的测试电缆接头，恒温水浴箱内的温控设备连接恒温控制台，恒温控制台连接计算机数据采集系统，在恒温水浴箱内设有测试电缆安装支架。
测试频率控制台及其分压电容器、电抗器共有2套，且并联至恒温水浴箱内的测试电缆接头，两套测试频率控制台及其分压电容器、电抗器分别对应50 Hz和500 Hz测试频率。
2、设备配备
（1）恒温水浴系统
根据标准要求：样品应不少于10米为1卷，每卷绕二到三圈，末端必须在水线以上且底部至少在水箱顶端50厘米以上，每一卷和终端必须固定使其在测试中无法移动，加热阶段，水箱水温控制在50℃±5℃然后保持1000小时。本发明设计了一个高度为2.5米的恒温水浴箱温控制精度±1℃和一个三角形支架（内接于外径3米的圆）来满足以上要求,但是老化实验过程中要求加压3000小时整个过程中系统停机时间不允许超过24小时，且一旦中间短暂的停止，实验时间必须延长，以补足损失的时间。为此将所有实验数据纳入计算机，由计算机每分钟记录，为防止意外断电造成计算机数据的遗失和实验数据的漏记，将计算机安装了不间断电源。
（2）中频耐压试验系统
试验过程中需要将工频50Hz转换成500Hz，由于电缆是电容性阻抗，为保证功率因素cosФ=1,必须选择一个合适的电感性阻抗来补偿，因为功率因素超前或滞后的话都会带来负载增加，而发电机的功率是一定的，如果补偿电感器选择不当，会造成系统过载，甚至会使发电机过热而烧毁，但是实验过程中样品的长度由200米逐渐减至168米。为此我们在高压电压器上安装了过流保护装置，并安装了两个补偿电抗器。经反复调试后中频耐压系统最终定型为以下四个部分组成，
一、由中频发电机组及控制柜，
二、中频控制柜，
三、中频高压试验变压器，
四、电抗器两只。
3．整个系统的调试,为保证调试阶段发现问题,调试时采用的是全真模拟试验,具体操作如下。
（1） 试样的选取
按SABS SM 1284-5:2000要求规定，试验应在额定电压6.35/11kV三层共挤的绝缘线芯上进行，且芯线应是铜或铝导体，规格在95到400mm2范围内的任一规格内进行试验，所有试样应从局部放电试验判定合格的产品上抽取。
抽样长度：500Hz时，分15段，每段14米，其中的12段用于最终的耐压试验和水树试验，3段，分750小时、1500小时、2250小时时，各取出一段进行耐压试验或水树试验。而剩下的12段，在3000小时后全部取出进行耐压和水树试验。
（2）试验进行
1）高压终端及水终端的制作，与国外专家介绍的等离子水终端相比，本发明自制的高压终端在性价比上要更加适用。其具体做法如下：
在每单根试样的两端，剥除距端头1.2米内的绝缘外屏，用玻璃修整下绝缘的表面，将可能出现的划痕、外屏残余物刮除，在用细砂纸将电缆绝缘表面打光，并用擦净纸擦净，然后在绝缘上涂上绝缘密封胶，并安装高压终端。而后，切除距端头0.55米内的绝缘，在距切除面0.1米处制作一个阻水端子,后安装水终端。本发明的水终端采用常规的塑料套管，并在电缆上制作一个阻水的端子，实现同样的功效，且在1年多的运行中，并未出现问题，见图2，图中中段是绝缘1，上部漏斗状塑料套管内装有水2，下部是高压终端3。
SHAPE \* MERGEFORMAT 2）试样的安装，用一个三角形的支架或是四边行的支架(内接于外径3米的圆,以达到绕三圈约10米的长度要求)，将电缆绕在上面，然后放在水箱中，切忌在进行试样的安装时，将绝缘破损，如果绝缘因为操作过程中造成损伤，在样品做击穿试验前应标记清楚，以免无效数据影响检测结果。一般情况下，会在单根绝缘线芯的外面绕包一层铜带，一是在耐压过程中直接接地起到低电位作用，另一作用就是防止在安装过程中对绝缘线芯有所损伤。但实际操作中我们发现绕过铜带的线芯不容易绕到支架上，本发明实验时采用了第二种方法即不是整段地绕铜带，只是在高压终端到水下0.5米的地方绕包一层铜带，再另外用一根接地棒将水和地连接起来。安装的示意图见图3和图4。
3）预处理
将水注入水箱，并加温到50±5℃，将电缆放入水箱中，并保持1000小时，在此期间对水箱里的温度进行监控，并将此温度变化的情况通过电脑采集形成温度波动曲线，以作为该电缆经过预热的依据。预
4）老化试验
先关闭恒温水浴将水温冷却至室温，打开计算机开启500Hz采集系统，启动采集程序，然后启动耐压系统，此时，通过以前安装好的模数转换器将输出的电压信号通过电脑采集，并在电脑上形成连续的电压采集图形，并同时将频率的信号采集出来，并在电脑上形成连续的电压采集图形。当然，这些信号的采集都是为了表征电缆在相应的试验期间所处的状态，是进行试验的依据。
在上面提到的另外3段样品，是为开发过程做试验用的，主要是判断试验的有效性的，比如说试样材质不好，还未到时间就达不到要求了，就要评估这个试验还有没有做下去的必要。主要操作如下：在老化进行750个小时时，将第一段拿出来做击穿试验；如果结果合格，试验将正常进行下去，如果结果不合格，要评估是否再继续做试验还是重新取样做试验，在老化进行到1500小时时，将第二段拿出来进行试验；在老化进行到2250小时时，将第三段拿出来进行试验，如果全部结果合格，将对满3000小时的所有试样进行测试，对整个试验结果进行有效性评估，并以有效的结果对试样的质量进行评估。
4、电压试验（试样质量的评估方法）
将线芯从水箱中取出，按要求分成12段，每段10米（因工频逐级击穿试验的样品需要至少7.93米的有效电缆长度），并将电缆上绕包一层铜带或是铜丝编制以便接地，两端使用装入350kV的去离子水终端或是其他可以进行高压试验的终端，先给电缆施加3U0的电压5分钟，然后把电压提高到4U0持续5分种，依次递增，每次增加1U0/5分钟次直至击穿。用同样的方法依次测试剩下的11个样品，并记录其可以承受的电压值。该项试验我们委托国家电线电缆质量监督检测中心并经南非国家标标准局专家现场确认。
5、水树试验
将从经过上述电压试验的样品上，靠近击穿位置附近，切取30个圆片，在250毫升的烧杯中准备6g±0.1g的亚甲蓝和0.5±0.1g碳酸钠，然后加200毫升的蒸馏水制成溶液。加热溶液到70±2℃并保持4小时，不断搅动溶液，并用聚乙烯薄膜封住烧杯口防止蒸发。在首次使用溶液之前，将溶液放在加热柜中加热，使温度达到70±2℃，保持这一温度至少10个小时，然后小心的将试样浸泡在70±2℃亚甲蓝溶液中4小时，后将其取出，用水冲洗并甩干，在用酒精清洗，后凉干。任何的小孔或者蝴蝶结般的树状物都可以目测和3倍的放大镜下清晰看见。然后对观察到的小孔和水树的情况就尺寸大小和数量进行记录。
6．试验结果分析
（1）绝缘层水树的含量越高，会导致电缆交流击穿强度下降，缩短电缆运行的使用寿命。水树在一定的环境条件下会生长非常迅速，并最终导致电缆的击穿。
（2）交联电缆的寿命方程为Unt=C其中U是电缆上施加的电压，t是电缆的使用寿命，n是寿命指数，C是常数。而寿命指数是一大关键，知道了n值，就可以通过升高电压在较短的时间内测得其耐压时间，从而求得寿命方程，从而可估算其电缆的使用寿命。通过采用逐级升压可以近似简洁的求寿命指数。
Claims (3)
1.一种测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，其特征是：包括中频发电机组、控制柜、测试频率控制台、恒温控制台、电源控制柜、三相交流变压器、分压电容器、电抗器和恒温水浴箱，所述中频发电机组依次连接控制柜和测试频率控制台，市电依次通过电源控制柜、三相交流变压器连接测试频率控制台，测试频率控制台依次连接分压电容器、电抗器至恒温水浴箱内的测试电缆接头，恒温水浴箱内的温控设备连接恒温控制台，恒温控制台连接计算机数据采集系统。
2.根据权利要求1所述的测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，其特征是：所述测试频率控制台及其分压电容器、电抗器共有2套，且并联至恒温水浴箱内的测试电缆接头，两套测试频率控制台及其分压电容器、电抗器分别对应50 Hz和500 Hz测试频率。
3.根据权利要求1或2所述的测试中压电缆抗老化及抗水树性能的设备，其特征是：在恒温水浴箱内设有测试电缆安装支架。
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