Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог Загрузите наш каталог продукции 2025 года, чтобы ознакомиться с подробными чертежами и техническими параметрами всех компонентов распределительного устройства.
Получить каталог
Заделки кабелей среднего напряжения выходят из строя чаще, чем кабели, которые они соединяют. По результатам полевых исследований на 75 с лишним промышленных подстанциях, работающих на напряжении 6,6-35 кВ, на неправильную установку конуса напряжения приходится примерно 40% преждевременных отказов заделок, приводящих к частичным разрядам. Заделка концентрирует все переменные монтажа - подготовку поверхности, допуск размеров, чистоту интерфейса, условия окружающей среды - в точке соединения, где ошибки усугубляются, а не выравниваются.
В этом руководстве рассматриваются три вопроса, которые чаще всего задают инженеры-наладчики: Какие дефекты приводят к отказу заделок? Как частичный разряд развивается из этих дефектов? Какие приемочные испытания позволяют надежно отделить исправные установки от скрытых отказов?
Конус напряжения находится в центре каждого вопроса. Этот компонент перераспределяет напряженность электрического поля на обрезанном конце кабеля, снижая пиковое напряжение с 20-30 кВ/мм (без градации) до 2-3 кВ/мм (с правильной градацией). Когда дефекты монтажа нарушают эту функцию градации поля, наступает частичный разряд - иногда в течение нескольких дней, часто в течение нескольких месяцев.
При разделке средневольтного кабеля для заделки полупроводниковый слой заканчивается внезапно. Этот геометрический разрыв концентрирует электрическое поле на краю обрезанного экрана. Изоляция XLPE выдерживает кратковременное напряжение 20-25 кВ/мм, но для долгосрочной надежности требуется напряженность поля ниже 3-5 кВ/мм. Неградуированная заделка работает на пределе или за пределами пределов материала с первого включения.
Величина электрического поля на срезе полупроводника соответствует зависимости: Emax = U₀ / (r × ln(R/r)), где U₀ - напряжение между фазой и землей, r - радиус проводника, а R - внешний радиус изоляции. Без надлежащего снятия напряжения Emax значения на установках 15 кВ могут превышать 8-10 кВ/мм локально.
Конусы напряжения решают эту проблему с помощью двух механизмов. Геометрическая градация использует физическую форму конуса для расширения эквипотенциальных линий наружу от оси кабеля, распространяя напряженность поля на большую поверхность. Емкостная градация использует материалы с высокой проницаемостью (εᵣ = 15-30), которые поглощают напряжение благодаря свойствам материала, а не только геометрии.
Критический вывод для поиска и устранения неисправностей: конусы напряжения обеспечивают именно ту градацию поля, которая необходима для надежной работы - никакого запаса прочности не существует. Любой дефект установки немедленно расходует запас прочности. Воздушный зазор 0,5 мм на границе конуса напряжения испытывает напряжение поля в 2,5-3 раза выше, чем окружающий материал, из-за несоответствия проницаемости между воздухом (εᵣ = 1,0) и XLPE (εᵣ = 2,3).
Каждая технология конуса напряжения имеет свои уязвимые места при установке, которые инженеры должны учитывать при проверке и устранении неисправностей.
| Тип конуса напряжения | Механизм оценивания | Класс напряжения | Критический фактор установки | Общий режим отказа |
|---|---|---|---|---|
| Геометрический (фарфор/полимер) | Физическая форма расширяет эквипотенциальные линии | 12-36 кВ | Посадка без пустот, точная подгонка по размеру | Воздушные карманы на стыке конуса и изоляции |
| Холодная усадка (EPDM/силикон) | Предварительно растянутая трубка наматывается на кабель | 6,6-36 кВ | Правильное определение размера в диапазоне диаметров 3-5 мм | Недостаточное межфазное давление в крайних точках диапазона |
| Термоусадка | Встраиваемый компаунд с высокой проницаемостью (εᵣ = 20-30) | 6,6-24 кВ | Равномерный нагрев, полное восстановление | Неполная усадка, образование пустот |
| Предварительно отформованные отделяемые | Точная геометрия дефлектора | 15-36 кВ | Давление на интерфейс 0,05-0,15 МПа | Загрязнение на разделяемой границе раздела |
Термоусадочные соединения, установленные при температуре ниже 5 °C без предварительного нагрева компонентов, часто содержат многочисленные пустоты. Системы холодной усадки, установленные на крайнем пределе своего диапазона диаметров, теряют 30-50% от расчетного давления на стыке. Это не теоретические опасения - они представляют собой условия монтажа, с которыми мы постоянно сталкиваемся при расследовании отказов.
[Экспертный взгляд: полевые наблюдения по определению размеров конуса напряжения]
- Заделки в холодную термоусадку обеспечивают диапазон диаметров кабеля 3-5 мм для каждого размера; установки в середине диапазона неизменно превосходят установки на краю диапазона в испытаниях PD
- Если диаметр кабеля находится в пределах 1 мм от границы размера, выберите меньший размер заделки для более высокого давления на интерфейс.
- Измерение диаметра перед установкой в трех точках по всей длине подготовки позволяет выявить некруглые кабели, которые вызывают неравномерный контакт конуса напряжения
Опыт эксплуатации тысяч заделок кабелей MV выявил закономерности возникновения отказов. На эти пять дефектов приходится примерно 80% преждевременных отказов.
Повреждение при удалении полупроводникового слоя
Стандартные кабельные ножи без ограничителей глубины часто производят выемки 0,1-0,3 мм в поверхности изоляции XLPE. Эти углубления создают локальные усиления поля на 150-300% выше номинальных значений. Неполное удаление полупроводников оставляет островки, которые создают тройные точки пересечения, где встречаются воздух, изоляция и полупроводниковый материал - в этих местах сначала возникает частичный разряд, обычно при 60-80% от номинального напряжения.
Загрязнение интерфейса
Один отпечаток пальца создает слой загрязнения толщиной 1-5 мкм с диэлектрическими свойствами, отличными от свойств окружающих материалов. Во влажной среде это загрязнение поглощает влагу, создавая локальные разрывы проницаемости. Активность поверхностного разряда начинается на границе раздела - внешние измерения ЧР могут показать минимальную активность, в то время как внутренняя деградация прогрессирует.
Формирование пустоты
Пустоты диаметром до 0,1 мм выдерживают частичный разряд при рабочем напряжении. Пустоты, заполненные воздухом, имеют εᵣ = 1,0 по сравнению с 2,3-2,5 для XLPE и 3,0-4,0 для материалов с напряженным конусом. Поэтому поле внутри пустоты на 2,3-4,0× выше, чем в окружающем материале. Для 1 мм пустоты в заделке 11 кВ напряжение внутри пустоты может достигать 8-12 кВ/мм - намного выше пробивной прочности воздуха 3 кВ/мм.
Несоответствие размеров
Неправильно подобранные по диаметру кабеля конусы напряжения не обеспечивают должного давления на стык. Неразмерные компоненты чрезмерно растягиваются, уменьшая толщину стенок. Излишне большие компоненты оставляют микроскопические воздушные зазоры, которые работают как распределенные пустоты, создавая сигнатуры ЧР широкого спектра, а не дискретные импульсы.
Неисправности соединения заземления
Плавающие или высокоомные соединения экранов создают разницу напряжений, которая направляет емкостные токи по непредусмотренным путям. Коронный разряд возникает на кончиках проводов экрана или в зазорах заземляющих соединений - дефект, часто не замечаемый при визуальном осмотре, но легко обнаруживаемый при измерении ЧР.
| Тип дефекта | Визуальный индикатор | Усиление поля | Уровень риска PD |
|---|---|---|---|
| Полупроводниковые выколотки | Видимые царапины на изоляции | 150-300% | Высокий |
| Загрязнение | Отпечатки пальцев, пыль, влажные пленки | 120-180% | Средне-высокий |
| Пустоты >0,1 мм | Пузыри в термоусадке, зазоры в холодной усадке | 230-400% | Высокий |
| Несоответствие размеров | Чрезмерная растяжимость или свободный крой | 140-200% | Средний |
| Нарушение заземления | Распущенные косы, отсутствующие соединения | Переменная | Средне-высокий |
Частичный разряд возникает, когда локальное электрическое поле превышает пробивную прочность заполненной газом полости или загрязненной поверхности, но разряд не преодолевает всю толщину изоляции. В дефектных заделках преобладают три типа ЧР.
Выброс внутренних пустот развивается в замкнутых полостях на границе конуса напряжений. Несоответствие проницаемости концентрирует поле внутри пустоты до тех пор, пока не произойдет ионизация. Каждый разряд осаждает частицы углерода на стенках пустоты, постепенно увеличивая проводящую область до тех пор, пока не начнется электрическое древообразование.
Поверхностный сброс распространяется по загрязненным границам между материалами. Поглощение влаги увеличивает поверхностную проводимость, создавая преимущественные пути разряда. Фазово-разрешенные картины часто демонстрируют асимметричную активность, на которую влияют изменения поверхностной проводимости.
Коронный разряд возникает на острых краях или плохо заземленных проводах экрана. В отличие от пустотного разряда, коронный возникает в окружающей среде и может быть слышен или издавать запах озона в условиях повышенной влажности.
Сроки деградации сильно варьируются в зависимости от тяжести дефекта. Оконечные устройства, работающие при 90% от напряжения начала частичного разряда (PDIV), могут прожить десятилетия. Те, что работают при 150% от PDIV, выходят из строя в течение нескольких месяцев. Прогрессирование происходит в последовательности: зарождение (от нескольких недель до нескольких месяцев низкой активности), распространение (от нескольких месяцев до нескольких лет растущей активности), ускорение (от нескольких недель до нескольких месяцев быстрого роста дерева) и отказ (от нескольких часов до нескольких дней теплового пробоя).
[Экспертный взгляд: распознавание образов в полевых испытаниях]
- Симметричные картины ЧР в квадрантах 1 и 3 обычно указывают на разгрузку внутренних пустот - для устранения необходимо произвести замену.
- Асимметричные узоры указывают на загрязнение поверхности - при ранней стадии деградации можно успешно очистить и заново заделать.
- Активность ЧР, увеличивающаяся при повышении влажности, указывает на попадание влаги на уплотнительные поверхности
- Увеличение величины ЧР в ходе последовательных измерений указывает на активную деградацию, требующую срочного вмешательства
Выполните эту проверку перед подачей напряжения на любую заделку кабеля MV. Каждая контрольная точка касается конкретного механизма отказа, выявленного в ходе полевых исследований.
Проверка размеров
Оценка состояния поверхности
Механическая целостность
Экологическая документация
Качество заделки оценивается тремя взаимодополняющими тестами. Каждый из них выявляет различные типы дефектов с разной чувствительностью.
Испытания на устойчивость к высоковольтному напряжению
Прикладывайте переменное или СНЧ испытательное напряжение 2,0-3,0 × U₀ в течение 30-60 минут [ПРОВЕРЬТЕ СТАНДАРТ: IEC 60502-2, определяющий уровни и время удержания испытательного напряжения при вводе в эксплуатацию]. Испытания ОНЧ на частоте 0,01-0,1 Гц снижают требования к емкостному зарядному току, что позволяет проводить испытания в полевых условиях с помощью портативного оборудования. Испытания на стойкость подтверждают полную целостность изоляции, но могут не выявить зарождающиеся дефекты, работающие ниже порога пробоя.
Измерение частичного разряда
Тестирование ЧР обеспечивает прямое доказательство наличия дефекта. Требование к чувствительности: возможность обнаружения ≤10 pC в месте заделки. Порог приемлемости: обычно <5 pC для новых установок, хотя требования конкретных предприятий могут отличаться. Измерение при повышении напряжения для определения PDIV; измерение при понижении напряжения для подтверждения напряжения исчезновения ЧР (PDEV). Оконечное устройство с PDIV ниже 1,5 × U₀ требует исследования независимо от абсолютной величины PD.
Дельта тана / коэффициент диссипации
Проведите измерения при 0,5 × U₀, 1,0 × U₀ и 1,5 × U₀. Увеличение тангенса угла наклона (увеличение тангенса δ с ростом напряжения) указывает на наличие загрязнений или пустот. Типичная приемлемость для новых систем XLPE: тангенс δ < 0,1% при увеличении тангенса < 0,05% между ступенями напряжения. Это испытание оценивает общее состояние изоляции, включая заделки, но не позволяет определить локальные дефекты.
| Метод испытания | Первичное обнаружение | Порог приемлемости | Локализация дефектов |
|---|---|---|---|
| Выдерживает напряжение | Грубое нарушение изоляции | Отсутствие пробоя при испытательном напряжении | Нет |
| Измерение ЧСС | Пустоты, загрязнения, слежение | <5 pC при 1,5 × U₀ | Хорошо (с несколькими датчиками) |
| Дельта Тана | Распространенная деградация, влажность | <0,1%, опрокидывание <0,05% | Бедный |
Профилактика обходится дешевле, чем устранение дефектов. Эти средства контроля позволяют ощутимо снизить количество дефектов.
Экологические требования
Во время монтажа поддерживайте температуру окружающей среды в пределах 10-35°C. При температуре ниже 10°C предварительно нагрейте компоненты холодной усадки и конец кабеля в соответствии с инструкциями производителя. Поддерживайте относительную влажность на рабочем месте ниже 70% - при необходимости используйте портативные осушители или временные ограждения. Создайте определенную чистую зону с контролируемым доступом; запретите прием пищи, курение и ненужное движение.
Стандарты инструментов
Ротационные инструменты для зачистки кабеля с регулируемыми ограничителями глубины исключают пробивание изоляции. Полупроводниковые инструменты для зачистки создают ровные, перпендикулярные края. Используйте только указанные производителем чистящие растворители и безворсовые салфетки. Применяйте утвержденные смазочные материалы в указанных количествах - избыток смазки вызывает столько же проблем, сколько и ее недостаток.
Влияние сертификации монтажников
Сертифицированные монтажники снижают количество брака на 60-80% по сравнению с несертифицированным персоналом. Основные производители оконечных устройств предлагают программы сертификации, требующие обучения в классе, практической установки под наблюдением, практического экзамена и периодической ресертификации каждые 2-3 года. Для критической инфраструктуры в документах по закупкам следует указывать сертифицированных монтажников: “Все кабельные заделки MV должны устанавливаться персоналом, имеющим действующую сертификацию от производителя заделок”.”
Кабельные заделки MV напрямую взаимодействуют с втулками и кабельными отсеками распределительных устройств. XBRELE's вакуумные выключатели Разработаны с учетом совместимости с кабельной разводкой, что является приоритетом при проектировании. Размеры, зазоры и монтажные положения втулок позволяют использовать стандартные системы разводки без модификации на месте.
Наш компоненты распределительного устройства поддерживают долгосрочную целостность, которую обеспечивает правильная установка заделок. Когда кабельные системы подключаются к оборудованию, рассчитанному на надежные интерфейсы, инвестиции в качественную заделку обеспечивают полный срок службы.
Для получения технической консультации по совместимости терминалов с распределительными устройствами XBRELE или для обсуждения технология вакуумного прерывателя для ваших средневольтных систем, свяжитесь с нашей командой инженеров. Мы предоставляем рекомендации по Внутренняя и наружная установка где требования к расторжению существенно отличаются.
Что является причиной большинства отказов при заделке кабеля MV?
На загрязнение поверхности и образование пустот приходится 60-70% преждевременных отказов по данным анализа отказов, проведенного несколькими предприятиями. Оба дефекта являются следствием недостаточной подготовки поверхности или неправильной установки компонентов, а не недостатков материала.
Как быстро неисправная заделка может выйти из строя после установки?
Сильно дефектные выводы с пустотами размером более 1 мм или грубым загрязнением могут выйти из строя в течение нескольких недель. Незначительные дефекты обычно требуют 2-5 лет для прохождения полного цикла деградации, при этом фактические сроки зависят от рабочего напряжения относительно PDIV и условий окружающей среды.
Может ли испытание частичным разрядом выявить все дефекты заделки?
Испытание на ЧР позволяет надежно обнаружить пустоты, загрязнения и дефекты отслеживания, которые инициировали разрядную активность. Однако дефекты, работающие при напряжении ниже начального, например, незначительные несоответствия размеров, могут не давать заметных ЧР до тех пор, пока напряжение не увеличится или не изменятся условия окружающей среды.
Какой диапазон температур допустим для установки термоусадочной заделки?
Большинство производителей указывают температуру окружающей среды 10-35°C. При установке ниже 10°C требуется предварительный нагрев компонентов и концов кабеля для обеспечения надлежащего восстановления материала и достаточного давления в интерфейсе. Установка при температуре выше 35°C может привести к преждевременному восстановлению трубки до правильного позиционирования.
Насколько малая пустота вызывает проблемы с частичным разрядом?
Пустоты диаметром до 0,1 мм могут поддерживать активность ЧР при типичных рабочих напряжениях МВ, если они расположены в областях с высоким напряжением. Критическим фактором является не размер пустоты, а сочетание расположения пустоты, напряженности локального поля и состава газа внутри пустоты.
Является ли тестирование на ОНЧ эквивалентным тестированию на силовой частоте для ввода в эксплуатацию?
Испытания на ОНЧ при частоте 0,01-0,1 Гц широко признаны как эквивалентные испытаниям на силовой частоте для систем с экструдированной изоляцией, включая кабели XLPE и оконцовки. IEEE 400.2 содержит руководство по процедурам ОНЧ-испытаний и критериям приемки для полевых испытаний экранированных силовых кабельных систем.
Внешняя ссылка: IEEE 48-2009, Стандарт на процедуры испытаний и требования к кабельным зажимам переменного тока — Ассоциация стандартов IEEE
