Методика испытания повышенным напряжением

Электроустановочные изделия и силовое оборудование относятся к инженерным системам, эксплуатация которых неизменно сопряжена с повышенной опасностью. Перед вводом в эксплуатацию, кабельная проводка с включёнными в неё приборами и распределительными щитками должна подвергаться ряду тестов. Одними из наиболее уязвимых частей электроустановочных изделий являются кабели, которые могут подвергаться воздействию грозовых разрядов. Сечение токопроводящей жилы должно быть подобрано таким образом, чтобы с запасом пропускать планируемый ток с заданным напряжением, а также импульсные скачки. В связи с этим, наиболее эффективным методом контроля корректной подборки сечения является испытание изоляции повышенным напряжением.

Зачем проводится проверка повышенным напряжением

Испытание повышенным напряжением проводится для проверки одновременного выполнения всех перечисленных ниже условий:

• Контроль сопротивления изоляции кабельной жилы на предмет сохранения целостности, тугоплавкости.
• Испытания также позволяют выявить местные пробои ПВХ обмотки и наличие повреждений.
• Проверка правильности подбора металлического сердечника кабельной жилы.
• Контроль надёжности соединения, клемм, пайки или опрессовки линейных элементов.
• Выявление дефектов токопроводящей жилы.
• Инспекция работоспособности защитных устройств в электроустановках.

На практике, данный метод может применяться только при рабочем напряжении в сети не выше 35 тыс. вольт., так как генерирующая установка имеет свои эксплуатационные ограничения и предельные габариты.

Виды испытаний повышенным напряжением

Существует несколько видов испытаний повышенным напряжением промышленной частоты, каждый из которых имеет свои отличительные особенности и проводится в разных условиях. Ниже каждая из методик описывается подробно.

Метод промышленной частоты с использованием постоянного тока

Является главным видом испытаний кабельной продукции в установках с повышенным уровнем ответственности. Особенности проведения инспекции качества кабельной продукции заключается в соблюдении следующих правил и регламентов:

• Кабель подвергается воздействию повышенного напряжения на протяжении 60 секунд. По истечении этого времени эксперт проверяет целостность и общее состояние диэлектрической обмотки.
• Частотность тока составляет от 100 до 250 Гц, в зависимости от эксплуатационного напряжения в сети.
• Если при испытании выясняется, что рабочие параметры кабеля выше, чем величина действующего напряжения, следует применить более высокие показатели для достижения предельных значений.
• При проведении обследования учитывается температура нагрева жилы из-за диэлектрических потерь при приложении нагрузки.
• Главная цель испытаний – добиться такого напряжения в сети, при котором ПВХ обмотка теряет целостность своей структуры.
• При обследовании также проверяется риск утечки тока сквозь изоляцию. Для этого время воздействия повышенным напряжением увеличивается до 5 – 10 минут.

Повышенное испытательное напряжение показывает не только способность кабельной изоляции сопротивляться непроектным воздействиям, но также не терять свои эксплуатационные свойства после снятия нагрузки. При наличии следов пробоя, кабельная жила считается непригодной для эксплуатации. Методика испытания повышенным напряжением промышленной частоты позволяет максимально точно определить прочностные и функциональные характеристики провода.

Метод грозовых импульсов

Ещё один широко применяемый способ, который заключается в кратковременном воздействии на кабельную жилу повышенным напряжением. В ходе обследования выполняется следующий алгоритм:

• Напряжение повышается до предельных значений за 1,2 – 1,5 мксм, после чего моментально падает до нормальных показателей в течение 40 – 50 мксм.
• Данный вид обследования полностью моделирует поведение реального грозового разряда, которому может подергаться кабельная линия в процессе эксплуатации.
• Испытание позволяет определить сценарий распределения напряжения на первичной и вторичной обмотках понижающего трансформатора.
• При импульсном воздействии точно определяется слабое место изоляции, так как пробой ПВХ материала виден сразу.

Данная методика редко используется самостоятельно, но она помогает получить максимально точный результат в дополнение к испытанию изоляции повышенным напряжением промышленной частоты.

Метод срезанных импульсов

Большинство промышленных электроустановочных изделий снабжается защитным оборудованием, которое разряжает импульсные скачки, предотвращая повреждение обмотки и перегрев кабельной жилы. Чтобы определить порог срабатывания такой защиты, применяется испытание методом срезанных импульсов:

• Испытание подразумевает такое воздействие, при котором разрядное устройство искусственное снижает импульсы через 3 – 4 мкс после приложения повышенной нагрузки.
• При обследовании достигаются показатели, которые идентичны грозовому разряду, что позволяет определить работоспособность защитной установки и, как следствие, безопасность эксплуатации кабельной изоляции.
• При подборе разрядной установки должен обеспечиваться коэффициент запаса, в связи с чем нагрузка достигает предельных значений.
• Методика и регламент проведения испытаний подробно описывается в ПУЭ с численными предельными показателями порога срабатывания устройства при грозовом разряде.
• Способ подразумевает трёхударное воздействие, то есть, повышенная импульсная нагрузка определённой частоты подаётся три раза, попарно. В каждом дуплете импульсов поприсутствует воздействие с положительной и отрицательной полярностью.
• Между импульсными воздействиями проходит не менее 60 секунд. Это время требуется для снятия остаточных зарядов с жилы и ПВХ изоляции, а также для остывания металлического проводника.

Испытания признаются состоявшимися в тех случаях, когда после всех воздействий обмотка кабеля сохраняет целостность изоляции без пробоев и перегрева.

Особенности подключения оборудования

Испытания проводятся на специальном стенде после сборки цепи, в которую включается необходимое метрологическое оборудование, прошедшее поверку и аккредитованное к применению на территории нашей страны. При подключении установок выдерживается ряд регламентных требований:

• Подключение оборудования, которое подвергается тестированию, проводится с использованием коммутатора, оснащённого выключателем или другим механическим размыкателем цепи.
• При подаче импульсного напряжения необходимо соблюдать повышенную технику безопасности, так как возможный пробой может сопровождаться искрами и возгоранием.
• Испытание подразумевает кратковременное отключение заземляющего проводника. Следует учесть, что отсутствие заземления влечёт за собой риск пробоя по корпусу электроустановки, в связи с чем любые вмешательства в цепь допускаются только после снятия напряжения.
• По завершении испытаний, регламент обязывает проконтролировать полное снятие нагрузки с оборудования, а также повторное подключение заземляющего кабеля. Только в таких случаях появляется возможность разборки цепи.

По результатам испытаний все зафиксированные показатели переносятся в протокол установленной формы. Документ оформляется для каждого вида обследований, а также для любой модификации электроустановочного изделия. На основе протоколов создаётся заключение с выводами и рекомендациями. Заключение утверждается аттестованными экспертами, а также печатью испытательной лаборатории.

Оборудование

При проведении испытаний повышенным напряжением используются специальные метрологические установки повышенной точности. Для успешного тестирования кабельной продукции и электрооборудования применяются следующие виды лабораторных приборов:

• Аппарат для проведения испытаний ПВХ обмотки силовых кабелей методом повышенного напряжения АИИ-70. Подходит для задания перегрузок как постоянным, так и переменным током.
• Универсальная пробойная установка УПУ-1М, принцип действия которой аналогичен предыдущему варианту. Предназначена для быстрой идентификации повреждения изоляции, а также наличия пробоя от перегрева жилы при задании импульсной нагрузки. Данный прибор испытания повышенным напряжением выдаёт значения, максимально приближенные к эксплуатационным воздействиям. Это объясняет его частое применение для выдачи заключений о безопасности электроустановок.
• Высоковольтный трансформатор для проверки сопротивления обмотки, а также контроля работоспособности разрядных устройств.
• Щупы для проверки зазоров между электродами в понижающем трансформаторе.
• Коммутатор для размыкания цепи во время проведения испытаний, во избежание возникновения внештатной ситуации.
• Дополнительная кабельная продукция для сборки косвенной схемы, включённой в испытательный стенд.

Изначально показания метрологических приборов должны быть на нуле. Оборудование должно быть исправно, поверено и иметь соответствующей документ об аккредитации государственными надворными органами. В соответствии с ПУЭ, без наличия поверочных документов, испытания признаются несостоявшимися.

Периодичность

В соответствии с требованиями нормативной документации, для обеспечения безопасной эксплуатации электроустановочных приборов, испытания должны проводиться со следующей периодичностью:

• По завершении монтажных работ, перед сдачей объекта или оборудования в эксплуатацию. Испытания являются частью пусконаладочных процедур. Протокол включается в общую папку, на основании которой оборудование и кабельная линия ставятся на баланс в коммунальных службах.
• При смене балансодержателя оборудования с заключением нового договора на эксплуатацию. В данном случае, процедура обследования требуется, чтобы оценить состояние изоляции силовых кабелей на момент передачи ответственных установок новому собственнику.
• При любом вмешательстве в нормальную работу цепи – при повышении мощности, подключении или модернизации оборудования.
• При проведении работ по реконструкции или капитального ремонта инженерных сетей, либо электротехнических приборов, включённых в цепь.
• При возникновении внештатной или аварийной ситуации. Сюда включается выход из строя систем защиты, обеспечивающих срез импульсов, пробой кабелей, размыкание контактов или выгорание отдельных участков сети.
• Профилактические проверки электроустановок с рабочим напряжением до 1000В должны проводиться не реже, чем 1 раз в 2 года.
• Испытания силовой кабельной проводки с номинальной нагрузкой свыше 1000В должны осуществляться каждые 3 года.

Если на объекте возникает какая-либо внештатная ситуация – пожар, перепад напряжения, отключение напряжения, как правило, назначаются внеочередные проверки оборудования с испытанием изоляции кабеля методом повышенных напряжений.

Правила безопасности проведения испытаний

Испытания данной категории сопряжены с повышенной опасностью. Это означает, что при их проведении должны выполняться определённые требования по обеспечению техники безопасности персонала и сохранности оборудования:

• При работе с высоким напряжением требуется устройство кабельной заземляющей жилы, обладающей минимальным сопротивлением, в соответствии с требованиями ПУЭ. Заземляющий кабель должен быть выполнен из медного подводника с сечением не менее 4,2 мм².
• Испытания должны проводиться строго за ограждением, обеспечивающим безопасность персонала.
• На металлических конструкциях ограждения устраиваются надписи, предупреждающие о повышенной опасности и риске поражения электрическим током.
• Все манипуляции с испытуемым оборудованием должны проводиться исключительно при нулевом напряжении и подключенном заземлении. Перед тем, как приступать к изменению режимов, необходимо убедиться, что все индикаторы находятся на нулях, а силовая цепь разомкнута.

При проведении лабораторных тестов среди персонала выделяется лицо, состоящее в штате компании, на которое оформляется приказ о возложении ответственности за технику безопасности. При возникновении внештатной ситуации, это лицо должно предпринять все зависящие от него действия по предотвращению поражения электрическим током остальных участников эксперимента.

Документирование результатов проверки

По результатам испытаний силами экспертов проводится камеральная обработка полученных данных. На основе их анализа оформляется официальный протокол. Документ издаётся на бланке установленной формы и включает в себя следующие сведения:

• Шапка протокола с указанием предмета обследований.
• Теплотехнические характеристики в месте проведения лабораторных тестов – показатели температуры, влажности, атмосферного давления.
• Сведения об испытательной лаборатории и заказчике.
• Ссылки на нормативно-техническую документацию – ПУЭ, ПТЭЭП.
• Результаты испытаний в табличной форме. В каждой строке отображается номер образца с его техническими характеристиками, марка, длина и сечение кабеля, а также параметры напряжения, время приложения нагрузки и другие рабочие параметры в ходе проведения тестов.
• После таблицы с перечислением всех этапов проведённых обследований, оформляется вывод о пригодности испытуемых образцов к эксплуатации.

В конце протокола ставится дата его оформления, а также личные подписи всех аттестованных экспертов, принимавших участие в испытаниях. Документ утверждается синей печатью организации, с которой был подписан договор. После утверждения документа ответственность за безопасность эксплуатации электроустановочного оборудования ложится на лабораторию, выдавшую заключение.

Заключение

Методика лабораторных тестов изоляции силовых кабелей повышенным напряжением подразумевает моделирование реальных эксплуатационных условий, которые могут возникнуть при резком импульсном воздействии. Обследования проводятся методом промышленной частоты, а, для достижения повышенной точности результата, дополняются методом грозового импульса. При проведении испытаний используются специальные промышленные установки, обеспечивающие задание предельных параметров. На основе экспертизы оборудования оформляется заключение, в котором указывается возможность его безопасной эксплуатации с рабочими показателями напряжения, в соответствии с проектом.