額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)鋁合金芯擠包絕緣電力電纜電壓試驗(yàn)檢測

一、檢測原理

電壓試驗(yàn)的核心原理在于驗(yàn)證電纜絕緣結(jié)構(gòu)的介電強(qiáng)度及其在長期工作電壓和瞬時(shí)過電壓下的可靠性。其科學(xué)依據(jù)主要基于電介質(zhì)物理和電場理論。

1. 工頻耐壓試驗(yàn)原理：在電纜絕緣層上施加遠(yuǎn)高于額定工作電壓但低于其預(yù)期擊穿電壓的工頻交流電壓，并持續(xù)規(guī)定時(shí)間。此過程旨在模擬運(yùn)行中可能遇到的工頻過電壓狀況。交流電壓在絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生交變電場，引發(fā)電介質(zhì)極化與介質(zhì)損耗發(fā)熱。若絕緣中存在集中性缺陷（如氣泡、雜質(zhì)、裂紋），該處局部電場強(qiáng)度會顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致局部放電或熱擊穿。通過檢測是否發(fā)生絕緣擊穿或局部放電量是否超標(biāo)，可判斷絕緣結(jié)構(gòu)的完整性。

2. 局部放電試驗(yàn)原理：局部放電是絕緣介質(zhì)內(nèi)部或表面局部區(qū)域發(fā)生的非貫穿性放電現(xiàn)象。試驗(yàn)時(shí)，對電纜施加一定電壓，通過耦合電容器與檢測阻抗組成的回路，檢測由局部放電脈沖產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓信號。通過對放電量、放電相位、放電次數(shù)等參數(shù)的測量與分析，可非破壞性地評估絕緣內(nèi)部微觀缺陷的嚴(yán)重程度，這些缺陷是導(dǎo)致絕緣長期老化和終擊穿的隱患。

3. 直流耐壓試驗(yàn)原理：對電纜絕緣施加直流高電壓。直流電場下，電場分布由絕緣電阻決定，與電容效應(yīng)無關(guān)，能有效發(fā)現(xiàn)貫穿性導(dǎo)電缺陷。然而，對于交聯(lián)聚乙烯等擠包絕緣電纜，直流電場易導(dǎo)致空間電荷積累，對絕緣產(chǎn)生不可逆的損傷，且難以有效發(fā)現(xiàn)某些交流電場下才會暴露的缺陷。因此，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中，直流耐壓主要用于敷設(shè)后的現(xiàn)場驗(yàn)收試驗(yàn)或特定條件下的檢查，而非制造廠的例行試驗(yàn)。

二、檢測項(xiàng)目

電纜的電壓試驗(yàn)檢測項(xiàng)目可分為例行試驗(yàn)、抽樣試驗(yàn)和型式試驗(yàn)。

1. 例行試驗(yàn)（出廠試驗(yàn)）：每根制造長度的電纜均需進(jìn)行的試驗(yàn)，確保產(chǎn)品的基本質(zhì)量。

   • 工頻電壓試驗(yàn)：檢驗(yàn)電纜承受短時(shí)工頻過電壓的能力。

   • 局部放電試驗(yàn)：檢驗(yàn)絕緣中是否存在顯著的電暈或局部放電。

2. 抽樣試驗(yàn)：按一定頻次從成品中取樣進(jìn)行的試驗(yàn)，驗(yàn)證產(chǎn)品關(guān)鍵性能的穩(wěn)定性。

   • 附加局部放電試驗(yàn)（若例行試驗(yàn)采用其他方法）：更精確地測量局部放電水平。

   • 電壓試驗(yàn)：可能包括更高電壓或更長持續(xù)時(shí)間的耐壓測試。

3. 型式試驗(yàn)：對新產(chǎn)品或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料有重大變更時(shí)進(jìn)行的全面性能驗(yàn)證，代表該型號產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平。

   • 熱循環(huán)電壓試驗(yàn)：模擬電纜在長期運(yùn)行中因負(fù)荷變化導(dǎo)致的溫度循環(huán)，期間或之后進(jìn)行電壓試驗(yàn)，考核絕緣的熱機(jī)械性能與電性能穩(wěn)定性。

   • 室溫下和高溫下的工頻電壓試驗(yàn)：驗(yàn)證電纜在不同運(yùn)行溫度下的介電強(qiáng)度。

   • 沖擊電壓試驗(yàn)及后續(xù)工頻電壓試驗(yàn)：模擬雷電或操作過電壓沖擊后，檢驗(yàn)絕緣是否損傷，是否仍能承受工頻運(yùn)行電壓。

   • 4小時(shí)工頻電壓試驗(yàn)：長時(shí)間耐壓試驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證絕緣的長期穩(wěn)定性。

三、檢測范圍

1kV和3kV鋁合金芯擠包絕緣電纜廣泛應(yīng)用于中低壓配電網(wǎng)絡(luò)，其電壓試驗(yàn)覆蓋以下關(guān)鍵領(lǐng)域：

• 電力行業(yè)：城市電網(wǎng)配電線路、變電站站用電線路、電力用戶接入線、新能源（光伏、風(fēng)電）場站集電與配電線路。

• 工業(yè)領(lǐng)域：各類工礦企業(yè)（如化工、冶金、制造）的動力配電、電機(jī)供電、照明系統(tǒng)。在存在腐蝕性環(huán)境的場所，鋁合金導(dǎo)體的耐腐蝕特性使其更具優(yōu)勢。

• 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：機(jī)場、港口、鐵路、公路隧道、城市綜合管廊的供電系統(tǒng)。

• 商業(yè)與民用建筑：大型商業(yè)綜合體、醫(yī)院、學(xué)校、住宅區(qū)的低壓配電干線及支線。

• 特殊應(yīng)用：船舶及海上設(shè)施、移動設(shè)備供電等要求電纜重量較輕的場合，鋁合金芯電纜能有效減輕整體重量。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對1kV和3kV電纜的電壓試驗(yàn)要求存在共性與差異。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60502-1：額定電壓1kV(Um=1.2kV)到30kV(Um=36kV)擠包絕緣電力電纜及附件的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是廣泛接受的基準(zhǔn)。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 12706.1：等效或修改采用IEC 60502-1，是中國境內(nèi)的主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。

• 對比分析：

  • 試驗(yàn)電壓值：GB/T 12706.1與IEC 60502-1對于相同額定電壓電纜規(guī)定的例行試驗(yàn)和型式試驗(yàn)的工頻電壓值基本一致。例如，額定電壓1.8/3kV電纜的例行工頻耐壓試驗(yàn)均為11kV/5min。

  • 局部放電：兩者均要求擠包絕緣電纜進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，且規(guī)定的靈敏度與大允許放電量（如1kV-3kV電纜通常為10pC或更低）也高度一致。

  • 直流耐壓：IEC與GB標(biāo)準(zhǔn)均不推薦對交聯(lián)聚乙烯等擠包絕緣電纜在制造廠進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)作為例行檢驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)交流試驗(yàn)的重要性。

  • 試驗(yàn)細(xì)節(jié)：在樣品準(zhǔn)備、試驗(yàn)環(huán)境、升壓速率等具體操作細(xì)節(jié)上，標(biāo)準(zhǔn)可能結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況進(jìn)行更細(xì)化的規(guī)定。型式試驗(yàn)項(xiàng)目的具體循環(huán)次數(shù)、溫度條件等需嚴(yán)格遵循對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)條款。

五、檢測方法

1. 工頻耐壓試驗(yàn)方法：

   • 操作要點(diǎn)：試驗(yàn)回路應(yīng)至少一端采用絕緣終端頭。電壓應(yīng)平穩(wěn)地從較低值升至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（如1kV電纜為3.5kV，3kV電纜為11kV），并持續(xù)規(guī)定時(shí)間（例行試驗(yàn)通常為5分鐘）。升壓和降壓過程應(yīng)平穩(wěn)。試驗(yàn)期間密切監(jiān)視電流，若發(fā)生擊穿或電流異常突變，則判為不合格。

2. 局部放電試驗(yàn)方法：

   • 操作要點(diǎn)：

     • 校準(zhǔn)：試驗(yàn)前需在試樣兩端注入已知電荷量的校準(zhǔn)脈沖，以確定檢測系統(tǒng)的換算系數(shù)。

     • 背景噪聲：測量并確保測試系統(tǒng)的背景噪聲低于標(biāo)準(zhǔn)要求的靈敏度（通常遠(yuǎn)低于10pC）。

     • 電壓程序：先升至規(guī)定的預(yù)置電壓（如1.5-2.0倍U0），再緩慢降至規(guī)定的測試電壓。在測試電壓下測量局部放電量。

     • 判定：在規(guī)定測試電壓下，測得的視在放電量不應(yīng)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。

3. 直流耐壓試驗(yàn)方法（主要用于現(xiàn)場）：

   • 操作要點(diǎn)：施加規(guī)定的直流試驗(yàn)電壓（通常為額定電壓的倍數(shù)，如4U0），持續(xù)規(guī)定時(shí)間（如15分鐘）。記錄泄漏電流。試驗(yàn)后需通過短路放電棒對電纜進(jìn)行充分放電。

六、檢測儀器

1. 工頻試驗(yàn)變壓器：提供高電壓、小電流的工頻電源。要求電壓波形畸變小，容量滿足電纜充電電流需求。

2. 無局部放電試驗(yàn)系統(tǒng)：由無局部放電試驗(yàn)變壓器、耦合電容器、局部放電檢測儀及控制單元組成。整套系統(tǒng)在額定電壓下的自身局部放電量需極低（如<5pC）。

3. 局部放電檢測儀：核心設(shè)備，需具備高增益、寬頻帶、低噪聲的特性，能夠精確捕捉、提取并分析微弱的放電脈沖信號，并具備相位分辨功能。

4. 直流高壓發(fā)生器：產(chǎn)生穩(wěn)定、紋波系數(shù)低的直流高電壓。用于直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流測量。

5. 測量與控制系統(tǒng)：包括高壓分壓器（用于精確測量施加電壓）、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的自動化、程序化控制與數(shù)據(jù)記錄）。

七、結(jié)果分析

1. 工頻耐壓試驗(yàn)：

   • 合格：在規(guī)定試驗(yàn)電壓下持續(xù)時(shí)間內(nèi)，絕緣無擊穿，試驗(yàn)變壓器回路電流無異常跳變。

   • 不合格：發(fā)生絕緣擊穿（伴隨聲響、冒煙、電流激增、電壓驟降）或泄漏電流持續(xù)不穩(wěn)定增大。

2. 局部放電試驗(yàn)：

   • 合格：在規(guī)定測試電壓下，電纜線芯測得的視在放電量大值不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（如10pC）。

   • 不合格：放電量超標(biāo)。需分析放電圖譜（φ-q-n圖譜），若放電發(fā)生在工頻周期的第一、三象限且幅值穩(wěn)定，通常表明絕緣內(nèi)部存在氣泡、雜質(zhì)等缺陷；若放電發(fā)生在電壓峰值附近，可能與導(dǎo)體屏蔽或絕緣表面缺陷有關(guān)。

3. 直流耐壓試驗(yàn)：

   • 合格：在規(guī)定電壓和時(shí)間內(nèi)無擊穿，且泄漏電流穩(wěn)定或無劇烈波動。

   • 可疑/不合格：泄漏電流隨加壓時(shí)間不斷上升，或出現(xiàn)周期性擺動、突跳，可能指示絕緣中存在發(fā)展性缺陷或受潮。擊穿則直接判為不合格。

4. 綜合評判：任何一項(xiàng)電壓試驗(yàn)不合格，即判定該電纜樣品電壓試驗(yàn)項(xiàng)目不合格。對于抽樣或型式試驗(yàn)，需追溯至該批次產(chǎn)品或產(chǎn)品設(shè)計(jì)。結(jié)果分析需結(jié)合試驗(yàn)類型、標(biāo)準(zhǔn)要求及具體的失效現(xiàn)象，為產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)或運(yùn)行狀態(tài)評估提供精確依據(jù)。