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電纜測試

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電纜測試

阻尼振盪波電源

背景

電力電纜為一電容性設備,若使用交流電源進行高電壓試驗時,當因為所需 電源容量⼤,不易取得,故多使用串聯共振電源做為替代方案。即使如此,使用之相關設備仍然笨重。

若使⽤直流電源,則僅需克服線路之充電流,故所需電源容量小,具備有體積小易攜帶之優點。然而直流電源對於交連聚乙烯電纜有以下缺點:交直流電場分佈不⼀樣,空間電荷,檢測不出瑕疵點,加速水樹變成電樹等。
 

現行之替代方法有二: 一為極低頻電源,另一為阻尼振盪電源。

 
極低頻電源係藉由降低測試電源頻率,以達成減少測試電源容量的目標。阻尼振盪波電源藉由一個直流電源對受測電纜加電壓,並利⽤受測電纜的電容,與外加之電感,產生線路自然共振,來形成交流電源。因為在充電過程中,並未在任何一個電壓等級停留,且充電達到測試電壓時,旋即短路令系統自然共振,故其兼具直流充電的小體積,以及交流測試的交流電壓變化。

阻尼振盪波電源架構如圖1所⽰。
TEST methodology
 

局部放電檢測

阻尼振盪波電源測試系統的局部放電量測,係依據IEC 60270的標準測試法進行測試。如圖1所⽰,測試系統內建一組耦合電容,根據要進⾏的量測項⽬,執⾏不同的濾波程序:一為500 kHz內的標準測試法,一為150 kHz 至 45 MHz的局部放電源定位程序。

進行局部放電量測時,係使用標準測試法(500 kHz低通濾波)。測試系統會記錄試驗電壓波形與局部放電訊號波形,用以辨識受測電纜有無局部放電現象存在。圖2及圖3分別顯示有無局部放電訊號的記錄波形,圖2在每個電壓週期都沒有異常的脈衝訊號存在,故沒有局部放電現象;圖3在每個電壓週期的特定相位上,皆有出現脈衝訊號,故有局部放電現象存在。基此需再進行脈衝訊號波形分析,以釐清脈衝訊號來源。
 

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圖3 有局部放電波形

局部放電定位

圖4所示為局部放電源定位的分析示意,受測電纜長l公尺,局部放電源在距測試端x公尺的距離,則測試端所觀察到兩個訊號的時間差為△t,局部放電訊號在電纜中的傳遞速度為v公尺每微秒。
圖4 局部放電定位分析

圖5(a)(b)所示為局部放電的量測結果,顯示有脈衝訊號。圖5(c)(d)為圖5(a) (b)的波形展開。圖5(e)為根據前述的分析計算結果。
圖5(a)為電纜終端的沿面放電。
圖5(b)為電纜中間接續閘的局部放電訊號。
圖5 局部放電定位訊號結果
 

常見問題

 
  • 問題一:阻尼交流電源測試是否會對絕緣施加直流電場應力?

    不會
    根據電場之基本原理,阻尼交流電源測試使用阻尼交流電源,因此,絕緣材料所受之電應力與交流電源一般。
  • 問題二:阻尼交流電源測試是否具有明確定義的測試參數?

    是的
    阻尼交流電源測試電壓由[7,8]所提供,最大阻尼交流電耐受電壓分別由第一阻尼交流電源週期之電壓峰值VDAC或RMS值VDAC /√2所確定。透過施加阻尼交流電源耐受測試,能於選定的持續時間段內,以選定的阻尼交流電源電壓應力對纜線區段施加壓力,並於發生故障時可對問題纜線部分產生排斥。此外,對於強烈的不均勻絕緣缺陷(發生局部放電現象),歸功於連續性的交流電應力,阻尼交流電源應力的破壞性也較低。這也代表著微觀故障通路檢查方式,可能有助於提供關於故障原因之更多資訊。阻尼交流電源參數已明確定義。根據[1,2,3],阻尼交流電源耐受測試的持續時間,由五十次的阻尼交流電源激發所給出。儘管交流測試需長達一小時的過電壓測試應用,在調查故障的情況下,已證實使用五十次的阻尼交流電源激發乃是具有代表性的。
  • 問題三:阻尼交流電源測試期間是否可能產生空間電荷發展呢?

    不會
    通電階段持續增加的電壓讓交流電場得以分佈,且不會產生直流應力。 此外,歸功於連續的單極電壓增加,不會達成穩態直流條件。通電階段的持續時間相對較短(數十秒),搭配所施加的電場(<20kV / mm),纜線絕緣層中無空間電荷積累。在到達選定的測試電壓後,將會立即進行切換,故根本不會達到穩態條件。於進行切換後,衰減的交流電週期代表雙極交流電放電過程,之後便不存在任何剩餘電荷。
  • 問題4:阻尼交流電源測試對電纜絕緣有危害嗎?

    沒有
    
完美的絕緣絕不會受到阻尼交流電源測試的損害。然而,與持續性未監控交流電測試搭配高達2Uo的過載電壓相反,阻尼交流電源測試始終以局部放電方式進行監控。若絕緣層的缺陷非常不均勻時,則敏感的局部放電測量將偵測到局部放電活動,並運用於控制絕緣層的降解過程。因此,正向的阻尼交流電源測試結果不僅能確保通過耐受測試,同時也顯示出沒有局部放電裂解的絕緣現象,可安心可靠地使用。
  • 問題五:在阻尼交流電源通電期間,交流電場是否分佈呢?

    是的
    通電階段會持續對纜線施加單極電壓。於此期間,僅存在電容性交流場分佈。當持續通電並於達到電壓後,所接續發生衰減的交流電相時,將不會出現穩態(直流電)條件。通電階段持續增加的電壓將導致交流電場分佈,且沒有直流應力。因此,在耐受測試期間,阻尼交流電源耐受測試可提供持續的交流應力。
  • 問題六:阻尼交流電測試是否能用於新電纜的後置測試嗎?

    是的
    與20Hz至300Hz 1小時、或24小時Uo的交流測試類似,對於測試新安裝最高350kV電力纜線而言,阻尼交流電源測試也是替代方法之一。
  • 問題七:對於維修和保養老舊纜線的維護與診斷測試而言,是否能運用阻尼交流電源測試法呢?

    可以的
    
將監控的阻尼交流電源測試運用於維護用途,可透過運用阻尼交流電源耐受測試,並執行標準化的局部放電檢測方法,藉此提供靈敏的方式來檢查維修站點的安裝品質狀況。若所使用的纜線線路老化時,結合局部放電偵測與耗散係數估算的方式,對於老化的交聯連聚乙烯纜線和浸油絕緣層的狀況評估而言,可謂是相當強大的檢測具。
  • 問題八:阻尼交流電源測試是否能在現地執行敏感的標準化局部放電偵測呢?

    可以的
    相較於具有高電磁干擾等級(高達1.000pC)的典型移動交流系統,阻尼交流電系統特色為其相當低的局部放電等級(低於5pC),以及IEC 60270標準化局部放電偵測能力。
  • 問題九:阻尼交流電源測試的使用是否已標準化呢?

    是的
    阻尼交流電壓在20Hz至300Hz的範圍內,並為正弦交流電壓;故如此處所述,建議運用於現地測試的測試電壓:

    IEC 60840: 對於額定絕緣電壓為30kV至150kV高壓絕緣電線與附件之測試方法與要求
    IEC 62067:額定絕緣電壓超過150kV的高壓絕緣纜線和配件;此外,適用於帶阻尼交流電壓現地測試之其它標準
    IEC 60060-3:高壓測試技術第三部分:現地測試之定義和要求
    IEEE 400: 額定功率為5 kV及以上的屏蔽電力纜線系統絕緣現地測試和評估指南
    HD 632 S2 (CENELEC):額定電壓36kV(Um = 42kV)至150kV(Um =170kV)以上之高壓絕緣纜線與其附件
    IEEE 400.4:額定值為5 kV含以上的阻尼交流電源(DAC)之屏蔽纜線系統之現地測試指南(草案製備中)
  • 問題十:使用阻尼交流測試是否比傳統連續交流電壓測試更好呢?

    是的
    請參照表1和表2,顯而易見地,阻尼交流電源技術可謂是電力纜線網絡現地測試與診斷最現代化的方式。全球各地的許多電力公司、製造商、服務提供商,均已成功使用該技術。在中等電壓層面,此種測試電壓類型已成功運用了十多年。自前五年以來,我們在HV和EHV纜線測試取得了非常好的經驗與成果。關於科學成果、實務案例、
    技術說明的資訊,已發佈逾一百多種技術和科學刊物和書籍中。