Выбор испытателя ВНН на основе длины и емкости кабеля

Выбор испытателя УНЧ на основе длины и емкости кабеля

Большинство запросов на УНЧ начинаются одинаково: «Мне нужен комплект для кабеля на 15 кВ». Класс напряжения — это простой вопрос, и именно он не определяет, будет ли испытание проведено. Два фидера на 15 кВ, один длиной 300 м и один длиной шесть километров, — это не одно и то же испытание. Что их разделяет, так это емкость, а емкость получается из длины.

В этой статье излагается взаимосвязь между длиной, емкостью и нагрузкой, которую должен нести комплект УНЧ, рассматриваются два примера, а затем обсуждается то, что одни только цифры не скажут вам. Это заметка по подбору размера, а не каталог продукции.

Класс напряжения определяет, насколько высоким должно быть испытательное напряжение. Длина определяет, сколько заряда должен переместить комплект, чтобы достичь этого, и, следовательно, сколько тока он должен выдать на выбранной частоте. Комплект, достигающий 35 кВ на фидере длиной 400 м, может не достичь того же напряжения на пяти километрах того же кабеля, потому что сначала достигается предел тока.

Именно поэтому два прибора с одинаковым номинальным напряжением могут вести себя очень по-разному в полевых условиях, и почему показатель емкости важнее показателя киловольт на передней панели.

Таким образом, подбор размера имеет пять входных параметров, а не один: требуемое испытательное напряжение, выходной ток и нагрузочная способность комплекта, доступные шаги частоты, фактическая емкость кабеля и процедура испытания, которая регулирует напряжение, продолжительность и частоту. Длина — это входной параметр, который связывает последние два.

Для емкостной нагрузки ток при испытательной частоте f равен:

Где I — ток, C — емкость испытываемого кабеля (все фазы и аксессуары включены), U — фактически приложенное испытательное напряжение, а f — испытательная частота. Используйте согласованные единицы измерения: C в мкФ и U в кВ дают I в мА с множителем 2πf.

Таким образом, множитель для каждой частоты равен:

К этому соотношению применяются четыре условия, и они важнее самой формулы:

• Установившийся синусоидальный выход. Выражение описывает установившийся емкостной ток. Оно не описывает фазу ускорения, разряд или переходное поведение при пробое.
• Емкость рассматривается как постоянная. Емкость незначительно изменяется в зависимости от напряжения и температуры. Для целей подбора размера значения из спецификации достаточно; для пограничного случая — нет.
• Пиковое и среднеквадратичное значения не взаимозаменяемы. Стандарты обычно выражают испытательное напряжение как среднеквадратичное значение, в то время как комплекты УНЧ часто имеют номинальные значения в пиковых вольтах и пиковых миллиамперах. Преобразование между ними с помощью √2 допустимо только для синусоидальной формы волны. Выходы УНЧ предназначены быть близкими к синусоидальным, но преобразование должно быть подтверждено спецификацией комплекта и используемой версией стандарта, а не предполагаться.

Последний пункт вызывает больше ошибок при подборе размера, чем любой другой. Комплект «30 мА» и испытание «42 кВ RMS» становятся сопоставимыми только после того, как оба выражены одинаково.

Емкость кабеля на фазу равна:

где c — емкость на фазу на километр из спецификации производителя кабеля, а L — длина трассы. В качестве первой оценки только для кабелей из сшитого полиэтилена (XLPE) для трехжильных конструкций на 10–15 кВ обычно характерна емкость в диапазоне 0,2–0,35 мкФ/км на фазу, а для одножильных конструкций на 35 кВ — 0,15–0,25 мкФ/км на фазу. Конструкции с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке обычно имеют более высокую емкость, хотя разница зависит от конкретного кабеля. Эти диапазоны являются лишь ориентировочными: конструкция, размер проводника и толщина изоляции — все это влияет на показатель, поэтому их не следует рассматривать как проектные значения. Применяется спецификация на фактический кабель.

На практике забывают о трех корректировках:

• Параллельные фазы. Три фазы, испытываемые вместе, несут в три раза большую емкость, чем одна фаза, и потребляют в три раза больший ток.
• Аксессуары. Соединения, концевые муфты и длинные отводы запасного кабеля, свернутые на дальнем конце, — все это добавляет емкость, а запасной кабель — это обычно то, что никто не учитывает.
• Измерение лучше оценки. Во время испытания отображаются напряжение и ток. Емкость C можно рассчитать обратно по тому же соотношению и сохранить в качестве записи. За несколько отключений это надежнее любой общей цифры на километр, и это делает следующее решение о подборе размера тривиальным.

Приведенные ниже испытательные напряжения являются предположениями, используемыми для наглядности расчетов. Они не являются рекомендациями. Возьмите фактическое испытательное напряжение, его продолжительность и частоту, на которой оно применяется, из используемой версии стандарта или спецификации энергосистемы.

Пример А — кабель 10 кВ, испытательное напряжение 26 кВ RMS, 0,1 Гц

При 26 кВ RMS соответствующее пиковое значение составляет около 36,8 кВ, поэтому ток на микрофараду составляет примерно 0,628 * 36,8 ≈ 23 мА.

Пример B — кабель 35 кВ, испытательное напряжение 42 кВ RMS, 0,1 Гц

При 42 кВ RMS пиковое значение составляет около 59,4 кВ, что дает примерно 37 мА на микрофараду.

При сравнении с комплектом, рассчитанным на пиковый ток 30 мА, практический вывод лаконичен: при 0,1 Гц предел тока достигается примерно на пяти километрах кабеля 10 кВ или четырех километрах кабеля 35 кВ — и переход на 0,05 Гц снижает ток вдвое, удваивая достижимую длину.

В этом и заключается суть логики подбора размера: для емкостной нагрузки допустимый диапазон частот является такой же частью спецификации, как и номинальное напряжение. Высоковольтный источник не увеличивается вместе с кабелем — вместо этого снижается частота, при условии, что применимый стандарт испытаний это допускает, а оборудование это поддерживает.

Подбор размера необходим, но недостаточен. Пять факторов находятся вне формулы и регулярно определяют пригодность комплекта:

Вес и доступ. Комплекты с более высоким напряжением состоят из нескольких блоков. Прибор класса 80 кВ может поставляться в виде двух усилителей, соединенных последовательно, плюс отдельный контроллер, в то время как для более низких номиналов требуется только один усилитель. Если кабель находится в подвальном помещении распределительного щита с узкой лестницей, план перемещения имеет такое же значение, как и микрофарады.

Полевое питание. Эти комплекты работают от однофазной сети примерно 220 В при 50 Гц, доступны варианты 110 В / 60 Гц. При использовании генератора питание должно соответствовать спецификации входа комплекта и оставаться стабильным, поскольку нестабильное питание влияет на процесс усиления.

Очень малые образцы. Противоположная проблема длинному фидеру: при емкости ниже очень малого значения выходная форма волны ухудшается, и обычным решением является подключение небольшого конденсатора параллельно для восстановления чистой волны. Короткие заводские кабели и короткие обмотки двигателей — распространенные случаи.

Продолжительность испытания и окно отключения. Продолжительность и шаг напряжения устанавливаются процедурой, которой вы следуете, а не прибором. Подтвердите оба параметра перед бронированием времени отключения, поскольку испытание при 0,02 Гц на длинном фидере занимает цепь гораздо дольше, чем то же испытание при 0,1 Гц.

Состояние кабеля. Влажный, старый или ранее поврежденный кабель может вообще не выдержать испытательное напряжение. Если цепь уже была повреждена, последовательность обычно начинается с определения места повреждения перед испытанием на стойкость. Это решение относительно актива, а не прибора, и оно должно быть принято в плане испытаний до заказа комплекта.

• 1.Перечислите каждую цепь в графике испытаний: класс напряжения, конструкция, длина трассы, емкость на километр и будет ли фазы испытываться вместе или по отдельности.
• 2.Преобразуйте каждую в емкость на фазу, включая аксессуары и любой запасной кабель.
• 3.Возьмите испытательное напряжение, продолжительность и частоту из применимой процедуры.
• 4.Рассчитайте ток при этой частоте в тех же единицах, что и номинал комплекта, и сравните с выходным током комплекта — а не только с емкостью из каталога.
• 5.Проверьте физические ограничения: количество блоков, вес, маршрут доступа, качество питания и время, в течение которого цепь будет выведена из эксплуатации.

Если шаг 4 превышает предел, сначала проверьте, допускает ли ваша процедура более низкий шаг частоты и поддерживает ли комплект этот шаг при требуемом напряжении. Частоту можно снижать только там, где это разрешено стандартом, спецификацией или условиями оборудования; в противном случае правильным решением будет комплект с большей нагрузочной способностью.

Класс напряжения, конструкция кабеля, длина трассы, емкость на фазу и самое высокое испытательное напряжение, которое вы намерены применить. Четыре из этих пяти параметров указаны в спецификации кабеля; пятый — в вашей процедуре испытаний. С этими данными поставщик сможет подтвердить номинальное напряжение, потребуется ли один или два усилителя и какие шаги частоты покроют весь график — вместо того, чтобы цитировать по классу напряжения и надеяться, что фидеры короткие.

Длина кабеля определяет емкость, емкость определяет ток, а ток при заданной частоте определяет, сможет ли конкретный комплект завершить испытание. Класс напряжения только устанавливает цель. Как только этот порядок станет ясен, большинство разногласий по подбору размера разрешатся сами собой: вопрос перестает быть «сколько киловольт», а становится «сколько миллиампер при какой частоте, на каких цепях».

XZH TEST производит комплекты УНЧ переменного тока в широком диапазоне номинальных напряжений и нагрузок, включая конфигурации с фиксированной частотой и конфигурации с автоматическим sweeps частоты, и может подтвердить конфигурацию для конкретного графика испытаний. Если у вас есть список кабелей, емкость на фазу и испытательное напряжение, мы можем проверить соответствие перед оформлением заказа.