Levinumad vead kõrgepingekaablitega ühendamisel

Sissejuhatus

Kõrgepinge XLPE-kaabli ja kõrgepinge XLPE-kaabli vaheline kaabliühendus GIS-lülitusseadmed on üks mehaaniliselt ja elektriliselt kõige nõudlikumaid ühendusi võrgu uuendamise projektis - ja üks kõige sagedamini ohustatud paigaldusvigadest, mis on pärast monteerimist nähtamatud, mida ei ole võimalik tuvastada tavapärase visuaalse kontrolliga ja mis võivad algatada osalise tühjenemise, mis halvendab liigese isolatsiooni kuude jooksul enne katastroofilise rikke tekkimist kõige halvemal võimalikul hetkel. GISi jaotusseadmete kaabliühendused - küünarliitmikud, pistikupesad ja eraldatavad liitmikud vastavalt standardile IEC 62271-209 - nõuavad pinna ettevalmistamise, mõõtmete joondamise ja montaažijõu kontrolli taset, mis erineb kvalitatiivselt kaabli ühendamise tavadest, mida kogenud kõrgepingekaabli ühendajad kannavad AISi alajaamade tööde puhul. Kõrgepinge XLPE-kaablite ühendamisel GIS-ülesvoolu jaotusseadmetega ei ole kõige tõsisemad paigaldusvigad need ilmsed vead, mis põhjustavad koheseid katsete ebaõnnestumisi - need on peened vead pinna ettevalmistamisel, määrdeaine kasutamisel, sisestussügavuse kontrollimisel ja pingekoonuse kinnitamisel, mis läbivad kasutuselevõtu dielektrilise katse ja seejärel põhjustavad liideses osalise tühjenemise normaalse töö käigus toimuva termilise tsükli ja pinge all. Võrguparandusprojektide inseneridele, EPC paigaldusjuhtidele ja GIS-kaabli liidese paigaldamise kvaliteedi eest vastutavatele alajaamade käivitusmeeskondadele on käesolevas juhendis määratletud kriitilised vead, selgitatud nende poolt algatatud veamehhanismid ja esitatud õige paigaldusprotseduur, mis kõrvaldab need.

Sisukord

• Mis on GIS kõrgepingekaabli liidesesüsteem ja millised IEC standardid määravad selle paigaldusnõuded?
• Millised on kõige kriitilisemad paigaldusvigad GIS-kaabli liideses ja millised on nende põhjustatud veamehhanismid?
• Kuidas valida ja kontrollida õiget GIS-kaabli liidesesüsteemi võrguuuendusprojektide jaoks?
• Milline on õige GIS-kaabli liidese paigaldamise protseduur ja kuidas kontrollida liidese terviklikkust enne voolu andmist?

Mis on GIS kõrgepingekaabli liidesesüsteem ja millised IEC standardid määravad selle paigaldusnõuded?

GIS-kaabli liidesesüsteem on komponentide koost, mis loob gaasikindla, elektriliselt pideva ja mehaaniliselt turvalise ühenduse XLPE-kaabli otsmiku ja GIS-lülitusseadme SF6-isoleeritud kaablikambri vahel - ühendus, mis peab samaaegselt säilitama SF6 gaasi terviklikkuse, tagama elektrilise pinge kontrolli üle kaabli ekraani tagasilõike ning võtma vastu kaabli kaalu, soojuspaisumise ja paigaldusvigade mehaanilised jõud, kahjustamata seejuures isolatsiooni liidest.

Liidesesüsteemi komponendid ja tehnilised parameetrid

GIS-kaabli liidese koost koosneb kolmest üksteisest sõltuvast komponendist:

• Pistikupesa või sirge pistikupesa: Eraldatav liidesekomponent - tavaliselt nimiväärtus 12 kV kuni 40,5 kV; sisestusjõud 500-2 500 N sõltuvalt pingeklassist; kontakttakistus ≤ 20 μΩ nimivoolul¹
• Kaabli pingekoonus: Eelvormitud või lükatav silikoonkummikomponent, mis kontrollib elektrilist pingekontsentratsiooni kaabli ekraani tagasilõike juures - roomavahe 25-45 mm/kV sõltuvalt saasteklassist²; liidese rõhk 0,3-0,8 MPa vastu pistikupesa puurauku
• GIS-kaabli salongi puks: SF6-poolne liidesekomponent - epoksüvaik või silikoonkummi; GIS-kambrile vastav nimipinge; gaasikindel tihendus kambri ääriku juures.

Reguleerivad IEC standardid

Standard	Reguleerimisala	Võtme paigaldamise nõue
IEC 62271-209	Kaabelühendused GIS-i jaoks - liidese mõõtmed ja testimisnõuded	Määratleb liidese geomeetria, mis peab sobituma kaabli pistiku ja GIS-pooluse vahel.
IEC 60840	Elektrikaablid üle 30 kV - tarvikud	Pingekoonuse konstruktsioon ja nõuded liidese survele
IEC 62067	Jõukaablid üle 150 kV	Laiendatud liidese nõuded EHV-rakenduste jaoks
IEC 60502-4	Tarvikud kaablitele 6 kV kuni 30 kV	Eraldatavate liitmike paigaldus- ja katsemenetlused

IEC 62271-209 liidese geomeetria nõue on GIS-kaabli liidese paigaldamise kõige kriitilisem standard - see määratleb kaabli pistiku ja GIS-poolse pesa vaheliste ühenduspindade mõõtmete tolerantsid, mida tuleb kontrollida enne kokkupaneku algust. Ühe tootja kaabliühendus, mis on ühendatud teise tootja GIS-pesaga ilma IEC 62271-209 kohase liidese kontrollimiseta, on võrgu uuendamise projektides kõige sagedamini esinev GIS-kaabli liidese vigade allikas.

Millised on kõige kriitilisemad paigaldusvigad GIS-kaabli liideses ja millised on nende põhjustatud veamehhanismid?

Enamiku GIS-kaabli liidese vigadest, mis on tuvastatud vigade järeluuringute käigus, moodustavad kuus paigaldusviga, millest igaühel on oma kindel veamehhanism, mis seletab, miks viga läbib kasutuselevõtukatsetuse ja põhjustab kuud või aastad hiljem hooldusvigade tekkimise.

Viga 1: Ebapiisav või valesti kasutatud liidesevõi määrdeaine

Pingekoonuse ja pistikupesa liidesele kantud silikoonrasval on kaks funktsiooni: see hõlbustab sisestamist ilma pinnakahjustusteta ja täidab liideses olevad mikroaugud, mis muidu muutuksid osaliseks tühjenemiskohaks. Kaks kõige tavalisemat määrdeviga on:

• Alarakendamine: Ebapiisav määrdeaine jätab liidesesse kuivad kontaktitsoonid - 0,1-0,5 mm suurused mikrovaod, mis kontsentreerivad elektrilist pinget ja algatavad osalise tühjenemise pingetasemel, mis on tunduvalt madalam kui projekteeritud taluvuspiir.
• Vale määrdeaine tüüp: Mittesilikoonist määrdeained (naftapõhine määre, üldotstarbelised määrdeained) on silikoonkummist pingekoonusega keemiliselt kokkusobimatud - need põhjustavad paisumist, pinna lagunemist ja liidese surve kadumist 6-18 kuu jooksul.

Rikkumismehhanism: Osaline tühjendamine määrdeaine tühjade kohtade juures erodeerib silikoonkummi pinda ligikaudu 0,01-0,05 mm võrra 1000 tunni PD-aktiivsuse kohta.³ - tekitades progressiivse jälgimiskanali, mis lõpuks ületab kogu liidese pikkuse ja algatab faasi ja maa vahelise rikke.

Viga 2: Pinna saastumine liideses

Igasugune saastumine pingekoonuse välispinnal või pistiku puuri sisepinnal - tolm, kaabli isolatsioonipuru lõikamistoimingust, niiskus kondenseerumisest või sõrmejälgi sisaldav õli - tekitab liidese juures juhtiv või pooljuhtiva kihi, mis tekitab selle:

• Vähendab efektiivset liidese takistust > 10¹² Ω kuni < 10⁸ Ω saastumiskohas.
• Tekitab mahtuvuskontsentratsiooni, mis ületab silikoonkummi kohaliku dielektrilise vastupidavuse.
• Tekitab osalise tühjenemise, mida ei ole võimalik tuvastada kasutuselevõtu jõusageduse vastupidavuskatsega standardse katse kestuse korral.

Avastamise ebaõnnestumine: Saastunud liides läbib tavaliselt 1-minutilise voolusageduse vastupidavuskatse nimipingel - PD-aktiivsus saastunud kohtades nõuab 10-100 tundi pingestust, et põhjustada mõõdetavat isolatsiooni kahjustumist, mis ületab kaugelt mis tahes kasutuselevõtukatsete kestuse.

Viga 3: vale sisestussügavus - pingekoonus ei ole täielikult paigutatud

Pingekoonus tuleb sisestada tootja poolt ettenähtud sügavusele, et pingevabastuse geomeetria paikneks õigesti kaabli ekraani tagasilõike kohal. Juba 5-10 mm sügavuse sisestamise vead nihutavad pingekoonuse väljalülituse geomeetriat võrreldes ekraani tagasipööramise positsiooniga, tekitades kontrollimatu elektrilise pingekontsentratsiooni piirkonna ekraani servas:

$E_{max} = \frac{U_faas}{\varepsilon_r \times d_{gap}}$

Kus $E_{max}$ on maksimaalne väljatugevus (kV/mm),$U_{faas}$ on faasipinge (kV),$\varepsilon_r$ on isolatsiooni suhteline läbilaskevõime ja $d_{gap}$ on lõhe mõõde pingekogumispunktis (mm). 24 kV faasipinge korral 2 mm pingekontsentratsiooni lõhega ja $\varepsilon_r$ = 2,3 (XLPE):

$E_max} = \frac{13.9}{2.3 \times 2} = 3.0 \text{ kV/mm}$

See väljatugevus ületab õhuga täidetud mikroaukude osalise tühjenemise alguspinge ekraani tagasipöördumise servas - see käivitab PD, mis on kasutuselevõtmisel nähtamatu ja hävitav mitu kuud kestva kasutuse jooksul.

Viga 4: Tootjaülene liidese sobitamine ilma mõõtmete kontrollimiseta

Kliendi juhtum: Hiinas Guangdongis asuva EPC-töövõtja projektiinsener võttis Beptoga ühendust pärast seda, kui 14 kuu jooksul pärast 110 kV võrgu uuendamise alajaama kasutuselevõtmist esines kaks GIS-kaabli liidese rikkeid. Rikkejärgne uurimine näitas, et kaabli küünarnuki liitmikud olid hangitud teiselt tootjalt kui GIS-kaabli sektsioonihülsid - need kaks komponenti olid nominaalselt samale pingeklassile määratud, kuid nende liidese läbimõõdud erinesid IEC 62271-209 sätestatud tolerantsist 1,8 mm võrra. Mõõtmete mittevastavus tekitas ebapiisava liidese kontaktrõhu üle 40% pingekoonuse pindala - see tekitas jaotatud osalise tühjendusvööndi, mida kasutuselevõtu dielektriline katse ei tuvastanud. Mõlemad rikutud liidesed nõudsid täieliku kaablikompleksi väljavahetamist, mis läks kokku maksma 1,85 miljonit jeeni ja põhjustas 31-päevase viivituse võrgu uuendamise ajakavas. Bepto rakendustehnika meeskond esitas IEC 62271-209 liidese mõõtmete kontrollimise kontrollnimekirja, mida rakendati projekti ülejäänud 18 kaabli liidese puhul - 36 kuu jooksul pärast seda oli liidese tõrge null.

Viga 5: Väärad kaabli ekraani tagasilõike mõõtmed

Kaabli ekraani tagasilõike pikkus - kaugus ekraani servast kaabli isolatsioonipinnani - peab vastama pingekoonuse konstruktsiooni geomeetriale ±2 mm piires. Ekraani tagasilõike pikkuse vead, mis tulenevad kaabli valest ettevalmistustööriistast või mõõtmisveast, nihutavad pingekoonuse välijuhtimise geomeetriat samamoodi nagu eespool kirjeldatud sisestussügavuse viga.

Viga 6: ebapiisav kaabli tugi - mehaaniline koormus liidesele

GIS-i kaabli liidesed on projekteeritud nii, et liidese mehaaniline koormus on null - kaabli kaal ja mis tahes paigaldusviga peavad kandma kaabli tugiklambrid, mitte kanduma pistiku liidesele. Ebapiisav kaablitugi tekitab:

• Püsiv paindemoment pistiku ja puksiiri liideses - vähendab järk-järgult liidese kontaktsurvet pingepoolel
• Mikroliigutused piirpinnal termilise tsüklilisuse korral - silikoonkummipinna kulumine 0,001-0,01 mm soojendustsükli kohta⁴

Kuidas valida ja kontrollida õiget GIS-kaabli liidesesüsteemi võrguuuendusprojektide jaoks?

1. samm: Elektriliste nõuete määratlemine

• Pingeklass: Veenduge, et kaabli liidesesüsteem on määratud GIS-osakonna pingele - 12 kV, 24 kV või 40,5 kV; ärge kunagi kasutage madalama pingega liidesekomponenti kõrgema pingega GIS-osakonnas.
• Praegune hinnang: Kinnitage, et pistiku nimivool vastab kaabli vooluahela nimivoolule või ületab seda - termilist vähendamist kohaldatakse, kui ümbritseva keskkonna temperatuur ületab 40 °C.
• Lühisvoolu nimiväärtus: Kinnitage, et pistiku lühisvoolukindlus vastab GIS-ruumi rikke tasemele - alamõõdulised pistikud rikuvad rikkejuhtumite ajal mehaaniliselt.

2. samm: IEC 62271-209 liidese mõõtmete ühilduvuse kontrollimine

Liideseparameeter	IEC 62271-209 Tolerantsus	Kontrollimise meetod
Liitmiku puuraugu läbimõõt	±0,1 mm	Kalibreeritud puurimõõturiga mõõtmine
Läbimõõdu läbimõõt	±0,1 mm	Kalibreeritud väline mikromeeter
Liidese kontakti pikkus	±0,5 mm	Sügavusmõõtmine
Ekraani tagasilõike pikkus	±2,0 mm	Terase reegli mõõtmine pärast ettevalmistamist
Sisestamise sügavuse märk	±1,0 mm	Tootja määratud sügavusmärk pingekoonusel

3. samm: Keskkonnatingimuste arvestamine

• Siseruumide GIS-alajaam: Standardne silikoonkummist pingekoonus - töötemperatuur -25°C kuni +90°C
• Väljas või rannikul paigaldamine: Määrake hüdrofoobne silikoonkummi, millel on parem jälgimiskindlus - soolase udu katse vastavalt IEC 60507 klassile IV vähemalt⁵
• Kõrghaljastuse uuendamine (> 1000 m): Rakendage IEC 62271-1 kõrguse paranduskoefitsienti liidese dielektrilise vastupidavuse kontrollimisel - 1,13% 100 m kohta üle 1000 m kõrgusel.

4. samm: Kinnitage ühe tootja liidesesüsteem

Teine kliendi juhtum: Hiina Shandongi piirkondliku võrguettevõtja hankejuht võttis Bepto'ga ühendust, et määrata kindlaks kaabli liidesesüsteem 35 kV GIS alajaama võrgu uuendamiseks, mis teenindab tööstusparki. Esialgne spetsifikatsioon lubas erinevate heakskiidetud tarnijate kaabliühendusi ja GIS-pesasid - see oli kulude optimeerimise otsus, mille Bepto rakendustehnika meeskond märkas kui mõõtmete ühilduvuse riski. Bepto soovitas ja tarnis ühe tootja liidesesüsteemi, mille mõõtmete vastavus IEC 62271-209-le on tehase poolt kontrollitud kõigi 24 kaabliühenduste puhul. Paigaldamine viidi lõpule ilma ühegi liidese ümbertöötamiseta; osalise tühjenemise test kinnitas, et kõigis 24 liideses ei ole PD-aktiivsust üle 5 pC.

Milline on õige GIS-kaabli liidese paigaldamise protseduur ja kuidas kontrollida liidese terviklikkust enne voolu andmist?

Õige paigaldusprotseduur - samm-sammult

1. Kaabli otsa ettevalmistamine: Lõigake kaabel ruudukujuliselt, kasutades tootja poolt ette nähtud lõiketööriista - veenduge, et lõikepind on risti 1° piires; mõõtke ja märgistage ekraani tagasilõike pikkus vastavalt pingekoonuse spetsifikatsioonile ±2 mm; kasutage spetsiaalset ekraani lõiketööriista - ärge kunagi kasutage nuga, mis võib XLPE isolatsioonipinda kriimustada.
2. Pindade puhastamine: Pühkige XLPE isolatsioonipinda ja pingekoonuse ava puhta, vildakata lapiga, mis on niisutatud isopropüülalkoholiga - laske enne määrdeaine pealekandmist täielikult aurustuda (vähemalt 5 minutit); kandke puhtad nitriilkindad kogu edasise käsitsemise ajal - ei tohi puutuda paljaste kätega liideste pindadega kokku.
3. Määrdeaine kasutamine: Kandke tootja poolt ettenähtud silikoonrasv ühtlaselt kogu pingekoonuse välispinnale ja pistiku puuraugu sisepinnale - kontrollige, et see oleks täielikult kaetud ja ei sisaldaks kuivi piirkondi; registreerige määrdeaine partii number ja aegumiskuupäev paigaldusprotokollis.
4. Sisestussügavuse märgistus: Märkige kaabli isolatsioonipinnale õige sisestussügavus, kasutades tootja poolt ette nähtud sügavusmõõturit - see märk on ainus usaldusväärne tõend, et pingekoonus on pärast sisestamist täielikult paigas.
5. Kontrollitud sisestamine: Paigaldage pingekoonuse koost püsiva aksiaaljõuga - ärge pöörake sisestamise ajal; veenduge, et sügavusmärgis on pärast täielikku sisestamist vastavuses pistiku küljega; sisestamisjõud, mis on väiksem kui tootja miinimumväärtus, näitab ebapiisavat liidese kontaktrõhku.
6. Kaablitugede paigaldamine: Paigaldage kaablitugi klambrid 300 mm kaugusele pistiku liidesest - kontrollige, et pärast klambrite paigaldamist ei mõjuks pistiku külgmine jõud, kinnitades, et pistiku joondus ei ole muutunud.
7. Pöördemomendi kontrollimine: Pingutage kõik liidese poldid tootja poolt ettenähtud pöördemomendiga ristmudeli järjestuses - registreerige pöördemomendi väärtused paigaldusprotokollis.

Levinud paigaldusvigade kõrvaldamine

• Viga 1 - eelnevalt avatud mahutist pärineva määrdeaine taaskasutamine: Saastunud või osaliselt kõvenenud silikoonrasv põhjustab ebaühtlase liidese katvuse - kasutage iga paigalduse puhul uut suletud mahutit.
• Viga 2 - pingekoonuse sisestamine külmas keskkonnas: Silikoonkummi jäigastub alla 10°C - sisestamisjõud suureneb ja pinnakahjustuste oht suureneb; soojendage pingekoonus enne paigaldamist vähemalt 15°C-ni külmade ilmadega paigaldamisel.
• Viga 3 - osalise tühjendamise käivituskatse vahelejätmine: Toitesageduse taluvuskatse üksi ei tuvasta mikrovõrkude PD-kohti, mis põhjustavad hooldusvigu - osalise tühjenemise mõõtmine 1,5× U0 juures IEC 60270 kohaselt on kohustuslik iga GIS-kaabli liidese puhul enne pingestamist.

Energiseerimiseelne kontrollnimekiri

• Sisestussügavuse märk kinnitatakse pistikupesa küljega joondatuna - kõik liidesed.
• Paigaldatud kaablitugede klambrid ja kinnitatud null külgjõud - kõik liidesed.
• Registreeritud liidese poldi pöördemoment - kõik liideseid.
• Osalise tühjenemise katse 1,5× U0: PD-tase < 10 pC - kõik liidesed.
• SF6-gaasirõhk, mis on kinnitatud nimitäitmisrõhu juures pärast kaablikambri sulgemist.

Kokkuvõte

GIS-kaabli liidese paigaldusvigad on võrgu uuendamise kasutuselevõtu defektide kategooria, mis muudab kõige usaldusväärsemalt eduka kasutuselevõtukatsetuse teenuse ebaõnnestumiseks - sest nende poolt algatatud veamehhanismid toimivad allpool võimsussageduse taluvuse katse avastamislävendit ja üle osalise tühjenemise mõõtmise avastamislävendi, mistõttu PD-katsetused on ainus usaldusväärne kvaliteedivärav vigase paigalduse ja pingestatud kõrgepingeahela vahel. Määrake ühe tootja IEC 62271-209 kohaselt kontrollitud liidesesüsteemid, jõustage eranditult pinna ettevalmistamise ja määrdeaine pealekandmise protseduur, kontrollige iga liidese sisestussügavust ja võtke iga GIS-kaabli liides kasutusele osalise tühjenduskatsega - sest paigaldusdistsipliin, mis kõrvaldab need kuus viga, on see distsipliin, mis tagab võrgu uuendamise usaldusväärsuse, mida lubati projekti spetsifikatsioonis ja mida varaomanik nõuab.

Korduma kippuvad küsimused GISi jaotusseadmete kõrgepingekaabli liidese paigaldamise kohta

1. “Kontakttakistus kõrgepinge lahutatavatel pistikutel”, https://ieeexplore.ieee.org/document/6123456. Uurimustöö, milles analüüsitakse kontakttakistuse parameetreid eraldatavatel pistikutel. Tõendusmaterjali roll: mehhanism; Allikatüüp: uurimistöö. Toetab: kontakttakistus ≤ 20 μΩ nimivoolul. ↩

2. “IEC TS 60815-3:2008 Saastunud tingimustes kasutamiseks ettenähtud kõrgepinge isolaatorite valik ja mõõtmine”, https://webstore.iec.ch/publication/63012. Rahvusvaheline standard, mis määratleb roomikutingimusi. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: roomavahe 25-45 mm/kV sõltuvalt saasteklassist. ↩

3. “Silikoonkummide erosiooninäitajad osalise tühjendamise korral”, https://www.mdpi.com/2073-4360/12/5/1122. Akadeemiline ajakiri, mis jälgib üksikasjalikult kanali edenemise määra. Tõendusmaterjali roll: statistika; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetab: erodeerib silikoonkummi pinda ligikaudu 0,01-0,05 mm 1000 tunni PD-aktiivsuse kohta. ↩

4. “Hõõrdumise kulumismehhanismid elastomeersetes liideseisundites”, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014211231830456X. Tehniline uuring silikoonkomponentide termomehaanilise kulumise kohta. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: teadusuuringud. Toetused: Silikoonkummi pinna hõõrdumise kulumine 0,001-0,01 mm termilise tsükli kohta. ↩

5. “IEC 60507:2013 Kõrgepingeisolaatorite kunstliku saastamise katsed”, https://webstore.iec.ch/publication/2202. Standard, mis määratleb soolasudu katsemenetlused. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: soolase udu katse vastavalt IEC 60507 vähemalt IV klassile. ↩