Файл: Дмитревский, В. С. Высоковольтные гибкие кабели.pdf

Г Л А В А П Я Т А Я

ИСПЫТАНИЕ КАБЕЛЕЙ

5-1. К Л А С С И Ф И К А Ц И Я ИСПЫ ТАНИЙ

Одним из важных элементов производственного процесса является испытание кабельных изделий. В процессе испытания определяются характеристики материалов и изделий, осуществляется контроль технологического про­ цесса, оценивается соответствие действительных пара­ метров конструкции расчетным и решаются другие во­ просы.

Проектировщик при расчете того или иного изделия принимает целый ряд параметров, полученных из лите­ ратуры или из опыта работы аналогичных конструкций. Критерием правильности выбора параметров являются результаты испытания. Например, при расчете изоляции кабеля ее пробивное напряжение высчитывается по из­ вестному значению электрической прочности, полученной в результате пробоя образцов электроизоляционного ма­ териала. Однако высчитанное таким образом пробивное напряжение может заметно отличаться от реальной ве­ личины в кабеле.

В результате испытания высоковольтного гибкого ка­ беля наиболее желательно получить его прочностные ха­ рактеристики: пробивное напряжение и параметры урав­ нения надежности изоляции, механическую прочность токопроводящих жил и кабеля, циклическую долговеч­ ность жил и оплетки и ряд других. При определении прочностных характеристик кабеля последний в процес­ се испытания должен подвергнуться разрушению. На­ пример, чтобы получить значение пробивного напряже­ ния изоляции, ее необходимо пробить. Естественно, что кабели, на которых определялись прочностные характе­ ристики, к эксплуатации не пригодны.

Таким образом, прочностные характеристики нельзя получить на конструкции, которая предназначена для эксплуатации. Это выдвигает задачу разработки косвен­ ных методов оценки прочности (электрической и меха­ нической) конструкции. Большинство косвенных методов позволяет указать, что прочностные характеристики из­ делия имеют значения выше некоторого заданного уров­ ня. Однако они не дают возможности определять абсО' лютную величину прочности,

128

Выходом из такого положения является проведение двух видов испытаний.

Первый вид — типовые испытания, при проведении которых определяют прочностные характеристики испы­ туемых образцов. Испытанию подвергается специально отобранная группа образцов, достаточно полно пред­ ставляющая данную серию изделий. При этом предпо­ лагается, что прочностные характеристики отобранной группы и выпускаемой серии изделий одинаковы. Оче­ видно, такое предположение вполне оправдано, если серия изделий изготовлена по одной и той же технологии и из одних и тех же материалов. Изделия, подвергнутые типовым испытаниям, к дальнейшей эксплуатации не пригодны.

Типовые испытания проводятся по наиболее полной программе и имеют своей целью получить исчерпынающие данные о параметрах и работоспособности конст­ рукции.

Второй вид — контрольные испытания. При контроль­ ных испытаниях основная цель заключается в проверке того, что уровень прочностных характеристик не ниже некоторого минимального допустимого уровня. Контроль­ ным испытаниям подвергаются все выпускаемые изделия. Так как после контрольных испытаний изделие должно длительно работать в условиях эксплуатации, то суще­ ственное значение приобретает выбор испытательных на­ грузок.

Высокие испытательные нагрузки могут вызвать необратимые остаточные явления, снижающие работо­ способность изделия. Напротив, низкие испытательные нагрузки снижают достоверность суждения о прочност­ ных характеристиках конструкции. В этих условиях су­ щественное значение приобретают различные методы неразрушающнх испытаний. Неразрушающие испытания позволяют выявить наличие дефектов в изделии (рако­ вин, рыхлой структуры материала, включений и т. д.), которые снижают прочностные характеристики. Приме­ няя неразрушающие испытания, необходимо одновремен­ но помнить, что они дают ограниченную информацию о прочностных характеристиках изделия.

Контрольные испытания в свою очередь можно под­ разделить на испытания материалов и полуфабрикатов, пооперационный контроль и испытания готовой продук­ ции.

Испытания материалов и полуфабрикатов ставят основную цель проверки их соответствия стандартам и техническим условиям. В некоторых случаях при испы­ таниях материалов могут решаться вопросы их техноло­ гичности, определение режима изготовления изделия и ряд других.

Цель пооперационного контроля — выявление брако­ ванных элементов после их изготовления. Например, испытание токопроводящих' жил после их скрутки на крутильных машинах, испытание изоляции после опера­ ции ее наложения и вулканизации и ряд других. Приме­ нение пооперационного контроля позволяет своевремен­ но выявить нарушение технологического режима и ввести необходимые коррективы. Кроме того, бракованные эле­ менты исключаются из дальнейшего технологического процесса, что уменьшает производственные расходы.

Контрольные испытания готового кабеля позволяют произвести отбраковку изделий, не отвечающих норма­ тивным требованиям.

Таким образом, серия кабелей должна подвергаться как типовым, так и контрольным испытаниям. В ГОСТ на высоковольтные гибкие кабели предусматривается проведение только контрольных испытаний. Ограничен­ ность контрольных испытаний не позволяет оценивать ряд практически важных прочностных характеристик и параметров надежности кабеля.

5-2. КОНТРОЛЬНЫЕ ИСПЫ ТАНИЯ И ЗОЛЯЦИИ Т О КО ПРО ВО Д ЯЩ ЕЙ ЖИЛЫ

Контрольные испытания изоляции токопроводящей жилы проводятся после ее изготовления. Основная цель испы­ тания— выявление дефектов изоляции, возникающих при ее изготовлении. К таким дефектам относятся расслое­ ние изоляции, вздутия, разнотолщинности, непромесы резиновой смеси и т. д.

Все контрольные испытания подразделяются на не­ разрушающие и могущие привести к разрушению изо­ ляции (разрушающие).

Неразрушающие испытания позволяют выявить от­ дельные виды дефектов. Например, измерение напряже­ ния начала ионизации позволяет выявить вздутия изо­ ляции, наличие в ней пор и некоторые другие.

В настоящее время неразрушающие методы испыта­ ния изоляции токопроводящих жил высоковольтных гиб-

130

ких кабелей стандартами не предусмотрены. Однако в литературе все чаще и чаще пояівляются предложения по производству таких испытаний. Поэтому целесообраз­ но рассмотреть некоторые из этих испытаний и оценить эффективность их примене­ ния. К таким испытаниям от­

носятся измерение tgS изо­ ляции и определение напря­ жения начала ионизации.

Наличие иеодиородностей

вструктуре электроизоля­ ционного материала приво­ дят к повышению tg б. В гл. 3 показано, что электрическая прочность и долговечность

ляции. На рис. 5-1 даются изображение изоляции с не­ однородностью и схема ее замещения.

Измеренная величина

tg 5= 1 / (c'jCR) ,

где

R = RiRz/(Ri-’r R2) ; C=C] + C2;

Ri, C1 — сопротивление и емкость бездефектного участка изоляции; Rz, С2 — сопротивление и емкость дефектного участка изоляции.

Учитывая, что

Ri— 1/(соСт tg 6 1 ); /?2= 1/(coC2 + tg 6 2 ) ,

получаем после преобразования:

где tg 6 1 , tg 6 2 — тангенс угла диэлектрических потерь бездефектного и дефектного участка изоляции.

Мы .рассмотрели случай параллельного расположения дефектного и бездефектного участков изоляции. Нетруд­ но показать, что формула (5-1) справедлива и при по­ следовательном включении дефектного и бездефектного участков.

С целью оценки чувствительности измерения поло­

именно сосредоточенные дефекты создают наиболее вы­ сокие локальные напряженности поля ов изоляции. Чтобы повысить чувствительность метода диэлектрических по­ терь, необходимо измерять-tg б на отдельных, очень не­

tg б на объектах с малой емкостью. Кроме того, при сплошном контроле изоляции токопроводящей жилы по отдельным небольшим участкам резко возрастут трудо­ вые затраты.

Интересно было обнаружить связь между tg б и вре­ менем до пробоя изоляции.

Нами проводились специальные опыты на образцах изолированных токопроводящих жил длиной 1 м. На этих образцах измерялся lg б, и затем они выдержива­ лись до пробоя при повышенном напряжении. Результа­ ты эксперимента приводятся на рис. 5-2. Проведенные опыты показывают, что корреляции между tg б и време­ нем дс пробоя изоляции не наблюдается. Такое явление, по-видимому, объясняется тем, что tg б определяется рас­ средоточенными дефектами в изоляции, а время до ее пробоя является функцией наибольшей локальной на­ пряженности поля.

Измерение tg б изоляции токопроводящих жил кабе­ ля является малоэффективным средством выявления ее дефектов.

132

Многими авторами [Л. 46—48] для контроля качества изоляции высоковольтных кабелей предлагается исполь­ зовать измерение напряжения начала ионизации. В ряде работ показано, что под действием разряда в газовых включениях происходит эрозийный износ [Л. 49] и изме­ нение структуры изоляции, что приводит к сокращению ее срока службы. Были сделаны попытки связать срок

с целью установления связи между сроком службы изо­ ляции и напряжением начала ионизации. Опыты прово­ дились на изолированных токопроводящих жилах кабе­ ля КШВГ. В образцах токопроводящих жил измерялось напряжение начала изоляции, а затем они выдержива­ лись до пробоя при приложенном напряжении. По ре­ зультатам эксперимента оценивался коэффициент корре­ ляции который и являлся критерием связи между на­ пряжением начала ионизации и сроком Службы изоляции кабеля. Коэффициент корреляции подсчитывался по фор­ муле

Ті — время до пробоя г-го образца; UH— математическое

ожидание напряжения начала ионизации; т — математи­ ческое ожидание времени до пробоя изоляции: оии — среднеквадратичное отклонение напряжения начала ио­ низации; ат— среднеквадратичное отклонение времени

до пробоя; .<?.■—число образцов, испытанных в данной партии.

Входящие в выражение (5-2) величины рассчитыва­ лись по формулам:

ПП

133

Условием наличия связи между Uu и т является не­ равенство

|г|>/,,{тг. (5-3)

При 99% доверительной вероятности tq равно 2,58. Среднеквадратичное отклонение коэффициента кор­

реляции

_ I — г-

*г---- і7т ’

В табл. 5-1 даются результаты обработки экспери­ ментальных данных.

^ п э г ~ Ю ^ н з о л

Данные табл. 5-1 показывают, что условие существо­ вания корреляционной связи между ІІИ и т не выполня­ ется ни для одной из испытанных партий.

Отсутсівие корреляционной связи между напряже­

вытянутых в направлении, перпендикулярном полю. Наи­ большая локальная напряженность поля и наименьший

134