電線電纜電性能試驗方法局部放電試驗

1、中華人民共和國國家標準 電線電纜電性能試驗方法局部放電試驗 Test methods for determining electrical properties of electric cables and wiresPartial discharge testGBT 3048.121994代替 GB 3048.121983 國家技術(shù)監(jiān)督局1994-05-19批準 1995-01-01實施   本標準等效采用IEC 885-3(1988)整根擠包電纜局部放電試驗。 1 主題內(nèi)容與適用范圍  本標準規(guī)定了局部放電的試驗設(shè)備、試

2、樣制備、試驗步驟及注意事項。 本試驗方法適用于測量不同長度擠包絕緣電力電纜的局部放電，即在規(guī)定電壓下和給定靈敏度下測量電纜的放電量或檢驗放電量是否超過規(guī)定值。 電線電纜電性能試驗的一般要求、定義及試驗設(shè)備的定期校驗要求規(guī)定在GBT 3048.1中。 2 引用標準  GBT 3048.1 電線電纜電性能試驗方法 總則 3 試驗設(shè)備 3.1 試驗設(shè)備 由千伏安容量滿足被試電纜長度要求的高壓電源，高壓電壓表，測量回路，放電量校正器， 雙脈沖發(fā)生器等組成。如有必要，還包括終端阻抗或反射抑制器。試驗設(shè)備所有部件的噪聲水平應(yīng)足夠低，以得到所要求的靈敏度。 試驗電源的

3、頻率取接近正弦波形的工頻交流4961Hz。峰值與有效值之比等于2，誤差±7%。3.1.1 試驗回路和儀器 試驗回路包括試品，耦合電容器和測量回路。測量回路由測量阻抗(測量儀器的輸入阻抗和選定與電纜阻抗匹配的輸入單元)，連接導(dǎo)線和測量儀器等組成。測量儀器或檢測器包括合適的放大器，示波器，另外可根據(jù)需要增加儀器指示局部放電的存在并測出視在電荷。3.1.2 雙脈沖發(fā)生器 局部放電測試回路的特性需用雙脈沖發(fā)生器進行校核，雙脈沖應(yīng)與工頻同步，兩個結(jié)對且相等的脈沖，其間隔時間，應(yīng)從0.2到100s連續(xù)可調(diào)，脈沖的前沿(上升時間)應(yīng)不超過20ns，從10%波頭值到10%波尾值的時間應(yīng)不超過150n

4、s。3.1.3 終端阻抗(特性阻抗) 為了抑制電纜遠端(遠離檢測器的電纜終端)開路情況下的脈沖反射，可在遠端連接終端阻抗，其阻抗值應(yīng)與電纜試樣的特性阻抗值相等。3.1.4 反射抑制器 如試驗時無終端阻抗，為了避免脈沖迭加的影響，可采用反射抑制器，即一種電子開關(guān)，在大多數(shù)情況下，能閉鎖檢測器的輸入，隔斷電纜遠端開路情況下的反射脈沖，但是，當局部放電的部位處于遠端或其附近時則有些正迭加就難以避免。3.2 確定試驗回路的特性 試驗回路特性應(yīng)在使用條件下加以確定。確定試驗回路特性的常用試驗線路見圖1圖5。對電纜導(dǎo)體兩端(以及屏蔽兩端)連結(jié)一起時也可應(yīng)用類似的試驗線路。3.2.1 疊加性能 如果不采用終

5、端阻抗，就必須測定測試回路對行波疊加的性能，按圖6連接雙脈沖發(fā)生器，并標繪出雙脈沖曲線圖(見圖6，圖7圖9)。這種校核至少每年進行一次或在重要回路部件已修理調(diào)換過時要進行。3.2.2 終端阻抗 采用終端阻抗(見圖4)時，它對于被試電纜的適用性應(yīng)按第8章規(guī)定的方法加以證實。這種校核至少每年進行一次或提出要求時或重要的回路部件已修理調(diào)換過時要進行。3.2.3 反射抑制器 使用反射抑制器的目的是要獲得符合圖7的1型雙脈沖曲線圖，按照圖10，反射抑制器的效能至少每年校核一次和有要求時或重要的回路部件已修理調(diào)換過時要進行。3.2.4 電量校準 應(yīng)用“電荷變換”校準法進行電量校準，在此方法中，校準器直接跨

6、接在被試電纜一端的導(dǎo)體和金屬屏蔽層之間，然后將預(yù)定的電荷注入試品，要求注入電荷量能在示波器上產(chǎn)生的脈沖高度至少為10mm。一般情況下，在高壓試驗變壓器供電之前，應(yīng)把校準器取下，并不允許再調(diào)整放大器的放大倍數(shù)，在下述兩種情況下，則例外。 a.校準器的電容能夠在試驗電壓下工作并構(gòu)成了試驗回路之一部分。 b.采用二次校準線路，此時，校準器不受高電壓的影響，但是二次校準線路所產(chǎn)生的脈沖高度應(yīng)事先針對一次校準線路所產(chǎn)生的脈沖高度進行核對。 校準電量qcal(pC)等于校準脈沖幅值U(V)和校準器的電容Ccal (pF)的乘積。即：qcalCcal·U (1) 當校準時，測量儀器的標定系數(shù)k乘上

7、儀器的讀數(shù)，可得到輸入儀器的放電量數(shù)值，k值的穩(wěn)定性應(yīng)符合相應(yīng)標準規(guī)定的要求。3.2.5 靈敏度 a.試驗回路的靈敏度是指存在背景干擾條件下，儀器能檢出的最小放電量qmin(pC)，用下式表示：qmin2khn (2)式中 k標定系數(shù)，計算得出，pCmm； hn背景干擾偏轉(zhuǎn)值，mm。在示波器或微微庫表上讀出。 即為了得到明確的檢測結(jié)果，qmin在示波器上的顯示高度至少為視在背景干擾高度hn的二倍，如果采用指示儀表，則qmin的讀數(shù)也至少為噪聲讀數(shù)的二倍，但對于個別可明確識別為干擾脈沖者，則不計入背景干擾高度； b.靈敏度的具體數(shù)值選擇按不同型式電纜產(chǎn)品標準確定。 4 試樣制備

8、0; 作為型式試驗，在短電纜試樣上進行；作為例行試驗，在產(chǎn)品制造長度(長電纜試樣)上進行。 5 試驗步驟  試驗回路的選擇要根據(jù)雙脈沖圖看電纜試樣屬于短電纜情況(第5.1條)還是長電纜情況(第5.2第5.4條)。 試驗回路必須無放電以達到所需靈敏度。 標準不必在高壓施加時做。5.1 短電纜長度(包括型式試驗) a.要求 短電纜可認為與集中電容相似，對短電纜長度上的限制取決于所用的試驗回路，其實際數(shù)值可用第7章規(guī)定的雙脈沖曲線圖來決定，并定義為lk。一般選用圖1，2和3的試驗線路。 注：當電纜兩端連接在一起時，長度直至2lk也屬于短電纜。 b.靈敏度檢驗 校準器應(yīng)并聯(lián)于試樣遠

9、離測試儀器的一端，由注入校準電量qcal和對應(yīng)測出的偏轉(zhuǎn)值數(shù)a2，可計算出標定系數(shù)k2(pCmm)和靈敏度qmin(pC)。k2qcala2 (3)qmin2k2hn其中hn為背景干擾偏轉(zhuǎn)值(mm)。 c.試驗步驟 只需在試樣的一端進行測量，用測得的偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)(mm)計算出放電量q(pC)即qk2A (4) 試驗電壓在產(chǎn)品標準中規(guī)定。5.2 不接終端阻抗的長電纜試驗 a.要求 電纜長度超過lk時，仍有可能不用終端阻抗來進行試驗，條件是計入迭加和衰減現(xiàn)象，這時雙脈沖曲線圖或為1型曲線見圖7，或為2型和3型曲線見圖8和9，但此處樣品長度l應(yīng)小于2l1或大于2l2。 如果樣品長度范圍為2l1l2l2，

10、則要用其他試驗回路或按第5.3和5.4條規(guī)定試驗。 一般采用的試驗回路如圖1，2，3和5所示。 b.靈敏度檢驗 按圖1，2，3或5，校正器應(yīng)先后并聯(lián)連接到電纜的每一端，第一步接到遠端，第二步接到近端，以上二種情況，校準器的校準電量和放大器的放大倍數(shù)，均不應(yīng)變動，分別記錄下面數(shù)值。 a1：校準器接在近端所測得的偏轉(zhuǎn)值，mm； a2：校準器接在遠端所測得的偏轉(zhuǎn)值，mm。 由a1和校準電量qcal計算出標定系數(shù)k1(pCmm)：k1qcala1 (5) 由a1和a2計算出衰減修正系數(shù)F： 當a2a1時F1 當a2a1時 靈敏度 qmin2k1hnF (pC) c.試驗步驟 將耦合電容器的高壓端輪流接

11、到電纜的每一端測出二個偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)1和A2，用測得較高的數(shù)值A(chǔ)max來計算放電量q(pC)：qk1AmaxF (6) 測量Amax的試驗電壓在產(chǎn)品標準中規(guī)定。 只有當雙脈沖圖是1型(圖7)，且a2a1時，測一個電纜兩端連在一起時的A(mm)就足夠了，放電量：qk1A (7)5.3 接終端阻抗的長電纜試驗 a.要求 為消除長度大于lk的電纜中脈沖的疊加誤差，如圖4所示，可采用終端阻抗進行試驗。這種方法可用于所有檢測裝置和所有電纜長度上進行測量，條件是阻抗ZW應(yīng)符合第8章規(guī)定的要求，此時校準只需要確定衰減的影響，阻抗對被試電纜的適用性按第8章規(guī)定的方法驗證。 b.靈敏度檢驗 按照圖4，校準器應(yīng)先后并聯(lián)

12、連接到電纜的每一端，第一步接到遠端，第二步接到近端，以上二種情況，校準器的校準電量和放大器的放大倍數(shù)，均不應(yīng)變動，分別記錄下面數(shù)值： a1：校準器接在近端所測得的偏轉(zhuǎn)值，mm，若下面c ii條滿足則此點就可不測量。 a2：校準器接在遠端所測得的偏轉(zhuǎn)值，mm。 由a2和校準電量計算出標定系數(shù)k2(pCmm)和靈敏度qmin(pC)：k2qcala2 (8)qmin2k2hn c.試驗步驟 i 為盡量精確得出局部放電量，耦合電容器的高壓端應(yīng)輪流連接到電纜兩端進行測量，用測得的兩個偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)1和A2來計算放電量q(pC)： (9) ii 在放電量不超過規(guī)定值得到充分滿足的情況下，可把耦合電容器高壓端僅

13、與電纜一端連接做試驗。此時校準脈沖僅在接終端阻抗的電纜遠端注入(a2)，若已知標定系數(shù)k2(pCmm)，偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)1(mm)，可計算放電量q(pC)：qk2A1 (10) 測量A1，A2的試驗電壓在產(chǎn)品標準中規(guī)定。5.4 采用反射抑制器的長電纜試驗 反射抑制器的連接見圖5。 a.要求 使用了反射抑制器時，雙脈沖曲線圖應(yīng)符合第一種曲線，見圖7。 b.靈敏度的檢驗 與第5.2.b條相同。 c.試驗步驟 與第5.2.c條相同。5.5 施加電壓的步驟 無論是形式試驗或例行試驗，試驗電壓應(yīng)加在導(dǎo)電線芯和金屬屏蔽之間，電纜的試驗電壓由產(chǎn)品標準規(guī)定，進行局部放電測量時，電壓應(yīng)平穩(wěn)地升高到1.2倍試驗電壓，但時

14、間不得超過1min，此后，緩慢地下降到規(guī)定的試驗電壓，此時即可測量局部放電量，其合格指標應(yīng)在產(chǎn)品標準中規(guī)定。 6 注意事項  電纜終端的局部放電影響電纜本體局部放電測量精確度時，可采取任何適合方法加以消除。  圖1 輸入元件ZA與耦合電容器Ck串聯(lián)  圖2 輸入元件ZA與電纜Cx串聯(lián)  圖3 電橋線路  圖4 終端阻抗ZW的連接  圖5 反射抑制器RS的連接  圖6 雙脈沖發(fā)生器在圖1線路中的連接R1數(shù)值等于同軸信號電纜特性阻抗的匹配電阻；R2數(shù)值等于 (

15、R為5060，負載電阻)的匹配電阻  圖7 無負疊加的雙脈沖曲線圖(1型)  圖8 t1與t2間有負疊加的雙脈沖曲線圖，t2和t100器之間正疊加的影響在測量結(jié)果方面可忽略(2型)  圖9 t1與t2間有負的和正的疊加(3型)的雙脈沖曲線圖  圖10 在有反射抑制器的試驗回路中連接雙脈沖發(fā)生器  圖16和圖10中的符號說明： W工頻交流電源； V高壓電壓表； Z電感或濾波器； ZA測量阻抗； ZW終端阻抗； Cx電纜試樣； Ck耦合電容器； D檢測儀器； Ccal校準電容器； RS反射抑制器； I雙脈沖發(fā)

16、生器； M同軸信號電纜； R1、R2匹配電阻。 7 雙脈沖曲線圖繪制方法  雙脈沖發(fā)生器應(yīng)如圖6所示連接到測量回路的元件上。雙脈沖圖隨每個回路部件而變，應(yīng)精確獲得雙脈沖圖以用于高壓試驗，電力電纜以數(shù)值等于擠塑電纜最大特性阻抗值(R5060)的電阻代替。雙脈沖像校準脈沖一樣注入到圖1、2和3不同試驗回路中的相同位置。下列條件應(yīng)適用： a.雙脈沖發(fā)生器應(yīng)滿足3.1.2條要求，脈沖間隔應(yīng)用帶校準時基的外接示波器來確定，要求精度±3%或50ns取較大者?？傒敵鲎杩箲?yīng)在5060范圍，為此可能需外接串并聯(lián)電阻。 用下述方法可得到雙脈沖圖。 最簡單的方法是把雙脈沖發(fā)生器用不超過

17、3m的導(dǎo)線并接在高壓電容器Ck和測量阻抗ZA上。 對較長的連接線應(yīng)采用同軸電纜(圖6)，此時需二個附加電阻R1和R2以保證匹配系統(tǒng)阻抗在5060范圍。 b.電容器Ck和其他高壓部件以及它們的連接均應(yīng)與實際加高壓試驗時相同。 c.高壓試驗中的匹配單元或測量阻抗ZA可用作測取雙脈沖圖的元件。 d.檢測器D應(yīng)有增益調(diào)節(jié)以及頻率選擇。為了精確測量疊加畸變產(chǎn)生的脈沖幅值變化，檢測器D的輸出端應(yīng)外接示波器作顯示。 將雙脈沖發(fā)生器的時間間隔設(shè)定到100s，測出雙脈沖的偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)100，這代表無疊加的情況，隨后，時間間隔從100s到0.2s，測出不同時間間隔t時的最大偏轉(zhuǎn)值A(chǔ)t。特別注意發(fā)生正、負疊加的區(qū)域，畫

18、出AtA100t函數(shù)曲線，即得到雙脈沖圖。圖79為圖例。從圖中，在開始的正疊加部分定出AtA1001.4時的tk。定出t1和t2，在該區(qū)域AtA1001.0，為負疊加區(qū)域?？紤]到測量誤差，幅值最大至10%的負疊加區(qū)域可以忽略。 應(yīng)用公式l0.5·t·v計算，電纜長度lk，l1和l2就對應(yīng)于tk，t1和t2。式中v為平均傳播速度，對大多數(shù)擠塑電纜的典型值在150170ms范圍內(nèi)。測量傳播速度的方法可用一校準脈沖注入一根無終端阻抗的電纜，測出入射和反射脈沖的時延再按已知電纜長度求得。llk的電纜長度可視為短電纜，它由雙脈沖曲線定出，實際上lk可小于100m，也可大于1000m。在2l1和2l2之間的長度是禁區(qū)，對這種長度的電纜必須用終端阻抗法來試驗或改變試驗回路的參數(shù)條件(例如D，ZA，Ck)以變更l1和l2至較適宜的數(shù)值。另一辦法是將電纜兩端連在一起，使該長度相當于2lk。 8 終端阻抗的要求  終端阻抗ZW由RC或RLC元件構(gòu)成(見圖4)，其數(shù)值由經(jīng)驗公式計算確定。 a.RC元件 對檢測器的放大器截止頻率小于2MHz時電容器CW的數(shù)值(ZW的高壓隔離電容)可按下式計算： (11) 對檢測器的放大器截止頻率大于2MHz時： (12)式中 RW終端阻抗的電阻