交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最严格、最有效和最直接的试验方法,它对判断电气设备能否继续投入运行具有决定性的意义,也是保证设备绝缘水平,避免发生绝缘事故的重要手段。根据国内外交流耐压试验的经验,IEC和CIGRE推荐了XLPE电力电缆进行交流耐压试验的试验标准:
交流耐压试验标准
试验电压与k值
1)调感型串联谐振耐压试验方法
调感式串联谐振耐压试验方法是在50Hz工频电压的基础上,通过调节可调电抗器使电路呈纯阻性产生谐振的原理进行耐压试验。多节电抗器可以并联也可以串联使用,满足不同电压和电流等级下谐振的需求。但是调感式串联谐振耐压方法具有很大的局限性,虽然理论上电抗器可以实现容量和体积的无限制放大,但是目前的工艺并不能满足这一点,所以调感式串联谐振耐压试验不能够完成现有公里级别的XLPE电缆的耐压试验要求。
2)固定电感并联工频谐振变压器试验方法
这种方法采用可调电感的工频谐振变压器配合固定电抗器进行谐振耐压试验,也属于固感式串联谐振耐压试验。典型接线图如下图所示:
固定电感并联工频谐振变压器接线图
3)调频式串联谐振耐压试验方法
调频式串联谐振方法是利用RLC串联谐振电路发生谐振的时候可以在试品电缆上产生高于输入电压Q倍电压的原理来进行交流耐压试验的。调频式串联谐振装置原理图如图所示。
调频式串联谐振耐压试验装置示意图
根据RLC串联谐振的原理,当RLC串联电路发生谐振的时候,整个电路呈现纯阻性的状态,并且阻值到达最小值,此时电路的容性阻抗和感性阻抗相等,电源提供的有功功率全部消耗在回路电阻上,试品电缆中的电场能量与高压电抗器中的电磁场能量互相补充。谐振回路中的无功功率全部由高压电抗器提供。此时,高压电抗器上的电压降和试品电缆上的电压降数值大小相等,相位相反。所以当回路中的电抗器和试品电缆确定以后,只需要调节回路中的电源频率就可以很容易的产生谐振。
RLC串联回路原理图
电阻、高压电抗器、电缆上的电压分别为:
其中Q称为串联谐振电路的品质因数,其数值等于谐振时感抗或者容抗与电阻的比值:
由上述分析可知,当RLC串联电路发生谐振时,电路消耗的有功功率仅仅为回路总电阻上的功耗,所以试验装置电源仅需要提供很小的电压就可以在试品电缆上得到Q倍于输入电压的电压值,Q值可达20-80。可以极大的降低试验电源的容量,便于工业领域的实现。