Auswahl eines VLF-Prüfgeräts basierend auf Kabellänge und Kapazität

Auswahl eines VLF-Testers basierend auf Kabellänge und Kapazität

Die meisten VLF-Anfragen beginnen auf die gleiche Weise: "Ich brauche ein Set für 15 kV Kabel." Die Spannungsklasse ist die einfache Frage, und sie entscheidet nicht darüber, ob der Test durchgeführt wird. Zwei 15-kV-Speisungen, eine 300 m lange und eine sechs Kilometer lange, sind kein gleicher Test. Was sie trennt, ist die Kapazität, und die Kapazität erhält man aus der Länge.

Dieser Artikel beschreibt die Beziehung zwischen Länge, Kapazität und der Last, die ein VLF-Set tragen muss, arbeitet zwei Beispiele durch und behandelt dann, was die Zahlen allein nicht verraten. Es ist ein Sizing-Hinweis, kein Produktkatalog.

Die Spannungsklasse gibt an, wie hoch die Prüfspannung sein muss. Die Länge gibt an, wie viel Ladung das Set bewegen muss, um dorthin zu gelangen, und damit, wie viel Strom es bei der gewählten Frequenz liefern muss. Ein Set, das bei einem 400-m-Kabel 35 kV erreicht, kann bei fünf Kilometern desselben Kabels möglicherweise nicht die gleiche Spannung erreichen, da zuerst die Stromgrenze erreicht wird.

Deshalb verhalten sich zwei Geräte mit der gleichen Spannungsbewertung im Feld sehr unterschiedlich, und deshalb ist die Kapazitätsangabe wichtiger als die Kilovolt-Angabe auf dem Frontpanel.

Die Dimensionierung hat daher fünf Eingänge, nicht einen: die erforderliche Prüfspannung, die Ausgangsstrom- und Lastfähigkeit des Sets, die verfügbaren Frequenzschritte, die tatsächliche Kapazität des Kabels und das Prüfverfahren, das Spannung, Dauer und Frequenz regelt. Die Länge ist der Eingang, der die letzten beiden zusammenfasst.

Für eine kapazitive Last ist der Strom bei der Prüffrequenz f:

Wobei I der Strom, C die Kapazität des zu prüfenden Kabels (alle Phasen und Zubehörteile eingeschlossen), U die tatsächlich angelegte Prüfspannung und f die Prüffrequenz ist. Verwenden Sie konsistente Einheiten: C in µF und U in kV ergeben I in mA mit einem Multiplikator von 2πf.

Der Multiplikator pro Frequenz ist daher:

Vier Bedingungen gelten für diese Beziehung, und sie sind wichtiger als die Formel selbst:

• Stetiger Zustand, sinusförmige Ausgabe. Der Ausdruck beschreibt den kapazitiven Strom im eingeschwungenen Zustand. Er beschreibt nicht die Anstiegsphase, die Entladung oder das transiente Verhalten beim Durchschlag.
• Kapazität als konstant behandelt. Die Kapazität variiert leicht mit Spannung und Temperatur. Für Dimensionierungszwecke ist der Wert des Datenblatts ausreichend; für einen Grenzwertfall ist er es nicht.
• Spitzen- und Effektivwerte sind nicht austauschbar. Standards geben die Prüfspannung normalerweise als Effektivwert an, während VLF-Sets häufig in Spitzenvolt und Spitzenmilliampere angegeben werden. Die Umrechnung zwischen ihnen mit √2 ist nur für eine sinusförmige Wellenform gültig. VLF-Ausgänge sind dazu bestimmt, nahezu sinusförmig zu sein, aber die Umrechnung sollte gegen die eigene Spezifikation des Sets und die verwendete Normenausgabe geprüft werden, anstatt angenommen zu werden.

Dieser letzte Punkt verursacht mehr Dimensionierungsfehler als jeder andere. Ein "30 mA"-Set und ein "42 kV RMS"-Test werden erst vergleichbar, nachdem beide auf die gleiche Weise ausgedrückt wurden.

Kabelkapazität pro Phase ist:

wobei c die Kapazität pro Phase pro Kilometer aus dem Datenblatt des Kabelherstellers ist und L die Streckenlänge. Als erste Schätzung fallen XLPE-Kabel üblicherweise in den Bereich von 0,2-0,35 µF/km pro Phase für 10-15 kV Dreikernkonstruktionen und 0,15-0,25 µF/km pro Phase für 35 kV Einkernkonstruktionen. Papierisolierte Bleimantelkonstruktionen sind im Allgemeinen höher, obwohl der Unterschied vom einzelnen Kabel abhängt. Diese Bereiche sind nur indikativ: Konstruktion, Leitergröße und Isolationsdicke beeinflussen den Wert, daher sollten sie nicht als Konstruktionswerte behandelt werden. Das Datenblatt des tatsächlichen Kabels ist maßgebend.

Drei Korrekturen werden in der Praxis vergessen:

• Parallele Phasen. Drei zusammen geprüfte Phasen tragen dreimal die Kapazität einer Phase und ziehen dreimal den Strom.
• Zubehör. Muffen, Endverschlüsse und lange Enden von Reservekabeln, die am Ende aufgerollt sind, fügen Kapazität hinzu, und das Reservekabel ist normalerweise der Punkt, den niemand zählt.
• Messung schlägt Schätzung. Während des Tests werden Spannung und Strom angezeigt. C kann aus der gleichen Beziehung zurückgerechnet und als Aufzeichnung aufbewahrt werden. Über einige Ausfälle hinweg ist dies zuverlässiger als jeder generische Pro-Kilometer-Wert, und es macht die nächste Dimensionierungsentscheidung trivial.

Die unten angegebenen Prüfspannungen sind Annahmen, die zur Veranschaulichung der Arithmetik verwendet werden. Sie sind keine Empfehlungen. Nehmen Sie die tatsächliche Prüfspannung, ihre Dauer und die Frequenz, bei der sie angewendet wird, aus der geltenden Norm oder der Spezifikation, nach der Sie arbeiten.

Beispiel A – 10 kV Kabel, 26 kV RMS Prüfspannung, 0,1 Hz

Bei 26 kV RMS beträgt der entsprechende Spitzenwert etwa 36,8 kV, sodass der Strom pro Mikrofarad ungefähr 0,628 * 36,8 ≈ 23 mA beträgt.

Beispiel B – 35 kV Kabel, 42 kV RMS Prüfspannung, 0,1 Hz

Bei 42 kV RMS beträgt der Spitzenwert etwa 59,4 kV, was ungefähr 37 mA pro Mikrofarad ergibt.

Gelesen im Vergleich zu einem Set mit 30 mA Spitzenleistung ist die praktische Botschaft kompakt: Bei 0,1 Hz ist etwa fünf Kilometer 10-kV-Kabel oder vier Kilometer 35-kV-Kabel die Grenze des Stroms – und der Wechsel zu 0,05 Hz halbiert den Strom und verdoppelt die erreichbare Länge.

Das ist der Kern der Sizing-Logik: Bei einer kapazitiven Last ist der nutzbare Frequenzbereich ebenso Teil der Spezifikation wie die Spannungsbewertung. Die Hochspannungsquelle wächst nicht mit dem Kabel – stattdessen sinkt die Frequenz, vorausgesetzt, das anwendbare Prüfverfahren erlaubt es und die Ausrüstung unterstützt es.

Die Dimensionierung ist notwendig und nicht ausreichend. Fünf Dinge liegen außerhalb der Formel und entscheiden regelmäßig darüber, ob ein Set verwendbar ist:

Gewicht und Zugang. Höher bewertete Sets bestehen aus mehr als einer Einheit. Ein Instrument der 80-kV-Klasse kann als zwei in Reihe geschaltete Booster plus ein separater Controller geliefert werden, während niedrigere Bewertungen nur einen Booster benötigen. Wenn sich das Kabel in einem Kellerumspannraum mit einer engen Treppe befindet, ist der Handhabungsplan ebenso wichtig wie die Mikrofarad.

Feldversorgung. Diese Sets laufen von einer einphasigen Netzversorgung von etwa 220 V bei 50 Hz, mit 110 V / 60 Hz Varianten erhältlich. An einem Generator muss die Versorgung innerhalb der Eingabespezifikation des Sets liegen und stabil bleiben, da eine instabile Versorgung den Boost-Prozess beeinflusst.

Sehr kleine Exemplare. Das gegenteilige Problem zu einem langen Kabel: Unterhalb einer sehr kleinen Kapazität verschlechtert sich die Ausgangswellenform, und die übliche Abhilfe ist ein kleiner Kondensator, der parallel geschaltet wird, um eine saubere Welle wiederherzustellen. Kurze Werksleitungen und kurze Motorwicklungen sind die häufigsten Fälle.

Prüfdauer und das Ausfallzeitfenster. Dauer und Spannungsstufe werden durch das von Ihnen befolgte Verfahren bestimmt, nicht durch das Instrument. Bestätigen Sie beides, bevor Sie die Ausfallzeit buchen, da ein 0,02-Hz-Test an einem langen Kabel den Stromkreis weitaus länger belegt als der gleiche Test bei 0,1 Hz.

Zustand des Kabels. Ein nasses, gealtertes oder zuvor fehlerhaftes Kabel übersteht die Prüfspannung möglicherweise überhaupt nicht. Wenn der Stromkreis bereits einen Fehler hatte, beginnt die Sequenz normalerweise mit Fehlerortung vor dem Spannungsfestigkeitstest. Das ist eine Entscheidung über das Vermögenswert, nicht über das Instrument, und gehört in den Testplan, bevor das Set bestellt wird.

• 1.Listen Sie jeden Stromkreis im Testplan auf: Spannungsklasse, Konstruktion, Streckenlänge, Kapazität pro Kilometer und ob die Phasen zusammen oder getrennt geprüft werden.
• 2.Wandeln Sie jeden in Kapazität pro Phase um, einschließlich Zubehör und eventuellem Reservekabel.
• 3.Nehmen Sie die Prüfspannung, Dauer und Frequenz aus dem geltenden Verfahren.
• 4.Berechnen Sie den Strom bei dieser Frequenz in den gleichen Einheiten wie die Nennleistung des Sets und vergleichen Sie ihn mit dem Ausgangsstrom des Sets – nicht nur mit einer Katalog-Kapazitätsangabe.
• 5.Prüfen Sie die physikalischen Einschränkungen: Anzahl der Einheiten, Gewicht, Zugangsweg, Versorgungsqualität und wie lange der Stromkreis außer Betrieb sein wird.

Wenn Schritt 4 Sie über das Limit bringt, prüfen Sie zuerst, ob Ihr Verfahren eine niedrigere Frequenzstufe zulässt und ob das Set diese Stufe bei der erforderlichen Spannung unterstützt. Die Frequenz darf nur reduziert werden, wo die Norm, die Spezifikation oder die Ausstatungsbedingungen dies zulassen; andernfalls ist ein Set mit größerer Lastfähigkeit die richtige Antwort.

Spannungsklasse, Kabelkonstruktion, Streckenlänge, Kapazität pro Phase und die höchste Prüfspannung, die Sie anzuwenden beabsichtigen. Vier dieser fünf Angaben stehen im Datenblatt des Kabels; die fünfte ist in Ihrem Prüfverfahren. Mit diesen Zahlen kann ein Lieferant die Spannungsbewertung bestätigen, ob ein oder zwei Booster benötigt werden und welche Frequenzschritte den gesamten Zeitplan abdecken – anstatt nur nach Spannungsklasse zu zitieren und zu hoffen, dass die Kabel kurz sind.

Die Kabellänge bestimmt die Kapazität, die Kapazität bestimmt den Strom, und der Strom bei einer gegebenen Frequenz bestimmt, ob ein bestimmtes Set den Test abschließen kann. Die Spannungsklasse setzt nur das Ziel. Sobald diese Reihenfolge klar ist, lösen sich die meisten Dimensionierungsstreitigkeiten von selbst: Die Frage ist nicht mehr "wie viele Kilovolt", sondern "wie viele Milliampere bei welcher Frequenz, auf welchen Stromkreisen".

XZH TEST baut VLF AC Hipot-Sets in verschiedenen Spannungs- und Lastklassen, einschließlich Konfigurationen mit fester Frequenz und automatischen Frequenz-Sweep-Konfigurationen, und kann eine Konfiguration bestätigen für einen bestimmten Testplan. Wenn Sie die Kabeliste, die Kapazität pro Phase und die Prüfspannung haben, können wir die Passform prüfen, bevor eine Bestellung aufgegeben wird.