Зарубежными учеными Al-Ammar, Karady, Tuominen [6] было проведено экспериментальное исследование влияния поверхностного тока на старение подвесных полностью диэлектрических кабелей. Приведем далее описание проделанного эксперимента, чтобы вы убедились во всей серьезности этого исследования.
Кабели с внешней полиэтиленовой оболочкой испытывались на устойчивость к различным воздействиям: ультрафиолетовой радиации, солевого тумана, дождя и механического напряжения. ОК ADSS подвергались данным воздействиям в течение повторяющихся циклов, с целью имитации сезонных изменений климата.
Рис 9. Схема экспериментальной установки
На рис. 9 представлена принципиальная схема экспериментальной установки. Главные компоненты установки: высоковольтный источник питания, специальная камера искусственного климата (в камере создавалась атмосфера солевого тумана, дождя, ультрафиолетового излучения), испытательные образцы оптических кабелей, RC-компоненты, система загрязнения (окружающей среды), система регулирования тока.
Источник питания состоит из автотрансформатора X1, управляющего первичным напряжением высоковольтного преобразователя X2 повышающего Voc до 115 кВ. Стены камеры, имеющей размеры 4.9x1.2х1.2 м, построены из винила. На верхней части камеры для наблюдения всего процесса было сделано окно.
Рис. 10 – Фотография экспериментальной установки. Включены ультрафиолетовые лампы.
Пять групп ультрафиолетовых ламп, по четыре в каждой группе, были установлены на одной из стен камеры. С помощью специальных окон, не поглощающими ультрафиолетовый свет, лампы изолированы от систем имитации солевого тумана и влажной окружающей среды. Интенсивность излучения используемых ламп составляет около 2мВт на квадратный сантиметр поверхности кабелей, расположенных в центре камеры. Вытяжные вентиляторы около ламп поддерживают постоянную температуру.
Солевой туман – стандартизованный метод тестирования коррозионной стойкости различных защитных покрытий. В обычных условиях процесс коррозии довольно длительный. Этот метод позволяет провести ускоренные испытания стойкости покрытия. Имитация солевого тумана осуществлялась тремя форсунками (рис. 11), согласно стандарту IEEE (IEEE Standard Techniques for high voltage testing, Srd4), установленными на противоположной стене от ультрафиолетовых ламп. Для создания атмосферы солевого тумана потребовались 2 пластиковые емкости солёной воды общим объемом 1000 литров. Предыдущее исследования показали, что соленость воды выше 0.75% уже не влияет на результаты, поэтому соленость составляла 1%. Имитация дождя осуществлялась шестью водными форсунками (рис. 11), с углом распыления приблизительно 120 °.
Рис 11. Слева: форсунка для распыления воды (дождь), справа: форсунка солевого тумана
Для имитации растягивающей нагрузки образец кабеля в камере подвешивался на полимерных изоляторах на стороне, где располагался источник высоковольтного напряжения (сторона А). На другой стороне Б (стороне заземления) была смонтирована система зажима кабеля с регулировкой силы растяжения, посредством стяжного винта и гайки (рис. 12).
Рис.12а Подвесные полимерные изоляторы на стороне А
Рис.12б Система натяжения на стороне Б
В качестве испытательных образцов выступали полностью диэлектрические оптические кабели длиной 4.3 метра.
За 1 день проходили три восьмичасовых цикла работы различных систем (Таблица 1). Цикл начинается с включения на 2 часа УФ-ламп и системы солевого тумана. После получасового перерыва на 2 часа включается система дождя. Далее кабели сохнут на протяжении 30 минут. Заключительная стадия цикла – 3 часовая работа УФ ламп. При этом высокое напряжение прикладывается к образцам кабелей в течение всего цикла.
Таблица 2.
С целью фиксации процесса разрушения/старения оболочек кабелей, регулярно выполнялось измерение их сопротивления.
Сначала в камере исследовались два кабеля: один находится под напряжением, а другой нет, но оба подвергаются воздействию УФ-излучения, солевого тумана, дождя и механических напряжений. Для кабеля под напряжением 25 кВ с помощью регулируемого контура RC имитировалось сильное загрязнение оболочки (при значениях сопротивления R=4.2 МОм и емкости C=650 пФ коэффициент загрязнения составляет Pi = 5). Коэффициент загрязнения соответствует значению степени сопротивления оболочки ADSS кабеля на 1 м. Например сопротивление оболочки 10 в 8 степени Ом/м соответствует Pi = 8. Разрушение оболочки данного кабеля началось после 125 циклов. Через 125 циклов значение сопротивления уменьшилось до 10 в 6 степени Ом/м (Рі = 6). Визуальный контроль кабеля и измерение силы тока позволяли судить о величине сухополосных разрядов. На рис. 13 приведена фотография повреждения ОК, которое произошло в середине отрезка кабеля – такое расплавление характерно для полиэтилена под действием электоровольтовой дуги.
Рис. 13 Повреждения оболочки испытуемого ОК ADSS
Рис.14 Сила тока на поверхности кабеля (скачки соответствуют возникновению разрядов)
Испорченный кабель заменили, и изменили коэффициент загрязнения на Pi = 7.0 (R=42 MОм и C=65 пФ), для моделирования небольшого загрязнения оболочки кабеля. При таких параметрах кабель продержался без ощутимых разрушений оболочки 285 циклов. Считалось, что эксперимент можно завершать после 300 циклов, предполагая, что, если по истечении этого срока повреждение не произошло, то его уже и не будет. В результате, в точке 300 цикла можно сравнить целостность трех кабелей ADSS с полиэтиленовой оболочкой:
· Кабель под напряжением, оболочка сильно загрязнена.
· Кабель под напряжением, оболочка мало загрязнена.
· Кабель не под напряжением.
Все кабели исследовались при одинаковых воздействиях УФ излучения, дождя и солевого тумана.
Рис. 15 наглядно демонстрирует результаты эксперимента. После 125 циклов на сильно загрязненном кабеле ток увеличился почти до 1 мА.
Рис. 15
Чрезвычайно трудно определить и проверить коэффициент ускоренного старения для любых тестов на ускоренное старение. Однако можно считать, что один месяц пребывания кабеля в используемой камере эквивалентен 17 месяцам (1.4 года) в полевых условиях. Таким образом, у кабеля с сильным загрязнением началось разрушение оболочки через 265.6 дней, а мало загрязненный кабель пережил 605.6 дней. Кабель ADSS без воздействия напряжения продержался 860.6 дней.
Несмотря на то, что поверхностный наведенный ток играет значительную роль при сильном загрязнении оболочки оптического кабеля ADSS, еще нельзя точно утверждать, что электротермическая деградация всегда более разрушительна для оболочки, нежели воздействие других естественных факторов, включая ультрафиолетовую радиацию.