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图2 系统各阶段输出波形 |
2. 试品电容的放电
大容量容性试品被施加交流电时必需要在每个半波放电，传统的工频交流试验在试品和电源之间有很大的能量流动，这需要大型的变压器，调节器等。在超低频系统中，所需功率非常低，与50Hz系统相比，0.1Hz系统要小500倍。结果，这些能量在测试装置自身中进行交换便非常容易了。
本章论述的是一项用于试品放电的专利技术，它能确保高压输出是真正的正弦波。系统连续接入一系列阻性负载至输出回路对试品电容放电。正常情况下，应用电阻与电容并联使电容电压以指数曲线衰减。电阻的选择使电压经过RC混和放电回路降至标准正弦波下方。
因此，电阻接入回路时，系统高压变压器的正弦电压通过补偿放电电阻所需电流来保持正弦波型。最初的RC回路指数曲线衰减变化率很高，随着时间变低。最后来自高压变压器的电压达到与负载电压平衡。这时快速接入第二个放电电阻，减少RC时间常数按需要重复这一过程可保持输出电压的正弦波型。
图3说明了应用三个放电电阻接入输出回路的这一技术。第一个电阻与负载电容的指数衰减曲线表示为RC1。指数曲线与施加正弦波在一个相位的2.41弧度处，此时并入第二个电阻，衰减曲线表示为RC2，在相位约2.86弧度处，第三个电阻并入回路，指数曲线衰减表示为RC3。 |
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图3 负载放电特性 |
通过高压变压器的电源功率补偿需要的正弦波和指数衰减曲线之间的空间（能量差），在这个设计中一个重要的因素是可在负荷变化最大时，所需的时间常数基础上选择放电电阻。无论轻载或重载都能产生满意的波形，电阻的选择与负荷无关。
放电电阻的电流很低，功率损耗很容易解决。三个放电电阻完全满足40-60kV输出电压的要求。也可增加电阻的数量，应用相同的原理，用于90、120kV等更高电压等级的系统。
3. 频率
系统的工作频率可通过前面讨论过的技术，即调整图1中的T2获得。目前常用的是0.1Hz VLF试验，调整T2可得到0.05、0.02、0.01Hz等不同的工作频率，较低的频率可测试超长电缆。
三．0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备的特点及应用
如前所述，直流耐压试验不适用于聚乙烯、交联聚乙烯绝缘电缆，因为在直流电场下形成的空间电荷会保存在电缆绝缘层中，当试验完毕重新投入运行后，残存的空间电荷（电场）会与运行电压的电场叠加，对在实际上仍能运行的电缆造成击穿。交流工频耐压试验最为有效，但由于电力电缆的电容很大。需要大容量试验设备，设备笨重难以对聚乙烯/交联聚乙烯电缆进行预防性耐压试验（现场试验）。针对中压聚乙烯/交联聚乙烯电缆的现场耐压试验问题，在VLF正弦波理论研究、设备开发一直处于领先地位的美国高电压公司早在70年代就致力于此项技术的研究，0.1Hz超低频正弦波的耐压试验设备具有以下显著特点。正因为这些特点，使这一耐压试验设备得到广泛应用。
a) 0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备消耗功率小，是50Hz耐压试验设备的1/500。
b) 0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备的输出电压较高，已有250kV交流输出试验设备，用于更高等级电压系统。
c) 由于输入功率小，设备的尺寸和重量也小，均为两件或三件式便携设计。
d) 0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备可试验较长的电缆（电容较大），最大可达50微法的VLF试验设备，是国外同类产品的十倍。
e) 具有电容测试电路，可测量被测电缆电容，预计电缆长度。
除了这些特点以外，0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备的正弦输出，还可用于诊断测试，传统的现场测试只是看耐压通过不通过，现在更科学的方法是诊断测试——局放测试和介损测试，用于检测绝缘中的水树，全面地评价电缆的绝缘状况，正弦波可有效地用于局放测试和介损测试。该设备还具有快速降阻烧穿功能，自动限制烧弧电流，从而可用于快速定位和修复故障，成本效益显著。
VLF-90CMF是美国高电压公司最新推出的一款交流耐压试验设备，适用于中压等级10kV、35kV的XLPE、PE、EPR、PILC电缆及其连接头。该设备可连续输出0-90kV电压，可获得0.1、0.05、0.02Hz等不同频率的正弦波，波形与电容性负载无关，可以测试7500米长的电缆。两件套便携式设计既可以安装在电缆测试车上，也可配备手推车，方便移动。
主要技术参数如下：
输入：230V，50/60Hz，最大6A，平均2.5A
输出：正弦波，0-90kV交流峰值电压（0—63.6kV交流有效值电压），0.1Hz/0.05Hz/0.02Hz连续工作， 屏蔽输出电缆
测量：3.5”表，0-90kV峰值电压 ； 3.5”表，0-100mA峰值电流，0-6µF电容
负载：0.55 µF @0.1Hz
1.1 µF @0.05Hz
2.75 µF @0.02Hz
尺寸：（w长；h高；d宽）
控制器：635mm w × 406mm h × 330mm d
高压器：185mm w × 685mm h × 330mm d
重量：控制器：34kg
高压器：82kg
除90kV外，该公司还生产40kV、60kV、120 kV、180 kV、250kV等系列耐压试验设备，最大限度的满足了我国对此类产品的需求。对于我国10kV及以下的电缆，可选用40kV的耐压试验设备。
美国高电压公司的产品得到了世界许多国家的电力系统及企事业的公认，在我国本溪钢铁集团、凌原钢铁集团、咸阳机场供电站等单位应用，均显示了0.1Hz超低频正弦波耐压试验设备的优越性能。
四. 电力电缆耐压试验规范
在0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术得到广泛应用以后，为了规范对交联聚乙烯电缆、油浸纸电缆以及混合电缆的耐压试验方法，美国电子与电气工程师协会在2003年8月发布了最新IEEE P400.2/D1标准。
标准规定15-35kV电压等级的电缆在安装和验收试验时，试验电压应为3U0；对于5-8kV的电缆，试验电压应大于3U0；维修时的试验电压是验收试验电压的80%，如果进行多次循环试验，试验电压可再降低20%。表1列出了屏蔽电力电缆正弦波耐压试验的电缆额定电压。虽然只列出了5-35kV的电缆，但VLF仍可用于更高电压的电力电缆。表中给出的测试电压既可作为有效值，也可作为峰值，如果作为峰值使用，则测试时间需加倍。原因是有效值是峰值的0.707倍。 |
| 超低频正弦波测试电压1 |
| 电缆等级相对相 |
安装2相对地 |
验收2相对地 |
维护3相对地 |
| kV（有效值） |
kV（有效值） |
kV（有效值） |
kV（有效值） |
| 5 |
12 |
14 |
10 |
| 8 |
16 |
18 |
14 |
| 15 |
25 |
28 |
22 |
| 25 |
38 |
44 |
33 |
| 35 |
55 |
62 |
47 | |
1 选择有效值还是峰值取决于可能的机械损伤，如果此电压作为峰值，则测试时间加倍。
2 推荐的测试时间为15到60分钟。实际的测试时间要根据供应商、用户来定并且依赖于测试条件、电缆系统、安装条件、测试的频繁程度以及选择的测试方法。当测试被打断时，计时器归零重新测试。
3 推荐的维护测试时间为15分钟。VLF测试方法的频率范围为 0.01 Hz 到0.1 Hz。最为常用的为0.1Hz，其它可用的频率范围还可从0.0001 Hz 到0.1 Hz。如果频率低于0.1Hz，相应的测试时间加长。
测试要点
· 需要准备好线路图以便工作人员熟悉所测的电缆，断开连接点的位置，在哪更容易接近电缆或连接点以及所测电缆的结构类型。
· 在耐压试验中若发现故障，应进行故障定位。
· 在诊断测试中，若测试电缆严重老化，在测试结束之前就会引起击穿。
· 当VLF测试结束或中断时，试品应立即接地放电。
五．0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术在中国应用的探讨
0.1Hz超低频正弦波耐压试验技术经过近三十年的研究、发展和应用的检验，成为比较完善的一项耐压试验技术，它不仅对聚乙烯/交联聚乙烯电缆的耐压试验提供了一个可靠和有效的方法，而且也可用于油纸电缆的耐压试验。超低频系统的设计由一个便携的、轻巧的、经济的装置提供高压输出。该输出的波形是正弦波，这样可以使得它能够被运用到许多诊断技术中去，既能对电缆老化程度进行评估，又能发现电缆存在局部缺陷。所以0.1Hz超低频耐压试验技术已经在世界许多国家的电力系统及企业得到普遍应用。如：美国电子与电气工程师协会的IEEE标准、德国电工委员会制定的交联聚乙烯电缆0.1Hz耐压试验标准、华北电力集团公司的电缆试验标准也已经把0.1Hz超低频耐压试验列入试验标准。尤其美国高电压公司针对中国市场最新推出的一款90kV交流高压试验设备，填补了我国对35kV电缆无合适耐压试验设备的空白。在我国本钢、凌钢等率先应用的40kV耐压测试设备特点突出、运行稳定，受到业内人士的好评。
综上所述0.1Hz超低频正弦波的耐压试验技术在中国必然会成为普及推广的技术。
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