ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ

Высоковольтная установка для диагностики электрических кабелей
Полезная модель относится к электроэнергетике и позволяет проводить диагностику и испытания изоляции кабелей, в том числе из сшитого полиэтилена, повышенным напряжением без ее разрушения.
Известны следующие способы (методы) контроля электрической прочности изоляции:
- метод искусственного стимулирования пробоя при профилактических испытаниях электрооборудования постоянным и переменным напряжением частотой 50 Гц /Объем и нормы испытания электрооборудования, "Энергия", Москва, 1975/;
- метод измерений параметров вольт-амперных характеристик /SU 911345, G01R19/00, 1982 /;
- релаксационный метод контроля электрической прочности изоляции /В. М. Рожков "Справочник по импульсной технике, Киев, Техника, 1973/;
- метод высокочастотной дефектоскопии высоковольтной изоляции измерениями частичных разрядов;
- метод "косинусных прямоугольников" /Патент ФРГ N 0231459,  1986 года/ или испытание кабелей токами сверхнизкой частоты;
- метод диагностики анализом возвратного напряжения;
- объемный метод измерений емкости и тангенса угла диэлектрических потерь /Измерение диэлектрических потерь в изоляции высоковольтного оборудования, под рабочим напряжением, Ленинград, 1990/;
- метод анализа растворенных газов в масле;
- тепловизионный метод контроля физических параметров и т.д.
Несмотря на многообразие известных способов, существующие в настоящее время технические устройства для  эксплуатации, испытаний и диагностики не обеспечивают в достаточной мере своевременное выявление дефектов изоляции, развитие которых приводит к аварийным повреждениям электрооборудования.
Наиболее распространенным является метод искусственного стимулирования пробоя при профилактических испытаниях оборудования постоянным, переменным напряжением частотой 50 Гц или импульсным напряжением.
По этому методу предписанный Правилами техники эксплуатации контроль, например, силовых кабелей проводится испытательными установками АИ-70 или АИД-70 при выпрямленном 5-, 6-кратном от номинального (рабочего) напряжения.
Применение указанного оборудования для испытаний, особенно  кабелей с синтетической изоляцией,  приводит к увеличению затрат на ремонт в 1,5-2 раза по сравнению с положением, когда контроль вообще отсутствует и к тому же не дает гарантии надежности кабельных линий электропередач ввиду различия условий пробоя изоляции при воздействии испытательного постоянного и рабочего переменного напряжения.
Известна установка  VLF Test System /DE 0231459, 1986/, которая включает вращающиеся выпрямитель и опорный конденсатор, а также блок высокого напряжения со встроенным разрядным устройством и разделительным трансформатором, съемный блок управления и станковый барабан с кабелями высокого напряжения, сетевого питания и заземления. Установка позволяет за счет периодически повторяющейся при помощи вращающегося выпрямителя операции зарядки испытуемого кабеля и опорного конденсатора, перезарядки на другую полярность, дозарядки для компенсации потерь напряжения путем генерации "косинусно-прямоугольного" напряжения с продолжительностью периода 10 сек, осуществлять диагностику изоляции кабелей в соответствии со стандартом УДЕ 0276.
К недостаткам известной установки можно отнести значительную массу (порядка 150 кг) и громоздкость. Кроме того конструкция установки не позволяет  применить для диагностики состояния кабеля прогрессивный в настоящее время  метод частичных  разрядов.
Наиболее близкой к заявляемой установке по технической сути является  высоковольтная испытательная установка сверхнизкой частоты для диагностики кабеля из сшитого полиэтилена и содержащая генератор-источник напряжения сверхнизкой частоты. Генератор-источник выполнен в виде двух соединенных с выходами блока управления параллельных ветвей. Каждая из ветвей содержит широтно-импульсный модулятор, буферный усилитель, высокочастотный трансформатор, умножитель напряжения и суммирующий резистор. Причем одна ветвь содержит умножитель напряжения положительной полярности, а вторая - умножитель напряжения отрицательной полярности. Точка соединения двух суммирующих резисторов является выходом установки /RU 2392630, G01R31/14, 2010/. Данное техническое решение выбрано за прототип.
К недостаткам прототипа можно отнести увеличенные массогабаритные характеристики и конструктивную сложность. Указанные недостатки обусловлены наличием узла суммирования выходного напряжения. При этом умножители  должны быть рассчитаны, по крайней мере, на удвоенное напряжение по отношению к выходному, а потребляемая мощность из за потерь на резисторах  увеличивается как минимум вдвое. Для генераторов с выходным напряжением 60ч100кВ при стандартных технических требованиях к таким устройствам, подобная схема технически невыполнима.
Решаемая задача - создание высоковольтной установки для диагностики электрических кабелей, лишённой указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении массогабаритных характеристик установки при одновременном снижении  потребляемой ею мощности.
Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается высоковольтная установка для диагностики электрических кабелей, содержащая генератор сверхнизкой частоты, включающий два высоковольтных выпрямителя положительной и отрицательной полярности, каждый из которых подключён к управляемому источнику мощности. Отличительной особенностью предлагаемой установки является то, что генератор сверхнизкой  частоты дополнительно содержит два электронных ключа с обратным диодом. Вход одного из ключей соединён с выходом высоковольтного выпрямителя с положительной полярностью, а вход другого ключа соединен с выходом высоковольтного выпрямителя с отрицательной полярностью. Выходы указанных ключей соединены между собой и подключены к  выходу установки, к которому  присоединены также балластный конденсатор и датчик выходного напряжения. Кроме того,  выходы высоковольтных выпрямителей соединены между собой через балластный резистор и третий управляемый электронный высоковольтный ключ. Датчик выходного тока подключен к низкопотенциальному электроду выхода установки, а  датчики выходного напряжения и выходного тока соединены с блоком управления, который соединен с каждым из трех ключей и источником мощности.
Совокупность всех существенных признаков заявляемой установки позволяет одновременно снизить массогабаритные характеристики и потребляемую мощность, таким образом, достигается технический результат.
На прилагаемой иллюстрации представлена схема заявляемой установки, где 1 -  генератор сверхнизкой частоты, 2 - выпрямитель положительной полярности, 3 - выпрямитель отрицательной полярности, 4 и 5 управляемые источники мощности,  6 и 7 электронные ключи с обратным диодом, 8 - балластный конденсатор,  9 - датчик выходного напряжения, 10 - балластный резистор, 11 - третий управляемый электронный высоковольтный ключ, 12 - датчик выходного тока, 13 - блок управления.
Установка работает следующим образом. Выход генератора подключают к токоведущей жиле испытуемого кабеля, при этом на кабеле можно создать синусоидальное напряжение сверхнизкой частоты, косинусно-прямоугольное напряжение, постоянное напряжение обеих полярностей.
Этап 1.  Все ключи закрыты, источник мощности 4 через  высоковольтный выпрямитель положительной полярности 2 , диод электронного ключа 6   заряжает  нагрузку  по синусному закону.
Этап 2. Цепь разряда выходной ёмкости - открытый электронный ключ 7,  балластный резистор 10, электронный ключ 6, управляемый широтно-импульсной модуляцией, открытые диоды выпрямителя отрицательной полярности. Широтно-импульсная модуляция электронного ключа 6 позволяет получить спад выходного напряжения по синусному закону.
Этап 3.   Все электронные ключи закрыты, источник мощности 5 через высоковольтный выпрямитель 3 отрицательной  полярности,  через диод ключа 7 заряжает  нагрузку  по синусному закону
Этап 4.  Цепь разряда выходной ёмкости - открытый ключ 6, ключ 11,                                           управляемый широтно-импульсной модуляцией, балластный резистор 10, открытые диоды выпрямителя положительной полярности 2. Широтно-импульсная модуляция ключа 11 позволяет получить спад выходного напряжения по синусному закону.  Энергия выходной ёмкости в этапах 2 и 4 рассеивается на балластном резисторе 10. Балластный конденсатор 8 сглаживает выходное напряжение при работе на малоёмкостную нагрузку.
Блок  управления 13 через управление источником мощности 4, высоковольтными ключами 6, 7 и 11 по обратной связи от датчика выходного напряжения 9 в соответствии с заданием обеспечивает вид, частоту  и амплитуду выходного напряжения. Совместная обработка сигналов  датчика выходного напряжения и датчика тока позволяет определить параметры нагрузки: ёмкость, сопротивление утечки, тангенс угла диэлектрических потерь.