Sélectionner un testeur VLF en fonction de la longueur et de la capacité du câble

Sélectionner un testeur VLF en fonction de la longueur et de la capacité du câble

La plupart des demandes de VLF commencent de la même manière : "J'ai besoin d'un appareil pour un câble de 15 kV." La classe de tension est la question facile, et ce n'est pas elle qui décide si le test sera effectué. Deux alimentations de 15 kV, l'une de 300 m de long et l'autre de six kilomètres de long, ne représentent pas le même test. Ce qui les différencie, c'est la capacité, et la capacité provient de la longueur.

Cet article expose la relation entre la longueur, la capacité et la charge qu'un appareil VLF doit supporter, traite deux exemples, puis aborde ce que les chiffres seuls ne vous diront pas. C'est une note de dimensionnement, pas un catalogue de produits.

La classe de tension vous indique jusqu'où la tension de test doit aller. La longueur vous indique la quantité de charge que l'appareil doit déplacer pour y parvenir, et donc le courant qu'il doit fournir à la fréquence choisie. Un appareil qui atteint 35 kV sur une ligne de 400 m peut être incapable d'atteindre la même tension sur cinq kilomètres du même câble, car la limite de courant est atteinte en premier.

C'est pourquoi deux instruments de même calibre de tension peuvent se comporter très différemment sur le terrain, et pourquoi la valeur de capacité est plus importante que la valeur en kilovolts sur la face avant.

Le dimensionnement a donc cinq entrées, pas une : la tension de test requise, la capacité de courant de sortie et de charge de l'appareil, les étapes de fréquence disponibles, la capacité réelle du câble et la procédure de test qui régit la tension, la durée et la fréquence. La longueur est l'entrée qui relie les deux dernières.

Pour une charge capacitive, le courant à la fréquence de test f est :

Où I est le courant, C est la capacité du câble sous test (toutes phases et accessoires inclus), U est la tension de test effectivement appliquée, et f est la fréquence de test. Utilisez des unités cohérentes : C en µF et U en kV donnent I en mA avec un multiplicateur de 2πf.

Le multiplicateur par fréquence est donc :

Quatre conditions s'appliquent à cette relation, et elles sont plus importantes que la formule elle-même :

• Régime permanent, sortie sinusoïdale. L'expression décrit le courant capacitif en régime permanent. Elle ne décrit pas la phase de montée, la décharge ou le comportement transitoire à la rupture.
• Capacité traitée comme constante. La capacité varie légèrement avec la tension et la température. À des fins de dimensionnement, la valeur de la fiche technique est suffisante ; pour un cas limite, elle ne l'est pas.
• Crête et RMS ne sont pas interchangeables. Les normes expriment généralement la tension de test en valeur RMS, tandis que les appareils VLF sont souvent calibrés en volts crête et en milliampères crête. La conversion entre les deux avec √2 n'est valable que pour une forme d'onde sinusoïdale. Les sorties VLF sont destinées à être quasi sinusoïdales, mais la conversion doit être confirmée par rapport à la spécification de l'appareil et à l'édition de la norme utilisée plutôt qu'assumée.

Ce dernier point cause plus d'erreurs de dimensionnement que tout autre. Un appareil "30 mA" et un test "42 kV RMS" ne deviennent comparables qu'après que les deux ont été exprimés de la même manière.

Capacité par phase du câble :

où c est la capacité par phase par kilomètre de la fiche technique du fabricant de câble, et L est la longueur du trajet. À titre de première estimation seulement, les câbles XLPE tombent couramment dans la plage de 0,2 à 0,35 µF/km par phase pour les constructions triphasées de 10 à 15 kV et de 0,15 à 0,25 µF/km par phase pour les constructions monophasées de 35 kV. Les constructions isolées au papier et gainées de plomb sont généralement plus élevées, bien que la différence dépende du câble individuel. Ces plages sont indicatives seulement : la construction, la taille du conducteur et l'épaisseur de l'isolant influencent la valeur, elles ne doivent donc pas être traitées comme des valeurs de conception. La fiche technique du câble réel fait foi.

Trois corrections sont oubliées en pratique :

• Phases parallèles. Trois phases testées ensemble transportent trois fois la capacité d'une phase et tirent trois fois le courant.
• Accessoires. Les jonctions, les terminaisons et les longues queues de câble de rechange enroulées à l'extrémité ajoutent de la capacité, et le câble de rechange est généralement l'élément que personne ne compte.
• La mesure bat l'estimation. Pendant le test, la tension et le courant sont affichés. C peut être calculé à rebours à partir de la même relation et conservé comme enregistrement. Sur quelques coupures, c'est plus fiable que n'importe quelle valeur générique par kilomètre, et cela rend la prochaine décision de dimensionnement triviale.

Les tensions de test ci-dessous sont des hypothèses utilisées pour rendre l'arithmétique visible. Ce ne sont pas des recommandations. Prenez la tension de test réelle, sa durée et la fréquence à laquelle elle s'applique à partir de l'édition de la norme ou de la spécification de l'utilitaire que vous suivez.

Exemple A — Câble de 10 kV, tension de test de 26 kV RMS, 0,1 Hz

À 26 kV RMS, la valeur crête correspondante est d'environ 36,8 kV, donc le courant par microfarad est d'environ 0,628 * 36,8 ≈ 23 mA.

Exemple B — Câble de 35 kV, tension de test de 42 kV RMS, 0,1 Hz

À 42 kV RMS, la crête est d'environ 59,4 kV, donnant environ 37 mA par microfarad.

Lu par rapport à un appareil calibré à 30 mA crête, le message pratique est concis : à 0,1 Hz, environ cinq kilomètres de câble de 10 kV ou quatre kilomètres de câble de 35 kV est là où la limite de courant arrive — et passer à 0,05 Hz divise le courant par deux, doublant la longueur atteignable.

C'est le cœur de la logique de dimensionnement : sur une charge capacitive, la plage de fréquences utilisable fait autant partie de la spécification que la classe de tension. La source haute tension ne grandit pas avec le câble — la fréquence diminue à la place, à condition que la procédure de test applicable le permette et que l'équipement le supporte.

Le dimensionnement est nécessaire et non suffisant. Cinq éléments se situent en dehors de la formule et décident régulièrement si un appareil est utilisable :

Poids et accès. Les appareils haute tension sont construits à partir de plus d'une unité. Un instrument de classe 80 kV peut arriver sous forme de deux boosters connectés en série plus un contrôleur séparé, tandis que les classes inférieures ne nécessitent qu'un seul booster. Si le câble se trouve dans une salle des disjoncteurs en sous-sol avec un escalier étroit, le plan de manutention est aussi important que les microfarads.

Alimentation sur le terrain. Ces appareils fonctionnent à partir d'une alimentation secteur monophasée d'environ 220 V à 50 Hz, avec des variantes de 110 V / 60 Hz disponibles. Sur un générateur, l'alimentation doit se situer dans les spécifications d'entrée de l'appareil et rester stable, car une alimentation instable affecte le processus de montée.

Très petits spécimens. Le problème inverse d'une longue ligne : en dessous d'une très petite capacité, la forme d'onde de sortie se détériore, et le remède habituel est un petit condensateur connecté en parallèle pour restaurer une onde propre. Les câbles courts d'usine et les courts enroulements de moteur sont les cas courants.

Durée du test et fenêtre de coupure. La durée et l'étape de tension sont définies par la procédure que vous suivez, pas par l'instrument. Confirmez les deux avant de réserver la coupure, car un test à 0,02 Hz sur une longue ligne occupe le circuit beaucoup plus longtemps que le même test à 0,1 Hz.

État du câble. Un câble humide, vieilli ou précédemment défaillant peut ne pas survivre à la tension de test du tout. Si le circuit a déjà défailli, la séquence commence généralement par la localisation de défaut avant le test de tenue. C'est une décision concernant l'actif, pas l'instrument, et elle appartient au plan de test avant que l'appareil ne soit commandé.

• 1.Listez chaque circuit sur le programme de test : classe de tension, construction, longueur du trajet, capacité par kilomètre, et si les phases seront testées ensemble ou séparément.
• 2.Convertissez chaque élément en capacité par phase, y compris les accessoires et tout câble de rechange.
• 3.Prenez la tension de test, la durée et la fréquence de la procédure applicable.
• 4.Calculez le courant à cette fréquence, dans les mêmes unités que la classification de l'appareil, et comparez-le au courant de sortie de l'appareil — pas seulement à une valeur de capacité de catalogue.
• 5.Vérifiez les contraintes physiques : nombre d'unités, poids, itinéraire d'accès, qualité de l'alimentation, et combien de temps le circuit sera hors service.

Si l'étape 4 dépasse la limite, vérifiez d'abord si votre procédure autorise une fréquence plus basse et si l'appareil supporte cette étape à la tension requise. La fréquence ne peut être réduite que lorsque la norme, la spécification ou les conditions de l'équipement le permettent ; sinon, un appareil avec une plus grande capacité de charge est la bonne réponse.

Classe de tension, construction du câble, longueur du trajet, capacité par phase, et la tension de test la plus élevée que vous avez l'intention d'appliquer. Quatre de ces cinq éléments se trouvent sur la fiche technique du câble ; le cinquième est dans votre procédure de test. Avec ces chiffres, un fournisseur peut confirmer la classe de tension, si un ou deux boosters sont nécessaires, et quelles étapes de fréquence couvriront l'ensemble du programme — au lieu de faire un devis basé sur la classe de tension en espérant que les lignes soient courtes.

La longueur du câble détermine la capacité, la capacité détermine le courant, et le courant à une fréquence donnée détermine si un appareil particulier peut effectuer le test. La classe de tension ne fait que fixer la cible. Une fois cet ordre clair, la plupart des désaccords de dimensionnement se résolvent d'eux-mêmes : la question n'est plus "combien de kilovolts" mais "combien de milliampères à quelle fréquence, sur quels circuits".

XZH TEST fabrique des appareils VLF AC hipot dans une gamme de tensions et de capacités de charge, y compris des configurations à fréquence fixe et à balayage de fréquence automatique, et peut confirmer une configuration par rapport à un programme de test spécifique. Si vous avez la liste des câbles, la capacité par phase et la tension de test, nous pouvons vérifier la compatibilité avant qu'une commande ne soit passée.