В настоящее время отмечается все более широкое использование в сетях напряжением 6–35 кВ кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Обладая рядом неоспоримых преимуществ перед кабелями с бумажно-масляной изоляцией, тем не менее, кабели с полиэтиленовой изоляцией не исключают необходимости диагностики ее состояния. Причем, опираясь на современные тенденции в области средств неразрушающего контроля изоляции, целесообразно проведение таких методов испытаний, которые не приводят к пробою изоляции и не требуют выполнения экстренных ремонтных работ на кабельной линии. К таким методам следует отнести спектроскопию изоляции в области низких частот при напряжении, не превышающем рабочее напряжение кабеля.
Исследования, проведенные в Стокгольмском Королевском Техническом Институте (Швеция) [1] позволили определить основную концепцию метода низкочастотной спектроскопии и установить зависимость между электрической прочностью изоляции кабеля и его откликом на тестовое воздействие напряжением низкий частоты. Общеизвестно, что основным видом дефекта полиэтиленовой изоляции являются так называемые «водные деревья», образующиеся в изоляции кабеля из-за проникновения влаги в микроскопические трещины в толще полиэтилена (рис. 1). Воздействие электрического поля приводит к постепенному росту «водного дерева» вплоть до наступления пробоя изоляции [2]. Причем развитие дефекта неизбежно, процесс носит необратимый характер. С целью установления корреляции между видом характеристик диэлектрических потерь (мнимая составляющая комплексной диэлектрической проницаемости ε’’) и емкости (действительная составляющая комплексной диэлектрической проницаемости ε’) с концентрацией и размерами «водных деревьев», а также с напряжением пробоя изоляции кабеля были проведены исследования более чем трехсот образцов кабелей с различной степенью дефектности изоляции.
В качестве тестового воздействия использовалось синусоидальное напряжение различной частоты и амплитуды. Основной объем измерений проводился в частотном диапазоне 0,1–1 Гц. При этом напряжение изменялось от 0,5·Uраб до Uраб. Результаты измерений представлялись в виде зависимостей ε’’ и Δε’ = ε’ – const от частоты для разных измерительных напряжений (рис. 2). После проведения измерений проводились высоковольтные испытания исследуемых образцов с поднятием напряжения вплоть до наступления пробоя, а также визуальный осмотр изоляции кабеля путем разрезания участка кабеля на диски толщиной 0,25 мм с подсчетом количества и глубины проникновения «водных деревьев».