Определение мест повреждений кабельных линий

В условиях эксплуатации кабельных линий возможны следующие повреждения:

- замыкания между собой двух или трех жил без замыкания или с замыканием их на землю (оболочку);

- замыкание одной жилы на землю;

- разрыв одной или нескольких жил без замыкания на землю;

- разрыв одной или нескольких жил без замыкания или с замыканием на землю.

Возможны также повреждения типа заплывающего пробоя, при котором кабель ведет себя как неповрежденный, но пробивается при повторном приложении к нему высокого напряжения. Заплывающий пробой характерен при повреждениях в соединительных муфтах.

При заплывающих пробоях, как правило, сопротивление в месте пробоя велико, поэтому приходится дополнительно прожигать кабель с помощью мощного источника выпрямленного напряжения (на газотронах или кремниевых вентилях) или рабочим напряжением промышленной частоты. Прожигание ведут в один или несколько приемов до снижения переходного сопротивления в месте повреждения до нескольких сотен Ом.

Методы и устройства для определения места повреждения в кабелях можно разделить на два вида: относительные и абсолютные.

При относительном методе все результаты замеров параметров кабельной линии позволяют определить только зону повреждения (участок линии), а при абсолютном методе определяют точное место повреждения.

К относительным методам относят: импульсный, петлевой, колебательного разряда и емкостный, а к абсолютным - индукционный и акустический.

Импульсный метод основан на измерении времени пробега кратковременного импульса посылаемого в поврежденную линию от места измерения до места повреждения (где импульс отражается) и обратно.

Если принять - скорость распространения электрического импульса в линии; - время пробега импульса до точки отражения и обратно, то расстояние до точки, где имеет место отражение, определится из соотношения:

где - расстояние до места повреждения, м;

- время пробега импульса, мкс;

- скорость пробега м/мкс.

Опытные измерения различных кабельных линий показали, что скорость распространения импульса по кабелю примерно равна 160 м/мкс. В этом случае

Приборы импульсного метода выпускаются нескольких типов: ИКЛ-5, Р5-1А, Р5-5 и др. Все эти приборы имеют электроннолучевую трубку, на экране которой можно проследить за прохождением импульса, а также увидеть линию масштабных отметок времени для отсчета расстояний, рис 24.

Рисунок 24 - Изображение импульсов на экране прибора ИКЛ-5: а - при измерении на линии, имеющей короткое замыкание жил кабеля; б - при обрыве жилы в муфте; 1 -линия импульса, 2 - сетка, 3 - линия отметок

Полярность отраженного сигнала показывает характер изменения волнового сопротивления в месте отражения. При обрыве кабельной линии или прохождении сигнала до ее конца волновое сопротивление увеличивается и выброс отраженного сигнала на экране происходит вверх (24 б), а выброс вниз означает наличие короткого замыкания или замыкания одной жилы на оболочку (24 а); при этом волновое сопротивление уменьшается. Расстояние до места повреждения определяется отсчетом числа масштабных отметок и умножения на цену деления каждой отметки, м. Например, по рис. 24 а, число отметок между началами зондирующего и отраженного импульса равно 2,8, следовательно, место повреждения находится на расстоянии = 160·2,8=448 м. При пользовании приборами, основанными на этом методе, достаточно проводить измерение с одного конца поврежденной линии. Однако достоверные результаты могут быть получены только в случае чистого обрыва жил и при коротких замыканиях, если переходное сопротивление невелико (менее 100 Ом).

Рисунок 25 - Схема для определения места повреждения кабеля петлевым методом

Петлевой метод. Метод применяется для определения расстояния до места замыкания жилы на оболочку в силовых кабельных линиях при наличии одной неповрежденной жилы. Данный метод может применяться при значении переходного сопротивления в месте повреждения до 5 КОм. При необходимости снижения величины переходного сопротивления изоляцию кабеля дожигают. Метод основан на принципе измерительного моста постоянного тока, рис. 25. Определяется соотношение сопротивлений поврежденной и неповрежденной жил относительно точки замыкания. При измерении поврежденная и неповрежденная жилы соединяются на противоположном конце кабеля перемычкой сечением не менее 50 мм². Плечи измерительного моста образуются регулируемыми комбинированными сопротивлениями и , сопротивлениями жил и , соответственно, пропорциональных длинам кабеля и . Регулируя сопротивления и , устанавливают стрелку гальванометра в нулевое положение, что соответствует равновесию плеч моста.

Поскольку сопротивление жилы прямо пропорционально ее длине, из получаемого соотношения можно определить расстояние до места повреждения:

где и сопротивления моста, подключенные к соответственно поврежденной и неповрежденной жилам.

После определения расстояния следует поменять местами концы проводов, идущие к кабелю и произвести новое измерение, при этом будет найдено расстояние . Если результаты обоих измерений в сумме заметно отличаются от двойной длины кабеля, то измерения произведены неточно и их надо повторить, предварительно проверив все контакты в схеме.

Для повышения точности определение расстояния до места повреждения рекомендуется производить с обоих концов кабельной линии. При правильно произведенных измерениях соблюдается условие

где индексы один штрих и два штриха соответствуют измерениям для одного и второго конца линий. Точность измерения петлевым методом в основном зависит от погрешности самого измерения, чувствительности моста и от погрешностей фактического определения длины по трассе кабеля и различного сечения участков.

При использовании серийной аппаратуры точность измерения петлевым методом может быть доведена до 0,1...0,3 %.

Метод колебательного разряда. Метод применяется для определения расстояния до места повреждения в силовых кабельных линиях при замыканиях, носящих характер «заплывающего» пробоя. Сущность метода заключается в измерении периода (полупериода) свободных колебаний, возникающих в заряженной кабельной линии при пробое изоляции в месте повреждения.

Свободные колебания обусловлены малым переходным сопротивлением в месте повреждения в момент разряда и характеризуются периодическим распространением электромагнитной волны от места повреждения до конца линии и обратно с постепенным затуханием процесса. Поскольку скорость распространения начальных точек фронта волны для силовых кабельных линий практически постоянная (160±1 м/мкс), то по времени периода (полупериода) свободных колебаний можно определить расстояние до места повреждения. Характер изменения напряжения колебательного процесса при пробое заряженного кабеля показан на рис. 26.

Рисунок 26 - Напряжение колебательного процесса при пробое заряженного кабеля на однородной линии

За один период свободных колебаний волна 4 раза проходит расстояние от места повреждения до конца кабеля, тогда

где - расстояние от места измерения до места повреждения кабеля;

- скорость распространения электромагнитной волны;

- период колебаний.

Измерение периода свободных колебаний определяется по изменению напряжения на конце кабеля с помощью осциллографа или электронного микросекундомера. С целью повышения точности измерения в расчет берется время только первого полупериода колебаний, имеющего наименьшее искажение.

При измерении на жилу кабеля подается высокое напряжение отрицательной полярности. В момент пробоя в месте повреждения возникает равная по значению волна напряжения положительной полярности (напряжение в месте повреждения в момент пробоя равно нулю), которая распространяется к концам кабеля. Через после пробоя волна приходит к концу кабеля и напряжение на выводах становится положительным (рис. 26).

Сама волна, отражаясь от конца кабеля (без изменения знака), уходит обратно к месту повреждения. Через после пробоя волна отражается с переменой знака (становится отрицательной) и уходит вновь к концу кабеля. К моменту времени волна подходит к концу кабеля и напряжения на жилах становится отрицательным. Ко времени волна возвращается к месту повреждения и первый период колебаний заканчивается.

В соответствии в изложенным время двойного пробега волны и первый полупериод колебательного процесса (рис. 26) можно определить по изменению полярности напряжения на измеряемом конце кабеля. При, отрицательное напряжение меняется на положительное, при положительное напряжение меняется на отрицательное.

Измерительные приборы подключаются к кабелю с помощью ёмкостного делителя напряжения.

Электронный секундомер ЭМ КС-58 М измеряет интервал времени . В момент времени , происходит пуск схемы прибора, в момент времени - остановка. Отсчет расстояния до места повреждения производится по шкале, проградуированной в километрах с точностью до 5%. Метод колебательного разряда является единственным при определении расстояния до места повреждения при заплывающем пробое и позволяет производить непосредственное измерение расстояния по шкале микросекундомера независимо от длины и типа КЛ.

Ёмкостной метод. Применяется для определения расстояния до места повреждения при обрыве жил кабеля в соединительных муфтах, при сопротивлении изоляции поврежденной жилы не менее 5 КОм. Принцип метода заключается в измерении ёмкости оборванного участка, которая пропорциональна длине кабеля до места повреждения. Емкость можно определить как при постоянном токе, так и при переменном. Рассмотрим применение данного метода в трех случаях повреждений.

1. Обрыв жилы (рис. 27 а). Измеряют емкость оборванной жилы с одного и другого концов кабеля. Расстояние до места повреждения

2. Обрыв жилы с замыканием на землю ее второго конца (рис. 27 б). В этом случае . Измеряют емкость оборванной жилы. Расстояние до места повреждения

,

где - емкость неповрежденной жилы.

3. Обрыв одной жилы с замыканием жил между собой и на землю (глухое заземление) (рис.27 в). Расстояние до места повреждения

,

где – удельная емкость мкф/км (берется из справочника).

Для измерения емкостным методом применяются генераторы частотой 1000Гц и мосты: постоянного тока (только при чистом обрыве жил) и переменного тока (при чистых обрывах жил и переходных сопротивлениях 5 КОм и выше).

Рисунок 26 - Виды повреждения кабелей с обрывом жил: а - без заземления; б - с заземлением одного конца; в - с заземлением одного конца и двух других жил

Индукционный метод. Применяется для непосредственного отыскания мест повреждения на трассе кабельной линии при небольших переходных сопротивлениях (не более 20..50 Ом). Пользуясь этим методом, можно определить трассу и глубину залегания кабеля. Сущность метода заключается в пропускании по кабелю тока 15..20 А звуковой частоты и фиксации характера изменения электромагнитного поля над кабелем с помощью приемного устройства. Наводимая в приемной антенне ЭДС пропорциональна току в кабеле, числу витков и площади, охватываемой антенной. Практически для индукционного метода применяется частота 800...1200 Гц.

При определении места повреждения и трассы кабеля следует учитывать, что наводимая ЭДС зависит от токораспределения в кабеле и взаимного пространственного положения антенны и кабеля.

Для определения места замыкания между жилами и нахождения соединительных муфт на трассе кабельной линии выводы генератора присоединяют к поврежденным жилам кабеля.

Оператор продвигаясь вдоль трассы кабеля, с помощью приемной рамки (антенны), усилителя и телефонных наушников по характеру электромагнитного поля определяет, где проходит трасса, расположение муфты, а также глубину прокладки кабеля и место повреждения.

При перемещении антенны вдоль трассы кабеля будут обнаруживаться изменяющиеся по уровню звучания сигналы. В местах расположения соединительных муфт наблюдается резкое усиление сигнала. При прокладке кабеля в металлической трубе или при заглублении трассы кабеля наблюдается сильное ослабление сигнала. Над местом повреждения сигнал, как правило, усиливается, что обусловливается переходом тока с жилы на жилу. За местом повреждения на расстоянии не более половины шага скрутки жил кабеля () сигнал затухает.

Определение места однофазного короткого замыкания в кабеле на оболочку, индукционным методом, требует от оператора больших навыков.

Погрешность определения места повреждения индукционным методом не более 0,5 м.

Для определения места повреждения данным способом используются лаборатории высоковольтных испытаний, например, ЛВИ-3МГ.

Акустический метод. Сущность метода заключается в создании в месте повреждения мощных электрических разрядов и фиксации на поверхности земли звуковых колебаний с помощью чувствительных приемных устройств. Для создания разрядов в месте повреждения электрическая энергия предварительно накапливается в конденсаторах или емкости жил самого кабеля путем заряда от выпрямительной установки. Запасенная энергия при достижении напряжения пробоя расходуется при разряде за очень короткое время, и в месте повреждения происходит мощный удар. Звук от этого удара распространяется в окружающей среде и может быть прослушан на поверхности земли. По окончании разряда электрическая дуга в месте повреждения гаснет, а напряжение на емкости возрастает до напряжения пробоя. Обычно периодичность составляет 2-3 с. На поверхности земли звук прослушивается с помощью стетоскопа или пьезоэлектрического микрофона с усилителем и выходом на головные телефоны. В зависимости от характера повреждения кабельной линии собирается соответствующая схема измерения. При замыканиях с переходным сопротивлением 40 Ом и более в качестве генератора импульсов используются выпрямительная установка, конденсатор емкостью 1 – 2 мкФ и искровой промежуток; в качестве разрядной емкости могут быть использованы неповрежденные жилы кабеля. Напряжение пробоя искрового промежутка не должно превышать 70% испытательного напряжения кабеля данного типа, что необходимо для исключения перенапряжений на кабеле, возникающих при удвоении посылаемого импульса у разомкнутого конца, если пробой в месте повреждения изоляции не происходит.

При переходных сопротивлениях менее 40 Ом и наличии металлических замыканий на оболочку акустический метод неприемлем. В этих случаях проводящий мостик в месте повреждения разрушают пропусканием больших токов, а металлические спаи выжигают с помощью сварочных или других трансформаторов. При повреждениях с «заплывающим» пробоем напряжение на кабель подается непосредственно от выпрямительной установки. При таком повреждении волновые перенапряжения не возникают, и напряжение пробоя может быть доведено до испытательного. Определение места повреждения акустическим методом производится установкой датчика на грунт или дорожное покрытие через каждые 1-2 м до достижения максимальной слышимости. Обычно акустическим методом предварительно определяется зона повреждения и уточняются места расположения соединительных муфт. Трасса кабеля уточняется индукционным методом.

Зона слышимости на поверхности земли в зависимости от свойств грунта составляет от 2 до 15 м. Место повреждения определяется по максимальной слышимости звука разрядов.

Для акустического метода измерения может быть использован разработанный ВНИИЭ акустико-индукционный кабелеискатель типа КАИ-73, а также лаборатория ЛВИ-3МГ, выпускаемая Ярославским электромеханическим заводом.

Дата добавления: 2014-01-05