Кабельно-проводниковая продукция и аксессуары

Современные беспрожиговые методы определения мест повреждения силовых кабелей

Одной из основных задач бесперебойного снабжения электроэнергией является быстрое и точное определение места повреждения силовых кабелей.

Как правило, место повреждения определяют в два приема: сначала определяют зоны повреждения кабельной линии, затем уточняется место повреждения в пределах зоны. На первом этапе определение места повреждения производится с конца линии, на втором этапе — непосредственно на трассе линии.

Мы рассмотрим первый этап — дистанционные методы определения мест повреждений силовых кабелей.

Локационный метод

Сущность локационного метода заключается в зондировании кабеля импульсами напряжения, приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления, выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий) и определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего. Данный метод является «базовым» и используется только в случае «простых» для определения повреждениях.

Методы колебательного разряда (связь по току (ICE) и связь по напряжению (Decay))


Для осуществления метода при связи по напряжению на кабельную линию подают высокое напряжение от специального источника и, постепенно повышая его, добиваются пробоя в слабом месте кабеля. При этом прибор должен быть подключен к кабельной линии через специальное присоединительное устройство по напряжению (емкостный делитель напряжения).

Для реализации метода при связи по току в кабельную линию подают от специального мощного генератора высоковольтный импульс, который, пробежав от начала линии до слабого места, вызывает в нем пробой. При этом прибор должен быть подключен к линии через специальное присоединительное устройство по току (импульсный трансформатор тока). Волновой процесс в кабельной линии будет записан в память прибора. По временной задержке между импульсами, пришедшими к началу кабеля от первичного, вторичного и последующих пробоев определяют расстояние до места пробоя.

Метод колебательного разряда основан на распространении импульсных сигналов в кабельных линиях. Импульсным сигналом при этом методе является импульс разряда, возникающий в месте повреждения кабельной линии при воздействии на нее высоковольтным напряжением или специальным высоковольтным генератором.

Метод колебательного разряда используется в тех случаях, когда переходное (шунтирующее) сопротивление в месте повреждения Rш значительно превосходит волновое сопротивление линии и соизмеримо с величиной сопротивления изоляции.

Такие высокоомные повреждения (устойчивые и неустойчивые снижения сопротивления изоляции, в том числе в муфтах, вставках, переходах, «заплывающий пробой» и т.д.) выявляются только при приложении к КЛ рабочего или испытательного напряжения.

Сущность метода заключается в следующем: после пробоя изоляции заряженного кабеля происходит процесс колебательного разряда — затухающий волновой процесс, длительность и характер которого зависит от соотношений между внутренним сопротивлением источника, сопротивлением в месте повреждения в момент пробоя, волновым сопротивлением линии, емкостью кабеля, его затуханием и длиной. В момент пробоя образуется электрическая дуга в месте повреждения и его сопротивление становится равным нулю (или значительно меньше волнового сопротивления КЛ), и вдоль линии в сторону высоковольтного источника начинает распространяться прямоугольная волна тока и связанная с ней прямоугольная волна напряжения (их амплитуды определяются величинами испытательного напряжения, выходного сопротивления генератора испытательного напряжения и волнового сопротивления).

При достижении начала линии (места подключения высоковольтного источника) фронт электромагнитной волны отражается в сторону повреждения, так как выходное сопротивление источника не равно волновому сопротивлению КЛ, и через время, равное t =L/V, снова достигает места повреждения, снова отражается и движется в сторону генератора.

Волновой процесс продолжается до тех пор, пока происходит пробой поврежденного участка, т.е. пока напряжение в месте повреждения не снизится ниже напряжения пробоя или пока продолжается горение дуги.

Метод колебательного разряда односторонних измерений основан на измерении времени между моментами достижения одного конца линии (места подключения высоковольтного источника и измерителя волновых процессов) фронтов электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.

В отличие от локационного метода расстояние до места повреждения определяют не по времени задержки отраженного импульса относительно зондирующего, а по времени прихода к началу линии фронта волны, возникшей в месте повреждения.

Метод стабилизации электрической дуги (ARM)

Метод стабилизации электрической дуги может быть использован для определения расстояния до места сложного (высокоомного) или неустойчивого повреждения. Сущность метода кратковременной дуги заключается в одновременном воздействии на кабельную линию высоковольтным импульсом и выполнении измерений локационным методом.

Генератор ударных волн, представляющий собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, подключается к кабельной линии через устройство стабилизации дуги (его основной компонент — индуктивность).

При подаче импульса от источника высокого напряжения в месте высокоомного дефекта возникает пробой, через устройство стабилизации дуги начинает протекать ток и пробой «затягивается» — образуется дуговой разряд. За счет индуктивности, имеющейся в устройстве стабилизации дуги, ток дуги поддерживается в течении определенного времени (менее секунды). Электрическое сопротивление дуги близко к нулю, что эквивалентно короткому замыканию.

Импульсный рефлектометр подключается через специальное присоединительное устройство (фильтр). Зондирующие импульсы от рефлектометра через присоединительное устройство поступают в кабельную линию, а отраженные импульсы — возвращаются в рефлектометр.

Последовательность проведения измерений при методе кратковременной дуги следующая.

Через присоединительное устройство считывают рефлектограмму кабельной линии и сохраняют ее в памяти импульсного рефлектометра. Так как импульсы с генератора высоковольтных импульсов отсутствуют или имеют недостаточную для пробоя установленную амплитуду, то пробой и дуга в месте сложного или неустойчивого повреждения отсутствуют. На рефлектограмме отраженный сигнал от высокоомного повреждения практически неразличим на фоне помех. Наблюдаются отражения от неоднородностей линии (муфт, кабельных вставок и т.д.) и от разомкнутого конца кабельной линии. Затем выходное напряжение высоковольтного источника в генераторе ударных волн постепенно увеличивают до тех пор, пока в кабельной линии не появятся пробои. В такт с высоковольтными импульсами в месте дефекта будет зажигаться кратковременная электрическая дуга. Период повторения кратковременной дуги нестабильный. Зондирующие импульсы подаются в кабельную линию с частотой, которая во много раз больше частоты зажигания дуги. При совпадении зондирующего импульса с моментом зажигания дуги, он отражается от дуги как от короткого замыкания, и возвращается к началу кабеля, где записывается в память рефлектометра (рис. 2).

Для более надежного определения места повреждения необходимо добиться неоднократного совпадения зондирующего импульса с моментом зажигания дуги. Импульс, отраженный от дуги, отчетливо виден на рефлектограмме. Дальше дуги импульс не проходит, поэтому на рефлектограмме не видно конца линии. Далее на экране рефлектометра накладывают друг на друга две записанные в рефлектограммы: рефлектограмму до возникновения дуги и рефлектограмму после возникновения дуги. Это позволяет отчетливо наблюдать место начала расхождения рефлектограмм, которое и соответствует месту сложного или неустойчивого повреждения. Наложение рефлектограмм при методе кратковременной дуги показано на рис. 3.

Таким образом, при методе стабилизации электрической дуги высокоомное повреждение кратковременно переводится в низкоомное. Но данный метод хорошо использовать на коротких кабелях, поэтому появились вариации указанных выше методов специально адаптированные для длинных кабелей.

Метод стабилизации электрической дуги для длинных кабелей (ARM Plus) и
метод связи по напряжению для длинных кабелей (Decay Plus)


ARM Plus — дальнейшее развитие запатентованного метода и относящегося к высокому уровню техники метода локализации повреждений кабелей ARM. В данном методе благодаря двойному импульсу в месте повреждения зажигается стабильная электрическая дуга с достаточно продолжительным временем горения.

Сначала происходит разряд из импульсного генератора или при помощи постоянного напряжения, чтобы пробить место повреждения. Во время второго шага при помощи второго разряда из 4 кВ — импульсного модуля автоматически удлиняется  время электрической дуги, возникающей при пробое, и измеряется соответствующим методом предварительной локализации. Результат — идеальные картинки с дефектом.

Decay Plus — дальнейшее развитие метода Decay. Decay Plus позволяет определять повреждения кабелей очень высоким напряжением зажигания (до 80 кВ) при превосходной точности локализации повреждений и однозначности рефлектограмм.

Данный метод расширяет метод ARM Plus, ограниченный обычно зарядным напряжением импульсных конденсаторов по амплитуде напряжения зажигания повреждения, до максимального предела испытательного напряжения, имеющегося в системе.

Все эти методы реализованы в электротехнической лаборатории нового поколения «Centrix». Первая в России лаборатория данного класса изготовлена нашим предприятием в конце 2007 года для ОАО «Кубаньэнерго» и эксплуатируется в городских электрических сетях г. Сочи.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно