Материалы RusCable.Ru

В поисках повреждений. Неразрушающая диагностика состояния силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией

Аварии на промышленных предприятиях могут возникать по самым разнообразным причинам. Одной из них являются отказы силовых кабелей, в частности, на 6 кВ с бумажной пропитанной изоляцией, наиболее распространенных на объектах промышленности. В процессе их продолжительной эксплуатации из-за воздействия повышенных температур, частичных разрядов и иных факторов снижаются электрическая прочность бумажной изоляции и проводимость, провоцируя неблагоприятные последствия.

Для обеспечения безопасности кабельных линий проводятся испытания повышенным выпрямленным напряжением, которые относятся к косвенно разрушающим методам. В качестве альтернативы авторами ряда публикаций в различных научных и научно-популярных изданиях предлагается иной метод оценки технического состояния силовых кабелей, построенный на принципах неразрушающего контроля и предусматривающий периодические измерения наиболее информативных диагностических параметров. Они дают полную картину текущего технического состояния кабеля, не травмируя его.

Идея заключается в разработке комплексного критерия оценки состояния силовых кабелей 6 кВ с бумажной пропитанной изоляцией для своевременной технической диагностики кабельных линий. Основная задача – максимальное использование их ресурса и предупреждение аварийного отказа.

Для перехода на обслуживание и ремонт силовых кабелей по их фактическому техническому состоянию нужен эффективный контроль с обнаружением всех потенциально опасных дефектов на стадии их возникновения. Лишь полная диагностика на основе комплексного критерия, учитывающего все технические параметры кабеля, позволит своевременно принять правильное решение о необходимости обслуживания или ремонта кабельной линии.

Одним из примеров такого подхода является лабораторное исследование силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией, выполненное на специальном экспериментальном стенде в лаборатории диагностики Уфимского государственного нефтяного технического университета. На изучаемый кабель распространенной марки ААШв 3х185 с одного конца подавался, а с другого конца снимался и анализировался тестовый сигнал, параллельно измерялись технические параметры и велся тепловизионный контроль образца. Перед началом тестирования силовые кабели подвергались воздействию повышенных температур, напряжения, влажности, испытывались на механическую прочность к различного рода деформациям. Все операции проводились в соответствии с действующим ГОСТ 18410–73 «Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией. Технические условия».

Указанные мероприятия изменили электрофизические и диэлектрические свойства изоляции исследуемых образцов. В результате выделены и взяты для дальнейших тестов три экземпляра: совершенно новый исправный кабель, не подвергавшийся никаким воздействиям (принят за эталон); кабель с незначительными дефектами, сохранивший работоспособность (деформированный); вышедший из строя кабель, получивший пробой во время испытаний (неисправный). На экспериментальной установке сотрудниками лаборатории диагностики Уфимского государственного нефтяного технического университета измерены диагностические показатели образцов кабеля: сопротивление изоляции R (МОм), тангенс угла диэлектрических потерь tga, емкость C (нФ), добротность Q, избыточная температура изоляции T (°С), а также действительные и мнимые части корней характеристического уравнения передаточной функции (подачей входных сигналов различной частоты на вход и их регистрацией на конце силового кабеля). Полученные результаты приведены в таблице. Для определения взаимосвязи между изменениями измеряемых параметров и степенью повреждения и ухудшения свойств изоляции кабеля использовалась искусственная обучаемая нейронная сеть Кохонена.

Результаты испытаний

Дефекты и повреждения в бумажной пропитанной изоляции силовых кабелей начинают развиваться задолго до появления предпосылок аварийных ситуаций и при этом почти сразу оказывают влияние на технические параметры, такие как сопротивление изоляции и электрическая емкость. Степень их отклонения от нормы определяется по диагностическим показателям, на основе которых выведен нормированный диагностический параметр D1.

Для оценки технического состояния необходимо учитывать избыточную температуру силового кабеля, которая влияет на срок службы и, следовательно, выступает одним из индикаторов состояния силового кабеля в процессе его эксплуатации. Опытным путем установлено, что если избыточная температура превышает 30°С, то кабель аварийный. Изоляция любого силового кабеля должна выдерживать температуру, равную сумме наибольшей возможной температуры окружающей среды и максимальной величины нагрева самого кабеля при эксплуатации в условиях пиковой нагрузки. С учетом этого выведен параметр поврежденности силового кабеля D2, определяющий режим его работы с учетом температуры.

Для анализа процессов, протекающих внутри силовых кабелей и не видных человеческому глазу, но при этом заметно влияющих на их общее техническое состояние, кабель рассматривался как система с неопределенным содержимым. На вход подавался единичный сигнал прямоугольной формы с последующей регистрацией на выходе. В итоге получен диагностический параметр D3, зависящий от передаточной функции.

Предложенный комплексный критерий состояния силовых кабелей рассчитывается по итоговой формуле Iк = Δ1D1 + Δ1D1 + Δ1D1, в которой Δ1, Δ2, Δ2 показывают весомости соответствующих параметров силового кабеля и определяются путем экспертной оценки в интервале от 0 до 1. Комплексный критерий Iк изменяется в пределах от 0 до 100%. Именно на его основе оценивается текущее состояние силовых кабелей. Если Iк не превышает 45%, то повреждения не обнаружены, можно продолжить эксплуатацию. Значение Iк от 46 до 80% свидетельствует об обнаружении повреждения, рекомендовано отремонтировать кабель либо использовать его в облегченном режиме. Уровень Iк > 81% говорит об обнаружении критического повреждения кабельной линии и необходимости ее вывода из эксплуатации.

Для комплексной оценки состояния силовых кабелей используется абсолютный показатель Aп = 1/(IкМу), где Му – потенциальный материальный ущерб в результате аварийной ситуации. Абсолютный показатель Ап можно использовать для ранжирования силовых кабелей 6 кВ с бумажной пропитанной изоляции по текущему техническому состоянию в целях разработки управленческих решений для повышения энергобезопасности промышленных предприятий.

Вы видите часть этого материала

Зарегистрируйтесь или войдите
После этого вы сможете оформить подписку в личном кабинете и получить полный доступ к другим закрытым материалам
Я уже подписчик
Месяц

2500 ₽

81 ₽ в день
Год

11 998 ₽

33 ₽ в день

Обсуждают на форуме (4)

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно