CC BY
165
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, доцент, S.V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODERN SOLUTIONS FOR DIAGNOSTICS AND MONITORING OF HIGH-VOLTAGE EQUIPMENT
S.V. Kotelenko
The issues related to modern solutions for diagnostics and monitoring of high-voltage equipment are considered.
Key words: high-voltage equipment, wear of electrical equipment, diagnostics, monitoring.
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, S.V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62-771
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
С.В. Котеленко
Рассмотрены виды, причины повреждения кабельных линий, методы, позволяющие отыскать повреждения кабельных линий и их сравнительная характеристика.
Ключевые слова: место повреждения, кабельные линии электропередач, относительные и абсолютные методы определения повреждений кабельных линий.
Выход из строя кабельной линии несет значительные материальные потери, трудозатраты на отыскание места повреждения, а также затраты, связанные с временем простоя электроснабжения энергосистемы. Решение данной проблемы заключается в правильном выборе использовании того или иного метода определения мест повреждения кабеля, наиболее применимого для каждого конкретного случая, а также возможное нахождение новых наиболее эффективных способов. Главной задачей любого способа отыскания мест повреждений - за минимально возможное время отыскать место с максимальной точностью. К основным видам дефектов в кабеле можно отнести:
дефекты, вызванные ошибками проектирования: ухудшение свойств изоляции в результате недопустимого перегрева токами нагрузки из-за ошибочно заниженного сечения жил кабеля; повреждения в аварийных режимах из-за неправильного выбора защитной аппаратуры;
заводские дефекты, возникающие при производстве кабелей: трещины или сквозные отверстия в оболочке; совпадение нескольких бумажных лент; заусенцы на проволоках токо-проводящих жил;
дефекты прокладки кабеля: крутые изгибы кабеля на углах поворота трассы; механические повреждения - изломы, вмятины, порезы, перекрутка кабеля;
несоблюдение допустимых расстояний до объектов которые могут негативно влиять на кабели - теплотрасса, рельсовые пути электрифицированного транспорта.
дефекты монтажа муфт: неполная заливка муфты мастикой; плохая опрессовка соединительных гильз; повреждение или загрязнение изоляции кабеля при монтаже муфты и т.п.;
повреждения в процессе эксплуатации: случайные механические повреждения кабелей, например, в результате проведения земляных работ механизированным способом;
естественное старение изоляции; коррозия металлических элементов кабеля - броня, свинцовая оболочка), вызванная действием блуждающих токов или химическим составом грунта; обрыв жил в результате просадки грунта и т.п.
Основными причинами повреждений силовых кабелей являются короткие замыкания и обрыв жил кабеля, где последние связаны с перемещением слоев почвы в местах расположения муфт, вследствие чего происходит вытягивание жил кабеля, а в муфтах, как правило, разрыв жил или растяжка.
По характеру причин повреждений в кабельных линиях, различают следующие их виды:
- повреждение изоляции, вызывающие замыкание одной фазы на землю;
- повреждение изоляции, вызывающие замыкание двух или трех фаз на землю;
- повреждение изоляции, вызывающие замыкание двух или трех фаз между собой;
- обрыв одной, двух или трех фаз без заземления;
- обрыв одной, двух или трех фаз с заземлением оборванных жил; обрыв одной, двух или трех фаз с заземлением не оборванных жил;
- заплывающий пробой изоляции, то есть пробой, создавшийся под воздействием тепла, которое образовалось в результате электрического пробоя. Кабель «плывет», плавится, место пробоя заплавляется, а кабель работает при пониженных напряжениях;
- повреждения линий одновременно в двух или более местах, каждое из которых может относиться к одной из вышеуказанных групп [1].
Однофазные повреждения - самый распространенный вид повреждений силовых кабельных линий напряжением 1-10 кВ. При этом виде повреждений одна из жил кабеля замыкается на его экранирующую оболочку.
Однофазные повреждения можно разделить на три группы по значению переходного сопротивления в месте замыкания.
К первой группе относятся повреждения с переходным сопротивлением, равным десяткам и сотням МОм - заплывающий пробой.
Ко второй группе относятся повреждения с переходным сопротивлением от единиц ом до сотен кОм и к третьей группе - повреждения с сопротивлением, близким к нулю.
Междуфазные повреждения составляют около 20% всех видов повреждений кабельных линий. Их можно разделить на две группы. К первой относятся повреждения с переходным сопротивлением в месте дефекта, близким к нулю, ко второй группе - с сопротивлением от единиц килоом до сотен мегаом. В первом случае часто все три жилы свариваются между собой и с экранирующей оболочкой. При большом токе короткого замыкания кабель может перегореть на две части.
При междуфазных повреждениях, относящихся ко второй группе, обычно между жилами и оболочкой кабеля имеется переходное сопротивление и замыкание между собой двух жил происходит через экранирующую оболочку.
Замыкание двух жил между собой без замыкания на оболочку происходит редко. Разрыв жил кабельных линий может произойти и в целом месте из-за различных механических воздействий или заводского брака.
Согдасно [1] определяют два вида методов определения повреждения силовых кабелей:
- относительные методы;
- абсолютные методы.
К относительным или их еще называют дистанционным методам определения повреждения кабеля относят [4]:
- Импульсный метод заключается в том, что в кабельную линию посылаются электрические импульсы - зондирующие импульсы, которые, распространяясь по линии, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда были посланы. Расстояние до кабеля рассчитывают пропорционально по времени прохождения импульса до неоднородности и обратно. Применяется данный метод для определения расстояния до места повреждения, обрыва жилы, длины кабеля, расстояния до неоднородностей, муфт, однофазных и междуфазных повреждений кабеля. Недостатком данного метода является неспособность определения повреждения с большим сопротивлением.
- Емкостный метод, как правило, применяют при заплывающих пробоях кабелей. Расстояние до места обрыва определяется по значению измеренной емкости жил кабельной линии. Измерение проводится с помощью мостов переменного тока, которыми можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в месте повреждения не менее 300 Ом. Среди недостатков данного метода стоит отнести то, что точность измерения падает ниже допустимого значения при меньших сопротивлениях.
- Метод колебательного разряда основан на применении высоковольтной испытательной установки на поврежденной жиле кабеля поднимается напряжение до пробоя. Короткое замыкание в заряженной жиле кабеля приводит к появлению электромагнитных волн, которые распространяются от места пробоя в месте дефекта к началу и к концу кабельной линии.
Анализируя эпюры напряжения колебательного процесса можно вычислить расстояние до дефекта. Недостаток метода заключается в ограничении применения при определении расстояния до мест однофазных повреждений с переходным сопротивлением в месте повреждения не более 100 кОм.
- Волновой метод основан на пробое разрядника высоковольтной выпрямительной установки в линию посылается высоковольтная электромагнитная волна от заряженного конденсатора, которая создает пробой в месте повреждения кабельной линии, что вызывает волновой колебательный процесс в цепи конденсатор-линия. При достижении электромагнитной волной, посланной от конденсатора, места повреждения произойдет пробой в случае, если сопротивление в месте повреждения не равно нулю Ом, после чего отраженный от повреждения фронт волны вернется к месту посылки - конденсатору, отразится от него и вернется к месту повреждения. Если сопротивление в месте повреждения близко к нулю, разряда не произойдет и волна отразится от короткого замыкания. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не затухнет. С помощью измерений временной зависимости напряжения на зажимах кабеля во время колебательного процесса, можно установить время, за которое волна достигнет места пробоя, и рассчитать расстояние до него. Как и в случае метода колебательного разряда, данный предназначен для сопротивлений в месте повреждения не более 100 кОм.
- Петлевой метод применяют для определения зоны повреждения при одно - и двухфазных замыканиях при наличии одной неповрежденной жилы или параллельного кабеля с неповрежденными жилами. Метод основан на принципе измерительного моста постоянного тока, позволяющего определить отношение сопротивлений поврежденной жилы кабеля от места измерения до точки замыкания и обратной петли. Используется при определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции. Недостатком данного метода является невысокая точность определения расстояния до места повреждения невелика, которая составляет около 15% измеряемой длины.
К абсолютным методам или топографическим относят:
- Акустический метод поиска основан на прослушивании над местом повреждения звуковых колебаний, возникающих в месте повреждения в момент искрового разряда от электрических импульсов, посылаемых в кабельную линию. Важным условием для применения методик поиска дефектной изоляции является уровень переходного сопротивления в месте аварии, оно не должно быть больше 3,0-5,0 кОм. Однако данный метод исследования не позволяет обнаруживать водяные триинги и дефекты изоляции, не приведшие к пробою. Обнаружение возможно только уже имеющихся повреждений. Нельзя составить прогнозы, оценить степень старения изоляции. Также обнаруживается только первый пробой. Если дефекты в виде заплывающих пробоев следуют один за другим, они не обнаруживаются. Акустические шумы, электромагнитные помехи, большая глубина прокладки кабеля снижают дальность определения, производят прожигание места повреждения с помощью силовой прожигающей установки в целях перевода однофазного повреждения в междуфазное - двухфазное. Определение места повреждения в этом случае осуществляют индукционным методом.
- Индукционный метод поиска основан на контроле магнитного поля вокруг кабеля, которое создается протекающим по нему током от специализированного генератора. Оценивая уровень магнитного поля, определяют наличие кабельной линии и глубину её залегания, а по характеру изменения и уровню поля определяют место повреждения. Прожигание производят за счет энергии, выделяющейся в канале пробоя с соответствующим обугливанием изоляции в месте повреждения и снижением переходного сопротивления. Прожигание позволяет непосредственно и просто выявлять повреждения в концевых заделках и на вскрытых кабелях по нагреву, появлению дыма и запаха гари. Эффективный прожиг существует пока значение сопротивления в месте повреждения имеет тот же порядок, что и внутреннее сопротивление прожигательной установки. Создание прожигательной установки с высоким напряжением и малым внутренним сопротивлением практически невозможно. Поэтому целесообразнее всего использовать ступенчатый способ прожигания, суть которого заключается в смене источников питания по мере снижения напряжения пробоя и сопротивления в месте повреждения. Источник питания более низкого напряжения легче сконструировать с меньшим внутренним сопротивлением. В настоящее время прожигающие установки имеют от 3 до 6 ступеней прожигания. Прожигание может проводиться как на постоянном, так и на переменном токе. Верхние ступени прожигания выполняются на выпрямленном напряжении, а последняя ступень на переменном напряжении [4]. Недостатком данного метода является вероятность повреждения исправной части кабеля.
- Потенциальный метод поиска основан на фиксации на поверхности грунта вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ в земле токами. Недостатком данного метода является малая эффективность для кабелей с металлической оболочкой, метод наиболее применим для для кабелей с пластмассовой оболочкой выше.
Каждый из существующих методов эффективен по своему в отдельном случае, имеет индивидуальные особенности применения. Однако, как правило, большая часть кабельных линий остается неоттрассированной, поскольку очень часто получается, что документация со схемами прокладки отсутствует или имеет низкое качество. Отыскание мест повреждений на подобных кабелях одними беспрожиговыми методами и акустическим поиском является недостаточным, поэтому наиболее популярным методом отыскания мест повреждения остается прожиговый метод. На основе опыта определения мест и возможного характера повреждения кабельных линий важно выбрать наиболее эффективный метод определения и соответственно поисковое устройство для каждой конкретной ситуации. Профессиональные поисковые комплекты, позволяют в кратчайшие сроки выполнять поиск места дефекта и определить глубину залегания кабеля.
Список литературы
1. РД 34.20.516-90 Методические указания по определению места повреждения силовых кабелей напряжением до 10 кВ. М., 1991.
2. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. М.: Энергоато-миздат, 1987. М., 1987.
3. Указание о мерах безопасности при отыскании мест повреждения и испытаниях кабельных линий высокого напряжения 315.00.00.000 СКТБ ВКТ. М., 1991.
4. Дементьев В.С., Спиридонов В.К., Шалыт Г.М. Определение места повреждения силовых кабельных линий. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962. 199 с.
5. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоато-миздат, 1982. 312 с.
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, доцент, S.V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHODS FOR DETERMINING THE PLACES OF DAMAGE TO CABLE LINES
S.V. Kotelenko
The types, causes of damage to cable lines, methods to find damage to cable lines and their comparative characteristics are considered.
Key words: place of damage, cable power lines, relative and absolute methods for determining damage to cable lines.
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, S.V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
