CC BY
87
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФЕКТОВ В КАБЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
© Моногаров О.И.1
Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых,
г. Владимир
В статье рассмотрена проблема локализации дефектов в кабельной изоляции. Для повышения точности определения местоположения дефектов применена система контроля качества кабельной изоляции с управлением частотой следования частичных разрядов, которая позволяет снизить величину испытательного напряжения. При таком напряжении частота следования частичных разрядов уменьшается, что приводит к меньшему наложению импульсов и повышению точности локализации дефектов.
Ключевые слова локализация дефектов, система, управление частотой следования, частичные разряды, кабель, сниженное испытательное напряжение.
На производстве кабельной продукции достаточно остро стоит проблема локализации места дефекта в кабельной изоляции при его испытаниях на частичные разряды. В наибольшей степени это касается высоковольтных кабелей, имеющих броню и большие сечения экранов, т.к. стоимость такого кабеля может доходить до нескольких тысяч рублей за 1 м. Поэтому погрешности современных измерительных комплексов в диапазоне ±5 м приводят к обрезанию до 10 м кабеля, чтобы удалить опасный дефект, что приводит к существенным финансовым потерям.
В соответствии с [1] производство высоковольтных кабелей является сложным технологическим процессом, состоящим из следующих основных этапов:
1) волочение, на этом этапе производится изготовление проволоки для свивки кабельных жил;
2) скрутка, на этом этапе производится изготовление кабельных жил путём скрутки подготовленной проволоки на специальных крутильных станках;
3) наложение изоляции методом экструзии;
4) скрутка изолированных жил;
5) наложение оболочки;
6) контроль качества.
1 Аспирант кафедры Электротехники и электроэнергетики.
К этой цепочке, в зависимости от марки кабеля, могут добавляться операции наложения экрана или брони. Процесс является действительно сложным, поэтому необходимым условием производства кабелей является контроль качества изоляции, как наиболее ответственной и уязвимой части их конструкции. При производстве кабелей могут образовываться разные типы дефектов, основные из которых представлены в таблице 1:
Таблица 1
Типы дефектов и причины их возникновения
№ Тип дефекта Причина возникновения дефекта
1 Микроотверстия Наличие в оболочке нерасплавленных гранул.
2 Поверхностные загрязнения Попадание на поверхность изоляции инородных жидкостей, пыли и твёрдых частиц.
3 Выпуклости и борозды 1. Расплав изоляции дёргает в дорне; 2. Выбран заниженный диаметр дорна; 3. Неравномерная отдача расплава; 4. Неравномерное или недостаточное охлаждение.
4 Залипание материала оболочки и изоляции 1. Недостаточное количество талька или кремнеорганической жидкости; 2. Диаметр дорна подобран слишком плотно к сердечнику вследствие чего тальк или кремнеорганическая жидкость стираются о стенки дорна.
5 Подгорание изолирующего материала Высокий температурный режим или недостаточное охлаждение.
В настоящее время согласно [2] существует два основных метода локализации места дефекта: «стандартный» и «модифицированный» методы рефлектографии.
Для применения «стандартного» метода рефлектографии измерения проводят на отключённом кабеле. Когда кабель обесточен с одного из его концов подаётся тестовый импульс, при достижении импульсом места дефекта часть его энергии отражается и регистрируется. Затем определяется время задержки между инжектированным и отражённым импульсами, по которому вычисляется расстояние до места дефекта. Среди недостатков этого метода можно выделить следующие:
1) поиск дефектов производится только на отключённой кабельной линии, это позволяет защититься от помех и повысить чувствительность измерительной схемы;
2) дефект в изоляции должен быть достаточно развит, чтобы волновые свойства среды в месте образования дефекта были существенно изменены, и часть энергии импульса могла отразиться.
При использовании «модифицированного» метода рефлектографии непосредственно используется импульс самого частичного разряда. Известно, что, возникая в изоляции, он распространяется по кабелю в обе стороны, как показано на рис. 1.
Т
V
2
Рис. 1. Схема распространения импульсов частичных разрядов внутри кабеля, где 1 - прямой импульс частичного разряда, 2 - отражённый импульс частичного разряда, Т - время задержки между прямым и отражённым импульсами
С одного конца он регистрируется датчиком, а, дойдя до другого, он отражается и двигается обратно, также затем регистрируясь датчиком. Разница во времени прихода прямого и отражённого импульсов используется для вычисления местоположения дефекта. Этот метод имеет также свои недостатки:
1) различная скорость движения электромагнитной волны в кабелях разной конструкции, что обусловлено различием используемых электроизоляционных материалов;
2) наложение на рефлектограмму импульсов помех, к которым относятся частичные разряды от других микродефектов, коронные разряды и их отражённые импульсы, частичные разряды от испытательного трансформатора, электростатические разряды, помехи по цепи заземления и пр.
В производстве кабельной продукции на этапе приёмо-сдаточных испытаний дефекты обычно развиты слабо, согласно [3, 4, 5] допустимый уровень частичных разрядов составляет 10 пКл, т.е. определяются не сами дефекты, а их зародыши, которые впоследствии при эксплуатации могут развиться в серьёзные повреждения. Поэтому применение первого метода здесь затруднено в связи со слабой развитостью дефектов и применяется второй способ.
Для снижения действия помех, ухудшающих достоверность расчёта местоположения дефекта, была использована система контроля качества кабельной изоляции с управлением частотой следования частичных разрядов, описанная в [6]. Электрическая схема испытательной установки приведена на рис. 2.
Согласно приведённой схемы основными элементами установки являются: высоковольтный испытательный трансформатор, регулируемый реактор, кабель, датчик частичных разрядов, осциллограф и компьютер. Высоковольтный испытательный трансформатор служит для создания на объекте испытания (кабеле) высокого напряжения. С помощью регулируемого реактора индуктивность схемы подстраивается таким образом, чтобы компенсировать перетоки реактивной мощности. С помощью датчика частичных раз-
рядов и цифрового осциллографа производится регистрация осциллограммы частичных разрядов, которая затем обрабатывается на компьютере.
Рис. 2. Схема измерения частичных разрядов в кабеле, где 1 - высоковольтный испытательный трансформатор, 2 - регулируемый реактор, 3 - кабель, 4 - детектор, 5 - осциллограф, 6 - компьютер
Уникальность данной системы заключается в том, что измерение происходит в два этапа. На первом этапе фиксируется максимальный уровень значения частичного разряда и соответствующий ему уровень воздействующего напряжения Ц11т. Это напряжение, как правило, ниже максимального амплитудного значения испытательного напряжения Ц, что позволяет снизить величину испытательного напряжения на ДЦ = Ц - Ц11т. При этом информация о значениях частичных разрядов не исказится, т.к. при Ц11т по-прежнему будет регистрироваться максимальный частичный разряд, а соответственно и все остальные, меньшие по величине. На втором этапе производится повторное измерение со сниженным испытательным напряжением Ц11т. Использование сниженного напряжения приводит к уменьшению разрядной активности и их частоты следования, что в свою очередь уменьшает эффект наложения импульсов друг на друга. Это позволяет системе более точно определять время задержки между прямым и отражённым импульсами, и, соответственно, увеличивает точность локализации дефектов.
Таким образом, снижение величины испытательного напряжения позволяет уменьшить влияние эффекта наложения импульсов друг на друга. По результатам практических исследований увеличение точности локализации дефектов в кабельной изоляции возможно до 20 %, что позволит сократить отходы на производстве.
Список литературы:
1. Григорьян А.Г., Дикерман Д.Н., Пешков И.Б. Технология производства кабелей и проводов с применением пластмасс и резин / Под ред. И.Б. Пешко-
ва: учебн. пособие для вузов. - М.: Машиностроение, 2011. - 368 с., ил. -ISBN 978-5-94275-572-0.
2. Русов В.А. Измерение частичных разрядов в изоляции высоковольтного оборудования. - Екатеринбург: ОАО «ИПП Уральский рабочий», 2011. -369 с.: ил.
3. ГОСТ Р 55025-2012 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 6 до 35 кВ включительно. Общие технические условия. - М.: Стандартинформ, 2012.
4. ГОСТ Р МЭК 60840-2011 Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение свыше 30 кВ (Um = 36 кВ) до 150 кВ (Um = 170 кВ). Методы испытаний и требования к ним. - М.: Стандартинформ, 2012.
5. ГОСТ Р МЭК 62067-2011 Кабели силовые с экструдированной изоляцией и арматура к ним на номинальное напряжение свыше 150 кВ (Um = 170 кВ) до 500 кВ (Um = 550 кВ). Методы испытаний и требования к ним. - М.: Стан-дартинформ, 2012.
6. Моногаров О.И., Разработка промышленной системы контроля качества изоляции кабелей методом частичных разрядов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2015. - № 2. - С. 74-79.
ЗАБУРИВАНИЕ НОВЫХ СТВОЛОВ В ГЛУБОКИХ СКВАЖИНАХ
© Мухамедов Б.А.1, Кдырсиыкова Н.С., Есиркепов М.К., Кулиев М.Ю.2
Мангистауский гуманитарно-технический университет, Республика Казахстан, г. Актау Каспийский государственный университет технологий и инжиниринга имени Ш. Есенова, Республика Казахстан, г. Актау
Проведение операции забуривания нового ствола на больших глубинах осуществляется по заранее разработанной программе, включающей: а) выбор интервала забуривания с учетом характера проходимых пород и цели забуривания; б) установку цементного моста и способ цементирования; добавки к цементному раствору для регулирования времени схватывания и прочности цементного камня; в) параметры ориентируемой компоновки низа бурильной колонны для забуривания, обеспечивающий эффективное формирования нового ствола, включающий значения осевой нагрузки в ин-
1 Преподаватель Мангистауского гуманитарно-технического университета.
2 Магистр КГУТИ им. Ш. Есенова.
