CC BY
14Е.Д. Солодков
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ ЛИНИЙ
В статье рассматривается вопрос использования системы мониторинга режимов работы кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена с использованием оптических волоконных линий.
Ключевые слова: кабель, эксплуатация, световод, волоконно-оптическая система.
Силовые кабели напряжением выше 1000 В применяются в распределительных сетях среднего напряжения от 6 до 35 кВ. В основном это кабели с бумажной пропитанной изоляцией. Не так давно, в России началось активное внедрение кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена для всех уровней среднего и высокого напряжений.
Кабели с изоляцией из СПЭ целесообразно применять в кабельных линиях распределительных электрических сетей если нужно:
- передать большую электрическую мощность;
- обеспечить высокий уровень надежности передачи электрической энергии по кабельным линиям;
- выполнить проект кабельной линии, трасса которой проходит по территории с большой разностью высот (уровней прокладки);
- выполнить проект линий электропередачи с повышенным уровнем экологической и пожарной безопасности. [1]
Это обуславливается тем, что изоляция из сшитого полиэтилена имеет ряд преимуществ по сравнению с другими материалами. В процессе «сшивки» полиэтилена между молекулами образуются поперечные связи, которые образуют трехмерную структуру. Эта структура и обуславливает высокие механические и электрические характеристики материала: большой диапазон рабочих температур, высокая устойчивость к влаге, низкие диэлектрические потери, меньший вес и радиус изгиба. Все это позволяет прокладывать кабель практически в любых условиях городской и сельской местности.
Ряд кабельных заводов России, например, «Кирскабель» освоил приступил к производству опытных образцов силового кабеля в изоляции из сшитого полиэтилена напряжением 110 кВ по японской технологии в сотрудничестве с компаниями FURUKAWA и VISCAS. В процессе эксплуатации силовые кабельные линии (КЛ) подвергаются воздействию как внешних факторов: тепловое воздействие и окисление, увлажнение изоляции, так и внутренних: электрическое старение, вызываемое частичными разрядами из-за редких перенапряжений. Все это приводит к ухудшению свойств и возможному пробою изоляции.
Пожалуй, самым передовым решением контроля температуры в кабелях из сшитого полиэтилена является использование систем мониторинга, основанного на обратном рассеянии света в оптическом волокне. Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) было открыто в 1928 году. Тогда ученые и не могли себе представить для каких целей может послужить открытие такого удивительного явления. Сегодня, во время повсеместного использования оптических кабелей как средства передачи потоков информации существует ещё один способ использования оптического волокна - в качестве распределённого датчика. Оптические волокна или световоды, выполненные из легированного кварцевого стекла могут быть интегрированы в структуру кабеля из сшитого полиэтилена или прикреплены к кабелю снаружи, позволяет фиксировать температуру вдоль всего участка кабельной трассы. [2] Главный принцип работы и используемые физические законы едины - в оптический световод пускают мощные импульсы лазера, затем определяется спектральный состав обратного (Рамановского) рассеяния. В состав Рамановского рассеяния входит стоксово и антистоксово рассеяние, последнее сильно связано с температурой.
Сама волконно-оптическая система мониторинга измерения температуры состоит из блока формирования сигнала с частотным генератором, оптического рефлектометра и блока микропроцессора, а также световодного кабеля. Короткий импульс света направляется в световод и сразу начинается измерение всех отражений, возникающих по мере прохождения света вдоль волокна. Если на пути есть неоднородность в
© Солодков Е.Д., 2021.
Научный руководитель: Николаева Светлана Ивановна - кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет, Россия.
волокне, часть света отражается и начинает двигаться в обратную сторону к рефлектометру где она регистрируется фотоприемником. Зондирующий импульс пойдет дальше по волокну до конца световода или до места обрыва. Сигналы, приходящие в рефлекторметр, преобразуются в электрические сигналы, они усиливаются и обрабатываются. После обработки система получает действительную температуру участка кабельной линии с интервалом от 1 метра, в зависимости от протяженности с точностью до 0,5 °С. Эта система позволяет практически непрерывно измерять температуру по всей длине кабельной линии.
Таким образом, волоконно-оптическая система мониторинга, решает главные проблемные вопросы эксплуатации кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые определяют срок службы этих кабелей:
-Как долго и в каком месте превышалась номинальная рабочая температура кабеля;
-Как долго и в каком месте превышалась максимально допустимая температура кабеля;
-Какая электрическая нагрузка производится на кабель при достижении им максимальной расчетной температуры;
Все это позволяет эффективно оценивать остаточный ресурс кабеля.
Пожалуй, главным недостатком этой системы является её чувствительный элемент - оптоволоконный датчик температуры. При монтаже кабеля с интегрированным оптоволокном есть большой риск повреждения этого оптоволокна. Минимальный радиус изгиба и максимальное натяжение кабеля являются критическими параметрами. Увеличивающееся натяжение может привести к повреждению волокна. Во время прокладки кабель находится под нагрузкой, следовательно, радиус кривизны должен быть больше. Допустимый после завершения прокладки радиус изгиба зависит от растягивающей нагрузки. [2] Повреждение означает, что дальше этого места не будет производиться мониторинг температуры системой или в месте повреждения будет регистрироваться аномально высокая температура. Замена поврежденного участка оптоволокна обязательно сопровождается полной заменой участка кабеля с СПЭ, при условии, что оптоволокно интегрировано в структуру кабеля с СПЭ, а это требует намного больше затрат на монтаж кабельной линии.
Библиографический список
1. СТО 56947007-29.060.20.020-2009 Методические указания по применению силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 - 35 кВ. - М.: ОАО «ФСК ЕЭС». 2009 - 48с.
2. Иоргачев Д.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи/ Д.В. Иоргачев, О.В. Бондаренко. -Москва: ЭКО- ТРЕНДЗ, 2002. -276 с.
СОЛОДКОВ ЕВГЕНИЙ ДМИТРИЕВИЧ - магистрант, Волгоградский государственный аграрный университет, Россия.
