Кабель для замера температуры

Применение системы температурного мониторинга с помощью оптического кабеля для контроля распределения температуры вдоль электрического силового кабеля

В статье приводится практический пример измерения распределения температуры по длине силового кабеля с использованием системы, основанной на рамановском рассеивании.

Силовые кабельные линии являются одним из важных элементов энергетической системы Российской Федерации. Существует множество ответственных участков силовых кабелей с передаваемой мощностью от десятков до миллионов киловатт. Выход из строя отдельных силовых кабелей в процессе эксплуатации происходит регулярно по всей стране и является чрезвычайным происшествием, требующим срочного и дорогостоящего ремонта.

Во многих случаях причиной выхода из строя силового кабеля является локальный перегрев, который может произойти в результате неправильной эксплуатации, старения изоляции или повреждения защитных оболочек. Локальные перегревы вызваны либо повышением токовой нагрузки, либо ухудшением условий охлаждения кабеля по длине.

Прогнозирование и предотвращение указанных перегревов кабеля возможно за счет использования современных систем температурного мониторинга с применением оптического волокна, внедренного в конструкцию силового электрического кабеля.

В данной работе нами приводится пример применения системы температурного мониторинга (далее по тексту СТМ) по оптическому кабелю с использованием рамановского измерителя обратного рассеивания, разработанной ИИТ г. Минск совместно с ООО «НПП Старлинк» (см. Приложение).

В настоящее время подобные системы измерения распределение температуры по оптическому кабелю (СТМ) с использованием рамановского рассеивания начали интенсивно внедряться в различные области техники.

Преимуществом метода является то, что измеряемый параметр — температура непосредственно связана с фундаментальным физическим явлением — колебанием молекул кварцевого стекла, которое вызывает появление рассеивания света типа рамановского. Мощность этого рассеиваемого излучения непосредственно контролируется прибором.

С прикладной точки зрения метод позволяет проводить измерения на кабелях, имеющих большие длины, что дает возможность контролировать протяженные, удаленные объекты или множество объектов сразу.

Задачи, решаемые с помощью СТМ, могут быть в действительности весьма разноплановые — измерение температуры нефтяных хранилищ и танкеров, химических и ядерных объектов, контроль утечки газа и нефти, тепла в трубопроводах, контроль распределения температуры больших строительных сооружений.

Достаточно сказать, что в данный момент поставлены задачи контроля потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах безопасности и предотвращения техногенных катастроф с использованием разнообразных систем передачи информации, в том числе спутниковых систем [1].

В этой работе мы применили систему СТМ для измерения распределения температуры по длине макета силового электрического кабеля.

Нами изготовлен образец электрооптического кабеля длиной около 160 м, состоящего из трех отдельных изолированных электрических жил (сечением 4 мм 2 ) и миниатюрного оптического кабеля диаметром 2,3 мм.

Четыре элемента кабеля скручены между собой правильной скруткой с шагом 50 мм и покрыты оболочкой из ПВХ пластиката. Оптический микрокабель выполнен в виде гибкой стальной трубки из канатных проволок с наружным диаметром 2 мм и оболочкой из фторопласта 2М. Внутри стальной трубки имеет место одно многомодовое оптическое волокно с характерными диаметрами сердцевины и оболочки 50/125 мкм. Масса бухты электрооптического кабеля около 20 кг. Конструкция кабеля показана на рисунке 1.

Эксперимент построен следующим образом.

После изготовления кабель скручен в бухту.

Основная часть кабеля (около 130 м) располагается в измерительной комнате. Верхний конец кабеля длиной 30 м разложен по полу. Верхний конец разделан, и концы двух проводов кабеля подключены к сварочной установке.

Нижний конец кабеля со стороны скрученной бухты также разделан на длине 20 см. Оптический элемент кабеля освобожден. Оптическое волокно армировано соединителем и подключено к рамановскому измерителю обратного рассеивания. Соответствующие два электрических провода соединены, образуя замкнутый шлейф длиной около 320 м.

Схема измерений показана на рисунке 2.

Изменения распределения температуры по длине кабеля T = f (l) представлены на рисунках 3-7 с индексом А (крупный масштаб). Отдельные участки в правой части общей температурной зависимости выделены в более мелком масштабе, соответственно, на рисунках 3-7 с индексом Б.

На рисунке 3А видны колебания температуры в пределах ±0,5 С°. Эти колебания температуры имеют место по всей длине кабеля. Следует обратить внимание на то, что наблюдаемые колебания температуры — не погрешность прибора, а реальные изменения температуры, связанные с реальной установившейся теплопередачей между участками бухты.

На этом рисунке в мелком масштабе выделен конец кабеля. Последние 30 м имеют меньшие колебания температуры (±0,3 С°). Правый конец (около 30 м), развернутый на полу, нагрет равномерно и незначительно (до 30 С°).

Характерно, что на всех кривых отчетливо выделяются отдельные, и вполне определенные по положению на оси Х (оси расстояний) точки нагрева. Они изменяются только по амплитуде и связанны с токовым нагревом и теплопередачей витков бухты кабеля. Поскольку характер теплопередачи значительно не изменяется, то кривые очень хорошо сохраняют форму.

Анализ результатов

Результаты температурных зависимостей по длине кабеля T = f (l) в различных фазах проведения испытаний достаточно отчетливо характеризуют состояние нагрева отдельных участков кабеля.

Видно, что условия охлаждение участков кабеля фактически однозначно определяют условия эксплуатации, в данном случае экспериментальных условий.

Можно предположить, что внедрение оптического волокна внутрь реального силового кабеля и реальные наблюдения зависимостей T = f (l) могут дать очень хорошую информацию для дальнейшей эксплуатации силовых кабелей

Литература
1. Патент РФ № 229642 » Система автоматизированного контроля потенциально опасных объектов РФ в интересах обеспечения защиты от технических, природных и террористических угроз». В.А Иванов и др.

Приложение:
Рекламные листы системы температурного мониторинга и кабелей сенсоров,
которые предполагается использовать для СТМ 01

Обозначение кабеля:
СЛ-ОКД-01-1Г-1,0 Оптический микрокабель типа СЛ-ОКД модификации 01 с одним кварцевым многомодовым волокном с градиентным профилем показателя преломления диаметром 125/50 мкм
Материал в предлагаемом читателю виде получен на выставке CABEx 2009 в качестве рекламно-просветительного свободно распространяемого среди посетителей печатного приложения к комплекту рекламы ООО «ВНИИКП-ОПТИК» для специалистов кабельщиков, проектантов и эксплуатационщиков.
Ограничений по защите авторских прав не имеется.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Источник

Измерение температуры кабельных линий

Температура высоковольтной кабельной линии является важным эксплуатационным и диагностическим параметром. С одной стороны, она характеризует рабочую нагрузку кабельной линии, а с другой является признаком наличия и развития дефектов в изоляции.

Для диагностики и мониторинга измерение температуры кабельной линии может производиться в наиболее ответственных точках, обычно в зоне концевых и промежуточных муфт, или во всей кабельной линии.

Измерение температуры муфт производится контактными датчиками, которые устанавливаются прямо на муфту.

Температура всей кабельной линии измеряется оптическим кабелем, который смонтирован внутри изоляции силового кабеля или проложен снаружи. В современные кабели несколько оптических волокон закладываются в изоляцию кабеля уже на этапе его изготовления.

Распределенный температурный мониторинг (DTS) высоковольтной кабельной линии позволяет контролировать продольный профиль температуры кабельной линии с разрешением до одного метра и до одного градуса. Такая подробная информация даёт возможность обслуживающему персоналу контролировать условия эксплуатации всей кабельной линии, ее рабочую температуру, а также выявлять дефектные зоны линии с повышенной температурой.

В наших системах мониторинга силовых кабелей для измерения температуры используется прибор ASTRO и программное обеспечение iNVA. Прибор контролирует попеременно несколько кабельных линий (до 8 штук), что сильно удешевляет систему.

Температурный диагностический мониторинг чувствителен только к дефектам, находящимся в «развитом состоянии», когда дефект захватывает достаточно обширную зону изоляции, приводя к ее значительному нагреву.

Источник

Испытание и проверка силовых кабелей — Измерение температуры нагрева кабелей

Содержание материала

Измерение температуры оболочек кабеля необходимо производить в местах, в которых кабель работает в наиболее тяжелом режиме (места пересечения кабеля с тепло- и паропроводами, в пучках действующих кабельных линий, на участках трассы с сухим или имеющим большое тепловое сопротивление грунтом), в период максимальной нагрузки кабеля.
Для определения температурного перепада Д£каб за t0б следует принимать максимальное значение температуры, а за величину тока I — максимальную нагрузку линии.
Измерение температур нагрева оболочек кабелей или окружающей среды может производиться с помощью термопар, термосопротивлений или термометров.
При контроле нагрева кабелей следует иметь в виду следующие диапазоны температур, с которыми наиболее часто приходится встречаться: температура оболочек кабеля до +60″С; температура грунта от —5 до + 25° С; температура воздуха от —40 до +45иС.
Из приведенных данных следует, что диапазоны температур составляют лишь несколько десятков градусов, причем нередко разность температур оболочек кабеля и окружающей среды составляет более 10—20″ С. Это требует применения весьма чувствительных термоиндикаторов.

а) Метод термопары

При контроле нагрева кабеля термопарами необходимо, чтобы в рабочем диапазоне температур они создавали э. д. с. порядка 0,5—1 мв, что позволит применить имеющиеся в лабораториях милливольтметры и гальванометры.
Наиболее чувствительными являются термопары, изготовляемые из сплавов хромель — копель, развивающие термо-э. д. с. в 6,9 мв на 100° С.
Могут применяться также медьконстантановые термопары (4 мв на 100°С).
Термопары должны иметь два спая, один из которых размещается на кабеле, а другой — в точке, в которой температура все время фиксируется чувствительным и точным термометром (температура «холодного» спая).
Для создания хорошего контакта термопары с оболочкой кабеля целесообразно рабочий спай зачеканить в свинцовый лепесток (диск диаметром 3—4 см, толщиной 2—3 мм) и применять, как их называют на практике, «лепестковые» термопары. Такой лепесток надежно закрепляется на кабеле тафтяной или киперной лентой.
При отсутствии лепестковых термопар под рабочий спай следует вначале подложить мягкий станиоль и лишь после этого плотно прижать термопару к оболочке кабеля путем обмотки плотной тканевой лентой.
При контроле нагрева кабеля в одном месте следует закладывать не менее двух термопар для взаимного контроля показаний и резерва на случай поломки рабочего спая.
Обычно на практике приходится контролировать на каком-либо участке температуру нескольких по соседству расположенных кабелей, на которых закладывается группа термопар (до 10—20 шт.).
Все холодные спаи этих термопар обычно выводятся в одно место, в котором их температура фиксируется термометром. При этом к полученному отсчету температуры по шкале прибора необходимо прибавить температуру окружающей среды (в месте нахождения концов «холодного» спая), если она положительна, и отнять, если она отрицательна.

Хорошо размещать «холодные» спаи в сосуде с тающим льдом или снегом. Это дает устойчивую температуру «холодных» спаев 0°С до тех пор, пока не растает весь лед или снег, а показания милливольтметра (градуированного обычно в градусах) сразу дают температуру оболочек кабелей в градусах Цельсия без поправки на температуру окружающей среды, поскольку она равна нулю.
Концы термопар присоединяются к контактору с переключателем, к которому во время измерений присоединяются переносной милливольтметр (гальванометр).
Для измерений могут применяться также потенциометры с чувствительностью не менее 0,05 мв на деление.

б) Метод термосопротивлений

Более чувствительным методом является контроль нагрева кабелей с помощью термосопротивлений.
Термосопротивления изготовляются из тонкой изолированной проволоки диаметром 0,05—0,07 мм имеющей большой температурный коэффициент (изменение сопротивления при нагреве)
Величина термосопротивления должна быть не менее 5—10 Ом (обычно 20—30 Ом).
Несколько метров тонкой проволоки укрепляют на куске плотного листового электрокартона так, чтобы жилы проволоки были расположены на одной стороне листа (рис. 45). Выводные концы сопротивлений для большей механической прочности выполняют из более толстой изолированной проволоки.
Для того чтобы нити проволоки не расползались и не перепутывались, необходимо закрепить их на пластинке бакелитовым лаком.

Рис. 45. Намотка термосопротиилений для измерений температур на оболочках кабелей.
1 — концы для присоединения термоэлемента к мостику; 2 — переход на провод большого сечения.
Для предохранения нитей проволоки от обрыва на них следует наложить сверху кусок тонкой кабельной бумаги, также смазав ее бакелитовым лаком.
После изготовления термосопротивления листу, на котором оно закреплено, следует придать цилиндрическую форму, намотав его на стержень диаметром 40— 50 мм.
Величина омического сопротивления термоэлементов после одночасовой выдержки при неизменной температуре точно измеряется на мостике.
Так, например, если термосопротивление изготовлено из медной проволоки диаметром 0,05 мм и имеет при комнатной температуре (+20° С) сопротивление, равное 20 Ом, то при изменении температуры кабеля на 1°С изменение сопротивления составит около 0,1 Ом, что с достаточной для практики точностью может быть установлено обычными измерительными мостиками.
Иногда, исходя из местных условий, термосопротивление должно иметь очень малые размеры, например для закладки на свинцовую оболочку кабелей в просветах нижней брони ленты (верхняя бронелента разрезается). В этих случаях следует применять очень тонкую проволоку с высоким удельным сопротивлением.
В последнее время для измерения температур кабелей нашли применение полупроводниковые термосопротивления.

в) Метод термометра

В том случае, когда кабели расположены в туннеле, канале или помещениях, их температуру можно контролировать непосредственно термометрами. Шкала термометров должна быть не более 50—100° С.
Термометр в целях удобства подсоединения к кабелю должен иметь конец с ртутной головкой, изогнутой под прямым углом. Под ртутную головку термометра подкладывается мягкий станиоль, после чего термометр плотно прижимается к кабелю путем намотки и затяжки тканевой лентой.
Если желательна непрерывная или периодическая автоматическая регистрация температур нагрева кабелей, то термопары или термосопротивления должны быть подсоединены к специально установленным для этой цели электронным потенциометрам типа ЭПД-07, ЭПД-12, ЭПП 09.
При закладке термопар, термосопротивленнй пли термометров важно сохранить без изменений условия охлаждения кабелей.
В туннелях или каналах это касается вентиляции кабелей. Не допускается установка каких-либо перегородок, заполнение чем бы то ни было пространств между отдельными полками и т. д.
При траншейных прокладках кабелей, после того как заложены термопары или термосопротивления, яму засыпают и утрамбовывают тем же грунтом.
Измерение температур можно начинать не ранее чем через сутки после закрытия ямы и восстановления покровов над кабелями. Это диктуется необходимостью прогрева грунта и создания нормального теплового поля вокруг кабеля.
Концы от термопар или сопротивлений выводятся на стену какого-либо находящегося рядом помещения или размещаются и укрепляются в специально оборудованном для этой цели контрольном колодце.
В зависимости от результатов контроля увеличивается или уменьшается нагрузка кабельной линии или принимаются меры по улучшению охлаждения кабелей.

Источник