Метод накладной рамки определения повреждения кабеля

Метод накладной рамки.

Данный метод применяется для определения однофазных замыканий жилы на оболочку при открытой прокладке кабеля, а также для кабельных линий проложенных в земле в предварительно отрытых шурфах на участке повреждения кабеля.

Накладная рамка выполняет роль антенны и состоит из прямоугольной катушки, изогнутой по форме оболочки кабеля и закрытой стальным ярмом для усиления э.д.с. пары токов. Обмотка содержит 1000 витков провода.

Рис. 4. Схема определения замыкания методом накладной рамки.

1 — стальное ярмо; 2 — обмотка; 3 — оболочка кабеля.

Генератор звуковой частоты подключают к жиле и оболочке поврежденного кабеля. Если рамка находится до места повреждения со стороны генератора, то при вращении рамки вокруг оси кабеля в телефоне за один оборот рамки будут прослушиваться два максимума и два минимума звучания. Это свидетельствует о том, что в кабеле существует поле пары токов протекающих по жиле и оболочке. Если же рамка находится за местом повреждения, то при ее вращении вокруг оси кабеля будет прослушиваться только монотонное звучание, обусловленное полем одиночного тока протекающего по оболочке. Таким образом, по изменению характера звучания находят место повреждения.

Данный метод позволяет достаточно эффективно отыскивать место повреждения кабеля при переходном сопротивлении не более единиц Ом и длине кабеля за местом повреждения до 1 км.

Источник

Определение места повреждения кабеля

Как правило, соединения потребителей с источниками электроэнергии (трансформаторными и распределительными подстанциями) осуществляется при помощи кабельных линий (КЛ). Это связано с тем, что у данного способа есть масса преимуществ перед воздушными линиями (ВЛ). Но, если случилась авария на КЛ, то поиск места повреждения кабеля без специальных приборов, практически невозможен. Сегодня мы рассмотрим несколько способов, позволяющих локализовать аварийный участок кабельной трассы, проложенной в земле.

Причины и виды повреждений кабельных линий

Существует много факторов, негативно влияющих на целостность силовых кабелей, к наиболее распространенным из них можно отнести следующие:

• Подвижка грунта, может быть вызвана аварией водопроводных, канализационных или тепловых сетей, а также сезонными явлениями, например, весенним оттаиванием.
• Превышение допустимых норм эксплуатации КЛ, что может привести к термической перегрузки линии, вызванной увеличением токовой нагрузки.
• Образование в КЛ высокого уровня электрического тока от транзитного КЗ.
• Механическое повреждение при земляных работах без учета прохождения подземных коммуникаций и глубины трассы.
• Ошибки при прокладке КЛ. В качестве примера можно привести нарушения технологии соединения жил кабельными муфтами.
• Заводской брак.

Заметим, что при открытой прокладке кабельных трасс некоторые перечисленные выше причины повреждений встречаются крайне редко. В частности, снижается вероятность влияния подвижки грунта и механические воздействия вследствие земляных работ. Помимо этого зоны повреждения открытых КЛ, в большинстве случаев, можно обнаружить при визуальном осмотре, без задействования спецметодов.

Разобравшись с причинами, перейдем к видам повреждений, поскольку от этого напрямую зависит, каким методом будет локализирован аварийный участок КЛ.

Чаще всего ремонтным бригадам приходится сталкиваться со следующими видами неисправностей:

• Дефект, вызванный полным или частичным обрывом КЛ. Чаще всего причиной аварии является проведение земляных работ без определения прохождения кабельных трасс. Несколько реже причиной данного повреждения может стать КЗ в соединительных муфтах.
• В силовых кабелях (более 1кВ), часто встречается пробой одной из жил на землю (однофазное замыкание). Ток утечки, как правило, это вызвано снижением качества изоляции в процессе эксплуатации КЛ.
• Межфазные повреждения, а также виды металлических замыканий, могут возникнуть в любых линиях, причина повреждений такая же, как и в предыдущем пункте.
• Плановое испытание кабеля, при котором задействуется высокий уровень напряжения, показывают низкую надежность изоляции, и приводит к возникновению пробоя. При определенных обстоятельствах такая линия может продолжать эксплуатироваться, но из-за низкого уровня ее надежности, авария может проявиться в любое время.

Кратко о ремонте кабельной линии

Ремонтные работы на кабельных линиях принято классифицировать на плановые и аварийные. Что касается объема таких работ, то у первых он, как правило, капитальный, у вторых – текущий.

При капитальных работах производится плановая замена КЛ, прокладка новых трасс и т.д. При необходимости также выполняется ремонт и/или модернизация сопутствующего оборудования. К последним относятся вентиляционные системы и освещение кабельных туннелей, а также насосы для откачки грунтовых вод. Учитывая специфику плановых работ, при их проведении не требуется локализация дефектных участков.

Совсем иначе обстоит дело при аварийном ремонте. Чтобы не раскапывать всю трассу, следует точно определить место обрыва провода, пробоя изоляции и т.д. Для этой цели применяются различные способы, для которых задействуется спецоборудование. Подробно об этом будет рассказано ниже.

Методики определения повреждения кабеля в земле

Как правило, дефектоскопия кабеля осуществляется в два этапа:

1. Устанавливаются границы зоны, в пределах которой находится аварийный участок.
2. Производится поиск точного места повреждения в определенной зоне.

Соответственно на первом этапе применяются относительные способы, а на втором широко используются технологии с повышенной точностью поиска повреждений. Перечислим основные методики дефектоскопии и особенности их применения.

Индукционный метод

Эта технология позволяет определить локацию, где произошел пробой изоляционного слоя токопроводящих элементов кабеля. Для этого при помощи специального генератора в КЛ подается переменный ток с силой до 20,0 ампер и частотой от 800,0 до 1200,0 герц. В результате, вокруг КЛ формируется электромагнитное поле определенной интенсивности. Если поместить в него антенную рамку подключенную к наушникам через усилитель, то можно услышать звук определенной частоты над неповрежденными токопроводящими элементами.

По характеру звукового сигнала можно определить не локацию дефекта, позиции муфт для соединения, топографию трассы (трассировку), включая наличие защитных труб. Ниже представлен рисунок, где показан уровень изменения сигнала над различными участками КЛ.

Поиск повреждений кабеля индукционным методом

Обозначения:

1. Задающий генератор.
2. Расположение соединительных элементов.
3. Защита кабеля.
4. Дефектное место.

Импульсный метод

Как уже упоминалось выше, данный способ относится к относительным, то есть, позволяющим установить дефектную зону повреждения (как правило, межфазное КЗ). Принцип работы заключается в подаче специальным прибором эталонного высоковольтного импульса в КЛ и последующим определением удаленности аварийного участка по отраженному сигналу импульсных токов.

Экран прибора ИКЛ с отображением отраженного импульса в случае замыкания (а) и обрыва (b) кабеля

В приведенном на рисунке примере расстояние до дефектного участка определяется следующим образом:

t_x – интервал времени между посланным и отраженным электрическим сигналом, измеряется в микросекундах. Как видно из рисунка, он равен 3,5 мкс. Учитывая, что скорость распространения импульса (v) примерно равна 160,0 м/мкс, то для решения необходимо применить следующую формулу: l_x = ( t_x*v ) / 2, где l_x – расстояние от генератора импульсов до поврежденного участка кабеля. В результате мы получим ( 3.5 * 160 ) / 2, то есть, 280,0 метров.

Обратим внимание, что в некоторых приборах по форме отраженного сигнала можно судить о характере дефекта.

Акустический метод

Технология основана на формировании в дефектном участке искровых разрядов, сопровождающимися звуковыми импульсами. Зафиксировать их можно используя обычный стетоскоп, прикладывая акустическую головку к земле, либо применяя специальный акустический приемник. Над дефектным участком разряды звуковых частот будут максимально громкими.

Различные схемы, применяемые при акустическом методе поиска повреждений кабеля

Обозначения:

1. Поиск устойчивого короткого замыкания между токоведущей жилой и оболочкой кабеля.
2. Схема для поиска заплывающих пробоев.
3. Применение работоспособных токопроводящих элементов (задействована емкость жил).
4. Схема для поиска обрыва.

Видео по теме:

Емкостной метод

Технология данного метода позволяет проводить поиск повреждения, в частности обрыва токоведущих элементов кабеля, путем измерения емкости жил. Как известно данный параметр напрямую зависит от длины кабеля. С упрощенной схемой высоковольтных колебаний для такого устройства можно ознакомиться ниже.

Мост переменного тока, используемый в емкостном методе обнаружения повреждения кабеля

Обозначения:

• R₁, R₂, R₃ – регулируемые резисторы.
• C_э – эталонный высоковольтный конденсатор.
• L – расстояние до места обрыва.
• L_к – общая длина КЛ.
• 1 – токоведущие элементы кабеля.
• 2 – защитная оболочка.
• 3 – место обрыва.

Подбирая сопротивление переменных резисторов, добиваются минимального отклонения стрелки прибора Г, что указывает на равновесие между плечами моста, что говорит о следующем соотношении R₁ / R₂ = С_x / С_э , это позволяет установить емкость поврежденной жилы С_x = С_э* (R₁ / R₂) .

Подобным способом производим определение емкости на другом конце КЛ, то есть, подключаем к нему генератор и повторяем измерения. В результате, вычисляем расстояние до поврежденной зоны: L = L_k * С₁ / ( C₁ + C₂ ), где С₁ и С₂ – емкости поврежденных токоведущих элементов кабеля, измеренные в начале и конце КЛ.

Метод колебательного разряда

Данный способ позволяет более эффективно определить расстояние до дефекта кабеля, известного, как заплывающий пробой. Для этой цели в поврежденную линию подаются импульсные колебательные разряды, после чего на экран спецприбора (например, ЭМКС58) выводятся данные о расстоянии до дефектного места.

Экран прибора РЕЙС-305 с указанием расстояния до поврежденного участка кабеля

Принципа работы данного метода во многом напоминает импульсный способ дефектоскопии.

Метод петли

Данный способ хорошо работает в тех случаях, когда в месте нарушения изоляции нет обрыва токоведущих элементов кабеля, а переходное сопротивление в месте дефекта не более 5,0 кОм. При несоответствии последнего условия может быть выполнен прожиг кабеля (прожигание изоляции для уменьшения переходного сопротивления). Упрощенный пример электрической схемы для метода петли показан ниже.

Устройство для поиска повреждения кабеля методом петли

Обозначения:

• Г – гальванометр.
• R1 и R2 – переменные резисторы, измерение сопротивления которых осуществляется после уравновешивания моста.
• L_k – длина КЛ.
• L – расстояние до дефектного участка.
• 1 – токопроводящие элементы кабеля.
• 2 – перемычка между целой и дефектной жилой.

После уравновешивания моста, расстояние до обрыва вычисляется по формуле: .

Метод накладной рамки

Данный вариант поиска повреждения в КЛ можно рассматривать в качестве одной из разновидностей индукционного способа, когда необходимо найти пробой между токоведущим элементом кабеля и его металлической оболочкой (броней). Данная технология рассчитана на поиск дефектных мест при открытой прокладке кабельных трасс, но ее можно успешно использовать и КЛ уложенных в грунт. В последнем случае требуется выкопать шурфы в зоне локализации дефекта.

Локализация повреждения кабеля методом накладной рамки

Обозначения:

1. Накладные рамки.
2. Место пробоя изоляции.

Поиск обрыва кабеля в бетонной стене и под гипсокартоном с помощью трассоискателя

Источник

Испытание кабелей — Отыскание места повреждения кабеля

Содержание материала

Методы, с помощью которых отыскивают непосредственно место повреждения кабеля, носят название абсолютные и к ним относятся: индукционный метод; метод накладной рамки; акустический метод; метод измерения потенциалов.

Как правило, применению абсолютных методов предшествует отыскание участка повреждения кабеля с помощью относительных методов.

а) Индукционный метод.

Данный метод применяется при определении места повреждения кабеля с замыканием жил между собой и при переходном сопротивлении в месте замыкания не более 10 Ом, а также для определения трассы и глубины залегания неповрежденного кабеля и места расположения кабельных муфт.

Метод основан на фиксации характера изменения электромагнитного поля над кабелем с помощью приемного устройства при пропускании по кабелю тока звуковой частоты. В качестве приемного устройства выступает антенна, в которой под действием переменного электромагнитного поля наводится э.д.с., усиливаемая усилителем и воспроизводящая звуковые сигналы с помощью телефона (см. рис. 20). В качестве источника тока используют генератор звуковой частоты 800-1200 Гц напряжением 100-200 В и током до 20 А (например, генератор ОП-2).

Определение места замыкания между жилами осуществляется по схеме рис. 20. Выводы генератора присоединяют к поврежденным жилам кабеля и подается ток звуковой частоты. Одновременно по трассе кабеля проходит оператор, прослушивающий через телефон звучание наведенных от кабеля в антенне электромагнитных волн. Звучание периодически изменяется в соответствии с шагом скрутки жил кабеля (1-2,5 м). В месте нахождения муфт звучание усиливается при одновременном уменьшении периодичности. При подходе к месту повреждения звучание сигнала усиливается, а на расстоянии примерно 0,5 м за повреждением прекращается.

Рис. 20. Схема определения повреждения кабеля индукционным методом (а) и характер изменения э.д.с. антенны вдоль кабеля.

При определении места повреждения полезно знать распределение магнитного поля при прохождении тока звуковой частоты по жилам кабеля и характер изменения э.д.с. наводимой в антенне (см. рис. 21). Наводимая в антенне э.д.с. существенно за висит от расположения антенны над кабелем. Так при вертикальной ориентации магнитной оси антенны максимальное значение э.д.с., а следовательно, максимальное звучание, будет иметь место непосредственно над кабелем. В этом положении витки антенны будут пересекаться максимальным магнитным потоком. Интенсивность звучания будет уменьшаться при перемещении антенны поперек кабеля (см. рис. 21 кривая 1). При горизонтальной ориентации магнитной оси антенны минимальное звучание будет иметь место непосредственно над кабелем (см. рис. 21 кривая 2), а интенсивность звучания увеличивается при поперечном перемещении антенны относительно кабеля.

Для повышения достоверности определения места повреждения рекомендуется осуществлять поиск включая генератор поочередно с одного и другого конца кабеля. При наличии повреждения звучание будет прекращаться в одном и том же месте.

Наводимая в антенне э.д.с. уменьшается пропорционально квадрату расстояния от оси кабеля. Для того чтобы звучание не пропадало необходимо, как можно точнее, выставлять антенну над осью кабеля. Для повышения уровня звучания увеличивают ток пропускаемый по жилам кабеля.

Рис. 21. Характер изменения э.д.с., наводимой в антенне для вертикального (1) и горизонтального (2) положений оси антенны и распределение магнитного поля пары токов при горизонтальном (а) и вертикальном (б) расположения жил кабеля.

Определение места однофазного замыкания на оболочку кабеля изложенным методом теоретически возможно, но практически осуществить трудно даже при наличии большого практического опыта. Это вызвано тем, что в месте повреждения ток растекается по оболочке кабеля в обе стороны и, следовательно, звучание за местом повреждения не прекращается в отличие от случая рассмотренного выше. Для отыскания таких повреждений применяют метод накладной рамки, который является разновидностью индукционного метода.

Представленный метод используется также для определения трассы кабеля. На рис. 22 представлены схема включения генератора, характер изменения э.д.с. наводимой в антенне и распределение магнитного поля. В данном случае при горизонтальной ориентации магнитной оси антенны наводимая э.д.с. имеет максимальное значение над кабелем (кривая 2), так как витки обмотки антенны пересекаются максимальным магнитным потоком. Обратная картина наблюдается при вертикальной ориентации оси, так как витки обмотки антенны в данном случае не пересекаются магнитным потоком.

Рис. 22. Схема определения трассы индукционным методом (а), характер изменения э.д.с. вдоль оси кабеля (б), характер изменения э.д.с. при перемещении антенны поперек оси кабеля (в) и распределение магнитного поля тока одной жилы (г).

б) Метод накладной рамки.

Данный метод применяется для определения однофазных замыканий жилы на оболочку при открытой прокладке кабеля, а также для кабельных линий проложенных в земле в предварительно отрытых шурфах на участке повреждения кабеля.

Участок повреждения определяется одним из методов, изложенных в п. 13.4.2.

Накладная рамка выполняет роль антенны и состоит из прямоугольной катушки, изогнутой по форме оболочки кабеля и закрытой стальным ярмом для усиления э.д.с. пары токов. Обмотка содержит 1000 витков провода ПЭВ диаметром 0,1 мм К рис. 23).

Рис. 23. Схема определения замыкания методом накладной рамки.

1 — стальное ярмо; 2 — обмотка; 3 — оболочка кабеля.

Генератор звуковой частоты подключают к жиле и оболочке поврежденного кабеля. Если рамка находится до места повреждения со стороны генератора, то при вращении рамки вокруг оси кабеля в телефоне за один оборот рамки будут прослушиваться два максимума и два минимума звучания. Это свидетельствует о том, что в кабеле существует поле пары то ков протекающих по жиле и оболочке. Если же рамка находится за местом повреждения, то при ее вращении вокруг оси кабеля будет прослушиваться только монотонное звучание, обусловленное полем одиночного тока протекающего по оболочке. Таким образом, по изменению характера звучания находят место повреждения.

Данный метод позволяет достаточно эффективно отыскивать место повреждения кабеля при переходном сопротивлении не более единиц Ом и длине кабеля за местом повреждения до 1 км. В других случаях отыскание места повреждения с помощью накладной рамки затруднительно.

в) Акустический метод.

Данный метод предполагает создание в месте повреждения мощных электрических разрядов, которые сопровождаются звуковыми колебаниями. Последние фиксируются на поверхности земли с помощью стетоскопа или пьезоэлемента с усилителем. Место повреждения определяется по наибольшему звучанию, вызванному разрядами.

Акустический метод применяется для определения места повреждения, носящий характер «заплывающего» пробоя, а также при обрыве жил кабеля.

Для создания разрядов в месте повреждения используется электрическая энергия, накапливаемая в конденсаторах или в самом кабеле путем заряда от выпрямительной установки (рис. 24).

Рис. 24. Схемы определения места повреждения акустическим методом.

а — при устойчивом замыкании жилы на оболочку кабеля; б — при «заплывающем» пробое; в — использованием емкости неповрежденных жил; г — при обрыве жилы кабеля.

Энергия, накапливаемая в конденсаторе или кабеле, пропорциональна заряжаемой емкости и квадрату приложенного напряжения и составляет 100 Дж и более. При достижении напряжения пробоя эта энергия расходуется за очень короткое время и в месте повреждения происходит мощный удар, сопровождаемый соответствующим звуковым эффектом.

Источник