Виды повреждений кабельных линий

Кабельные линии электропередачи широко используются для приема, распределения и передачи электроэнергии потребителям. Кабельные линии, как и любой элемент электрических сетей, в процессе эксплуатации может повредиться.

Одна из основных задач в электроэнергетике — обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей, поэтому необходимо, по возможности, минимизировать риски повреждения кабельных линий.

Рассмотрим, какие бывают виды повреждений кабельных линий, и по какой причине происходит то или иное повреждение.

Однофазное замыкание на землю

Однофазное замыкание одной из фаз кабеля на землю является одним из наиболее распространенных повреждений кабельных линий. При данном повреждении одна из токоведущих фаз вследствие нарушения целостности изоляции контактирует с внешней, экранирующей оболочкой кабеля, которая заземлена.

Однофазные замыкания, в свою очередь, классифицируют по величине переходного сопротивления в месте замыкания.

Первый тип — замыкание с высоким сопротивлением в месте контакта, так называемый заплывающий пробой изоляции. При данном повреждении в электрической сети наблюдается хаотичное изменение фазных напряжений.

Второй тип — замыкание с небольшим сопротивлением от нескольких Ом до нескольких десятков кОм. В данном случае в электрической сети будет наблюдаться существенный перекос фазных напряжений, при этом на поврежденной фазе напряжение будет ниже, а на двух других фазах выше. Чем меньше сопротивление в месте замыкания фазы, тем больше перекос напряжения.

Третий тип — полное замыкание одной жилы кабеля, то есть переходное сопротивление в месте замыкания близко к нулю. При данном повреждении напряжение на поврежденной фазе отсутствует, на двух других фазах напряжение вырастает до линейного.

Однофазное замыкание на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью является аварийным режимом, поэтому линия с данным повреждением будет обесточена действием защиты от сверхтоков.

В сетях, работающих в режиме изолированной нейтрали, данный тип повреждения не является аварийным, поэтому кабель может продолжительное время находиться под напряжением, пока не будет обнаружен и отключен от сети поврежденный участок. Поэтому очень часто однофазное замыкание на землю на кабельной линии в сети с изолированной нейтралью быстро переходит в междуфазное замыкание и происходит автоматическое отключение линии.

Междуфазное замыкание двух или трех фаз

Второй по распространенности тип повреждения — короткое замыкание двух или трех фаз кабельной линии. В большинстве случаев замыкание между жилами кабеля происходит через экранирующую заземленную оболочку — то есть в данном случае наблюдается двух или трех фазное замыкание на землю.

Данный тип повреждения является наиболее тяжелым и характеризуется, как правило, большими токами, которые должны быть отключены действием защиты, независимо от класса напряжения и режима работы электрической сети. Если по какой-то причине происходит задержка срабатывания защиты кабельной линии, то в месте замыкания появляется видимое повреждение, вплоть до полного разрыва кабеля в месте короткого замыкания.

Причины однофазных и междуфазных коротких замыканий:

неправильный выбор типа и сечения кабеля, защитных аппаратов или неправильный выбор уставки устройств релейной защиты и автоматики;

эксплуатация кабеля в недопустимых условиях окружающей среды;

заводские дефекты либо дефекты, возникшие в результате ошибок при монтаже кабельной линии;

повреждение кабельной линии при эксплуатации в результате внешнего механического воздействия, негативного влияния сторонних объектов и коммуникаций, которые находятся на недопустимом расстоянии к кабелю (по причине ошибок при монтаже кабеля или из-за несогласованных действий при строительстве различных объектов и прокладке коммуникаций);

естественный износ изоляционного материала и коррозии металлических конструктивных элементов кабельной линии.

Обрыв одной или нескольких жил

Еще один возможный тип повреждения кабеля — обрыв одной или нескольких жил. Обрыв жил происходит в результате нежелательного смещения или растяжения кабеля, по причине неправильно выбранного типа кабеля, допущении ошибок при монтаже на опорах, различных конструкциях или при прокладке в земле, а также в результате внешних механических воздействий.

Обрыв также может сопровождаться замыканием на землю, если между оборванной жилой и внешней заземленной оболочкой кабеля нарушена целостность изоляции. При этом заземление может быть как оборванных, так и целостных жил.

Нередко обрыв жил кабельной линии возникает возле соединительных муфт, как наиболее уязвимого участка кабельной линии. Причиной данного повреждения может быть ошибка при монтаже муфты, а также из-за постоянных смещений и просадок грунта.

На одной кабельной линии может быть одновременно несколько поврежденных участков, причем повреждения могут быть разного характера. Подобные повреждения могут возникнуть при механическом воздействии на кабель на разных участках.

Возможно, также причина может быть в наличии «слабых мест» (частичное нарушение целостности изолирующих материалов, заводской брак), которые выдерживали номинальную нагрузку, но при значительном превышении тока, который протекал при замыкании, произошло повреждение кабеля в данных местах.

По этой причине нередко возникают ситуации, когда после устранения повреждения на кабель подается напряжение и повторно срабатывает защита, что свидетельствует о наличии другого поврежденного участка на кабельной линии.

Поэтому перед подачей напряжения необходимо удостовериться в отсутствии других поврежденных участков на кабеле. Для этого производят измерение сопротивления изоляции кабеля мегомметром, а в высоковольтных сетях на протяженных кабельных линиях для поиска повреждений используют специальную испытательную установку.

Источник

Общая информация. Классификация повреждений кабеля.

В современных условиях непрерывно возрастают требования к надежности и бесперебойности электроснабжения и связи на предприятиях, образовательных учреждениях, жилищных массивах, всех видов транспорта, строительных площадках, шахтах и других объектов народного хозяйства.

Неизбежные материальные и финансовые потери, к которым приводит выход из строя кабельной линии (КЛ), заставляют искать наиболее эффективные, минимизирующие эти потери, способы устранения повреждений. Правильный выбор метода и оборудования для поиска мест повреждений определяют качество решения поставленной задачи, т.е. максимальную вероятность правильного определения места повреждения и минимальное время, затрачиваемое на это.

Причины появления дефектов в кабелях весьма разнообразны. Основные из них: механические или коррозионные повреждения, заводские дефекты, дефекты монтажа соединительных и концевых муфт, осушение изоляции вследствие местных перегревов кабеля и старение изоляции.

Наиболее важным является точное определение места повреждения кабельной линии, особенно в условиях города или в зимнее время, так как позволяет значительно сократить размеры вскрываемого асфальтодорожного покрытия или мерзлого грунта.

ОМП в кабельных линиях — это сложная взаимосвязанная система операций. Каждая операция позволяет решить конкретную задачу из всей процедуры определения места повреждения посредством использования определенного оборудования ООО «АНГСТРЕМ».

Качество используемых для определения мест повреждения приборов, устройств и систем значительно облегчает работу персоналу, эксплуатирующему кабельные линии. Однако при большой плотности прокладки кабельных линий, что характерно для крупных городов, точное определение места повреждения на кабельной трассе под силу лишь специалистам — профессионалам, имеющим многолетний опыт определения повреждений кабельных линий.

Статьи, подготовленные специалистами нашей компании, раскроют общий подход к проблеме обнаружения и точного определения мест повреждений в кабельных линиях, с помощью профессионального оборудования «АНГСТРЕМ» и содержат конкретные рекомендации по методам поиска.

Классификация повреждений кабеля

По характеру поведения повреждения делятся на устойчивые и неустойчивые. В изоляции кабельных линий неустойчивые повреждения, в большинстве случаев, возникают вследствие специфических свойств бумажно-масляной изоляции. При ее пробое в разрядном промежутке создаются условия, способствующие гашению электрической дуги. Количество неустойчивых повреждений значительно превосходит количество устойчивых. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые.

По видам повреждения разделяются на замыкания (в сетях с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов также «замыкания на землю») и обрывы. Замыкания делятся на однофазные (однополюсные) и междуфазные (двух- и трехфазные, как с «землей», так и без «земли»). Для сетей с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов существенное значение имеют также двойные замыкания на землю, т.е. замыкания двух фаз на землю в разных точках электрически связанной сети.

Рис. 1 — Виды повреждений кабельных

Источник

Основные методы определения мест повреждения (ОМП)

Неизбежные материальные и финансовые потери, к которым приводит выход из строя кабельной линии (КЛ), заставляют искать наиболее эффективные, минимизирующие эти потери, способы устранения повреждений. Правильный выбор метода и оборудования для поиска мест повреждений определяют эффективность решения поставленной задачи, т.е. максимальную вероятность правильного определения места повреждения и минимальное время, затрачиваемое на это. Причины появления дефектов в кабелях весьма разнообразны. Основные из них: механические или коррозионные повреждения, заводские дефекты, дефекты монтажа соединительных и концевых муфт, осушение изоляции вследствие местных перегревов кабеля и старение изоляции.

Основные виды повреждений силовых кабелей

• однофазное замыкание на «землю»;
• межфазное замыкание; межфазное замыкание на «землю»;
• обрыв жил кабеля без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
• заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий (заплывающий) при номинальном напряжении.

Классификация методов ОМП

Виды повреждений и основные методы поиска

Виды повреждений	Схема повреждения	Переходное сопротивление, Ом	Дистанционный метод	Топографический метод	Оборудование для определения мест повреждений
Замыкание фаз на оболочку кабеля		Rп 4	Мостовой	Акустический, накладная рамка	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
			Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-105М1, КП-500К
	100 4		Петлевой (мостовой)	Акустический	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
		Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический	РЕЙС-105М1, КП-500К
		100 4	Мостовой	Акустический, индукционный	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
	Замыкания между фазами		Rп 10 6	Импульсный, колебательного разряда	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» ,ПА-1000А, КП-500К
	Rп > 10 6	Импульсный, колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70 , ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
	0 Rп 3	Импульсный	Акустический, индукционный	РЕЙС-105М1, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А, КП-500К
Заплывающий пробой		Rп > 10 6	Колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А

Дистанционные (относительные) методы

• 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. По времени прохождения импульса до неоднородности и обратно, которое пропорционально рассто­янию до него вычисляют расстояние. Можно определить рассто­яние до места повреждения, обрыва жилы, длину кабеля, Можно определять расстояния до неоднородностей, муфт, однофазных и междуфазных повреждений кабеля.
• Емкостный метод возможно использовать при обрывах жил кабеля. Расстояние до места обрыва определяется по значе­нию измеренной емкости жил КЛ. Измерение проводится с помо­щью мостов переменного тока. Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в ме­сте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения падает ниже допустимого значения.
• Метод колебательного разряда используется при опре­делении расстояния до мест однофазных повреждений с переход­ным сопротивлением в месте повреждения порядка 10-100 килоом. С помощью 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.
• Волновой метод используется, в том случае, если сопро­тивление в месте повреждения составляет от нуля до сотен килоом. Осуществляется метод следующим образом. При 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.
• Петлевой метод основан на измерении сопротивления току жил кабеля (как правило, с помощью моста). Используется при определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции. Точность определения расстояния до места поврежде­ния невелика и составляет около 15% измеряемой длины.

Топографические (абсолютные) методы

• 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.
• Потенциальный метод поиска основан на фиксации на поверхности грунта вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ в земле токами.
• 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 КЛ и глубину ее залегания, а по характеру изменения и уровню поля определяют место повреждения. Этот метод применяется для непосредственного отыскания на кабеле мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на «землю», обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на «землю», для определения трассы кабеля и глубины его залегания, для определения местоположения соединительных муфт.

Рассмотрим основные свойства и характеристики предъявляемые к поисковой аппаратуре

• Высокая избирательность приемника. Этот параметр обеспечит электрическую помехозащищенность, позволяющую успешно проводить поиск при наличии мощных источников регулярных помех.
• Высокая чувствительность приемника. В совокупности с высокой избирательностью обеспечит поиск коммуникаций со слабым сигналом на большой глубине.
• Качество и временная стабильность выходного сигнала генератора. Это обеспечит и необходимую избирательность, и достаточную помехозащищенность. Кроме того, сигнал генератора не будет влиять на работу другой электронной аппаратуры.
• Достаточно большая выходная мощность генератора, позволяющая работать на глубоко (до 10 метров) залегающих и протяженных (до нескольких десятков километров) КЛ. Это требование является совершенно необходимым для российских условий. Также мощный и надежный генератор с большим выходным током допустимо использовать в качестве устройства дожига кабеля.
• Высокая надежность генератора, обеспечивающая неограниченное время работы на активную и реактивную нагрузку в диапазоне от короткого замыкания до холостого хода с возможными резкими изменениями по величине.
• Высокие эксплуатационные характеристики. Минимальный диапазон рабочих температур эксплуатации: от -30 °С до +40 °С.
• Достаточный набор рабочих частот генератора и частотных каналов приемника, обеспечивающий гарантированное выполнение функций трассопоиска и определения мест повреждений.
• Универсальность, т.е. возможность работать индукционным, акустическим и потенциальным методами. Желательное свойство, позволяющее минимизировать необходимый комплект оборудования.

Все вышеуказанные свойства и характеристики позволяют с максимальной эффективностью, т.е. с минимальными затратами времени, средств и гарантированным результатом проводить поиск мест повреждений КЛ.

В наши дни поиск места повреждения кабеля осуществляется с помощью современных поисковых комплектов. Профессиональные поисковые комплекты, такие как, например, КП-500К, КП-250К и КП-100К позволяют в кратчайшие сроки выполнять поиск места дефекта и определить глубину залегания кабеля.

Источник