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

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