Сучасні безпропалювальні методи визначення місць ушкодження силових кабелів.
Однією з основних завдань безперебійного постачання електроенергією є швидке та точне визначення місця ушкодження силових кабелів.
Як правило, місце пошкодження визначають два прийоми: спочатку визначають зони пошкодження кабельної лінії, потім уточнюється місце пошкодження в межах зони. На першому етапі визначення місця пошкодження проводиться з кінця лінії, на другому етапі безпосередньо на трасі лінії.
Ми розглянемо перший етап – дистанційні методи визначення місць ушкоджень силових кабелів.
Локаційний метод
Сутність локаційного методу полягає в зондуванні кабелю імпульсами напруги, прийомі імпульсів, відбитих від місця пошкодження і неоднорідностей хвильового опору, виділенні відбитків від місця пошкоджень на фоні перешкод (випадкових і відбиття від неоднорідностей ліній) і визначенні відстані до шкоди по пошкодженню . Цей метод є «базовим» і використовується лише у разі «простих» для визначення пошкоджень.Методи коливального розряду (зв'язок струму (ICE) і зв'язок напруги (Decay))
Для здійснення методу при зв'язку по напрузі на кабельну лінію подають високу напругу від спеціального джерела і поступово підвищуючи його, добиваються пробою в слабкому місці кабелю. При цьому прилад повинен бути підключений до кабельної лінії через спеціальний приєднувальний пристрій напруги (ємний дільник напруги).
Для реалізації методу при зв'язку струму в кабельну лінію подають від спеціального потужного генератора високовольтний імпульс, який, пробігши від початку лінії до слабкого місця, викликає в ньому пробій. При цьому прилад повинен бути підключений до лінії черезспеціальний приєднувальний пристрій струму (імпульсний трансформатор струму). Хвильовий процес у кабельній лінії буде записаний на згадку про прилад. По тимчасової затримки між імпульсами, що прийшли до початку кабелю від первинного, вторинного та подальших пробоїв, визначають відстань до місця пробою.
Метод коливального розряду ґрунтується на поширенні імпульсних сигналів у кабельних лініях. Імпульсним сигналом при цьому методі є імпульс розряду, що виникає в місці пошкодження кабельної лінії при дії на неї високовольтним напругою або спеціальним високовольтним генератором.
Метод коливального розряду використовується в тих випадках, коли перехідний (шунтуючий) опір у місці пошкодження Rш значно перевершує хвильовий опір лінії і порівняно з величиною опору ізоляції.
Такі високоомні ушкодження (стійкі та нестійкі зниження опору ізоляції, у тому числі в муфтах, вставках, переходах, «запливаючий пробій» тощо) виявляються тільки при додатку до КЛ робочої чи випробувальної напруги.
Сутність методу полягає в наступному: після пробою ізоляції зарядженого кабелю відбувається процес коливального розряду - загасаючий хвильовий процес, тривалість і характер якого залежить від співвідношень між внутрішнім опором джерела, опором у місці пошкодження в момент пробою, хвильовим опором лінії, ємністю кабелю довжиною. У момент пробою утворюється електрична дуга в місці пошкодження і його опір стає рівним нулю (або значно менше хвильового опору КЛ), і вздовж лінії у бік високовольтного джерела починає поширюватися прямокутна хвиля струму та пов'язана з нею прямокутна хвиля напруги (їхамплітуди визначаються величинами випробувального напруги, вихідного опору генератора випробувального напруги та хвильового опору).
При досягненні початку лінії (місця підключення високовольтного джерела) фронт електромагнітної хвилі відбивається у бік пошкодження, оскільки вихідний опір джерела не дорівнює хвильовому опору КЛ, і через час, що дорівнює t = L/V, знову досягає місця пошкодження, знову відбивається і рухається в бік генератора.
Хвильовий процес триває до того часу, поки відбувається пробою пошкодженої ділянки, тобто. поки напруга в місці пошкодження не знизиться нижче напруги пробою або продовжується горіння дуги.
Метод коливального розряду односторонніх вимірів заснований на вимірі часу між моментами досягнення одного кінця лінії (місця підключення високовольтного джерела та вимірювача хвильових процесів) фронтів електромагнітних хвиль, що виникають у місці ушкодження.
На відміну від локаційного методу відстань до місця ушкодження визначають не за часом затримки відбитого імпульсу щодо зондуючого, а за часом приходу до початку лінії фронту хвилі, що виникла у місці ушкодження.
Метод стабілізації електричної дуги (ARM)
p align="justify"> Метод стабілізації електричної дуги може бути використаний для визначення відстані до місця складного (високоомного) або нестійкого пошкодження. Сутність методу короткочасної дуги полягає в одночасному впливі на кабельну лінію високовольтним імпульсом та виконання вимірювань локаційним методом.
Генератор ударних хвиль, що є джерелом високої напруги, у якого на виході включений високовольтний конденсатор і спеціальний розрядник, підключається докабельної лінії через пристрій стабілізації дуги (його основний компонент індуктивність).
При подачі імпульсу від джерела високої напруги в місці високоомного дефекту виникає пробій, через пристрій стабілізації дуги починає протікати струм і пробій затягується - утворюється дуговий розряд. За рахунок індуктивності, що є у пристрої стабілізації дуги, струм дуги підтримується протягом певного часу (менше секунди). Електричний опір дуги близький до нуля, що еквівалентно короткому замиканню.
Імпульсний рефлектометр підключається через спеціальний приєднувальний пристрій (фільтр). Зондуючі імпульси від рефлектометра через приєднувальний пристрій надходять у кабельну лінію, а відбиті імпульси повертаються в рефлектометр.
Послідовність проведення вимірювань за методом короткочасної дуги наступна.
Через приєднувальний пристрій зчитують рефлектограм кабельної лінії і зберігають її в пам'яті імпульсного рефлектометра. Так як імпульси з генератора високовольтних імпульсів відсутні або мають недостатню для пробою встановлену амплітуду, пробій і дуга в місці складного або нестійкого пошкодження відсутні. На рефлектограмі відбитий сигнал від високоомного пошкодження практично невиразний на тлі перешкод. Спостерігаються відбиття від неоднорідностей лінії (муфт, кабельних вставок тощо) і від розімкнутого кінця кабельної лінії. Потім вихідну напругу високовольтного джерела в генераторі ударних хвиль поступово збільшують доти, доки в кабельній лінії не з'являться пробої. У такт із високовольтними імпульсами у місці дефекту запалюватиметься короткочасна електрична дуга. Період повторення короткочасної дуги нестабільний. Зондуючі імпульсиподаються в кабельну лінію з частотою, яка у багато разів більша за частоту запалювання дуги. При збігу зондуючого імпульсу з моментом запалювання дуги, він відбивається від дуги як від короткого замикання, і повертається до початку кабелю, де записується на згадку про рефлектометр (рис. 2).
Для більш надійного визначення місця ушкодження необхідно досягти неодноразового збігу зондувального імпульсу з моментом запалення дуги. Імпульс, відбитий від дуги, чітко видно на рефлектограмі. Далі дуги імпульс не проходить, тому на рефлектограмі не видно кінця лінії. Далі на екрані рефлектометра накладають один на одного дві записані рефлектограми: рефлектограму до виникнення дуги і рефлектограму після виникнення дуги. Це дозволяє чітко спостерігати місце початку розбіжності рефлектограм, яке відповідає місці складного чи нестійкого ушкодження. Накладення рефлектограм за методу короткочасної дуги показано на рис. 3.
Таким чином, при методі стабілізації електричної дуги високоомне пошкодження короткочасно перетворюється на низькоомне. Але цей метод добре використовувати на коротких кабелях, тому з'явилися варіації зазначених методів спеціально адаптовані для довгих кабелів.
Метод стабілізації електричної дуги для довгих кабелів (ARM Plus) та метод зв'язку з напругою для довгих кабелів (Decay Plus)
ARM Plus — подальший розвиток запатентованого методу та методу локалізації пошкоджень кабелів ARM, що відноситься до високого рівня техніки. У цьому методі завдяки подвійному імпульсу в місці пошкодження запалюється стабільна електрична дуга з тривалим часом горіння.
Спочатку відбувається розряд із імпульсногогенератора або за допомогою постійної напруги, щоб пробити місце ушкодження. Під час другого кроку за допомогою другого розряду з 4 кВ імпульсного модуля автоматично подовжується час електричної дуги, що виникає при пробої, і вимірюється відповідним методом попередньої локалізації. Результат - ідеальні картинки з дефектом.
Decay Plus - подальший розвиток методу Decay. Decay Plus дозволяє визначати пошкодження кабелів дуже високою напругою запалювання (до 80 кВ) при чудовій точності локалізації пошкоджень та однозначності рефлектограм.
Даний метод розширює метод ARM Plus, обмежений зазвичай зарядною напругою імпульсних конденсаторів по амплітуді напруги запалювання ушкодження, до максимальної межі випробувального напруги, що є в системі.
Всі ці методи реалізовані в електротехнічній лабораторії нового покоління «Centrix». Перша в Україні лабораторія цього класу виготовлена нашим підприємством наприкінці 2007 року для ВАТ «Кубаньенерго» та експлуатується у міських електричних мережах м. Сочі.