5. Класифікація методів вмп кабельних ліній

Відомі методи ВМП можна розділити на дві групи: дистанційні, що вказують зону пошкодження, й топографічні, які визначають безпосередньо на трасі місце пошкодження. У зв'язку з принциповою різницею процесів, що протікають у випробуваних об'єктах на різних частотних діапазонах, в [10] запропоновано використовувати ще одну класифікаційну ознаку - діапазон частот, що застосовується в тому або іншому методі. Всі методи розділяються на низькочастотні й високочастотні. До низькочастотних належать методи, що працюють у діапазоні частот від нуля до декількох кілогерців, до високочастотних - методи, що перевищують кілька десятків кілогерц (60-10⁶ кгц). Діапазон частот 10-60 кГц у методах ВМП КЛ не використовується. З урахуванням вказаних ознак класифікація методів ВМП має вигляд на рис.5.1.

Рис. 5.1- Схема класифікації методів ВМП

З високочастотних методів найбільше поширення одержали імпульсні методи. Метод стоячих хвиль не знайшов практичного застосування. Особливість даного методу полягає в одержанні залежності повного опору пошкодженої лінії від частоти прикладеної напруги. Для цього на початку лінії, що має обрив або КЗ, приєднують генератор змінної частоти й вольтметр. У міру зміни частоти повний опір періодично змінюється, відповідно змінюються й показання вольтметра. З різниць частот між сусідніми максимумами (мінімумами) показань вольтметра визначають відстань до місця пошкодження. Однак наявність перехідного опору в місці КЗ або шунтувального опору в місці обриву значно зменшує діапазон коливань вхідного опору. При наявності в лінії неоднорідностей з'являються додаткові стоячі хвилі, які накладаються на хвилі, викликані пошкодженнями, що збільшує похибку виміру. У трифазних ланцюгах швидкість поширення хвиль по різних каналах різна, що також впливає на похибку виміру. Все це обмежує застосування даного методу.

Принцип дії імпульсних методів полягає у вимірі інтервалів часу розходження електромагнітних хвиль (імпульсів) по ділянках лінії. Залежно від використання для відліку часу спеціально генерованих імпульсів або імпульсів, що виникують у місці пошкодження лінії електромагнітних хвиль, ці методи поділяються на локаційні й хвильові. У свою чергу хвильові методи можна розділити на двосторонні й однобічні залежно від фіксації моментів приходу фрон-тів хвиль на обох кінцях лінії або на одному кінці.

Хвильовий метод однобічних вимірів може застосовуватися як на ввімкнутих, так і на вимкнутих лініях. Використовують два варіанти даного методу. У першому варіанті вимірюється час між моментом приходу до початку лінії фронту хвилі, що утворюється на відстані L у місці пошкодження, і моментом вторинного приходу фронту хвилі після двох відбиттів на початку лінії та в місці пошкодження. Інтервал часу визначається як ,тоді шукана відстань дорівнює . Для відімкнутих ліній даний метод називають методом коливального розряду.

Другий варіант даного методу призначений для дальніх ліній постійного струму. При його використанні вимірюється час між моментом приходу до початку лінії фронту хвилі, що виникла при пошкодженні й розходиться по хвильовому каналу «провід - провід», і моментом приходу фронту аналогічної хвилі, що розходиться по хвильовому каналу «провід - земля». Цей інтервал часу дорівнює

, (5.1)

де v_пп v_пз – відповідно швидкості розходження фронтів хвиль по каналах «провід – провід» і «провід – земля».

Тоді відстань до місця пошкодження

. (5.2)

Хвильовий метод двосторонніх вимірювань полягає у вимірі часу між моментами, коли фронти електромагнітних хвиль, що виникають у місці пошкодження, досягнуть протилежних кінців лінії. Коли прийняти, що вся довжина лінії дорівнює L, а відстань до місця пошкодження становить , то через проміжок часу фронт однієї з хвиль досягне одного кінця лінії. Другого кінця лінії фронт електромагнітної хвилі досягне через час . Інтервал часу дорівнює . Звідси відстань до місця пошкодження

. (5.3)

Для зменшення похибки методу слід синхронізувати відлік часу на обох кінцях лінії.

Локаційний метод заснований на вимірюванні інтервалу часу t_x між моментом посилання в лінію спеціального так званого зондувального імпульсу і моментом повернення відбитого імпульсу від місця пошкодження лінії в точку виміру. Відстань до місця відбиття імпульсу в лінії L_x буде дорівнювати половині добутку вимірюваного часу на швидкість розходження імпульсу в лінії V:

. (5.4)

Локаційні вимірювання підрозділяються на автоматичні й неавтоматичні. Автоматичні використовують, як правило, у повітряних лініях, що перебувають під робочою напругою. Час визначення відстані до місця пошкодження не перевищує однієї десятої частки секунди.

Неавтоматичні виміри в основному використовують в кабельних лініях. Якість локаційних вимірів визначається не тільки властивостями приладів, але й параметрами досліджуваної лінії, насамперед величиною коефіцієнта загасання і залежністю його від частоти.

До переваг даного методу слід віднести наступні його можливості:

- визначати характер пошкодження в лінії за полярністю відбитого імпульсу на імпульсній характеристиці лінії;

- швидко визначати місця пошкодження як у повітряних, так і у кабельних лініях електропередачі.

- визначати незначні зміни хвильового опору лінії;

- розрізняти кілька пошкоджень у лінії, що існують одночасно й визначати відстань до кожного з них;

- визначати місця пошкодження, що мають нестійкий характер;

До недоліків цього методу можна віднести неможливість виявлення зниження опору ізоляції кабеля, а також досить високу вартість використовуваного обладнання. Проте його універсальність і висока швидкість виявлення пошкодження дозволяють рекомендувати імпульсний метод для ВМП різного виду.

Топографічні методи належать до низькочастотних. Велике поширення на повітряних і кабельних лініях дістав індукційний метод. Застосовується він для визначення місця пошкодження при дво- або трифазному замиканні жил кабеля, а також при обриві жил з одночасним замиканням. Полягає він у фіксації за допомогою датчика зміни магнітного поля, утворюваного струмом промислової або підвищеної частоти, що протікає по лінії. Для цих цілей використовують генератор звукової частоти. Коли один вивід генератора підмикається до непошкодженої оболонки кабеля, а другий - до його заземленої оболонки, силові лінії магнітного поля в цьому випадку являють собою концентричні кола із центром у підімкненій жилі кабеля. Якщо над кабелем встановити датчик і переміщувати його уздовж кабеля, то можна буде контролювати зміну напруженості магнітного поля. Як датчик може використовуватися індукційна рамка або котушка з феритовим осердям. Магнітні силові лінії поля, перетинаючи витки рамки, наводять у ній ЕРС. Рамка через підсилювач підключається до вимірювального приладу або до головного телефона, через який можна прослуховувати звучання, викликане зміною напруженості поля. Залежно від розташування прийомної рамки щодо траси кабельної лінії буде змінюватися величина наведеної у рамці ЕРС (рис.5.2).

а б в

Рис.5.2 - Варіанти розташування осі прийомної рамки щодо траси кабеля й розподіл ЕРС

а - горизонтальне розташування рамки; б - вертикальне розташування рамки;

в - паралельне розташування рамки.

Коли вісь прийомної рамки розташована горизонтально в площині, перпен-дикулярній до осі кабеля, то в рамці буде наводитися максимальна ЕРС (див. рис.5.2,а). При переміщенні рамки в бік від траси КЛ ЕРС буде убувати. Ця властивість використовується для орієнтовного знаходження траси кабеля.

Якщо вісь прийомної індукційної рамки розташувати вертикально, то точно над кабелем наведена ЕРС буде дорівнювати нулю у зв'язку з тим, що витки рамки не перетинаються магнітним полем. При переміщенні рамки в бік від траси кабеля ЕРС буде різко зростати до максимуму, а потім повільно убувати. (рис.5.2,б). Ця властивість використовується для точного знаходження траси кабеля.

У тому разі, коли вісь прийомної індукційної рамки розташована паралельно осі КЛ, над кабелем наведена ЕРС буде дорівнювати нулю. При порушенні паралельності ЕРС зростає, що використовується для визначення напрямку траси кабеля (рис.5.2,в)

Над місцем пошкодження кабеля (замикання жил) величина звуку зростає за рахунок зміни напрямку струму в кабелі й витиснення магнітного поля, а за місцем пошкодження інтенсивність звуку зменшується до нуля або має постійну силу, коли жили кабеля замикаються на оболонку. Різке зростання звуку в телефоні й вказує на трасі місце пошкодження.

Індукційний метод може застосовуватися, коли перехідний опір у місці пошкодження жил не перевищує 20 Ом. Якщо це значення більше, для зменшення перехідного опору застосовують пропалювання ізоляції в місці пошкодження. Для успішного застосування індукційного методу потрібні певні практичні навички. Слід мати на увазі, що звук у телефоні буде збільшуватися також при знаходженні рамки над сполучною муфтою або зникати, коли кабель перебуває в трубі або прокладений на глибині більше 1,5 м.

Акустичний метод може застосовуватися для визначення будь-якого виду пошкодження, як ізоляції, так і самих жил кабеля, коли перехідний опір у місці пошкодження становить від 1000 до 5000 Ом. Він дозволяє знаходити місце пошкодження в кабелі, що перебуває в землі на глибині до 3м і під водою на глибині до 60 м.

Сутність цього методу полягає в прослуховуванні акустичних коливань на трасі кабельної лінії, які створюються іскровим розрядом у місці пошкодження кабеля від генератора імпульсів. Коли в лінію від генератора посилається імпульс напруги, у місці пошкодження ізоляції між жилою кабеля й землею відбувається розряд, під впливом якого в навколишньому середовищі виникають акустичні коливання. Ці коливання, поширюючись у середовищі, досягають поверхні, де вони фіксуються за допомогою спеціальних приладів, до складу яких, як правило, входять приймач акустичних коливань, підсилювач і головні телефони.

Маючи певні переваги в порівнянні з індукційним методом, акустичний метод має і ряд недоліків. Надійність визначення місця пошкодження істотно зменшується в наступних випадках:

- коли в кабелі при пропалюванні ізоляції в оболонці не утворюється наскрізний отвір;

- якщо над кабелем розташоване звуковбиральне середовище (пісок, щебінь, шлаки і т.ін.);

- у випадку зварювання жили з оболонкою при пропалюванні ізоляції;

- якщо глибина прокладки кабеля в землі перевищує 3 м.

Крім того, при використанні акустичного методу застосовується висока напруга, що вимагає відповідної кваліфікації обслуговуючого персоналу й дотримання строгих заходів техніки безпеки при пошуку місць пошкодження.

У тих випадках, коли після пропалювання ізоляції перехідний опір у місці пошкодження залишається досить великим можна використати мостовий метод ВМП на постійному струмі, що одержав назву «петльового методу». З його допомогою можна визначити такий вид пошкодження ізоляції, як замикання жили на землю, коли перехідний опір досягає величини до 10 кОм. Крім того, мостовий метод ВМП дозволяє визначити відстань до місця обриву жил у кабелі при одночасному їхньому замиканні на землю або без замикання. У цьому разі застосовується метод, що дістав назву «ємнісного методу ВМП».

Сутність петльового методу полягає в тому, що пошкоджена й здорова жили кабеля з'єднуються накоротко з одного боку (утворюється петля), з іншого боку до кінців жил приєднуються додаткові регульовані резистори - створюється схема моста. Для користування методом петлі необхідно мати хоча б одну непошкоджену жилу кабеля або хоча б одну жилу з перехідним опором, значно більшим перехідних опорів двох інших жил (в 10 – 100 разів). Значення перехідного опору пошкодженої жили повинно бути не більше 5000 Ом. При більших значеннях стійких перехідних опорів можна застосувати міст високої напруги звичного реохордного типу, керування яким відбувається за допомогою ізолюючої штанги.

Методом петлі надійно перевіряються однофазні й двофазні замикання сталого характеру. Трифазні замикання визначаються при наявності додаткового проводу, яким може бути використаний паралельно прокладений кабель.

Відомими є методи визначення місця пошкодження за схемою петлі Муррея і петлі Варлея.

Метод петлі Муррея (рис.5.3 ) застосовують, якщо у певному місці одна з жил кабеля замикається на іншу або на оболонку через перехідний опір, величина якого не перевищує 10⁴ Ом.

1

R 2

L_y (r_y =2r-r_x )

4

M

L_x =(r_x)

R_п 3

Рис.5.3 - Схема вимірів для визначення відстані до місця пошкодження ізоляції кабеля методом петлі Мур рея:

1,2,3 - жили кабеля, 4 - перемичка

З умови рівноваги моста виходить

; , (5.5)

де R - опір плеча моста, підімкнутого до непошкодженої жили,

М - опір плеча моста, підімкнутого до пошкодженої жили (відлік за декадою відносин),

r - опір жили кабеля;

r_x -опір жили кабеля до місця пошкодження.

При постійному перерізі струмоведучих жил опори відрізків пропорційні довжині відповідних ділянок.

Відстань до місця пошкодження знаходимо з виразу

, (5.6)

де L -довжина кабельної лінії;

Вимірювання з визначення місця пошкодження слід робити з обох кінців кабельної лінії, змінюючи місце встановлення перемички.