7.2. Огляд схем пропалювальних установок

Процес пропалювання може проводитися як на постійному, так і на змінному струмі. У свою чергу, пропалювання на змінному струмі промислової частоти може бути резонансним або нерезонансним. Останній варіант легко реалізується за допомогою звичайного силового трансформатора типу ТМ-10 (10/04кв, 10кВа). Але такі установки мають низьку ефективність. Внаслідок значної питомої ємності силових кабелів через обмотки трансформатора потрібно пропускати значні струми для одержання достатньої напруги на навантаженні. При довжині кабельних ліній, що перевищуює 0,5 км, застосування нерезонансного пропалювання на першому етапі недоцільне. Застосування його на коротких ділянках може бути виправдане лише при відсутності високовольтних випрямлячів. Нерезонансне пропалювання ізоляції рекомендується використовувати тільки на останньому етапі допалювання.

У практиці експлуатації силових кабельних ліній широке застосування одержав резонансний метод пропалювання. Вінбув розроблений в 1954 р. у ФРН. Принципова схема резонансного пристрою на базі резонансного трансформатора РА-2 показана на рис.7.3.

Рис.7.3 - Принципова схема резонансного методу пропалювання

Сутність резонансного методу полягає в наступному. Резонанс - це такий режим роботи пасивного електричного ланцюга, що містить R, L, C, при якому реактивний опір дорівнює нулю і відповідно дорівнює нулю реактивна потужність на затискачах ланцюга. При резонансі вхідний опір ланцюга Z_вх буде чисто активним:

, тому що .

У резонансному методі пропалювання ізоляції використовується явище резонансу напруг, при якому вся електрична енергія, що надходить від джерела, витрачається в активному опорі ланцюга R_п, перетворюючись у теплову енергію.

Повний опір ланцюга при резонансі напруг мінімальний і струм у ланцюгу досягає свого максимального значення. В умовах, близьких до резонансу, напруги на індуктивності і ємності можуть досягати більших значень.

Високовольтна обмотка L₂ резонансної пропалювальної установки вмикається послідовно з ємністю кабеля С_к , утворюючи резонансний контур на частоті мережі 50 Гц. Коливання в цьому контурі збуджуються завдяки магнітному зв'язку з обмоткою L₁, що живиться від мережі 220 В частотою 50 Гц. Змінюючи кількість витків обмотки L₂ можна регулювати напругу на кабелі.

Щоб одержати чисто синусоїдальну напругу на кабелі й виключити виникнення додаткових коливань, які можуть викликати перенапругу, високовольтну обмотку L₂ виконують у вигляді повітряної обмотки з невеликим магнітопроводом.

Між обмотками L₁ й L₂ зв'язок слабкий, тому кількість вторинних витків w₂ не відповідає звичній трансформації. Споживаючи з мережі живлення невелику потужність (кілька кіловат), що йде на покриття активних втрат, можна мати в резонансному контурі реактивну потужність у кілька сотень кіловольт-ампер.

У момент пробою в місці пошкодження ізоляції ємність кабеля С_к за рахунок свого заряду утворює імпульс струму через місце пошкодження. Протягом декількох напівперіодів напруга щоразу наростає до наступного пробою, викликаючи, таким чином, велику кількість пробоїв у секунду. В міру обвуглювання ізоляції в місці пошкодження значно збільшується кількість пробоїв, тому що струм допалювання прямує до мінімального значення (порядку 1 А). Це можливо, коли опір R_п у місці пошкодження падає до декількох кілоом.

Внутрішній опір контуру R_o при резонансі становить

,

де Q - добротність контуру, що показує, в скільки разів напруга на індуктивності (ємності) ланцюга перевищує напругу на її вході при режимі резонансу.

Після зриву коливань при пробої наростання коливань відбувається з постійною часу .

Крім того, ізоляція поблизу каналу розряду додатково нагрівається в результаті діелектричних втрат, що прискорює процес вигоряння ізоляції в місці пошкодження.

Слід зазначити, що пробій у резонансному контурі відбувається на обох полярностях напруги. Процес пропалювання при резонансному методі йде значно швидше і пробої виникають більше десяти разів у секунду. У міру обвуглювання ізоляції в місці пошкодження напруга на кабелі знижується і, нарешті починає стійко працювати в режимі короткого замикання вторинної обмотки. Тому й при резонансному методі практично одним ступенем пропалювання обійтися не можна. Доцільно остаточно допалювання ізоляції проводити відповідно до табл. 7.1 на третьому ступені.

При КЗ резонансний пристрій стає перетворювачем струму. Струм через місце пошкодження визначається ампер-витками первинної й вторинної обмоток.

Резонансний метод пропалювання пошкодженої ізоляції силових кабелів є досить ефективним, але має і ряд недоліків:

- виникає небезпека пошкодження здорової ізоляції кабеля в результаті виникнення значних напруг у резонансному контурі;

- складне настроювання реактивних елементів L, C контуру на резонансну частоту.

Пропалювання може проводитися також на постійному струмі. Принципові схеми таких установок показані на рис.7.4.

Рис.7.4 - Принципові схеми пропалювання ізоляції за допомогою випрямних установок:

а – однонапівперіодне випрямлення; б - двонапівперіодне випрямлення; в - трифазне випрямлення; г - трифазне випрямлення з послідовно вімкнутим дроселем

У схемах використовують напівпровідникові діоди або спеціальні діодні стовпи. Залежно від схемного рішення буде змінюватися пульсація напруги. Більш високі показники має трифазна схема випрямлення з індуктивним накопичувачем енергії.

Виготовляють устаткування для пропалювання ізоляції ряд відомих фірм, серед них німецька фірма “Seba dynatronic”, бельгійська фірма“Baltou”. У Росії таку техніку випускають Пензенський, Володимирський, і Ярославський електромеханічні заводи. В Україні її робить завод “АРЗ” у м.Кіровограді.

Установку для пропалювання ізоляції кабелів фірми “Seba dynatronic” марки ВТ5000 показано на рис.7.5.

Рис.7.5 - Установка для пропалювання ізоляції кабелів ВТ 5000

Установка має шість ступенів пропалювання на випрямленому струмі. Вихідна потужність на кожному ступені становить близько 7 кВА. Деякі технічні дані установки наведені в табл.. 7.2.

Таблиця 7.2 - Технічні характеристики установки ВТ 5000

Номер ступеня	I	II	III	IV	V	VI
Напруга, кВ	14	8	4	1,2	0,22	0,06
Струм, А	0,5	0,8	1,5	6,0	30,0	110

Установка має автоматичний захист, що відмикає високовольтний трансформатор після досягнення максимальної робочої температури його обмотками. За допомогою шести електромагнітних вимикачів вибираються напруги пропалювання ізоляції кабеля, які перемикаються без переривання виходу. Точне регулювання проводиться автотрансформатором. Для контролю операцією пропалювання в основному ланцюзі встановлений амперметр.

Пропалювальна установка УП-7 призначена для пропалювання пошкодженої ізоляції силових кабелів з метою утворення низькоомного провідного містка між жилами кабеля або жилою кабеля та захисною металевою оболонкою для наступного пошуку місця пошкодження. Основні технічні параметри установки наведені в табл. 7.3.

Таблиця 7.3 - Параметри установки УП-7

№ п/п	Параметри	Значення
1	2	3
1	Напруга живильної мережі, В	Однофазне 220 10%
2	Струм, споживаний з живильної мережі, у режимі «холостого ходу» у режимі «короткого замикання»	3 50
3	Вихідна напруга в режимі «холостого ходу», кВ 1- ступінь, випрямлена 2- ступінь, випрямлена 3- ступінь, змінна 4- ступінь, змінна 5- ступінь, змінна	22 10% 9,5 10% 2 10% 0,5 10% 0,17 10%
4	Струм короткого замикання на виході, А 1- ступінь 2- ступінь 3- ступінь 4- ступінь 5- ступінь	0,6 10% 1,6 10% 5,6 10% 27 10% 64 10%
5	Максимальна потужність, квт	10
6	Час безперервної роботи в режимі к. з., хв	5
7	Габаритні розміри, мм	565х560х1090
8	Маса, кг	230

З огляду на ту обставину, що пропалювання є однією з операцій, що виконується для проведення ВМП, фірма “Seba dynatronic” розробила установку СБТ-10 у вигляді переносного ящика, що містить комплект приладів. Установка може бути використана для наступних цілей:

1.Пропалювання ізоляції. Характеристики режимів пропалювання наведені в табл. 7.4.

Таблиця 7.4 - Параметри режимів пропалювання установки СТБ-10

Ступінь	Напруга	Вид струму	Максимальний струм пропалювання, А
1	2	3	4
1	0 -50 В	змінний	40
1	2	3	4
2	0 – 220 В	змінний	9,6
3	0 – 1,5 кВ	постійний	1,4
4	0 – 3 кВ	постійний	0,9
5	0 – 6 кВ	постійний	0,4
6	0 – 10 кВ	постійний	0,3

2.Акустичні випробування

Діапазон	Напруга ступеня	Потужність ступеня
1	0 – 5 кВ	500 Вт
2	0 – 10 кВ	500 Вт

3. Вимір відстані до місця пошкодження локаційним методом.

4.Відшукання пошкоджень кабелів за допомогою генератора звукової частоти.