Определение места повреждения кабельных линий с использованием рефлектометра РЕЙС-105Р. Учебно-методическое пособие

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Электрические станции»

В.М. ДАШКОВ, А.В. ГОФМАН, В.Е. ВЕРЕЩАГИН

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕФЛЕКТОМЕТРА РЕЙС-105Р

Учебно-методическое пособие

Самара Самарский государственный технический университет

2020

1

Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 8 от 28.03.2019 г.).

УДК 621.311.22(075.8) ББК 31.37 я 73 Д 217

Дашков В.М.

Определение места повреждения кабельных линий с использованием рефлектометра РЕЙС-105Р: учебно-методическое пособие / В.М. Дашков, А.В. Гофман, В.Е. Верещагин. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2020. – 48 с.

Рассмотрены способы определения места повреждения кабельных линий. Приведено описание рефлектометра РЕЙС-105Р и особенности работы по поиску места повреждения силовых кабелей с помощью данного прибора.

Дисциплина входит в базовый модуль производственно-технологической деятельности «Электроэнергетика и электротехника» – индекс Б1.Б.02.03.

Предназначено для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» при изучении дисциплины «Специальный курс тепловых электрических станций».

Может быть полезным слушателям курсов повышения квалификации и профессиональной подготовки специалистов электроэнергетического профиля.

Р е ц е н з е н т : канд. техн. наук, доцент А.В. Обухова

УДК 621.311.22(075.8) ББК 31.37 я 73 Д 217

© В.М.Дашков, А.В. Гофман, В.Е. Верещагин, 2020

© Самарский государственный технический университет, 2020

2

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одним из важных элементов электрической части электрических станций и подстанций, электрических сетей различного назначения является силовой кабель. В настоящее время предприятиями выпускаются силовые кабели различного конструктивного исполнения с различными видами изоляции.

Впроцессе эксплуатации кабельных линий (КЛ) возможны нарушения изоляции, короткие замыкания, обрывы и т.д. С целью повышения надежной работы КЛ выполняются конкретные мероприятия по испытанию и диагностике кабелей. Для быстрого устранения повреждений разрабатываются новые способы и новые приборы для определения места повреждения кабеля. Однако описание конкретного способа и прибора для испытания, диагностики и определения места повреждения силовых кабелей приводится в основном в информационных материалах организаций-производителей (разработчиков), в статьях научных журналов и т.п.

Во многом эффективность применения конкретного устройства для определения места повреждения определяется квалификацией персонала, выполняющего указанные работы.

Вданном пособии приведены материалы для приобретения навыков работы с рефлектометром РЕЙС-105Р.

Издание снабжено вопросами для самопроверки и тестами для автоматизированной проверки знаний.

4

ВВЕДЕНИЕ

Распределение электрической энергии в электрических сетях часто выполняется кабельными линиями электропередачи различного конструктивного исполнения (в траншее, в лотке, в коробе и т.д.).

Даже при своевременном и качественном обслуживании указанных линий неизбежны повреждения силовых кабелей, возникающие по различным причинам.

Уменьшить время перерыва подачи электрической энергии, снизить ущерб, обусловленный перерывом, позволяет быстрое и точное определение места повреждения кабеля.

К настоящему времени известно несколько методов определения места повреждения кабельных линий: импульсный, импульсно-дуго- вой, акустический, индукционный и т.д.

Для практической реализации указанных методов многими предприятиями как в России, так и за рубежом разработаны и производятся различные приборы и системы: рефлектометры компании СОНЭЛ (TDR-410 и т.п.), прибор ИРК-ПРО АЛЬФА, комплект КП-500К (изготовитель – ЗАО «Ангстрем-ИП», г. Ярославль), рефлектометры серии РЕЙС (изготовитель – фирма СТЭЛ, г. Брянск).

5

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

Несмотря на относительную надежность кабельных линий, по различным причинам происходит их повреждение. Статистические данные свидетельствуют о том, что основными видами повреждения кабельных линий являются:

замыкание одной жилы кабеля на землю (однофазное);

замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой в одном или разных местах (междуфазное);

обрыв одной, двух или трех жил без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;

заплывающий пробой изоляции (замыкание одной жилы на землю; одной, двух или трех жил между собой без заземления и с заземлением);

нарушение изолирующей пластмассовой наружной оболочки. Точное определение места повреждения (ОМП) кабеля позволяет

не только сократить сроки ликвидации аварии, но и значительно снизить трудовые и материальные затраты на устранение повреждения, поэтому к настоящему времени разработаны и внедрены различные методы и приборы для определения места повреждения кабелей [1, 3, 4, 5, 11].

В общем случае все методы определения мест повреждения кабельных линий (КЛ) можно разделить на две группы: дистанционные и топографические методы.

Дистанционные методы часто называют относительными, а топографические – абсолютными.

При дистанционных методах измерения выполняются в самом начале или в конце кабельной линии.

При топографических методах измерения выполняются непосредственно на трассе КЛ.

Следует отметить, что все методы ОМП можно разделить также на группы высокочастотных и низкочастотных методов. К

6

высокочастотным методам относятся методы, приборы и системы которых используют частоты, равные десяткам килогерц, к низкочастотным – частоты от нуля до нескольких килогерц. Достаточно подробно многие методы ОМП кабелей рассмотрены автором данной работы в [7].

Простейшие виды повреждения КЛ определяются с помощью мегаомметра (для кабелей напряжением более 1 кВ используется мегаомметр на 2500 В). Вначале проверяется отсутствие замыканий каждой жилы кабеля на землю (рис. 1.1, а) и между отдельными жилами (рис. 1.1, б). Перед проверкой кабель должен быть отсоединен от сети с обеих сторон (рис. 1.1, а, б).

Для проверки отсутствия обрыва жил кабеля необходимо один линейный конец мегомметра соединить с землей, а другой подключить поочередно к каждой жиле. На противоположном конце кабеля все жилы соединяются между собой и заземляются (рис. 1.1, в). Мегаомметром выявляются только явные дефекты: металлическое короткое замыкание (переходное сопротивление Rпер в месте повреждения составляет 0–100 Ом, пробивное напряжение Uпр равно нулю) и обрыв жилы (Rпер составляет сотни МОм, Uпр – больше испытательного).

Рис. 1.1

За величину пробивного напряжения Uпр принимается величина испытательного напряжения, приложенного к испытываемой изоля-

7

ции, при котором за счет увеличенной напряженности электрического поля происходит пробой изоляции.

Если кабель не выдержал испытания повышенным напряжением (например, для кабелей 3–10 кВ с бумажной изоляцией испытательное напряжение равно 6Uн), но Rпер велико (более 5 МОм), то для более точного определения места повреждения производится прожигание изоляции в дефектном месте с помощью специальных установок [3, 5, 12].

В настоящее время распространены следующие схемы прожигания:

–на выпрямленном напряжении;

–с емкостным накопителем энергии и последовательно включенной индуктивностью;

–резонансное прожигание и прожигание с индуктивным накопителем энергии.

Популярной схемой ОМП на силовых кабелях в России является схема «прожиг – импульсная рефлектометрия – индукционный поиск

–подтверждение акустикой».

Прожиг должен обеспечивать появление надежного металлического мостика в месте повреждения. Достаточно подробно особенности прожигания изоляции кабельных муфт и изоляции кабеля рассмотрены в [3, 5, 7].

Следует отметить, что во многих работах предлагается запретить прожиг изоляции из сшитого полиэтилена постоянным током для снижения переходного сопротивления при ОМП из-за накопления объемных зарядов в приэлектродных областях и возле микродефектов в полимере.

Для быстрого и точного определения МП целесообразно использовать совместно два метода: сначала метод из группы относительных, затем – из группы абсолютных.

Относительные методы (импульсный, импульсно-дуговой, петлевой, емкостной, колебательного разряда) – методы, в которых все измерения выполняются либо в начале, либо в конце КЛ. Эти методы

8

обеспечивают быстрое ориентировочное определение зоны повреждения. За счет этого обеспечивается значительная экономия средств и сокращение общего времени определения места повреждения.

В некоторых публикациях отмечается, что часто для ОМП кабельных линий целесообразнее применить вместо импульсного метода метод колебательного разряда.

Рассмотрим основные особенности процесса ОМП кабеля методом колебательного разряда [7], который также называют «волновым методом». На основании опыта применения указанного метода ОМП при различных видах повреждений и дефектов кабелей установлено, что он эффективен при однофазных коротких замыканиях с переходным сопротивлением в месте повреждения от десятков до сотен МОм, т.е. при так называемых «заплывающих пробоях».

Процесс ОМП методом колебательного разряда начинается

сплавного увеличения напряжения на повреждённой жиле кабеля

спомощью высоковольтной испытательной установки до пробоя. Причём подключение установки к кабелю производится через специальное присоединительное устройство.

Врезультате пробоя в месте повреждения возникает короткое замыкание. Это замыкание в заряженной жиле кабеля приводит к появлению электромагнитных волн, одна из которых (уже положительной полярности) распространяется от места пробоя в месте дефекта к началу, а другая (тоже положительной полярности) – к концу кабельной линии.

При измерении на поврежденную жилу кабеля подается высокое напряжение отрицательной полярности. Измерив период (или полупериод) свободных (собственных) колебаний, можно определить расстояние до места повреждения.

Пробой на кабеле происходит в момент времени t0 и волна на-

чинает распространяться к началу линии с известной скоростью υ = 160 м/мкс. В момент времени t1 волна достигает начала кабеля, запускает измеритель и, не изменяя полярности, отражается от присоединительного устройства. Отраженная волна достигнет места пробоя в

9

момент времени t2, далее, отразившись от него, вернется к началу кабельной линии в момент времени t3 и произведет остановку измерителя.

Для исключения ложных срабатываний в измерителях предусматривается плавное изменение уровня входного сигнала и введение импульсов задержки, которые исключают сигналы помех [7].

Отметим, что имеется два варианта практической реализации метода колебательного разряда:

–метод бегущей волны напряжения;

–метод импульсного тока;

При ОМП методом бегущей волны напряжения в кабельную линию от источника постоянного напряжения через сопротивление, величина которого значительно больше волнового сопротивления линии (W), подают напряжение отрицательной полярности, которое медленно повышают до пробоя (короткого замыкания) [7].

В месте пробоя (повреждения) формируются электромагнитные волны положительной полярности, так как испытательное напряжение имеет отрицательную полярность, а коэффициент отражения по напряжению в месте пробоя также отрицателен (Кu = -1).

Одна из волн распространяется от места пробоя к началу кабеля, а другая – к концу кабеля. Достигнув начала кабеля, первая волна отражается от большого сопротивления источника и, не изменяя полярности, распространяется к месту повреждения. В месте повреждения вновь возникает пробой и отражение с обратным знаком, и так далее. Затухая, волновой процесс продолжается до тех пор, пока энергии волны достаточно для пробоя в месте повреждения. Данный процесс фиксируется регистратором волновых процессов, анализируется, далее определяется расстояние до места повреждения.

Длительность и характер волнового процесса зависят от соотношений между внутренним сопротивлением источника, сопротивления в месте повреждения в момент пробоя, волнового сопротивления линии, емкости и длины кабеля.

10