Урок 20

Тема 3.2: Проверка и испытания силовых кабелей

Основной проверкой силовых кабелей является проверка состояния изоляции в объеме требований разд. 28 Норм. Сопротивление изоляции R_из измеряется мегаомметром 2500 В. Изоляция кабелей на напряжение до 1 кВ считается удовлетворительной, если R_из≥0,5 МОм, у силовых кабелей на напряжение выше 1 кВ R_из не нормируется.

У трехфазных кабелей измерение R_из производится для каждой жилы по отношению к двум другим заземленным. Окончательным критерием удовлетворительного состояния кабелей является испытание повышенным выпрямленным напряжением каждой жилы относительно оболочки и двух других заземленных жил. Испытание кабелей проводится выпрямительными установками, желательно с двухполупериодной схемой выпрямления при обязательном соблюдении требований техники безопасности.

Значения испытательного выпрямленного напряжения приведены в табл. 4.9.

Указанные напряжения достигаются плавным подъемом напряжения со скоростью 1-2 кВ/с и выдерживаются в течение 15 мин для кабелей 110-220 кВ, 10 мин для новых кабелей 2-35 кВ (с бумажной изоляцией) и 5 мин для находящихся в эксплуатации кабелей и кабелей с резиновой изоляцией.

В течение указанного времени ведется наблюдение за показаниями приборов (амперметра, вольтметра) и разделками на концах кабеля. Оценка состояния кабеля производится по характеру и значению тока утечки, (измеряется миллиамперметром - грубо и микроамперметром-точно). Значение тока утечки не нормируется. При удовлетворительном состоянии кабеля ток утечки при подъеме напряжения на каждый участок ступени сначала резко возрастает (за счет заряда емкости кабеля), затем быстро спадает до 10-20 % максимального значения: у кабелей до 10 кВ- до 300 мкА, у кабелей до 20-35 кВ - до 800 мкА. При наличии дефектов ток утечки спадает медленно и даже может возрастать, особенно при полном испытательном напряжении. Установившееся значение тока утечки при максимальном испытательном напряжении указывается в протоколе испытания. При испытании обращается внимание на асимметрию токов утечки по фазам, т. е. наибольшую разность токов утечки. Большая асимметрия (более 8-10) у кабелей является признаком дефекта (обычно" плохая разделка муфт). Результаты испытаний кабелей считаются удовлетворительными, если при испытаниях не произошло пробоя, не наблюдалось резких бросков тока в сторону увеличения и напряжения в сторону уменьшения, ток утечки в период приложения максимального напряжения не возрастал. Если последнее условие не удовлетворяется и ток утечки возрастает, испытание продолжается до наступления пробоя, после чего определяется место повреждения одним из описанных ниже методов. Монтажным персоналом устраняется повреждение, и после этого кабель повторно испытывается. Испытания кабелей ведутся с соблюдением всех требований правил техники безопасности. У концов кабеля выставляются дежурные, не допускающие никого к кабелю до тех пор, пока все

испытания не будут закончены полностью. Кроме того, дежурные наблюдают за поведением кабеля во время испытаний, наличием разрядов, сильного коронирования, которые являются признаками дефектов. Характерной особенностью кабелей является их способность длительное время сохранять заряд после нахождения под выпрямленным напряжением (из-за значительной емкости). Поэтому после испытания каждая жила кабеля на несколько минут заземляется с помощью штанги для полного стекания зарядов в землю. После каждого испытания производят повторное измерение сопротивления изоляции с помощью мегаомметра 2500 В для того, чтобы убедиться, что испытания не ухудшили состояния изоляции кабеля.

Перед включением кабеля в работу производят его фа-зировку для проверки соответствия фаз кабеля фазам присоединяемого участка электроустановки. Проверка производится прозвонкой с помощью телефонных трубок или мегаомметра. Если на одном из концов кабеля прозвани-ваемая жила подсоединяется к фазе А, то на другом конце она также должна присоединяться к той же фазе. На основании проверки производится раскраска жил в соответствии с принятой раскраской на данной установке. После предварительной прозвонки перед включением кабельной линии в работу производится фазировка ее под напряжением. Для этого с одного конца на кабель подается рабочее напряжение, а с другого конца производится проверка соответствия фаз измерениями напряжений между одноименными и разноименными фазами. Фазировка производится с помощью вольтметров (до 380 В) или вольтметров и трансформаторов напряжения (если фазируемые напряжения более 380 В). На напряжении 2-10 кВ фазировка может производиться с помощью специальных указателей напряжения. Фазируемые напряжения во избежание ошибочных суждений должны иметь одинаковые значения (допускаются отклонения не более 10%). Измерения или проверка производятся между всеми одноименными, а также между каждой из них и двумя остальными разноименными фазами. Схема измерений при фазировке силовых кабелей на напряжении до 1 кВ дана на рис. 4.14. Для образования замкнутого электрического контура перед проведением измерений необходимо соединить любую пару предполагаемых одноименных фаз с помощью разъединителя или временной перемычки. В случае четырехпроводной системы, в которой нейтраль заземлена, перемычки не требуется. Если при измерениях или проверке оказывается, что между одноименными фазами а₁-а₂, b₁-b₂, c₁-с₂ напряжение отсутствует, а между одной из одноименных и противоположными разноименными а₁-b₂, а₁-с₂, b₁-а₂, b₁-с₂, c₁-а₂, c₁-Ь₂ оно имеется и примерно одинаково (рис. 4.15), то такой кабель может быть включен в параллельную работу. Но возможны и другие случаи, представленные на рис. 4.16.

Фазировка на высоком напряжении производится по схеме, приведенной на рис. 4.14, но с помощью указателей напряжения или трансформаторов напряжения. Последние должны быть предварительно сфазированы подачей одного и того же напряжения.

Отыскание мест повреждения силовых кабелей. В зависимости от вида повреждения при отыскании мест повреждений применяются две основные группы методов: непосредственного определения места повреждения на трассе и относительного определения места повреждения путем измерений, производимых с одного конца кабеля. Обычно относительным методом пользуются для определения участка кабеля, в котором произошло повреждение. После этого непосредственным методом уточняется место повреждения. Такое сочетание методов позволяет относительно быстро и без больших затрат времени отыскать место повреждения. В группе относительных методов основное место занимают метод петли, емкостный метод, импульсные методы, методы колебательных разрядов; в группе непосредственных методов основными являются индукционный и акустический.

Метод петли (Муррея) используется в случае повреждения изоляции одной или двух жил относительно оболочки, ие сопровождающегося обрывом жил, при условии, что переходное сопротивление постоянному току в месте повреждения R_перех≤5 кОм; если R_перех≥5 кОм, то перед использованием этого метода требуется предварительное прожигание места повреждения. Метод петли заключается в измерении сопротивления постоянному току участка поврежденной жилы до места повреждения с помощью чувствительного кабельного моста (например, Р-333) по схеме, приведенной на рис. 4.17.

При равновесии моста

Так как сопротивление постоянному току жил кабеля пропорционально длине кабеля, то можно считать, что

Используя это выражение, можно написать для условия равновесия моста (заменив D на L_xR_o и В на 2LR₀-D)

где L-длина кабеля; А и С - показания моста при установке гальванометра на нуль.

Для повышения точности измерений по схеме, приведенной на рис. 4.17, сопротивления соединительных проводов между кабелем и мостом и между концами кабеля должны быть по возможности минимальными. Точность измерений проверяется при втором измерении, когда концы проводов от кабеля к мосту меняются местами. При втором измерении определяется

Если для результатов измерений выполняется соотношение L_x+L_y+ +L=2L, где L известно, то первое измерение было правильным. Так как при измерении методом петли невозможно исключить ошибку моста и точно учесть длину кабеля, то естественно, что этим методом точное местонахождение повреждения определить нельзя, а можно определить лишь участок повреждения. Точное местонахождение повреждения определяется одним из непосредственных методов.

Емкостный метод используется при обрывах жил кабеля, если переходное сопротивление замыкания места повреждения на землю R_перех= =300 - 500 Ом. Метод заключается в измерении емкости участка кабеля С_х с помощью моста переменного тока 1000 Гц (например, Р-565) по схеме, приведенной на рис. 4.18. При равновесии моста, проверяемом с помощью телефона по отсутствию звучания и устанавливаемом с помощью резистора R2 и эталонного конденсатора С_эт имеет место соотношение, из которого определяется

Длина кабеля до места повреждения определяется в зависимости от характера повреждения одним из следующих трех способов:

1. При обрыве измеряют емкость повреждений жилы с одного конца кабеля C₁, затем с противоположного С₂ и длину кабеля делят пропорционально полученным результатам измерения. Расстояние l_х в этом случае определяют по формуле

2. Если поврежденная жила имеет замыкание на землю с одного то измеряют емкость C₁ н емкость целой жилы С. Тогда

3. Если емкость поврежденной жилы может быть измерена только с одного конца, а остальные жилы замкнуты на землю, то l_Х определяется по формуле

где С₀ - удельная емкость жилы для кабеля данного напряжения.

Емкостный метод применяется редко. Более широко -используются метод колебательных разрядов и импульсный метод, отличающиеся от емкостного простотой, большей точностью.

Импульсный метод основан на измерении времени прохождения импульса электромагнитной волны t_x по линии от места измерения до места повреждения l_x и обратно. При скорости распространения импульса v время определяется по формуле

откуда

Этот принцип используется в приборах типов ИКЛ-5, Р5-1, Р5-5, выпускаемых промышленностью. Метод прост, не требует никаких переключений на противоположном конце, однако имеет ряд недостатков, из которых основными являются ограниченность применения (только при условии обрыва или когда R_перех<100 Ом) и чувствительность к естественным неоднородностям кабеля и к местам соединений в муфтах, приводящая к ложному выводу.

Структурная схема прибора ИКЛ-5 представлена на рис. 4.19. На рис. 4.20 показаны примеры присоединений прибора к линии для различных случаев повреждений. Порядок измерений с помощью приборов ИКЛ-5, Р5-1, Р5-5 подробно описывается в прилагаемой к каждому прибору заводской инструкции.

Метод колебательных разрядов наиболее часто используется для кабелей 10 кВ и ниже, не требует прожигания, обеспечивает высокую точность измерений во всех случаях повреждений кабелей. Большим достоинством метода является возможность с его помощью определить место повреждения при первом пробое во время испытания кабеля повышенным напряжением, т. е. совмещение испытания и определения места повреждения в кабеле.

Метод основан на том, что при пробое кабеля возникает колебательный разряд, период которого связан с расстоянием до места пробоя соотношением

Средняя скорость распространения волны составляет для большинства кабелей 3-35 кВ с бумажно-масляиой изоляцией 160-10³ км/с и не зависит от сечения и длины кабеля. Следовательно, расстояние до места повреждения однозначно определяется периодом колебаний. На этом принципе основано действие прибора ЭМКС-58М, изготовляемого промышленностью (рис. 4.21).

На рис. 4.22 представлены кривые напряжений в отдельных точках структурной схемы.

На рис. 4.23 показана схема включения прибора при проведении испытаний кабеля, а на рис. 4.24 - лицевая панель прибора.

Порядок проведения измерения прибором подробно излагается в заводской инструкции, прилагаемой к прибору.

Индукционный метод используется при определении мест повреждений кабеля с замыканием жил между собой и обладает высокой точностью определения места повреждения. Но он применим только при R_перех<10 Ом. Им можно определять также трассу и глубину залегания неповрежденного кабеля, а также места расположения муфт. Метод основан на подаче по поврежденной жиле кабеля тока звуковой частоты от генератора звуковой частоты 800-1000 Гц, 100-200 В (например, ОП-2) и улавливании электромагнитных колебаний на поверхности земли с помощью специальной рамки, усилителя и телефона. Отыскание места повреждения при замыкании между жилами производится по схеме, приведенной на рис. 4.25. Специальным генератором на две поврежденные жилы кабеля подается ток звуковой частоты 10-20 А. Одновременно по трассе кабеля проходит оператор, прослушивающий через телефон звучание наведенных от кабеля в рамку электромагнитных волн. Звучание периодически изменяется, то усиливаясь, то ослабляясь, в соответствии с шагом скрутки жил кабеля. В местах нахождения муфт звучание усиливается и уменьшается периодичность, а в местах повреждения звучание сначала усиливается (при подходе к нему), а затем прекращается на расстоянии 0,5 м за местом повреждения. Отыскание мест повреждений жил кабеля с замыканием на оболочку индукционным методом не производится или производится с помощью специальной рамки, накладываемой при прослушивании непосредственно на кабель в специально вырытых для этого шурфах, или индукционно-компенсационным методом, при котором подача сигнала производится периодически то на поврежденную, то на неповрежденную жилу.

Акустический метод аналогичен индукционному. В отличие от него на жилы кабеля в этом случае подается импульс напряжения от выпрямительной установки (рис. 4.26). Акустическим методом определяются места повреждений в кабелях при заплывающих пробоях. Посылаемые в кабель импульсы обеспечивают в этом случае в месте пробоя разряд, сопровождающийся электромагнитными колебаниями. Последние содержат звуковые колебания, которые хорошо прослушиваются с помощью телефона А через пьезоэлемент с усилителем. Наиболее сильное звучание в телефоне наблюдается, когда перемещаемый пьезоэлемент оказывается над местом повреждения, т. е. в момент, показанный на рис. 4.26. В качестве выпрямительной установки можно использовать обычную установку для испытания кабелей повышенным выпрямленным напряжением. В качестве конденсатора С используется конденсатор 0,5-1 мкФ или неповрежденная жила кабеля, если длина ее более 200-300 м.

Разрядник FV настраивают так, чтобы интервал между разрядами составлял 1-3 с. Тогда импульсы отчетливо прослушиваются телефоном даже при наличии других источников колебаний (помех). Акустический метод дополняет индукционный и применяется лишь в случаях, когда R_перех>50 Ом. В противном случае не будет возникать разряд в месте пробоя.

Прожигание кабелей. При пробое кабелей во время испытаний повышенным напряжением обычно в канале разряда происходит разложение маслоканифольной массы с образованием газов, способствующих погасанию дуги и денонизации разрядного промежутка. Последнее приводит к затеканию в промежуток кабельной массы и восстановлению электрической прочности. В результате имеет место «заплывающий пробой», особенно при повреждениях в соединительных муфтах.

«Заплывающий пробой» затрудняет отыскание места повреждения петлевым, импульсным и индукционным методами. При отыскании места повреждения этими методами кабели прожигают многократным подъемом напряжения сначала обычной выпрямительной установкой, затем на более низком напряжении специальной выпрямительной установкой (например, на твердых выпрямителях). Двухступенчатое прожигание обусловливается отсутствием достаточно мощных установок на высокое напряжение; в то же время для прожигания на первой ступени требуется не большая мощность, а высокое напряжение, при достижении же R_перех<10 кОм в месте пробоя уже требуется не высокое напряжение, а большая мощность. Для прожигания могут применяться установки с селеновыми выпрямителями или трансформаторы. Промышленность специальных установок достаточной мощности для прожигания не выпускает. На рис. 4.27 приведена схема установки Мосэнерго, смонтированная в кузове автомашины ГАЗ-51. В Ленинградской кабельной сети применяются масляно-селеновые установки мощностью 10 кВ-А с выходным напряжением 5 кВ.

Особенности испытаний маслонаполненных кабелей. Маслонапол-ненные кабели низкого и высокого давления с медной жилой, с изоляцией из пропитанной бумаги, в свинцовой или алюминиевой оболочке предназначены для передачи и распределения электрической энергии при номинальном переменном напряжении до 500 кВ включительно и изготовляются отечественными заводами в соответствии с ГОСТ 16441-78 [1].

Пусконаладочные работы на маслонаполненных и газонаполненных кабельных линиях разделяются на два этапа. Первый этап - испытания, проводимые до монтажа и в процессе монтажа, при этом производят:

1) осмотр кабельных барабанов при их поставке на место монтажа;

2) измерение сопротивлений заземлений отдельных колодцев кабельной линии до их соединения между собой по оболочкам кабеля при монтаже кабеля;

3) контроль за качеством антикоррозийного покрытия стальных труб;

4) определение характеристик масла, предназначенного для заливки и монтажа;

5) наладка автоматики подпитывающих устройств и систем сигнализации и пожаротушения.

В ряде случаев при монтаже кабельной линии закладываются заранее отградуированные датчики для измерения температуры кабеля на его оболочках и почвы на глубине прокладки кабеля для последующих тепловых испытаний.

Второй этап - испытание смонтированной кабельной линии в соответствии с требованиями Норм и технических условий на кабель и поставленную к нему аппаратуру. В программу испытаний входят:

1) внешний смотр всех элементов кабельной линии;

2) измерение сопротивления заземления кабельной линии;

3) определение целости жил и их фазировка;

4) измерение сопротивлений жил постоянному току;

5) измерение электрической емкости жил;

6) испытание кабеля на свободное прохождение масла и определение гидравлического сопротивления маслоподводящего канала;

7) определение содержания нерастворенного в масле воздуха;

8) опробование систем сигнализации давления масла;

9) испытание подпитывающих агрегатов;

10) испытание устройств подогрева муфт;

11) определение характеристик масла;

12) испытание повышенным напряжением выпрямленного тока или тока промышленной частоты;

13) проверка действия антикоррозийных защит (при их наличии). Кабельные линии среднего давления испытываются по пп. 1-5 и

9-12, высокого давления - по пп. 1-8, 11 и 12. Наиболее трудоемким при монтаже кабеля является испытание масла. Поэтому организации его проведения уделяется особое внимание. Испытание производится в полевых лабораториях, оснащенных соответствующими установками, обеспечивающими электрические испытания масла (мост Р-525, испытательная установка АМН-60 или АИИ-70), Контрольные пробы масла должны удовлетворять требованиям Норм.

Кабели ПО кВ и выше допускается испытывать повышенным напряжением промышленной частоты вместо выпрямленного. В этом случае кабели ПО кВ испытываются напряжением 110 кВ, кабели 220 кВ- напряжением 220 кВ и кабели 500 кВ - напряжением 500 кВ по отношению к «земле». Продолжительность испытания 15 мин.