Определение вида и места повреждения кабельной линии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Характер повреждений в кабельных линиях

При повреждении кабеля или кабельной линии выявляют прежде всего вид повреждения и в зависимости от вида - определяют соответствующий метод определения места повреждения.

Все повреждения по характеру делятся на устойчивые и неустойчивые, простые и сложные.

К устойчивым повреждениям относятся короткие замыкания (КЗ), низкоомные утечки и обрывы. Характерной особенностью устойчивых повреждений является неизменность сопротивления в месте повреждения с течением времени и под воздействием различных дестабилизирующих факторов. К неустойчивым повреждениям относятся утечки и продольные сопротивления с большими величинами сопротивлений, «заплывающие пробои» в силовых кабельных линиях, увлажнения места нарушения изоляции и другие. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые. Сопротивление в месте неустойчивого повреждения может изменяться как с течением времени, так и под воздействием различных дестабилизирующих факторов (напряжения, тока, температуры и др.)

Устойчивость повреждения может быть определена посредством измерения сопротивления изоляции и прозвонки поврежденного кабеля при отсутствии или наличии дестабилизирующих факторов. Это первая операция является обязательной для определения места повреждения как силовой кабельной линии.



2. Методы определения повреждений

Все методы определения вида и места повреждения кабельных линий можно разделить на относительные (дистанционные) и абсолютные (трассовые).

Из всех операций, наиболее важная роль принадлежит операции «Обнаружение зоны нахождения места повреждения» дистанционными методами.

Успешное решение операции дистанционного определения расстояния до зоны нахождения места повреждения измерением с одного конца кабеля позволяет значительно сократить трудоемкость и время точного определения места повреждения, так как зона обследования кабельной линии трассовыми методами существенно сужается. Это наиболее актуально для протяженных кабельных линий.

Наибольшей эффективности обнаружения мест повреждения кабельных линий можно добиться совместным использованием приборов дистанционного определения мест повреждения и приборов трассового поиска мест повреждения. Для этого сначала прибором дистанционного типа определяют зону нахождения места повреждения, а затем трассовым прибором в зоне нахождения места повреждения определяют трассу залегания кабельной линии и определяют точное местонахождение повреждения.

При этом возникает вопрос о возможности обнаружения и точного определения места повреждения только прибором дистанционного типа или только прибором трассового типа, например в случае отсутствия или выхода из строя одного из приборов.

Удобства применения приборов дистанционного типа, в частности основанных на методе импульсной рефлектометрии, обусловлены прежде всего возможностью проведения измерений с одного конца кабельной линии и достаточно точным определением расстояния до места повреждения, имея в виду расстояние, проходимое электрическим импульсом по линии.

Точно указать место повреждения на трассе по результатам замеров локационным прибором возможно при укладке кабеля в коробах или в метро - при наличии точной разметки трассы и по дополнительным признакам (наличию видимого обрыва, пережатию, нарушению защитного покрова или брони, следам от пробоя или выгорания участка кабеля, увлажнению и т.п.).

Приборы трассового поиска позволяют определить трассу, глубину залегания и точное местонахождение повреждения кабельной линии.

Основной недостаток трассовых методов заключается в том, что при неизвестной зоне нахождения места повреждения для точного его определения трассовым методом потребуется пройти с трассоискателем вдоль всей трассы. Это приводит к большим затратам, особенно для протяженных кабельных линий или в трудно доступных местах.

Дистанционные методы измерения мест могут быть использованы для решения различных задач:

- измерения длины кабельных или воздушных линий связи, электропередачи, контроля, управления и т.д.,

- измерения расстояния до места повреждения или неоднородности линии,

- определения типа повреждения линии (обрыв, короткое замыкание, утечка в изоляции кабельной линии, появление в жилах дополнительного продольного сопротивления, и другие),

- измерения параметров кабельной линии, таких как сопротивление изоляции, сопротивление шлейфа, емкость кабеля.

При решении задачи определения места повреждения открытой кабельной линии для точного поиска места повреждения может быть достаточно только дистанционного метода.

Наиболее распространенными дистанционными методами измерения являются импульсные методы и мостовые методы.

Импульсные методы измерения базируются на теории распространении импульсных сигналов вдоль линий.

Длительность этих импульсов значительно меньше времени прохождения их вдоль всей линии, поэтому в каждый момент времени импульс присутствует только на коротком участке линии.

Импульсные методы позволяют: измерить расстояние (электрическую длину линии) до места повреждения или неоднородности (муфты, кабельной вставки), определить вид повреждения (короткое замыкание, обрыв, утечки, перепутывание жил, и т.д.)

Мостовые методы, применяемые для измерения кабельных линий, используют постоянный ток или переменный ток частотой от нескольких герц до нескольких сотен герц.

Мостовые методы позволяют измерить сопротивление изоляции кабельной линии, сопротивление шлейфа (двух жил, закороченных на конце), емкость кабеля, расстояние до места обрыва, расстояние до места высокоомной утечки в изоляции линии.

Импульсные сигналы распространяются в линии с очень большой скоростью, которая зависит от изоляции между проводниками. Так, например, в воздушных линиях, где изолятор - воздух, скорость распространения импульсных сигналов близка к скорости света. В кабелях с резиновой изоляцией скорость распространения импульсных сигналов ориентировочно в 3 раза меньше, чем скорость света.

Если линия однородная и не содержит повреждений, то импульсный сигнал беспрепятственно распространяется от начала до конца линии. Если же на его пути встречаются неоднородности (барьеры), например нарушение изоляции между проводниками, то часть энергии этого импульса проходит через эту неоднородность, а часть отражается и начинает распространятся в обратном направлении - к началу линии.

Если же линия короткозамкнута или оборвана, то вся энергия импульса отражается и возвращается к началу линии. Измерив время задержки посланного в линию импульса и принятого из линии, можно определить расстояние до места повреждения.

В зависимости от источника формирования посланного (зондирующего) импульса импульсные методы можно разделить на следующие: локационные (методы импульсной рефлектометрии), импульсно-дуговые (методы кратковременной дуги), методы колебательного разряда и методы частичных разрядов.

2.1 Дистанционные методы

2.1.1 Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий

Метод импульсной рефлектометрии позволяет определить зону повреждения (в пределах погрешности измерения) и применить отдельные трассовые методы обнаружения только на небольших участках трассы, что позволяет существенно сократить время точного определения места дефекта.

Основными видами повреждений в кабельных линиях электропередачи и связи являются: короткие замыкания и обрывы, появление утечки между жилами или между жилой и экраном (броней), увеличение продольного сопротивления.

Перед проведением измерений методом импульсной рефлектометрии необходимо проверить участок кабельной линии омметром или мегоометром. Однако такая проверка может быть недостаточной. Например, после воздействия мегоометром на кабель, имеющий растрескавшуюся изоляцию с попавшей влагой, может произойти подсушивание места дефекта. При этом показания мегоометра соответствуют как бы исправному кабелю (сотни и тысячи МОм).

После выявления дефектных линий (жил, фаз) мегоомметром переходят к предварительному определению места повреждения методом импульсной рефлектометрии.

Сущность метода импульсной рефлектометрии

Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных системах (линиях и кабелях) связи.

Приборы, реализующие указанный метод, называются импульсными рефлектометрами.

Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в выполнении следующих операций:

1. Зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения.

2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления.

3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий).

4. Определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

С генератора импульсов зондирующие импульсы подаются в линию

Отраженные импульсы поступают с линии в приемник, в котором производятся необходимые преобразования над ними. С выхода приемника преобразованные сигналы поступают на графический индикатор.

Все блоки импульсного рефлектометра функционируют по сигналам блока управления.

На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводится рефлектограмма линии - реакция линии на зондирующий импульс.

Метод импульсной рефлектометрии базируется на физическом свойстве бесконечно длинной однородной линии, согласно которому отношение между напряжением и током введенной в линию электромагнитной волны одинаково в любой точке линии. Это соотношение:



W = U/I

имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением линии.

Основную сложность и трудоемкость при методе отраженных импульсов представляет выделение отражения от места повреждения на фоне помех.

При использовании метода импульсной рефлектометрии в линию посылают зондирующий импульс и измеряют интервал tх - время двойного пробега этого импульса до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления). Расстояние до места повреждения рассчитывают по выражению:

Lx = tx•V/2

где V - скорость распространения импульса в линии.

Отношение амплитуды отраженного импульса Uо к амплитуде зондирующего импульса Uз обозначают коэффициентом отражения Котр:

Котр = Uo/Uз = (W1 - W) / (W1 + W)

где: W - волновое сопротивление линии до места повреждения (неоднородности),

W1 - волновое сопротивление линии в месте повреждения (неоднородности).

Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткого замыкания и т.д.



Виды зондирующих сигналов

В рефлектометрах для определения мест повреждения линий применяются в основном два вида зондирующих импульсов: короткий видеоимпульс и перепад напряжения. Иногда используется суперпозиция видеоимпульса и перепада напряжения.

Короткий видеоимпульс

Короткий видеоимпульс представляет импульс напряжения малой длительности, которая выбирается много меньше (в 10…100 раз) времени распространения импульса по линии. Выбор длительности может производиться вручную или автоматически, в зависимости от диапазона измеряемых расстояний.

При зондировании линии короткими видеоимпульсами наблюдаются отражения от начала и конца распределенных неоднородностей, поэтому такое зондирование используется для поиска локальных повреждений и крупных сосредоточенных неоднородностей волнового сопротивления.

Короткий зондирующий импульс обеспечивает высокую разрешающую способность, которая определяется его длительностью.

Разрешающая способность - это минимальное расстояние между двумя неоднородностями волнового сопротивления при котором отраженные от них сигналы еще наблюдаются как отдельные сигналы.

Перепад напряжения

Перепад напряжения - это зондирующий импульс такой длительности, которая больше чем время распространения импульса по линии.

При зондировании линии таким широким импульсом («перепадом») наблюдается профиль изменения волнового сопротивления вдоль линии. Поэтому такое зондирование может использоваться не только для измерения расстояния и величины неоднородности, но и при наличии в линии следующих друг за другом нескольких протяженных неоднородностей волнового сопротивления или его плавного изменения вдоль линии.

При прочих равных условиях, в частности при одинаковых длительностях фронтов зондирующих импульсов, разрешающая способность при измерении перепадом напряжения вдвое лучше, чем при измерении видеоимпульсом. Эта разрешающая способность определяется длительностью фронта «перепада».

Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними

По соотношению величин отражения от повреждения и напряжения помех все отражения можно разделить на простые и сложные.

Простое повреждение - это такое повреждение кабельной линии, при котором амплитуда отражения от места повреждения больше амплитуды помех.

Сложное повреждение - это такое повреждение, для которого амплитуда отражения от места повреждения меньше или равна амплитуде помех.

По источникам возникновения помехи бывают асинхронные (аддитивные) и синхронные.

Асинхронные помехи не связаны с зондирующим сигналом и неоднородностями кабельной линии и вызваны наводками от соседних кабельных линий, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры.

На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрывают отражение от повреждения. Это отражение невозможно рассмотреть на фоне помех.

Эффективными методами отстройки от асинхронных помех являются аналоговая фильтрация и цифровое накопление сигнала.

Аналоговая фильтрация применялась в основном в аналоговых рефлектометрах, таких как Р5-10 и Р5-13.

Сущность цифрового накопления заключается в том, что одну и туже рефлектограмму считывают несколько раз и вычисляют среднее значение. В связи с тем, что асинхронные помехи носят случайный характер, после цифрового накопления их уровень значительно снижается.

Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являются отражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивления линии (отражения от кабельных муфт, ответвлений, кабельных вставок, неоднородностей кабельных линий технологического характера и др.).

Основная масса кабельных линий (кроме кабелей связи) не предназначены для передачи коротких импульсных сигналов, используемых при методе импульсной рефлектометрии. Поэтому этим кабельным линиям присуще большое количество синхронных помех.

Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредством сравнения или дифференциального анализа.

При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий (неповрежденной и поврежденной), проложенных по одной трассе.

Наложение двух рефлектограмм позволяет быстро обнаружить начальную точку их различия, по которой и определяют расстояние L до повреждения.

Выводы по методу

Метод импульсной рефлектометрии удобен для практического использования, так как для измерения импульсным рефлектометром достаточно доступа к линии с одного конца.

Импульсные рефлектометры позволяют определить расстояние до места повреждения линии при любом характере повреждения (обрыв, короткое замыкание, утечка, продольное сопротивление и т.д.).

Результаты, достигаемые при измерениях импульсным рефлектометром, зависят от его возможностей по отстройке от помех.

Метод импульсной рефлектометрии позволяет достигнуть более высокой точности измерений расстояния до места повреждения по сравнению с другими методами (например, по сравнению с мостовым): 1% - для аналоговых импульсных рефлекторов и 0,2% - для цифровых.



2.1.2 Метод кратковременной дуги (импульсно-дуговой метод)

Метод кратковременной дуги может быть использован для определения расстояния до места сложного (высокоомного) или неустойчивого повреждения. Сущность метода кратковременной дуги заключается в одновременном воздействии на кабельную линию высоковольтным импульсом и выполнении измерений методом импульсной рефлектометрии.

Высоковольтный импульсный генератор, представляющий собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, подключается к кабельной линии через устройство поддержания дуги (его основной компонент - индуктивность).

При подаче импульса от источника высокого напряжения в месте высокоомного дефекта возникает пробой, через устройство поддержания дуги начинает протекать ток и пробой «затягивается» - образуется дуговой разряд. За счет индуктивности, имеющейся в устройстве поддержания дуги, ток дуги поддерживается в течении определенного времени (менее секунды). Электрическое сопротивление дуги близко к нулю, что эквивалентно короткому замыканию.

Импульсный рефлектометр подключается через специальное присоединительное устройство (фильтр). Зондирующие импульсы от рефлектометра через присоединительное устройство поступают в кабельную линию, а отраженные импульсы - возвращаются в рефлектометр.

Последовательность проведения измерений при методе кратковременной дуги следующая.

Через присоединительное устройство считывают рефлектограмму кабельной линии и сохраняют ее в памяти импульсного рефлектометра. Так как импульсы с генератора высоковольтных импульсов отсутствуют или имеют недостаточную для пробоя установленную амплитуду, то пробой и дуга в месте сложного или неустойчивого повреждения отсутствуют. На рефлектограмме отраженный сигнал от высокоомного повреждения практически неразличим на фоне помех. Наблюдаются отражения от неоднородностей линии (муфт, кабельных вставок и т.д.) и от разомкнутого конца кабельной линии.

Затем выходное напряжение высоковольтного источника в генераторе высоковольтных импульсов постепенно увеличивают до тех пор, пока в кабельной линии не появятся пробои. В такт с высоковольтными импульсами в месте дефекта будет зажигаться кратковременная электрическая дуга. Период повторения кратковременной дуги нестабильный. Зондирующие импульсы подаются в кабельную линию с частотой, которая во много раз больше частоты зажигания дуги. При совпадении зондирующего импульса с моментом зажигания дуги, он отражается от дуги как от короткого замыкания, и возвращаются к началу кабеля, где записывается в память рефлектометра.

Для более надежного определения места повреждения необходимо добиться неоднократного совпадения зондирующего импульса с моментом зажигания дуги. Импульс, отраженный от дуги, отчетливо виден на рефлектограмме. Дальше дуги импульс не проходит, поэтому на рефлектограмме не видно конца линии.

Далее на экране рефлектометра накладывают друг на друга две записанные в рефлектограммы: рефлектограмму до возникновения дуги и рефлектограмму после возникновения дуги. Это позволяет отчетливо наблюдать место начала расхождения рефлектограмм, которое и соответствует месту сложного или неустойчивого повреждения.

Таким образом, при методе кратковременной дуги высокоомное повреждение кратковременно переводится в низкоомное.

Достоинства метода кратковременной дуги:

1. Высокая точность измерений. (Точность измерения такая же как у метода импульсной рефлектометрии. Есть возможность воспользоваться растяжкой рефлектограммы выбранного участка линии).

2. Простота представления результатов измерения. (По рефлектограмме кабельной линии до возникновения кратковременной дуги легко определить длину всей кабельной линии и ее неоднородности. На рефлектограмме в момент кратковременной дуги легко выявить отражение от места повреждения, как отражение короткого замыкания при методе импульсной рефлектометрии. Для устранения влияния неоднородностей достаточно воспользоваться сравнением двух рефлектограмм.).

3. В месте повреждения выделяется небольшое, по сравнению с прожигом, количество энергии, поэтому вредное влияние на кабель минимальное. Нет вредного воздействия и на соседние кабели.

4. Возможность реализовать этот метод на различных типах КЛ.

2.1.3 Волновой метод (метод колебательного разряда)

Возникновение пробоя в месте повреждения вызывает появление в кабельной линии волновых процессов.

Существует 2 варианта осуществления волнового метода для определения расстояния до места повреждения: метод бегущей волны напряжения и метод импульсного тока.

Метод бегущей волны напряжения - При методе бегущей волны напряжения в кабельную линию от источника высокого испытательного напряжения через сопротивление, величина которого значительно больше волнового сопротивления линии, подают напряжение, которое медленно повышают.

Под влиянием отрицательного испытательного напряжения в момент времени to на расстоянии L происходит пробой (короткое замыкание) и разряд. В месте повреждения формируются электромагнитные волны положительной полярности, так как испытательное напряжение имело отрицательную полярность, а коэффициент отражения в месте пробоя (короткого замыкания) также отрицателен К= -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.

Волновой метод импульсного тока (бегущей волны тока) - Метод импульсного тока используют в том случае, если высокоомные повреждения (снижение сопротивления изоляции или высокоомное замыкание жилы на землю, или малое расстояние между проводниками в муфтах) не удается преобразовать с помощью прожига в низкоомное повреждение. Причиной тому могут быть просачивание в кабель воды или заплывающие повреждения.

В отличие от метода бегущей волны напряжения выходное сопротивление высоковольтного импульсного генератора должно быть значительно меньше волнового сопротивления кабельной линии и коэффициент отражения напряжения от начала линии и места повреждения в момент пробоя равен Кu = -1, а коэффициент отражения тока К i= 1.

Высоковольтный импульсный генератор представляет собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, с которого высоковольтные импульсы поступают в кабель.

Ударная волна посылается в поврежденный кабель в момент t0 и в момент t1 достигает места повреждения. Под воздействием ударной волны происходит пробой поврежденного участка кабельной линии в момент t1з, вызывающий отражение. Этот отраженный сигнал возвращается к началу кабеля в момент t2 и отражается от начала кабеля (входное сопротивление генератора импульсов эквивалентно короткому замыканию) в сторону повреждения и в момент t4 снова достигает начала кабеля и т.д.

Состояние пробоя (длительность электрической дуги) сохраняется до тех пор, пока достаточно энергии для горения дуги. Для того чтобы вызвать пробой в месте повреждения, необходимо в течение определенного времени (t1з - t1) воздействовать на поврежденный участок (время ионизации). Это время зависит от амплитуды высоковольтного импульса и переходного сопротивления в месте повреждения. Чтобы исключить влияние задержки ионизации на результат измерения расстояния до места повреждения, замеряют время между первой и второй отраженными волнами t2 и t4: Tl = t4 - t2.

Связь измерителя волновых процессов с кабельной линией производится с помощью специального присоединительного устройства по току (импульсного токопреобразователя). Импульсный токопреобразователь дифференцирует импульсный ток на входе линии и преобразует его в однополярные импульсы, поступающие на вход измерителя волновых процессов.

При волновом методе измерений выходное сопротивление высоковольтного источника не равно волновому сопротивлению линии, поэтому кроме отраженных волн от участка повреждения появляются отраженные от неоднородностей кабеля (муфт, ответвлений) и переотраженные от начала кабеля импульсные сигналы - синхронные помехи, значительно затрудняющие оценку импульсной характеристики кабеля.

При волновом методе расстояние до места повреждения определяется по временной задержке между приходом к началу кабеля импульсов напряжения или импульсов тока, отраженных от места повреждения. Импульсы напряжения по длительности занимают половину расстояния до места повреждения, а ударные импульсы тока также имеют достаточно большие длительности. Это приводит к следующим недостаткам по сравнению с методом импульсной рефлектометрии:

1. Сложность анализа полученных импульсных характеристик при измерениях волновым методом. (Вид этих характеристик зависит не только от характера повреждения и длины линии, но и от величины поданных импульсов, наличия или отсутствия пробоя в месте повреждения и т.д.)

2. Низкая разрешающая способность, то есть невозможность обнаруживать близко расположенные неоднородности. (Отражения от неоднородностей вообще трудно различимы на импульсной характеристике кабельной линии, а отражения от соседних неоднородностей вообще сливаются друг с другом)

3. По импульсной характеристике невозможно получить ориентировки, расстояние до которых известно (в виде отражений от муфт, кабельных вставок и т.д.)

4. Большая погрешность измерения. (Это обусловлено относительно большими длительностями фронтов и срезов волновых процессов, которые формируются самой линией и процессом пробоя)

5. Невозможность стабильного повторения волновых процессов, что может привести к появлению ошибок.

(Процесс пробоя является очень нестабильным, он в любой момент может прерваться и не повториться в том же виде. Это накладывает очень серьезные требования к быстродействию измерителя волновых процессов).

Таким образом, волновой метод по сравнению с методом импульсной рефлектометрии, с одной стороны, позволяет определять сложные (с большим сопротивлением) и неустойчивые (заплывающие) места повреждений кабельных линий, а с другой стороны, имеет существенные недостатки. В значительной степени совместить достоинства метода импульсной рефлектометрии и волнового метода позволяет метод кратковременной дуги.



2.1.4 Метод измерения частичных разрядов

В последние годы все более широкое распространение в нашей стране и за рубежом находит мнение о необходимости замены испытаний кабельных линий повышенным напряжением постоянного тока, превышающем рабочее напряжение в 3…6 раз рабочее напряжение (Uраб) на диагностику изоляции с помощью измерения частичных разрядов (ЧР), токов утечки, абсорбционных токов и других методов с приложением напряжения (1…1,5) Uраб.

Дело в том, что проведение испытаний кабеля, находящегося в эксплуатации продолжительное время, повышенным напряжением отрицательно влияет на изоляцию и снижает срок эксплуатации.

В отличие от испытаний диагностика изоляции кабельной линии относится к неразрушающим методам контроля. Одним из прогрессивных методов диагностики является метод измерения ЧР, позволяющий не только определить уровень частичных разрядов в кабельной линии, но и определить их местонахождение по длине.

Частичный разряд - это электрический разряд, длительность которого составляет единицы-десятки наносекунд. Частичный разряд частично шунтирует изоляцию кабельной линии. Частичные разряды появляются в слабом месте кабельной линии под воздействием переменного напряжения и приводят к постепенному развитию дефекта и разрушению изоляции.

Амплитудно-фазовые диаграммы (АФД) сегодня являются одним из основных методов представления информации о характеристиках частичных разрядов (ЧР) в изоляции оборудования. АФД обеспечивают необходимую информацию как для идентификации типов дефектов изоляции так и для выделения сигналов ЧР из помех. Кроме того, использование метода АФД при хранении информации обеспечивает минимизацию объема запоминаемых данных, что важно при создании экспертных систем. Высокая эффективность метода АФД обусловлена учетом стохастических свойств ЧР и использованием усредненных характеристик сигналов ЧР в амплитудно-фазовом пространстве.

Существующая на сегодняшний день аппаратура для измерения сигналов ЧР, как правило, регистрирует параметры каждого импульса ЧР, что обуславливает ее избыточную сложность и стоимость. Применение метода АФД не только при анализе данных, но и при измерении сигналов ЧР позволяет снизить стоимость аппаратуры регистрации ЧР. При этом резко сокращается избыточность регистрируемых данных и достигается оптимальное соответствие требуемой точности измерений, стоимости аппаратуры, объема накапливаемой информации и времени измерения.

Сущность метода измерения частичных разрядов заключается в следующем. В момент появления частичного разряда в кабельной линии возникает два коротких импульсных сигнала, длительности которых десятки-сотни наносекунд. Эти импульсы распространяются к разным концам кабельной линии. Измеряя импульсы, достигшие начала кабеля, можно определить расстояние до места их возникновения и уровень.

Основными узлами измерительной схемы являются: компьютерный анализатор дефектов и частичных разрядов в кабельных линиях и высоковольтный адаптер. Компьютерный анализатор дефектов и частичных разрядов в кабельных линиях может быть выполнен в виде совокупности измерительного блока и портативного компьютера или в виде специализированного измерительного прибора. Высоковольтный адаптер служит для развязки компьютерного анализатора и источника воздействующего напряжения. Так, короткие импульсы напряжения, распространяющиеся в кабельной линии, беспрепятственно проходят на вход рефлектометра TDR или на выход частичных разрядов, но не попадают в низкочастотный (50 или меньше герц) источник напряжения. В тоже время напряжение (1…1,2)*Uраб от источника беспрепятственно поступает на кабельную линию. В качестве воздействующего напряжения может служить напряжение промышленной сети или напряжения от источника сверхнизкой частоты.

Сначала кабельная линия отключается от источника воздействующего напряжения, вызывающего появление частичных разрядов. При помощи кнопки Кн на высоковольтном адаптере (или специального устройства) проверяют разряженность кабельной линии. Компьютерный анализатор включают в режим импульсного рефлектометра и снимают рефлектограмму кабельной линии. По рефлектограмме определяют длину кабельной линии и коэффициент затухания импульсов в линии.

Затем переключают компьютерный анализатор в режим измерения частичных разрядов.

Далее снимают гистограмму - распределение частоты следования n импульсов частичных разрядов от амплитуд импульсов от частичных разрядов Uчр, пришедших к началу кабельной линии.

По гистограмме n=f(Uчр) можно сделать вывод о наличии и количестве слабых мест (потенциальных дефектов) в кабельной линии.

По амплитуде импульсов частичных разрядов, представленных на гистограмме, еще нельзя делать вывод о мощности частичного разряда в месте дефекта, так как пока неизвестно расстояние до него. В тоже время известно, что импульсы частичных разрядов, имея малые длительности, сильно затухают при распространении по кабельной линии. Поэтому следующим шагом является измерение расстояния до каждого из дефектов.

Компьютерный анализатор дефектов позволяет измерить расстояние до каждого из дефектов и сохранить их в памяти.

Далее, на основе гистограммы и данных о расстоянии до каждого из дефектов, компьютерный анализатор вычисляет мощность частичных разрядов в каждом из дефектов и строит сводную таблицу дефектов.



2.1.5 Мостовой метод измерения

Мостовой метод измерения используется при контрольных измерениях и для локализации высокоомных повреждений изоляции на кабелях связи.

Эти повреждения можно условно разделить на 3 группы:

1. Низкое сопротивление изоляции или короткое замыкание между жилами пары.

2. Низкое сопротивление изоляции жилы относительно земли или замыкание на землю.

3. Связь между парами.

Для локализации повреждений в кабеле связи мостовым методом необходимым является наличие хотя бы одной «хорошей» жилы между местом подключения прибора и концом кабеля. «Хорошая» жила должна иметь высокое сопротивление изоляции. На практике в качестве «хорошей» жилы выбирается та, которая имеет наибольшее сопротивление изоляции.

Перед проведением измерений все жилы, которые предполагается использовать при измерениях, необходимо отключить от источников сигналов (например, коммутаторных устройств) и приемников сигналов (например, абонентских устройств).

- Определение расстояния до места обрыва кабеля (оборваны все жилы)

При обрыве всех жил кабеля определить расстояние до повреждения можно по формуле:

Lх = Сх / Ср

где Сх - емкость оборванной пары, измеренная прибором;

Ср - погонная емкость пары.

- Метод определения расстояния до места повреждения изоляции кабеля и его особенности

Определение расстояния до места пониженной изоляции или места утечки на землю в поврежденной жиле симметричной линии производится методом Муррея посредством измерения отношения сопротивлений жилы до места повреждения к сопротивлению шлейфа, по схеме с замкнутыми жилами на противоположном конце кабеля.

Примем следующие обозначения:

А - «хорошая» жила;

В-жила с повреждением изоляции;

С - заземленная оболочка кабеля или жила, относительно которой у поврежденной жилы имеется утечка сопротивления Rп.

Расстояние Lx от начала кабеля до места нахождения утечки Rп определяется посредством измерения сопротивления шлейфа жил А и В, измерения сопротивления дефектного участка Rx жилы В и вычисления выражения:

Lx = 2Rx•L / (Ra + Rв) = 2Rx•L / Rs,

где: Rs = Ra + Rв - сопротивление шлейфа жил А и В;

L - длина кабеля.

Если в кабеле есть одновременно несколько мест повреждения, например, вместе с утечкой Rп есть утечка R'п, причем R'п > Rп, то вследствии частичного ответвления измерительного тока на R'п при определения расстояния прибор покажет величину L'x. При этом, чем больше R'п по сравнению с Rп, тем меньше отличие L'x от Lx.

Таким образом, следует иметь в виду, что прибор не позволяет указать сколько и в каких местах одновременно имеется повреждений на неисправной жиле. Все повреждения идентифицируются прибором как одно общее повреждение, до которого и определяется расстояние.

Прежде всего необходимо найти в кабеле «хорошую» жилу.

Для этого в режиме «Измерение Ri» прибором ПКМ-105 измеряется сопротивление изоляции всех жил кабеля, которые предполагается использовать при измерениях.

В качестве «хорошей» жилы выбирается та жила, которая имеет наибольшее сопротивление изоляции. Далее нужно измерить сопротивление изоляции «хорошей» жилы Ri и поврежденной жилы Rп (жилы с пониженной изоляцией) и определить их отношение Кu.

Следует иметь в виду, что определение расстояния до места повреждения целесообразно проводить если величина Rп не превышает 20 МОм. При этом переходное сопротивление до 10 МОм позволяет обеспечить погрешность определения расстояния не более 1% (в пределах от 0,1 до 1% - в зависимости от условий). При более высоких значениях Rп погрешность увеличивается.

Если полученное отношение Кu удовлетворяет условию: Кu = Ri / Rп>400, то для определения расстояния до места повреждения с паспортной точностью достаточно провести измерение с одного конца линии в режиме «Измерение Lx».

Измерение Lx производится прибором ПКМ-105 (РЕЙС-205) автоматически. Причем под управлением встроенного микропроцессора сначала измеряется сопротивление Rs шлейфа жил A и B, а затем измеряются сопротивление Rx части шлейфа от начала кабеля до места понижения изоляции жилы B.

Затем автоматически вычисляется отношение:

К = Rx / Rs / 2 = 2Rx / Rs

Далее, используя погонное значение сопротивления жил Rо, автоматически вычисляется расстояние Lx до места повреждения:

Lx = L*K = (Rs/Rо)*(2Rx/Rs) = 2Rx/ Rо,

где: L - полная длина линии, км;

R0 - погонное сопротивление, Ом/км;

Rx - сопротивление до места повреждения, Ом.

Учет величины Ku при определении расстояния до места повреждения изоляции кабеля

В случае, когда сопротивление изоляции «хорошей» жилы также, как и поврежденной, понижено и величина Ku лежит в пределах: 3 < Ku< 400, для получения правильного результата при определении расстояния до места повреждения необходимо произвести измерения расстояния как с одного конца поврежденного кабеля, так и с другого конца.

Расстояние до места повреждения, в этом случае, можно определить по выражению:

Lx = L* Lx1 / (Lx1 + Lx2)

зондирующий сигнал кабельный линия

где: Lx1 - расстояние до повреждения при измерении с первого конца линии;

Lx2 - расстояние до повреждения при измерении со второго конца линии;

Lx - расстояние до повреждения от первого конца линии по результатам.

2.2 Трассовые методы.

2.2.1 Индукционный метод

Индукционный метод может быть реализован в 2-х вариантах: активный и пассивный.

Активный индукционный метод требует использования индукционного комплекта, состоящего из 2-х частей: индукционный генератор и индукционный приемник. Индукционный генератор может иметь синусоидальный выходной сигнал или сигнал в виде меандра и подключается к кабельной линии. За счет протекания переменного тока вокруг кабельной линии образуется переменное магнитное поле.

Перемещаясь над кабельной линии со специальным индукционным приемником, оснащенным поисковой катушкой, можно определить трассу прохождения кабельной линии, глубину залегания кабельной линии и точное место обрыва или короткого замыкания в ней.

В зависимости от задачи (определение трассы, определения точного места короткого замыкания или места обрыва кабельной линии) могут использоваться частоты индукционного генератора, а значит и принимаемые частоты приемника, в пределах от 480 до 10000 Гц. Для уменьшения влияния промышленной сети на чувствительность приемника обычно выбирается рабочая частота не кратная 50 (60) Гц (в зависимости от частоты сети).

В зависимости от типа кабельной линии, на которой выполняются работы, глубины ее залегания, питания от сети или аккумуляторов, генераторы могут иметь выходную мощность от единиц ват до нескольких сотен ватт.

Индукционные приемники могут быть как простые, содержащие усилитель и поисковую катушку, так и сложные, имеющие несколько катушек, указатель нахождения над трассой кабеля и цифровую индикацию глубины залегания кабельной линии.

При пассивном индукционном методе достаточно использовать только индукционный приемник. При этом приемник должен принимать магнитное поле

От работающего кабеля на частоте 50 Гц

2.2.2 Акустический метод

Акустический метод используется для определения места обрыва на силовых кабельных линиях. Определить место обрыва индукционным методом нельзя, так как в месте обрыва ток от индукционного генератора равен нулю, а значит и магнитное поле вокруг кабеля отсутствует.

Для реализации акустического метода используется генератор мощных ударных импульсов и акустический приемник.

Генератор ударных импульсов представляет собой совокупность специального высоковольтного конденсатора и разрядника. Конденсатор подключается к силовой кабельной линии через разрядник. При срабатывании разрядника все напряжение с заряженного конденсатора оказывается мгновенно приложенным к кабельной линии. В кабельной линии возникает электромагнитная волна, которая распространяется по линии и, достигнув места обрыва кабеля, вызывает пробой в этом месте. Пробой сопровождается звуковым сигналом (щелчком), по месту нахождения которого и определяется место обрыва. Обычно разряд конденсатора производится периодически (раз в несколько секунд), поэтому и пробои повторяются с той же периодичностью.

Для улавливания сигнала от пробоя служит акустический приемник со специальным акустическим датчиком, например типа «краб». Такой датчик «чувствует» акустический сигнал под землей. По максимальной интенсивности звукового сигнала находится место обрыва кабельной линии.

На практике часто используются акустические приемники, которые имеют не только канал приема акустических сигналов с акустическим датчиком, но и канал приема электромагнитных сигналов с соответствующим датчиком. Наличие двух каналов позволяет ускорить нахождение места повреждения.

Работает двухканальный приемник следующим образом.

Момент пробоя сопровождается не только звуковым сигналом, но и электромагнитным импульсом. Звуковой сигнал распространяется от места пробоя во все стороны со звуковой скоростью, а электромагнитная волна - со скоростью, близкой к скорости света. Поэтому сначала на приемник будет приходить электромагнитный импульс, а затем - акустический сигнал.

Чем ближе приемник находится к месту пробоя тем меньше задержка между приходом электромагнитного и акустического сигналов.

Указанная зависимость линейная, на приемнике в цифровом виде индицируется расстояние до места пробоя. При поиске места пробоя задача измерителя - найти место где эта разность минимальна.



Выводы

В отличии от дистанционных методов, которые позволяют определить длину кабельной линии, расстояние до зоны расположения места повреждения кабельной или воздушной линии, трассовые методы предназначены для определения трассы прохождения кабельной линии, глубины залегания кабеля, точного нахождения места повреждения (короткого замыкания или обрыва) на трассе кабельной линии.

Существуют различные трассовые методы, однако наиболее популярны индукционный и акустический методы.



Список использованных источников

1. Борисов Ю.М. Липатов Д.Н. Зорин Ю.Н. Электротехника. -СПб.: БХВ-Петербург 2012 г., 592 с.

2. Груба Г.И., Иоффе А.А. Силовые трансформаторы. Кабельные линии. -Симферополь 2007 г., 192 с.

3. Дмитриев М.В. Заземление экранов однофазных силовых кабелей 6-500 кВ. СПб.: Изд-во «НИВА», 2008 г., 104 с.

4. Дмитриев М.В., Евдокунин Г.А. Заземление экранов однофазных силовых кабелей высокого напряжения. Перенапряжения и надёжность эксплуатации электрооборудования.- СПб. 2008 г., 267 с.

5. Кабышев А.В. Электроснабжение объектов. Ч. 1. Расчет электрических нагрузок, нагрев проводников и электрооборудования: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007 г., 185 с.

6. Кузнецов Д.В., Попова Ю.С., Халилов Ф.Х., Шилина Н.А. К вопросу об эксплуатации силовых кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена. -М.: «Электро», 2009г., 33 с.

7. Маньков В.Д. Основы проектирования систем электроснабжения. -СПб.: Электросервис, 2010 г., 664 с.

8. Методика испытаний и неразрушающих методов диагностики силовых кабельных линий 6 - 110 кВ, ОАО «МРСК Волги». Саратов, 2008 г., 98 с.

9. Правила Устройства Электроустановок. Седьмое издание с изменениями и дополнениями на 01.11. 2007 г. - Главгосэнергонадзор РФ. - 980 с.

10. Решение технического совета ОАО «МРСК Северо-Запада» по испытаниям кабельных линий 0,4 - 10 кВ, 2009 г., 52 с.

11. Сибикин Ю.Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. Кн.2. -М.-Берлин Директ-Медиа 2014 г., 252 с.

12. Сибикин Ю.Д. Сибикин М.Ю. Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования промышленных предприятий и установок. -М.: Директ-Медиа 2014 г., 463 с.

13. Шкарин Ю.П. Измерения в ВЧ связи. ВЧ тракт. -М.: Библиотека AnCom 2014 г., 84 с.

14. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения -М.: Форум, 2010 г., 214 с.

15. Электрические станции и сети: Сборник нормативных документов. -М.: ЭНАС 2013г., 720 с.

Размещено на Allbest.ru