Индукционный метод определения повреждения кабеля

Методы поиска повреждений на кабелях подразделяют на абсолютные и относительные. Относительные предполагают определение расстояния до повреждения в процентах к общей длине линии или в метрах от оконечного устройства. (Относительно длины). Абсолютные определяют повреждения прямо на месте.

К относительным методам относятся импульсный, импульсно-дуговой, мостовой (метод петли),

К абсолютным можно отнести индукционный, акустический, индукционно-акустический и в какой-то мере прожиг.

Индукционный метод

Основан на прослушивании электромагнитных наводок вокруг кабеля при прохождении по нему токов звуковых частот. Один из основных абсолютных методов поиска не только повреждений, но и трассировки кабельной линии. Почти без изменений применяется также на телекоммуникационных кабелях (стр. → Индукционный метод. Поиск трассы кабеля кабелеискателем).

Для введения тока звуковой частоты в кабель используется специализированный генератор. Поиск повреждения или трассировка осуществляется приёмной частью комплекта, состоящего из антенны и приёмника, способных улавливать возникающее вокруг кабеля электромагнитное поле.

Методом можно определить место короткого замыкания в кабеле, трассу прокладки и глубину залегания. Приёмам и способам работы с кабелеискателем, а именно он использует индукционный метод посвящены страницы:
• Подключение генератора кабелеискателя,
• Иллюстрации использования кабелеискателей
• Индуктивные методы трассировки кабеля: схемы и описания
• Подключение к кабелю генератора звуковой частоты

Прожиг или преобразование повреждения

Схема прожигающего устройства ЛВИ—3М (Ярославская)

В силовых кабелях есть также возможность использования больших токов и преобразования повреждения, что серьёзно увеличивает возможности обнаружения места пробоя. Например, в случае, когда происходит пробой изоляции только при большом, в несколько сотен или тысяч вольт напряжении или сопротивление повреждения большое, то средствами высоковольтной лаборатории такое повреждение можно дожечь. Для этой цели используют прожигающее устройство.

Основой такого прибора является мощный высоковольтный трансформатор с возможностью переключения коэффициента трансформации и автотрансформатором в первичной обмотке. Прожиг начинают с постепенного поднятия переменно напряжения в кабеле и наблюдают за протекающим через повреждение током. При каком-то значении напряжения в месте повреждения кабеля возникает устойчивый пробой и соответственно зажигается дуга. Постепенно эта дуга и дожигает место повреждения — полностью сплавляет изоляцию кабеля, превращая её в проводящий ток уголь. Либо, что случается реже, повреждённая жила отгорает до обрыва. Не всегда этот процесс протекает одинаково и для того чтобы добиться устойчивого горения дуги оператору приходится менять коэффициент трансформации установки и выходное напряжение.

В итоге после удачного прожига сопротивление повреждения либо падает до десятков Ом, либо жила переходит в обрыв. В обоих из этих случаев расстояние до повреждения легко определяется импульсным методом (рефлектометром) или индукционным методом (кабелеискателем). Тем не менее, с применением прожига спешить не стоит, так как он имеет свои недостатки. Так его опасно применять на низковольтных кабелях с небольшим сечением жилы — ток, протекающий по кабелю, может его перегреть в неповреждённой длине.

Прожиг кабеля увеличивает время поиска повреждения. Сначала ведь кабель надо дожечь, а затем еще и искать место повреждения индукционным методом. Быстрее определить место повреждения помогает акустический метод с использованием генератора высоковольтных импульсов.

Прожиг в абсолютные методы поиска можно отнести условно. Если вдуматься в его суть, то это даже не метод поиска повреждений, а лишь способ улучшить условия использования таких методов как акустический, индукционный и импульсный. Тем не менее, иногда он может быть использован именно как абсолютный. Его иногда используют при сомнениях в определённых муфтах или разделках — подав через ЛВИ приличный ток можно добиться возгорания сомнительного места, тем самым абсолютно точно определить повреждение.

Акустический метод или метод удара

Метод предполагает использование генератора высоковольтных импульсов и иногда его же называют ударом.

Основой генератора для акустического метода является высоковольтный конденсатор с нагруженным на него трансформатором и выпрямителем. Через автотрансформатор на этом конденсаторе задаётся высокое напряжение. Затем через ручной или автоматический переключатель это напряжение подаётся в кабельную линию. Учитывая приличную энергию, накопленную на конденсаторе, импульс такого генератора на короткое время зажигает дуговой разряд в месте пробоя изоляции с образованием громкого выстрела (удара). Если генератор перевести в автоматический режим, то можно добиться непрерывной последовательности таких ударов.

Схема выходного каскада генератора высоковольтных импульсов ЛВИ—3М (Ярославль)

Далее поиск повреждения зависит от характера повреждения изоляции и трассы кабельной линии. Так, если кабель проложен открыто, то выстрелы могут быть слышны на десятки и сотни метров и поиск дефекта сводится прослушиванию трассы без приборов. В месте повреждения, как правило, видны вспышки высоковольтного разряда.

Если кабель лежит в грунте, то конечно, эти удары слышны не так далеко. Но тоже бывает достаточно пройтись по трассе — удары часто слышны в пределах нескольких метров от повреждения, причём часто толчки ощущаются даже подошвами ног.

Стоит заметить, что акустический метод может быть использован совместно с импульсным (→ Импульсно-дуговой метод) и в этом случае он перестаёт быть абсолютным. Результат измерений рефлектометра будет обозначен в метрах, а это уже относительно.

Приемник ударных волн Digiphone+
(геомикрофон слева, вверху
увеличенный экран прибора)

Геомикрофон и индукционно-акустический метод

Если повреждение не выгорело наружу, то возможна ситуация, когда удары не слышны. В этом случае используется специальный геомикрофон. Прибор этого типа, как правило, имеет размер с пол-литровую банку и закреплён на полуметровой ручке. Шнур от такого геомикрофона соединяется со специальным портативным усилителем и оператор, проходя по трассе кабеля, ищет по громкости щелчка место повреждения. Во время поиска датчик прибора периодически ставят на грунт и не шевелят его, слушая щелчки в наушниках. По максимальной громкости разрядов и определяют место повреждения.

В более новых приборах микрофон дополняется ещё и электромагнитной антенной — при этом акустический метод становится индукционно-акустическим. Геомикрофон такого типа ловит не только звук выстрела, но и электромагнитный импульс, возникающий при разряде. Учитывая, что звук распространяется медленней электромагнитного поля, то у электронной начинки прибора есть возможность сравнить время прихода обоих сигналов и рассчитать расстояние до места пробоя в метрах. Результат отображается на экране такого прибора.

Индукционный метод

Индукционный метод применяется при определении места повреждения кабельной линии непосредственно на трассе при пробое изоляции двух или всех трех жил кабеля, а также в случае обрыва жил с одновременным пробоем изоляции между жилами или пробоя изоляции жил на землю.

Определить место повреждения индукционным методом можно только при условии, если искусственно перевести однофазное повреждение в двух- или трехфазные путем выжигания междуфазной изоляции в местеповреждения кенотронной или газотронной установкой.

Индукционный метод основан на принципе прослушивания с поверхности земли с помощью телефонных трубок звука, порождаемого магнитным полем, которое создается в результате протекания по жилам кабеля тока тональной частоты.

Для создания магнитного поля при применении индукционного метода собирается схема.

Оператор, снабженный рамкой (антенной), усилителем и телефоном, отправляется в заранее определенную каким-либо относительным методом зону повреждения, где передвигается по трассе кабельной линии, определяя ее расположение по звуку в телефоне и сверяя с исполнительными чертежами линии.

Звук в телефоне слышен на участке трассы, где по кабелю протекает ток звуковой частоты, то есть на участке от генератора до места повреждения. За местом повреждения ток по жилам кабеля не проходит, и поэтому звук прекращается. При этом надо иметь ввиду, что при движении вдоль трассы кабельной линии происходит периодическое изменение слышимости, вызываемое скруткой жил кабеля. Чем больше шаг скрутки, тем слышимость лучше, поэтому кабели больших сечений, имеющие большой шаг скрутки, прослушиваются лучше, чем кабели малых сечений.

Величина внешнего магнитного поля токов, протекающих по жилам кабеля с шагом скрутки менее 2 м, очень незначительна, поэтому прослушивать такие кабели с поверхности земли представляет большие трудности даже с помощью хороших усилителей.

При пользовании индукционным методом для уточнения места повреждения рекомендуется включить генератор с другого конца кабельной линии и произвести повторное определение места повреждения.

При следовании оператора по трассе звук в телефоне может усиливаться, а при поворотах и углублениях — совсем исчезать. В месте, где звук пропадает, следует производить проверку путем обхода этого места по концентрическим окружностям, начиная с радиуса 1-2 м и более.

При индукционном методе место повреждения для кабельных линий, проложенных на нормальной глубине, может быть найдено достаточно точно при величине тока 15 А и более и частоте 800-1200 кГц.

Для индукционного метода требуется следующее оборудование и аппараты: генератор звуковой частоты, приемная рамка (антенна), усилитель и телефон.

В качестве генератора звуковой частоты рекомендуется применять однофазный генератор напряжением 110-220 В, 1000 Гц мощностью не менее 2 кВт с собственным возбудителем на одном валу. В качестве привода применяется асинхронный электродвигатель.

Приемная рамка, усилитель и телефон укомплектованы в приборе АИП-3.

Определение места повреждения кабеля индукционным методом

С помощью индукционного метода поиска локализуются обрывы жил, замыкания жила-жила, жила-оболочка, двух- и трехфазные замыкания устойчивого характера при различных значениях переходного сопротивления в месте дефекта. Основные принципы поиска индукционным методом, изложенные в статье реализуются с применением специализированного оборудования. Указанные в статье конкретные величины параметров получены при использовании поискового оборудования семейства КП-100К, КП-250К и КП-500К производства компании «АНГСТРЕМ» (применение иного оборудования с использованием указанных в статье величин параметров может оказаться безуспешным). Для всех видов повреждений перед началом ОМП (определение места повреждения) определяют и размечают трассу кабеля.

Поиск обрыва жилы

Генератор поисковый подключается к кабельной линии по схеме «оборванная жила-броня» — Рис. 1 (а)

Рис.1 — Непосредственное подключение генератора по схеме «оборванная жила — броня»

Этот вариант поиска использует наличие распределенной емкости кабельной линии. Сигнальный ток генератора протекает через подключенную к нему поврежденную жилу, распределенную емкость кабеля и броню кабельной линии. При удалении от начала кабеля ток в подключенной жиле постепенно убывает из-за ответвления на распределенную по длине емкость. Соответственно интенсивность поля, вокруг кабеля, при удалении от точки подключения к генератору также убывает. Напряженность магнитного поля над кабелем в месте обрыва становится нулевой. Характер изменения магнитного поля вдоль кабельной линии показано на Рис. 1 (б).

Как видно из графика точность определения места обрыва невысока. Чтобы уменьшить погрешность определения места обрыва целесообразно подключать генератор поочередно к разным концам поврежденной жилы, проводя поиск на участке, к которому подключен генератор.

Для увеличения напряженности магнитного поля над кабельной линией, необходимо увеличить ток, протекающий по кабелю. Это позволит более четко отслеживать сигнал. Увеличения тока можно добиться уменьшением емкостного сопротивления, либо увеличением частоты генератора. Уменьшить емкостное сопротивление можно увеличив погонную емкость кабеля параллельным соединением нескольких жил кабеля.

Для повышения точности определения места повреждения можно рекомендовать следующую последовательность действий. Генератор подключают к одному концу кабеля. Следуют вдоль трассы, контролируя уровень сигнала на приемнике. При уменьшении сигнала до определенного уровня, например, до 5 ед. отмечают на трассе эту точку. Затем генератор подключают к другому концу кабеля и повторяют процедуру. Расстояние между двумя отмеченными точками с одинаковым уровнем сигнала делят пополам. Это и будет наиболее вероятная точка обрыва.

Читать еще: Как обжать кабель интернета: Делаем сеть в домашних условиях

Поиск междуфазного повреждения

При стандартной по глубине прокладке кабеля этот вид повреждения как правило не вызывает затруднений в его локализации.Генератор для поиска повреждений кабеля подключается к двум замкнутым в месте повреждения жилам кабельной линии по схеме, показанной на Рис. 2.

Рис.2 — Схема подключения генератора к двум поврежденным жилам кабельной линии в случае их короткого замыкания.

Сигнальный ток генератора протекает непосредственно по поврежденным жилам кабельной линии во встречных направлениях. Как известно в этом случае магнитное поле, создаваемое током обратно пропорционально квадрату расстояния от кабеля. Генератор при поиске включен в режиме непрерывной генерации. Поиск производится на минимальной частоте — 480 Гц. Эта частота оптимальна с точки зрения минимизации потерь и наводок на соседние коммуникации и позволяет локализовать междуфазные повреждения на расстояниях в несколько километров.

Перед началом поиска повреждения необходимо выбрать и задать минимальный ток генератора, при котором приемник уверенно принимает сигнал генератора на максимальной чувствительности. Реализация этого правила требует наличия двух операторов. Один из операторов регулирует уровень сигнального тока, пошагово повышая его и одновременно фиксируя его стабильность. Второй оператор, находящийся над трассой кабеля в зоне повреждения с приемником ПП-500А или ПП-500К, фиксирует момент появления сигнала достаточного для уверенного поиска. На практике достаточно сигнального тока, обеспечивающего при максимальной чувствительности приемника уровень сигнала в 25…50% полной шкалы его индикатора. Хотя решающим в выборе может быть личный опыт оператора. Например, для кабеля ААБ сечением 50 кв.см, проложенного на глубине 70 см при частоте генератора 480 Гц и небольшом расстоянии от места подключения генератора до повреждения достаточно тока 100…200 мА. Работа на частоте 9796 Гц требует существенно большего тока.

Если выбранный сигнальный ток остается стабильным, значит, сопротивление в точке повреждения кабеля не изменяется под воздействием протекающего тока. Это гарантирует успех поиска не зависимо от величины переходного сопротивления в точке повреждения — стабильность сопротивления дефекта здесь ключевой фактор. В случаях, когда замыкание произошло в результате аварии его сопротивление, как правило, близко к нулю и достаточно стабильно. Повреждения обнаруженные в процессе испытания могут иметь очень большие сопротивления. Если это сопротивление не меняет свою величину при протекании тока от поискового генератора и приемник обладает достаточной чувствительностью, то для локализации места повреждения можно применять индукционный метод поиска (без прожига). Однако элементарный расчет показывает, что такая ситуация возможна только для достаточно низких переходных сопротивлений.

Кроме того, минимальный сигнальный ток позволяет минимизировать сигнал, наведенный на близко расположенные коммуникации и помехи на приемник от этих коммуникаций.

Если в месте повреждения есть электрический контакт поврежденной жилы с оболочкой желательно устранить его, например, воздействуя на ненужный контакт высоковольтным импульсом.

При движении оператора с приемником вдоль трассы кабельной линии уровень принимаемого сигнала будет периодически уменьшаться и увеличиваться. Это объясняется наличием повива (скрутки) жил кабельной линии. Из-за повива жил и взаимовлияния магнитных полей от двух противоположно направленных токов в жилах вокруг кабеля возникает результирующее спиральное поле («твист-эффект»). На индикаторе приемника это и будет проявляться периодическим изменением сигнала с шагом повива. На Рис. 3 (а) показаны повив двух короткозамкнутых жил кабельной линии и токи в них. На Рис.3 (б) приведен график уровня сигнала при движении с горизонтально расположенной катушкой приемника вдоль трассы кабельной линии. На Рис.3 (в) показано распределение магнитных полей от двух свитых жил в разрезе А–А и В–В кабельной линии. При вертикальном расположении поисковой катушки слышимость также периодически изменяется из-за скрутки, рис. 3 (г). В точке повреждения может быть, как увеличение, так и уменьшение уровня сигнала. Это зависит от ориентации жил в месте повреждения. После прохождения места повреждения уровень сигнала снижается до нуля, периодически меняющийся сигнал обусловленный шагом скрутки отсутствует. Наличие сигнала скрутки до места повреждения и отсутствие после — главный признак, позволяющий точно локализовать место междуфазного повреждения. Следует помнить, что сигнал с шагом повива будет наблюдаться при глубине прокладки кабеля не превышающей шаг повива более чем на 20…50%.

Рис.3 — Изменение сигнала кабельной линии из-за повива

На рис. 4 показана кабельная линия с муфтой и участком, имеющим увеличение глубины залегания. Вверху приведена зависимость интенсивности магнитного поля кабельной линии от длины. Над муфтами и другими неоднородностями кабельной линии интенсивность магнитного поля изменяется. Непосредственно над муфтой уровень сигнала увеличивается за счёт большего расстояния между жилами в муфте. Длина интервала с максимальным уровнем сигнала увеличивается относительно шага скрутки кабеля (c>d, рис. 4). За муфтой сигнал опять меняется по уровню с шагом скрутки. По этим признакам определяется место расположения муфты на кабеле. В местах, где кабельная линия плавно уходит на большую глубину наблюдается плавное уменьшение интенсивности магнитного поля. В местах, требующих особой защиты кабельной линии от механических повреждений, кабель прокладывают в металлических трубах. В этих случаях из-за экранирования наблюдается значительное ослабление интенсивности магнитного поля. В месте короткого замыкания между жилами кабельной линии ток от индукционного генератора меняет свое направление, структура магнитного поля вокруг кабеля изменяется, и компенсация от жил проявляется более слабо. Поэтому над местом повреждения интенсивность магнитного поля увеличивается (Рис. 4), а после прохождения места повреждения плавно уменьшается, при этом сигнал от шага скрутки практически не наблюдается.

Рис.4 — Кабельная линия с неоднородностями и распределение магнитного поля по длине

Трудности при локализации междуфазного повреждения возникают, когда кроме основного полезного сигнального тока протекающего по жилам кабеля присутствуют, так называемые, токи растекания. Эти токи возникают, если кроме основного пути для тока (генератор — жила 1 — повреждение — жила 2 — генератор) существуют пути утечки тока на «землю». Например, в месте повреждения есть утечка или замыкание на оболочку и броню. Ток растекания в отличие от сигнального является током одиночного проводника. Поле, создаваемое таким током, убывает обратно пропорционально расстоянию от кабеля в то время как поле сигнального (ток пары проводников) обратно пропорционально квадрату расстояния. Понятно, что в таком случае токи растекания даже значительно меньшие сигнального могут создать поле «забивающее» полезное поле сигнального тока. Радикально решить эту проблему можно ликвидировав замыкание или утечку в месте повреждения и разорвав все связи кабеля с землей. Однако если кабель имеет не одно повреждение и заземленные муфты такое решение проблематично.

Онлайн помощник домашнего мастера

Как найти место повреждения кабеля: методы определения места, поиск причины поломки и лучшие способы устранения

Электроснабжение

Соединение источника электричества с потребителями электроэнергии в большинстве случаев осуществляется путем прокладывания кабельных линий в земле. Это предусматривает расположение трассы кабеля по кратчайшему расстоянию, нет необходимости сооружать громоздкие металлоконструкции, доступ посторонних к линии невозможен (за исключением случаев несанкционированного доступа).

Однако, одним из основных недостатков такого вида соединений является сложность установления места неисправности.

Краткое содержимое статьи:

Причины повреждения

Основные причины заключаются в следующем:

ошибки проектирования (занижение сечения, неправильный подбор защитной аппаратуры);
дефекты, допущенные на производстве: сквозные отверстия, трещины и заусенцы на проволоке;
крутые изгибы и механические поломки, допущенные в процессе прокладки кабеля;
порча, допущенная при эксплуатации: старение изоляции, коррозия металлов, разрывы при производстве земляных работ

В зависимости от вида проложенного кабеля, способа его прокладки и уровня напряжения, выбирается метод, с использованием которого будет устанавливаться участок повреждения. Основными, наиболее эффективными способами установления места неисправности являются рассмотренные ниже методы.

Методы поиска места повреждения кабеля

Разработаны и успешно применяются следующие способы для поиска мест повреждения.

Импульсный способ

Импульсный способ исключен к применению при заплывающих пробоях ввиду того, что причиной таких повреждений служит высокая влажность, соответственно сопротивление проводника превышает 150 Ом, а это недопустимо для данного метода.

Проверка осуществляется в соответствии с предусмотренной инструкцией как найти место повреждения, с использованием измерителя ИКЛ-5 или ИКЛ-4 путем ввода через переменный ток импульса к области неисправности и получении ответного сигнала. Прибор производит замер времени между периодом подачи и возвращением импульса.

Акустический метод

Акустический метод предусматривает использование приемника и электрогенератора мощных ударных импульсов. Конденсатор генератора присоединяют к кабелю, и когда разрядник срабатывает, напряжение в линии создаёт электромагнитную волну, происходит сильнейшее пробивание, сопровождающееся щелчком в области неисправности. Оператор улавливает щелчки при помощи акустического прибора.

Зона распространения звука распложена в границах от двух до пятнадцати метров. Точка неисправности кабеля устанавливается присутствием максимально громкого звука.

Метод петли

Неисправности устанавливается путем сравнения сопротивлений нарушенной и целой кабельной жилы при использовании метода петли. Порядок поиска повреждений в этом случае требует формирование из кабеля моста типа Р 334 или Р 333, так же требуется наличие моста сопротивления МВУ-49.

Применяется в том случае, если одна жила кабеля не повреждена, если все жилы неисправны, рекомендуется использование неповреждённой жилы находящегося рядом кабельного канала.

Исправная и поврежденная жилы соединяются на одной стороне кабеля петлей. На противоположной стороне кабеля устанавливают мост, регулирующий электросопротивление. Производятся замеры, и, используя формулы соотношения сопротивления, устанавливается дистанция до точки расположения неисправности.

Минусом такого способа является неточность установления точки нахождения неисправности и огромные временные затраты.

Индукционный метод

Рассмотрим теперь, как определяют участок повреждения кабеля индукционным методом, который является более точным и дает шанс установить отрезок неисправности прямо в КЛ, погрешность этого способа не превышает 50 сантиметров.

Применение индукционного метода допустимо в случае, если в месте неисправности сопротивление переходное в кабельной линии составляет не более от двадцати до пятидесяти ОМ.

Содержание способа состоит в улавливании и фиксации над трассой кабельного канала колебаний электромагнитного поля, образованного за счет пропускании по неисправной жиле электричества с частотой звука от 800 до 1000 Гц. Оператор двигается по ходу трассы кабеля и с использованием антенны, усилителя и наушников определяет характер передачи электромагнитного поля. Звучание заметно увеличивается в точке неисправности и теряет силу на расстоянии 50 сантиметров от точки пробоя.

Метод накладной рамки

Если кабель проложен открытым способом или в открытых шурфах, в случае однофазного замыкания кабельной жилы на оболочку, с целью установления отрезка неисправности, специалисты советуют применение метода накладной рамки.

Рамка представляет собой катушку из 1000 витков проволоки и имеет форму прямоугольника, в этом методе используется в роли антенны, выглядит, как указано на фото с места повреждения кабеля.

При определении места неисправности оператор использует телефон для прослушивания изменений звуков, которые издают жила и оболочка кабеля при подключении к ним генератора звуковой частоты. Прослушивается пара максимума и пара минимума звучания, в случае, если рамка установлена и вращается вокруг оси кабеля перед местом расположения повреждения кабельной линии.

Читать еще: Соединение греющего кабеля, как его удлинить

Подобный звук говорит о том, что в кабеле протекает пара токов, по жиле и по оболочке. Монотонное звучание вызвано током протекающем только по оболочке и слышится, в случае если рамка установлена и вращается за местом неисправности кабеля.

Такой способ эффективен, если длина кабеля не превышает одного километра за местом повреждения.

Во всех случаях отыскания места повреждения кабельной линии необходимо произвести огромный комплекс работ с использованием приборов для поиска повреждения кабеля.

Абсолютные методы определения места повреждения силового кабеля

1. Акустический метод.

Акустический метод основан на прослушивании над местом повреждения кабельной линии звуковых колебаний, вызванных искровым разрядом в канале повреждения. Акустический метод практически универсален и в большинстве случаев является основным абсолютным методом. Им можно определять повреждения различного характера: однофазные и междуфазные замыкания с различными переходными сопротивлениями, обрывы одной, двух или всех жил.

В отдельных случаях возможно определение нескольких повреждений на одной кабельной линии.

Искровые разряды, получаемые в месте повреждения кабеля, образуются двумя способами.

При «заплывающем пробое», который, как правило, обнаруживается при контрольных испытаниях, повреждение, в основном, бывает в муфтах.

Сопротивление в месте повреждения большое — единицы и десятки мегаом.

С помощью испытательной установки постоянного тока к поврежденной жиле прикладывается напряжение (не более 5Uном, где Uном — рабочее напряжение кабеля).

Как только в месте повреждения происходит пробой, определяют расстояние до места повреждения, например, с помощью метода колебательного разряда.

После первого пробоя сопротивление в поврежденной жиле кабеля восстанавливается, и напряжение от испытательной установки постоянного тока возрастает опять до напряжения пробоя. Такая периодичность пробоев может продолжаться длительное время. В зоне измеренного расстояния до места повреждения оператор, передвигаясь вдоль трассы кабельной линии, четко фиксирует акустические сигналы, вызываемые пробоями в месте повреждения.

При замыканиях, имеющих переходное сопротивление в месте повреждения от единиц Ом до десятков кОм, используется высоковольтная установка постоянного тока, с помощью которой производится заряд конденсатора, после чего через разрядник (разрядник может быть как управляемый, так и неуправляемый воздушный) в месте повреждения происходит пробой, вызывающий акустический сигнал. В передвижных измерительных лабораториях имеются, как правило, две группы высоковольтных конденсаторов. Одна группа на рабочее напряжение до 5 кВ при емкости конденсаторов до 200 мкФ (низковольтная акустика), другая группа на рабочее напряжение до 30 кВ при емкости конденсаторов до 5 мкФ (высоковольтная акустика).

Установки для заряда конденсаторов первой группы имеют большую мощность, которая необходима для быстрой зарядки конденсаторов большой емкости (единицы секунд).

Если при использовании первой группы конденсаторов невозможно создать пробой вследствие большого сопротивления в месте повреждения, то необходимо использовать вторую группу конденсаторов. Оператор, перемещаясь вдоль трассы кабельной линии в предполагаемой зоне повреждения, измеренной импульсным или волновым методом, может точно определить место повреждения следующим способом.

При использовании кабелеискателя, ПК-100, имеющего один канал усиления, сигнал от акустического преобразователя усиливается приемником и поступает на стрелочный индикатор и головные телефоны. Передвигаясь по трассе кабельной линии, оператор прослушивает сигналы с помощью головных телефонов и только в месте непосредственного повреждения кабеля, когда акустические сигналы четко фиксируются, необходимо с помощью стрелочного индикатора выявить на трассе точку с максимальным отклонением стрелки, где и находится повреждение.

При использовании кабелеискателя, например, КАИ-90, имеющего два канала усиления (один для усиления сигналов акустического преобразователя, а другой для усиления сигналов, наведенных в индукционном преобразователе), поиск осуществляется следующим образом.

При перемещении вдоль кабельной линии сигнал, наведенный в индукционном преобразователе, поступает через усилительный тракт приемника на стрелочный индикатор, а сигнал с акустического преобразователя поступает через свой усилительный тракт на головные телефоны.

В зоне места повреждения, когда становится слышен акустический сигнал в головных телефонах, следует перейти в режим акустического поиска.

При этом акустический сигнал будет поступать через усилительный тракт приемника КАИ-90 как на головные телефоны, так и на стрелочный индикатор, по которому при максимальном его отклонении можно найти точное место повреждения.

При определении места растяжки (разрыва) жил в кабеле высоковольтную испытательную установку постоянного тока подключают поочередно к одной из жил или сразу ко всем трем жилам кабеля (рис. 8).

При подъеме испытательного напряжения до 5Uном зa счет ослабленной изоляции возникает пробой в месте разрыва между одной из жил и оболочкой кабеля. В случае, если пробой в месте повреждения не происходит, необходимо установить перемычку на дальнем конце кабеля между всеми жилами и оболочкой кабеля.

В этом случае при поднятии испытательного напряжения пробой происходит в месте разрыва жил кабеля.

В обоих случаях место повреждения находится акустическим методом.

Рис. Схема подключения высоковольтной испытательной установки при растяжке жил в кабеле:

1 — высоковольтная испытательная установка; 2 — поврежденный кабель; 3 — перемычка между жилами и оболочкой кабеля

2. Индукционно-импульсный метод.

Индукционно-импульсный метод используется при определении места повреждения вида «заплывающий пробой» на трассе кабельной линии. Определение места пробоя в кабеле производится методом контроля направления распространения электромагнитных волн, возникших в месте пробоя.

Так как при пробое возникают электромагнитные волны, направленные от места повреждения к концам кабельной линии, то место на трассе кабельной линии, в котором происходит изменение направления волн, соответствует месту повреждения.

Для определения места «заплывающего пробоя» кабельной линии к поврежденной жиле кабеля подключают высоковольтную установку и плавно поднимают постоянное напряжение до обеспечения периодических пробоев в кабеле.

Методом колебательного разряда производят измерение расстояния до места повреждения.

Точный поиск места повреждения в найденной зоне производится индукционно- импульсным кабелеискателем КИИ-83 или КИИ-89, переносимым вдоль трассы при создании в линии периодических пробоев.

При каждом пробое в линии в индукционном преобразователе (датчике) наводится напряжение, полярность которого фиксируется кабелеискателем (отклонением стрелки прибора).

Если место повреждения будет пройдено, то прибор будет фиксировать другой знак полярности, что является основанием для возвращения назад, и точного определения места повреждения кабеля.

Кабелеискатели КИИ-83 и КИИ-89 позволяют однозначно определить, в каком направлении следует вести поиск вдоль трассы линии, чтобы приблизиться к месту повреждения.

Это исключает ошибочные действия оператора. На трассе кабельной линии в зоне предполагаемого места повреждения (при изменении знака показывающего прибора) целесообразно для более точного определения места повреждения использовать акустический метод.

3. Индукционный метод.

Индукционный метод определения места повреждения, основан, на принципе определения характера изменения магнитного поля, над кабелем, по которому пропускается ток от генератора звуковой частоты. Частота тока от 480 до 10000 Гц. Метод обеспечивает высокую точность определения места повреждения и имеет широкое распространение.

Индукционным методом можно определить:

· трассу кабельной линии;

· глубину прокладки кабельной линии;

· искомый кабель в пучке кабелей;

· междуфазные повреждения кабельной линии;

· однофазные повреждения кабеля.

§ 53. Определение мест повреждений в кабельных линиях

Для обеспечения надежности и экономичности энергоснабжения потребителей кабельные линии, пробитые при испытаниях или вышедшие из строя при работе, должны быть исправлены в кратчайшие сроки.

В технологии ремонта силовой кабельной линии наибольшие затраты времени приходятся на определение мест повреждения. Большая часть эффективных методов определения места повреждения (импульсный, индукционный и др.) требует, чтобы переходное сопротивление на участке повреждения было снижено до десятков, единиц и долей ома. Этого достигают прожиганием изоляции в дефектном месте с помощью специальных установок. Прожигание дефектной изоляции силовых кабельных линий производят под воздействием энергии, выделяющейся в канале пробоя. В результате этого обугливается изоляция в месте повреждения и снижается переходное сопротивление.

Быстрое и точное определение места повреждения в кабельных линиях осуществляется передвижными измерительными лабораториями, располагаемыми в крытом фургоне автомашины. Внутри лаборатории монтируют установку для прожигания кабелей и специальные измерительные приборы:

импульсный прибор Р5—8 или Р5—9 (измеритель неоднородностей кабелей), определяющий характер и место повреждения с диапазоном измерения от 1 до 10000 м;
прибор Щ-Ч120 (или ЭМКС-58М), комплектно с присоединительным устройством определяющий расстояние до места повреждения кабельной линии при заплывающих пробоях с диапазоном измерения от 40 до 20000 м (метод колебательного разряда);
кабельный мостик УКМ, служащий для определения места повреждения (метод петли или емкостный метод);
устройство для определения места повреждения непосредственно на трассе при условии, что в поврежденном месте может быть искусственно создан электрический разряд, прослушиваемый с поверхности земли (акустический метод);
оборудование и аппаратура для определения места повреждения непосредственно на трассе (индукционный метод). Характер повреждения определяют также импульсными приборами ИКЛ-5, Р5-1А, Р5-5.

Повреждения в кабельных линиях делятся на следующие виды: повреждения изоляции, вызывающие замыкание одной, двух или трех фаз на землю, либо двух или трех фаз между собой; обрыв одной, двух или трех фаз без заземления или с заземлением оборванных и не оборванных, жил; заплывающий пробой изоляции.

В большинстве случаев для определения характера повреждения достаточно мегаомметром выполнить следующие измерения: определить сопротивление изоляции каждой жилы по отношению к земле, сопротивление изоляции между жилами, целостность жил. После того как произведены все необходимые измерения, составляют схему повреждения кабельной линии и выбирают метод для данного вида повреждения.

Для прожигания дефектной изоляции применяют выпрямительные устройства, повышающие и резонансные трансформаторы, регулируемые дроссели и генераторы повышенной частоты.

Наилучшего прожигания дефектных мест изоляции кабелей достигают с помощью выпрямительной установки при ступенчатом изменении тока и напряжения. Кроме того, для этого метода используют кенотрон — газотрон, кенотрон — тиратрон, кенотрон — мощный полупроводниковый выпрямитель. Хорошими характеристиками обладает кремниевый выпрямитель ВВК-0,5/200.

Для прожигания высоким напряжением переменного тока используют трансформаторы напряжением 3, 6, 10 кВ, мощностью от 10 до 100 кВ.А. В тех случаях, когда от трансформатора напряжением 0,4/6 кВ желательно кратковременно получать переменное напряжение 18 — 20 кВ, применяют схему с форсированным режимом работы.

Резонансные трансформаторы относятся к нерегулируемым установкам, у которых резонансный контур образуется в основном индуктивностью вторичной обмотки и емкостью кабеля. Резонансные трансформаторы просты, имеют сравнительно малую массу и размеры. Наиболее часто применяют резонансный аппарат РА-2.

Во всех случаях повреждений кабельных линий предварительно определяют зону повреждения на линии и после этого различными методами уточняют место повреждения непосредственно на трассе линии. Для определения зоны повреждения линии применяют импульсный и методы колебательного разряда, петли и емкостной. Для нахождения места повреждения непосредственно на трассе линии рекомендуется применять акустический, индукционный и метод накладной рамки. Для примера отыскания дефектных мест в кабельных линиях ниже будут рассмотрены импульсный и акустический методы.

Импульсный метод (рис; 115) основан на измерении времени пробега короткого импульса, посылаемого в линию от места измерения до места повреждения и обратно. Скорость распространения импульса по кабелю принимают равной 160 м/мкс. На экране электроннолучевой трубки прибора ИКЛ нанесены линии импульса и масштабных отметок времени, которые следуют через 2 мкс.

Читать еще: 7 способов соединение многожильных проводов между собой

Рис. 115. Измерение зондирующего и отраженного импульсов при коротком замыкании жил кабеля

Отсчитывая по экрану количество масштабных отметок до места повреждения и зная скорость импульса, умножением этих величин определяют расстояние до места повреждения. Для случая повреждения, показанного на рис. 115, получается отметка 2,8, что соответствует расстоянию L_x, от места присоединения прибора ИКЛ до места повреждения кабеля.: L_x = vn = 160 • 2,8 = 448 м, где v = 160 м/мкс, п — количество масштабных отметок.

Указанный метод применяют при обрыве или одно-, двух- или трехфазных коротких замыканиях при условии, что переходное сопротивление в месте повреждения не превышает 100—200 Ом.

Акустический метод (рис. 116) основан на прослушивании над местом повреждения разрядов от посылаемых импульсов в кабельную линию. В качестве генератора импульсов применяют кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов может быть использована емкость неповрежденных жил. Для прослушивания разрядов над местом повреждения применяют кабелеискатель-звукоприемник, состоящий из приемной рамки (антенна), усилителя и телефонных трубок.

Рис. 116. Схемы определения места повреждения акустическим методом:
а — для заплывающих пробоев в муфтах, б — при устойчивом замыкании, в — с использованием емкости неповрежденных жил;
1 — фазы кабеля, 2 — металлическая оболочка кабеля, 3 — поврежденное место на кабельной линии; Р — разрядник, С — зарядная емкость

При акустическом методе предварительно определяют зону повреждения. После этого оператор со звукоприемником отправляется в зону повреждения. На поврежденную жилу подают импульсы с периодичностью около одного импульса в секунду. Идя по трассе в зоне повреждения, оператор прослушивает разряды. Если разряды не прослушиваются, звукоприемник переносят вдоль трассы линии. Над местом повреждения кабельной линии слышимость искровых разрядов наибольшая.

Определение места повреждения кабеля

Как правило, соединения потребителей с источниками электроэнергии (трансформаторными и распределительными подстанциями) осуществляется при помощи кабельных линий (КЛ). Это связано с тем, что у данного способа есть масса преимуществ перед воздушными линиями (ВЛ). Но, если случилась авария на КЛ, то поиск места повреждения кабеля без специальных приборов, практически невозможен. Сегодня мы рассмотрим несколько способов, позволяющих локализовать аварийный участок кабельной трассы, проложенной в земле.

Причины и виды повреждений кабельных линий

Существует много факторов, негативно влияющих на целостность силовых кабелей, к наиболее распространенным из них можно отнести следующие:

Подвижка грунта, может быть вызвана аварией водопроводных, канализационных или тепловых сетей, а также сезонными явлениями, например, весенним оттаиванием.
Превышение допустимых норм эксплуатации КЛ, что может привести к термической перегрузки линии, вызванной увеличением токовой нагрузки.
Образование в КЛ высокого уровня электрического тока от транзитного КЗ.
Механическое повреждение при земляных работах без учета прохождения подземных коммуникаций и глубины трассы.
Ошибки при прокладке КЛ. В качестве примера можно привести нарушения технологии соединения жил кабельными муфтами.
Заводской брак.

Заметим, что при открытой прокладке кабельных трасс некоторые перечисленные выше причины повреждений встречаются крайне редко. В частности, снижается вероятность влияния подвижки грунта и механические воздействия вследствие земляных работ. Помимо этого зоны повреждения открытых КЛ, в большинстве случаев, можно обнаружить при визуальном осмотре, без задействования спецметодов.

Разобравшись с причинами, перейдем к видам повреждений, поскольку от этого напрямую зависит, каким методом будет локализирован аварийный участок КЛ.

Чаще всего ремонтным бригадам приходится сталкиваться со следующими видами неисправностей:

Дефект, вызванный полным или частичным обрывом КЛ. Чаще всего причиной аварии является проведение земляных работ без определения прохождения кабельных трасс. Несколько реже причиной данного повреждения может стать КЗ в соединительных муфтах.
В силовых кабелях (более 1кВ), часто встречается пробой одной из жил на землю (однофазное замыкание). Ток утечки, как правило, это вызвано снижением качества изоляции в процессе эксплуатации КЛ.
Межфазные повреждения, а также виды металлических замыканий, могут возникнуть в любых линиях, причина повреждений такая же, как и в предыдущем пункте.
Плановое испытание кабеля, при котором задействуется высокий уровень напряжения, показывают низкую надежность изоляции, и приводит к возникновению пробоя. При определенных обстоятельствах такая линия может продолжать эксплуатироваться, но из-за низкого уровня ее надежности, авария может проявиться в любое время.

Кратко о ремонте кабельной линии

Ремонтные работы на кабельных линиях принято классифицировать на плановые и аварийные. Что касается объема таких работ, то у первых он, как правило, капитальный, у вторых – текущий.

При капитальных работах производится плановая замена КЛ, прокладка новых трасс и т.д. При необходимости также выполняется ремонт и/или модернизация сопутствующего оборудования. К последним относятся вентиляционные системы и освещение кабельных туннелей, а также насосы для откачки грунтовых вод. Учитывая специфику плановых работ, при их проведении не требуется локализация дефектных участков.

Совсем иначе обстоит дело при аварийном ремонте. Чтобы не раскапывать всю трассу, следует точно определить место обрыва провода, пробоя изоляции и т.д. Для этой цели применяются различные способы, для которых задействуется спецоборудование. Подробно об этом будет рассказано ниже.

Методики определения повреждения кабеля в земле

Как правило, дефектоскопия кабеля осуществляется в два этапа:

Устанавливаются границы зоны, в пределах которой находится аварийный участок.
Производится поиск точного места повреждения в определенной зоне.

Соответственно на первом этапе применяются относительные способы, а на втором широко используются технологии с повышенной точностью поиска повреждений. Перечислим основные методики дефектоскопии и особенности их применения.

Индукционный метод

Эта технология позволяет определить локацию, где произошел пробой изоляционного слоя токопроводящих элементов кабеля. Для этого при помощи специального генератора в КЛ подается переменный ток с силой до 20,0 ампер и частотой от 800,0 до 1200,0 герц. В результате, вокруг КЛ формируется электромагнитное поле определенной интенсивности. Если поместить в него антенную рамку подключенную к наушникам через усилитель, то можно услышать звук определенной частоты над неповрежденными токопроводящими элементами.

По характеру звукового сигнала можно определить не локацию дефекта, позиции муфт для соединения, топографию трассы (трассировку), включая наличие защитных труб. Ниже представлен рисунок, где показан уровень изменения сигнала над различными участками КЛ.

Поиск повреждений кабеля индукционным методом

Обозначения:

Задающий генератор.
Расположение соединительных элементов.
Защита кабеля.
Дефектное место.

Импульсный метод

Как уже упоминалось выше, данный способ относится к относительным, то есть, позволяющим установить дефектную зону повреждения (как правило, межфазное КЗ). Принцип работы заключается в подаче специальным прибором эталонного высоковольтного импульса в КЛ и последующим определением удаленности аварийного участка по отраженному сигналу импульсных токов.

Экран прибора ИКЛ с отображением отраженного импульса в случае замыкания (а) и обрыва (b) кабеля

В приведенном на рисунке примере расстояние до дефектного участка определяется следующим образом:

t_x – интервал времени между посланным и отраженным электрическим сигналом, измеряется в микросекундах. Как видно из рисунка, он равен 3,5 мкс. Учитывая, что скорость распространения импульса (v) примерно равна 160,0 м/мкс, то для решения необходимо применить следующую формулу: l_x = ( t_x*v ) / 2, где l_x – расстояние от генератора импульсов до поврежденного участка кабеля. В результате мы получим ( 3.5 * 160 ) / 2, то есть, 280,0 метров.

Обратим внимание, что в некоторых приборах по форме отраженного сигнала можно судить о характере дефекта.

Акустический метод

Технология основана на формировании в дефектном участке искровых разрядов, сопровождающимися звуковыми импульсами. Зафиксировать их можно используя обычный стетоскоп, прикладывая акустическую головку к земле, либо применяя специальный акустический приемник. Над дефектным участком разряды звуковых частот будут максимально громкими.

Различные схемы, применяемые при акустическом методе поиска повреждений кабеля

Обозначения:

Поиск устойчивого короткого замыкания между токоведущей жилой и оболочкой кабеля.
Схема для поиска заплывающих пробоев.
Применение работоспособных токопроводящих элементов (задействована емкость жил).
Схема для поиска обрыва.

Видео по теме:

Емкостной метод

Технология данного метода позволяет проводить поиск повреждения, в частности обрыва токоведущих элементов кабеля, путем измерения емкости жил. Как известно данный параметр напрямую зависит от длины кабеля. С упрощенной схемой высоковольтных колебаний для такого устройства можно ознакомиться ниже.

Мост переменного тока, используемый в емкостном методе обнаружения повреждения кабеля

Обозначения:

R₁, R₂, R₃ – регулируемые резисторы.
C_э – эталонный высоковольтный конденсатор.
L – расстояние до места обрыва.
L_к – общая длина КЛ.
1 – токоведущие элементы кабеля.
2 – защитная оболочка.
3 – место обрыва.

Подбирая сопротивление переменных резисторов, добиваются минимального отклонения стрелки прибора Г, что указывает на равновесие между плечами моста, что говорит о следующем соотношении R₁ / R₂ = С_x / С_э , это позволяет установить емкость поврежденной жилы С_x = С_э* (R₁ / R₂) .

Подобным способом производим определение емкости на другом конце КЛ, то есть, подключаем к нему генератор и повторяем измерения. В результате, вычисляем расстояние до поврежденной зоны: L = L_k * С₁ / ( C₁ + C₂ ), где С₁ и С₂ – емкости поврежденных токоведущих элементов кабеля, измеренные в начале и конце КЛ.

Метод колебательного разряда

Данный способ позволяет более эффективно определить расстояние до дефекта кабеля, известного, как заплывающий пробой. Для этой цели в поврежденную линию подаются импульсные колебательные разряды, после чего на экран спецприбора (например, ЭМКС58) выводятся данные о расстоянии до дефектного места.

Экран прибора РЕЙС-305 с указанием расстояния до поврежденного участка кабеля

Принципа работы данного метода во многом напоминает импульсный способ дефектоскопии.

Метод петли

Данный способ хорошо работает в тех случаях, когда в месте нарушения изоляции нет обрыва токоведущих элементов кабеля, а переходное сопротивление в месте дефекта не более 5,0 кОм. При несоответствии последнего условия может быть выполнен прожиг кабеля (прожигание изоляции для уменьшения переходного сопротивления). Упрощенный пример электрической схемы для метода петли показан ниже.

Устройство для поиска повреждения кабеля методом петли

Обозначения:

Г – гальванометр.
R1 и R2 – переменные резисторы, измерение сопротивления которых осуществляется после уравновешивания моста.
L_k – длина КЛ.
L – расстояние до дефектного участка.
1 – токопроводящие элементы кабеля.
2 – перемычка между целой и дефектной жилой.

После уравновешивания моста, расстояние до обрыва вычисляется по формуле: .

Метод накладной рамки

Данный вариант поиска повреждения в КЛ можно рассматривать в качестве одной из разновидностей индукционного способа, когда необходимо найти пробой между токоведущим элементом кабеля и его металлической оболочкой (броней). Данная технология рассчитана на поиск дефектных мест при открытой прокладке кабельных трасс, но ее можно успешно использовать и КЛ уложенных в грунт. В последнем случае требуется выкопать шурфы в зоне локализации дефекта.

Локализация повреждения кабеля методом накладной рамки