Методи діагностики кабельних ліній

Кабельні лінії (КЛ) безпосередньо після їх спорудження і під час експлуатації піддаються різноманітним випробувань, за допомогою яких виявляються ослаблені місця або дефекти в ізоляції і захисних оболонках кабелів, сполучної і кінцевий арматури та інших елементах кабельних ліній. Причини виникнення таких ослаблених місць різні. Вони можуть виникати при виготовленні кабелю і арматури на заводі через конструктивних недоліків кабелю і арматури, при недбалої прокладання кабельних ліній, при неякісному виконанні монтажних робіт. Ослаблені місця виявляються в процесі експлуатації КЛ, так як з часом спостерігається старіння ізоляції кабелів і корозія їх металевих оболонок. Кабельні лінії, прокладені в земляний траншеї, незважаючи на додатковий захист у вигляді покриття цеглою і систематичне спостереження за станом траси, схильні до зовнішніх механічних пошкоджень, які можуть виникати при прокладанні та ремонті інших підземних споруд, що проходять по трасі КЛ. За винятком прямих механічних пошкоджень, ослаблені місця і дефекти КЛ мають прихований характер. Своєчасно не виявлені випробуваннями, вони можуть з тією чи іншою швидкістю розвиватися під впливом робочої напруги. При цьому можливе повне руйнування елементів КЛ в ослабленому місці з переходом лінії в режим короткого замикання, наслідком чого стане порушення електропостачання споживачів. Повний перелік випробувань КЛ в залежності від напруги і призначення регламентується "Нормами випробування електроустаткування".

Для випробування кабельних ліній підвищеною напругою застосовують випрямлена напруга від пересувних випробувальних установок. Параметри випробувальних установок залежать від струму витоку і ізоляції КЛ, в той час як при використанні підвищеного змінної напруги параметри установок визначаються ємністю ліній, яка для КЛ значна. При цьому випрямлена напруга, в порівнянні з таким же за величиною змінною напругою, надає мале вплив на неушкоджену ізоляцію кабельних ліній. Випробування випрямленою напругою виявляє не всі ослаблені місця ізоляції КЛ. Зокрема, не виявляються: електричне старіння ізоляції; осушення ізоляції через переміщення або стікання просочувального складу; висихання ізоляції через важке теплового режиму роботи кабельних ліній. Випробування підвищеною напругою є руйнівними, тому що при додатку випробувальної напруги ізоляція КЛ в місці дефекту доводиться до повного руйнування (пробою). Після пробою необхідний ремонт лінії в тому чи іншому обсязі. Для ліній напругою до 1 кВ замість випробування підвищеною напругою допускається перевірка їх мегомметром напругою 2500 В.

При випробуваннях підвищеною напругою необхідно враховувати характер зміни струмів витоку, які для КЛ із задовільною ізоляцією, як правило, досить стабільні. Для кабелів з паперовою ізоляцією напругою до 10 кВ струм витоку знаходиться в межах 300 мкА. для кабелів 35 кВ близько 800 мкА. При цьому абсолютне значення струму витоку не є бракувальною показником. До і після випробування ліній підвищеною напругою виконується вимірювання опору ізоляції лінії за допомогою мегомметра. При цьому опір ізоляції КЛ до 1 кВ повинна бути не нижче 0,5 МОм. Для ліній інших напруг опір ізоляції не нормується. Перевірка мегомметром дозволяє також виявити серйозні пошкодження КЛ, зокрема, заземлення і обрив жив, замикання між жилами і т.п. Профілактичні випробування (ПІ) діляться на планові і позапланові. Профілактичні випробування кабельних ліній 6 - 35 кВ повинні проводитися не рідше одного разу на три роки. Лінії, які мають по досвіду експлуатації недостатньо задовільний стан ізоляції або працюють в несприятливих умовах (приватні земляні розкопки на трасі ліній, активна корозія тощо), рекомендується піддавати частішим випробувань. Позачергові випробування призначаються після виконання земляних робіт на трасі КЛ, її перекладки або капітального ремонту, при наявності опади або розмиву грунту на трасі і т.п. Профілактичні випробування КЛ можуть здійснюватися двома методами: з виведенням з роботи ліній і їх всебічним відключенням на час проведення випробування; без виведення з роботи ліній з накладенням випробувального напруги на ділянку мережі, що знаходиться під робочою напругою і під навантаженням нормального режиму (випробування "під навантаженням").

Після пробою КЛ через відмову або в результаті випробування, за винятком прямих механічних пошкоджень, виникає необхідність у визначенні місця пошкодження лінії. В даний час є досконалі методи, за допомогою яких місце ушкодження, як правило, встановлюється з достатньою точністю і в обмежений час. Кожен метод має свою область використання, яка визначається характером пошкодження КЛ і, в тому числі, перехідним опором, що виникає в місці пошкодження. У зв'язку з цим перед визначенням місця пошкодження необхідно визначити характер ушкодження, а також призвести, при необхідності, пропалювання кабелю з метою зниження перехідного опору в місці пошкодження його ізоляції до необхідного рівня. Пошкодження КЛ мають різний характер: пошкодження ізоляції з замиканням однієї жили на землю; пошкодження ізоляції з замиканням двох або трьох жив на землю, двох або трьох жив між собою в одному або в різних місцях; обрив однієї, двох або трьох жив із заземленням і без заземлення жив; запливати пробою ізоляції; складні ушкодження, що містять зазначені види ушкоджень. Найбільш поширений випадок - це пошкодження між житловою і оболонкою кабелю, тобто однофазні пошкодження, особливо для кабелів з жилами в самостійних оболонках.

Всі вимірювання на КЛ виробляються з їх повним відключенням і виконанням необхідних заходів техніки безпеки. Як правило, визначення характеру пошкодження проводиться за допомогою мегомметра на 2500 В. яким вимірюється опір ізоляції кожної жили по відношенню до землі і опір ізоляції між жилами. Цілісність жив перевіряється з обох кінців лінії шляхом почергового установки закоротки на кінцях лінії. При визначенні характеру складного пошкодження використовуються вимірювачі неоднорідностей кабельних ліній, а при необхідності характер уточнюється за допомогою почергового випробування випрямленою напругою ізоляції кожної жили по відношенню до оболонки і між жилами.

Відповідно до встановленої практики, місце пошкодження визначають у два етапи: спочатку визначають зони пошкодження кабельної лінії, потім уточнюється місце пошкодження в межах зони. На першому етапі визначення місця пошкодження проводиться з кінця лінії, на другому етапі - безпосередньо на трасі лінії. У зв'язку з цим методи відповідно поділяються на дистанційні (відносні) і топографічні (абсолютні). До дистанційним методам ставляться; імпульсний, коливального розряду і бруківці, а до топографічним - індукційний, акустичний і метод накладної рамки. При імпульсному методі в КЛ надсилається так званий що зондує електричний імпульс і вимірюється час між моментом посилки зондуючого імпульсу і моментом приходу імпульсу, відбитого від місця пошкодження. При цьому враховується, що швидкість поширення електромагнітних коливань в КЛ з паперовою ізоляцією знаходиться в межах 160 м / мкс. Прилад приєднується до одного кінця лінії (схема приєднання вибирається залежно від характеру пошкодження). Імпульсний метод може бути застосований в КЛ будь-яких конструкцій при однофазних і багатофазних пошкодженнях сталого характеру і при складних ушкодженнях.

Метод коливального розряду базується на вимірюванні періоду (полупериода) власних електричних коливань, які виникають в КЛ в момент її пробою, тобто при розряді електричної дуги в місці пошкодження. Для визначення місця пошкодження за цим методом, лінію необхідно доводити до пробою в момент вимірювань, що досягається подачею на лінію підвищеної напруги (нижче випробувального). Метод призначений для визначення місця пошкодження кабельних ліній при наявності "запливаючого" пробою або в тих випадках, коли в місці пошкодження відзначаються електричні розряди. "Запливати" пробою характеризується наступними один за одним пробоями з різними проміжками часу під впливом підвищеної напруги. При зниженні напруги пробої припиняються. У деяких випадках пошкоджена лінія починає витримувати більш високу напругу, аж до випробувального, тобто ізоляція лінії тимчасово відновлюється. Це спостерігається переважно в муфтах. У процесі визначення місця ушкодження напруга установки піднімається до пробивної, в момент пробою прилад проводить вимірювання. При визначенні місця однофазного пошкодження цілі жили КЛ повинні бути ізольовані. При пошкодженні між жилами напруга випробувальної установки подається на одну жилу, а дві інших заземляются через опір більше 1000 Ом.

Мостовий метод передбачає використання вимірювальних мостів постійного або змінного струму. Для вимірювання відстані до місця пошкодження збирається бруківка схема з регульованих резисторів вимірювального моста, пошкодженої і здоровою жив, з'єднаних накоротко з протилежного кінця лінії. При визначенні місця пошкодження шляхом зміни R1 і R2 домагаються рівноваги моста. Відстань до місця пошкодження визначається як

де L - довжина лінії;

R1 і R2 - опір резисторів, приєднаних до пошкодженої і неушкодженою жилах відповідно.

При застосуванні мостового методу необхідно мати одну неушкоджену жилу або жилу з перехідним опором, не менше ніж в 100 разів більшим перехідного опору інших жив. Методом надійно визначаються однофазні і багатофазні пошкодження стійкого характеру.

При обривах жив визначення місця пошкодження проводиться шляхом вимірювання ємності лінії за допомогою моста змінного струму. Як правило, застосовується універсальний кабельний міст, який допускає вимір на постійному і змінному струмі.

Акустичний метод заснований на прослуховуванні над місцем ушкодження звукових коливань, що виникають в місці пошкодження через іскрового розряду від електричних імпульсів, що посилаються в кабельну лінію. Як джерело імпульсів служить випробувальна установка. Схема визначення місця пошкодження залежить від виду пошкодження КЛ. Якщо стався "запливати" пробою, то джерелом імпульсів служить випробувальна установка, напруга якої піднімається до пробою в місці пошкодження. При стійких замиканнях в місці пошкодження для освіти імпульсу використовується випробувальна установка, розрядник і накопичувальна (зарядна) ємність або ємність непошкоджених жив. У цьому випадку одночасно з розрядником відбувається розряд в місці пошкодження КЛ. У процесі визначення місця ушкодження звук розряду періодично посилаються імпульсів прослуховується в місці пошкодження оператором за допомогою стетоскопа або кабелеискателя з пьезодатчиком, який перетворює механічні коливання, що виникають в грунті при розряді імпульсу, в електричні. Максимальний звук відповідає місцю ушкодження. Метод використовується при "запливають" пробоях, одно- і багатофазних пошкодженнях сталого характеру (але не металевих замикань), при обривах жив з заземленням в місці пошкодження. Сучасні кабелеискатели є акустико-індукційними і можуть використовуватися для акустичного і індукційного методів вимірювання. Певні труднощі, що виникають при дистанційному і географічному методах визначення місця пошкодження, виникають при однофазних замикань на землю. Зокрема, імпульсний метод дає надійні результати тільки при малому значенні перехідного опору в місці пошкодження. З цієї причини були розроблені нові прилади, принцип роботи яких базується на імпульсної локації під час горіння дуги. В результаті область використання імпульсного методу значно розширився. Зокрема, з його допомогою можна визначати дефект кабельної лінії при зволоженій ізоляції і навіть "запливати" пробою. При однофазних пошкодженнях КЛ (при металевому замиканні на землю) акустичний метод непридатний. Індукційний метод в таких випадках також не завжди ефективний. Тільки застосування накладної рамки з відповідним шурфуванням на трасі кабельної лінії забезпечує визначення місця пошкодження з необхідною точністю. Застосування індукційного методу при наявності перехідного опору в місці однофазного пошкодження взагалі виключено, так як неможливо усунути електромагнітне поле перешкод, яке створюється струмом звукової частоти, що стікає з оболонки кабелю в землю. З цих причин кошти пошуку однофазних ушкоджень необхідно удосконалювати. Так, можна відзначити индукционно-фазовий спосіб. який базується на контролі фазового зсуву струму, що протікає по пошкодженій оселя кабельної лінії. З цією метою в цілу і пошкоджену жили лінії посилають струми кратної частоти, наприклад 1 і 10 кГц. які створюються генераторним комплексом. Контроль проводиться індукційним методом за допомогою вдосконаленого приймально-передавального переносного пристрою. Місце пошкодження визначається по зміні фазового кута струму на місці дефекту кабельної лінії. Для діагностування кабелів з пластмасовим покриттям застосовуються потенційні методи. які передбачають вимір різниці потенціалів на поверхні землі, створюваної струмом розтікання в місці пошкодження. В основу одного з таких способів належить порівняння двох сигналів звукової частоти, створюваних струмом в оболонці кабелю і струмом розтікання в землі. Генератор приєднується до оболонки кабелю і до землі. Приймальна апаратура містить індукційний датчик, підсилювачі обох сигналів, потенційні зонди і схему порівняння фази сигналів і індикатор. Місце пошкодження встановлюється на трасі лінії по нульову відмітку індикатора.