Методы, с помощью которых отыскивают участок повреждения кабеля, носят название относительные и к ним относятся: петлевой метод; емкостной метод; импульсный метод и метод колебательного разряда.
а) Петлевой метод.
Петлевой метод применяется только при определении расстояния до замыкания одной или двух жил относительно оболочки при переходном сопротивлении постояyному току в месте повреждения не более 5 кОм и при наличии хотя бы одной неповрежденной жилы. Метод основан на принципе измерительного моста постоянного тока (см. рис. 14).
Измерения производят с помощью чувствительного кабельного моста, например Р-333, Р-336 и др.
Для проведения измерений поврежденную и неповрежденную жилы на противоположном конце соединяют перемычкой из медного многожильного провода сечением не менее 50 мм, к концам которой припаяны зажимы из латуни. Мост соединяют с жилами кабеля (зажимы 2, 3) гибким медным проводом сечением 4 мм2 с латунными зажимами.
Плечи измерительного моста образуются регулируемыми сопротивлениями r1 и r 2, сопротивлениями жил гх и r2 соответственно, пропорциональных длинам кабеля Lх и L+L у. Регулировкой сопротивлений r1 и r2 устанавливают стрелку гальванометра в нулевое положение, что соответствует равновесию плеч моста
Расстояние до места повреждения кабеля определяют по формуле
После определения Lх необходимо поменять местами концы проводов, идущие к кабелю, и произвести повторное измерение. При этом определяют расстояние L+Lу. Если сумма полученных результатов существенно отличается от двойной длины кабеля, то измерения необходимо повторить, предварительно проверив все контакты.
Для повышения точности определения расстояния до места повреждения рекомендуется измерения производить с одного (1) и другого (2) концов кабеля. Правильность произведенных измерений можно оценить по соотношению
Чувствительность моста и, следовательно, точность измерения зависит от соотношения напряжения питания моста к переходному сопротивлению изоляции в месте повреждения. Поэтому напряжение питания моста должно составлять 100-120, 25-30 и 4-6 В при значениях переходных сопротивлений соответственно 5, 1 и 0,1 кОм.
При измерениях возможны ситуации, когда мост не уравновешивается. Это возможно в случаях, когда повреждение находится в самом начале кабеля со стороны измерения, чаще всего в концевой разделке кабеля, а также при обрыве соединительных проводов.
Формулы, представленные выше, справедливы для однородных линий. В случае, если линия имеет различные сечения и материал жил, необходимо после измерений уточнить расстояние до места повреждения путем приведения длин участков к какому-нибудь одному сечению S и удельному сопротивлению ρ
где Lпр(i), ρ(i), S(i) - соответственно длина, удельное сопротивление и сечение i-го участка линии.
Приведенное расстояние до места повреждения определяется через приведенную длину линии и сопротивления плеч измерительного моста при его равновесии
Действительное расстояние до места повреждения определяют по Lхпр путем обратного пересчета к действительным S(i) и р(i).
При использовании мостов сопротивлений постоянного тока петлевой метод позволяет определять расстояние до места повреждения кабеля с точностью до 0,1 - 0,3%.
б) Емкостной метод.
Метод применяется для определения расстояния до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Измерения могут проводиться как с помощью моста переменного тока (см. рис. 15), так и с использованием баллистического гальванометра на постоянном токе (см. рис. 16).
Рис. 15. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом с помощью моста переменного тока 1000 Гц.
1 - жилы кабеля; 2 - место обрыва жилы; 3 - оболочка кабеля; Т - телефон.
Измерения на переменном токе рекомендуется производить при переходном сопротивлении замыкания места повреждения кабеля от 5 кОм до 20 МОм, а на постоянном токе при сопротивлении свыше 20 МОм.
Измерения на переменном токе заключается в измерении емкости участка кабеля до места обрыва С х с помощью моста переменного тока 1000 Гц (например, р-565). Плечи измерительного моста образуются нерегулируемыми сопротивлениями r1 и r4, регулируемым сопротивлением г2, регулируемой эталонной емкостью Сэт и емкостью измеряемой жилы Cх. Равновесие моста устанавливается rq и Сэт и проверяется по отсутствию звучания телефона Т.
Расстояние до места повреждения определяется в зависимости от характера повреждения одним из способов представленных ниже.
Рис. 16. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом на постоянном токе.
1 - жилы кабеля; 2 - место обрыва жилы; 3 - оболочка кабеля.
1. Разрыв жилы без заземления. Измеряют емкость поврежденной жилы с одного конца кабеля Cx(1), затем с противоположного Сx(2). Полную длину кабеля делят пропорционально полученным емкостям
2. Одна из частей оборванной жилы имеет замыкание на землю. Измеряют емкость незаземленной части жилы С х и емкость одной неповрежденной жилы С. Расстояние до места повреждения будет определяться
3. Емкость жилы может быть измерена с одного конца, остальные жилы замкнуты на землю. Измеряют емкость незаземленного конца оборванной жилы Сх. Расстояние до места повреждения определяют ориентировочно по удельной емкости жилы кабеля С 0 (cм. табл. 17)
При измерениях наибольшая точность будет обеспечиваться в 1-ом случае, во 2ом случае результаты измерений несколько завышаются, случай 3 целесообразен при длине кабеля до 200 м.
Измерение емкости на постоянном токе с помощью баллистического гальванометра основан на том, что у последнего отброс стрелки пропорционален количеству электричества, проходящего через рамку при заряде или разряде емкости кабеля. При измерении, шунтом rш устанавливают минимальную чувствительность гальванометра G, а переключатель S2 устанавливают в положение 1. При этом зарядный ток, протекая через гальванометр в емкость кабеля, отбрасывает стрелку на угол αх. Шунтом повышают чувствительность для получения четкого замера. В качестве окончательного результата берут среднее значение по результатам 3 - 4 замеров угла αх. Перед каждым измерением емкость разряжается установкой переключателя S2 в положение 2. Измерение αэт на эталонной емкости выполняют аналогично при неизменном положении шунтирующего сопротивления.
При измерениях на постоянном токе возможны случаи аналогичных рассмотренным выше. Определение расстояния до места повреждения производится по тем же соотношениям.
в) Импульсный метод.
Импульсный метод основан на измерении времени tх прохождения импульса от одного конца кабельной линии до места повреждения и обратно, которое при скорости распространения этого импульса ч и расстояния до места повреждения Lх определяется 
и, соответственно, 
. Скорость распространения импульса для большинства кабелей составляет 160±1 м/мкс, соответственно расстояние до места повреждения можно оценить как Lх≈ 80·tх.
На основе данного метода работает серия приборов типа Р5-5, P5-8, Р5-9, Р5-10, с помощью которых можно отыскивать место повреждения, начиная с 1 м от начала линии (Р5-9) и относительно большим переходным сопротивлением в месте замыкания на землю (P5-8).
При включении прибора в кабельную линию посылаются зондирующие импульсы, которые при прохождению по кабелю отражаются с изменением своих амплитудных значений и знаков в тех местах, в которых волновое сопротивление отличается от вол нового сопротивления кабеля (35 Ом). Чем больше отличается сопротивление от волнового, тем больше амплитуда отраженного импульса. Причем, в месте замыкания отраженный импульс меняет знак на противоположный. По амплитуде и знаку отраженного импульса определяют как место повреждения, так и характер повреждения. Однако, из за наличия мест ослабленной изоляции кабеля, вставок, муфт и т. п., в которых сопротивления также отличаются от волнового, амплитуды отраженных импульсов могут быть сопоставимы с амплитудами отраженных импульсов от мест повреждения, что усложняет идентификацию места замыкания или обрыва в кабеле. Так, например, прибором Р5-5 практически можно идентифицировать отраженный импульс от места повреждения с переходным сопротивлением, не превышающим 4-5-кратного значения волнового сопротивления кабеля, т. е. 150-200 Ом.
|
|
Рис. 17. Экран электронно-лучевой трубки прибора Р5-5 при определении места повреждения кабеля.
а) - проверка совпадения зондирующего импульса с нулевой масштабной меткой; б)совмещение отраженного импульса (место короткого замыкания) с нулевой масштабной меткой.
Зондирующие и отраженные импульсы отображаются на экране электроннолучевой трубки. На развертке отраженных импульсов с интервалом 2 мкс нанесены масштабные метки времени (см. рис. 17). Время прохождения импульса от места повреждения определяется отсчетом по шкале калиброванной временной задержки при совмещении отраженного импульса с имеющейся на экране масштабной нулевой мет кой.
Для получения на экране неподвижного изображения процесс подачи зондирующих импульсов и развертка отраженных импульсов периодически повторяются с часто той 500-1000 Гц. Развертка жестко синхронизирована со временем подачи зондирующего импульса.
Погрешность измерений на кабельных линиях указанными приборами достаточно высокая и не превышает 1 %.
г) Метод колебательного разряда.
Данный метод применяется для определения расстояния до места повреждения в кабелях при замыканиях, носящих характер "заплывающего" пробоя. Сущность метода заключается в том, что при пробое кабеля возникает разряд, носящий характер затухающих колебаний с периодом Т, мкс. Измеряя период свободных колебаний, можно определить расстояние до места повреждения кабеля
где v - скорость распространения волны свободных колебаний равная 160±1 м/мкс для кабелей напряжением 3 - 35 кВ.
Характер изменения напряжения колебательного процесса фиксируемый на зажимах кабеля представлен на рис. 18.
При измерении на поврежденную жилу кабеля подается высокое напряжение Uz отрицательной полярности. В момент пробоя в месте повреждения возникает равная по величине, но противоположная по знаку волна напряжения, которая распространяется к концам кабеля. Через время t1 = Lх/v после пробоя волна достигает конца кабеля, с которого производится
Рис. 18. Напряжение колебательного процесса при пробое кабеля.
Полярность напряжения на измеряемом конце меняется на положительное. Волна, отражаясь от конца кабеля без изменения полярности, уходит к месту повреждения, которое достигает через время t2 = 2·Lх/v с момента пробоя. Вновь отражаясь, но уже с изменением полярности, волна к моменту времени t3 = 3· Lх/v достигает конца кабеля, изменяя полярность напряжения на измеряемом конце на отрицательное. Ко времени t4 = 4· Lх/v v волна возвращается к месту повреждения и первый период колебания завершается. Таким об разом, время двойного пробега волны (t3 – t1) = 2· Lх/v можно определить по изменению полярности напряжения на измеряемом конце кабеля. В момент времени t1 отрицательная полярность меняется на положительную, при t3 - положительная на отрицательную.
Рис. 19. Схема включения прибора ЦР0200 при измерении расстояния до места повреждения кабеля.
1-провод высокого напряжения; 2-высоковольтная выпрямительная установка; 3-зарядное сопротивление; 4-контур заземления подстанции; 5-цепи заземления прибора ЦР0200; 6-заземление высоковольтной выпрямительной установки; 7-прибор ЦР0200; 8-присоединительное устройство (делитель напряжения); 9-соединительный кабель; 10-поврежденный кабель.
По изложенному принципу работают приборы ЭМКС-58M, Щ4120, ЦР0200. Схема включения последнего прибора представлена на рис. 19.
Расстояние до места повреждения в кабеле определяется прибором ЦР0200 автоматически с выводом результата измерения на отсчетное устройство. При использовании прибора необходимо выполнять ряд требований позволяющих добиться максимальной точности измерения. В частности, высоковольтная выпрямительная установка должна иметь заземленный плюс, т. е. создавать на кабеле заряд отрицательной полярности по отношению к земле. Несоблюдение полярности выпрямительной установки не обеспечивает правильности измерений. Цепи заземления должны быть по возможности короткими по отношению к заземленной муфте концевой разделки кабеля. Провода заземления не должны иметь витков, создающих индуктивное сопротивление. Присоединительное устройство необходимо устанавливать по возможности ближе к зажимам кабеля так, чтобы соединительный провод между кабелем и присоединительным устройством был не более 3 м. Зарядное сопротивление должно быть расположено непосредственно у места подключения присоединительного устройства. Свободные жилы кабеля должны быть изолированы от земли.
Указанные выше приборы позволяют с точностью до +5% определять расстояния до места повреждения кабеля и их применение является наиболее эффективным при "заплывающих" пробоях.
Порядок проведения измерений приборами подробно излагается в заводских инструкциях.
