В процессе эксплуатации кабельных линий на них могут возникать различного, рода повреждения. Восстановление кабельной линии электропередачи во многих случаях затягивается из-за значительной трудности определения места повреждения. Чтобы получить исходные данные для выбора наиболее подходящего метода -определения повреждения, устанавливают характер повреждения:
а) замыкание на землю одной фазы;
б) замыкание двух или трех фаз на землю либо между собой;
в) обрыв одной, двух или трех фаз, с заземлением или без заземления;
г) заплывающий пробой изоляции;
д) сложные повреждения, представляющие комбинации из вышеуказанных видов повреждений.
Для установления характера повреждения кабельную линию отключают от источника питания. От нее отключают все электроприемники и с обеих ее концов мегомметром измеряют сопротивление изоляции каждой токоведущей жилы по отношению к земле и между каждой парой жил, а также убеждаются в отсутствии обрыва токоведущих жил.
Установив характер повреждения кабельной линии, выбирают метод, наиболее подходящий для определения места повреждения в данном конкретном случае. В первую очередь с погрешностью порядка 10...40 м определяют зону, в границах которой расположено место повреждения. Затем уточняют место повреждения непосредственно на трассе.
Для определения зоны повреждения линии применяют следующие относительные методы: импульсный, колебательного разряда, петлевой, емкостный.
Уточняют место повреждения непосредственно на трассе абсолютными методами: акустическим и индукционным.
Импульсный метод основан на посылке в поврежденную линию зондирующего электрического импульса и измерении интервала времени между моментами подачи импульса и прихода отраженного импульса от места повреждения в кабеле.
Если скорость распространения импульса в кабельной линии обозначить через v, а расстояние от начала линии до места повреждения — через 1Х, то время, за которое импульс проходит до точки повреждения и обратно, может быть определено из соотношения
Скорость распространения импульса по силовым кабелям примерно равняется 160 м/мкс. При этом условии расстояние до места повреждения определяют по формуле
На рассмотренном принципе построены приборы типов ИКЛ-5 и Р5-1А. При импульсном методе измерения может быть измерено не только расстояние до места повреждения, но и определен характер дефекта. Погрешность измерения при этом методе составляет не более 1,5% измеряемой длины кабеля.
Метод колебательного разряда позволяет определить зону повреждения кабельной линии при заплывающих пробоях. При измерении от испытательной установки напряжение постоянного тока подают на поврежденную жилу кабеля (рис. 51) и плавно поднимают до значения напряжения пробоя.
Рис. 51. Схема определения места повреждения в кабеле методом колебательного разряда:
1 — высоковольтная установка; 2 — делитель напряжения; 3 — цепь остановки; 4 — цепь пуска; 5 — прибор ЭМКС; 6 — место повреждения; 7 — металлическая оболочка; 8 — жилы кабеля.
В момент пробоя в месте повреждения возникает искра, имеющая небольшое переходное сопротивление, и в кабеле происходит разряд колебательного характера. Период колебаний Т этого разряда соответствует времени двукратного пробега волны до места повреждения и обратно, поэтому
где v — скорость распространения волны колебания в кабеле.
Продолжительность колебательного разряда измеряется осциллографом с однократной ждущей разверткой типа ОЖО или электронным миллисекундомером ЭМКС-58М, присоединяемыми через делитель напряжения. Погрешность метода не более 5% максимального значения шкалы, по которой проводится измерение.
Петлевой метод применяется для определения зоны повреждения кабельной линии в случаях, когда жила с поврежденной изоляцией (замыкание на землю) не имеет обрыва, и имеется хотя бы одна жила с хорошей изоляцией.
Рис. 52. Схема определения места повреждения петлевым методом.
Метод петли заключается в непосредственном измерении сопротивления постоянному току участка поврежденной жилы от места измерения до места повреждения при помощи измерительного моста. Если с одной стороны кабеля соединить между собой поврежденную и здоровую жилы, а с другой стороны подключить два регулируемых сопротивления, получается схема моста (рис. 52).
Равновесие в мосте наступит при
следовательно,
где L — полная длина кабеля; R1 — сопротивление; присоединенное к поврежденной жиле; R2 — сопротивление, присоединённое к исправной жиле.
Сопротивление перемычки, соединительных концов, переходных контактов может влиять на точность результатов измерений. Поэтому при втором измерении желательно поменять местами концы жил кабельной линии, присоединяемые к мосту, при этом
Измерения выполнены правильно, если
Петлевой метод применяют при небольших расстояниях до места повреждения (lx<100...200 м) и больших переходных сопротивлениях 1000<Rп<5000 Ом. Погрешность определения мест повреждений составляет не более 0,1... 0,3%.
Емкостный метод используют для определения мест повреждений с обрывом одной или нескольких жил кабеля и при сопротивлении изоляции поврежденной жилы не менее 5000 Ом. Принцип метода заключается в измерении емкости оборванного участка жилы кабеля Сх, которая пропорциональна длине кабеля до места повреждения. Емкость можно измерять как на постоянном, так и на переменном токе. В практике применения емкостного метода встречаются следующие три принципиальных случая:
а) обрыв одной жилы (рис. 53,а). Измеряют емкость оборванной жилы с одного Ci и другого С2 конца кабеля. Расстояние до места повреждения
б) обрыв одной жилы с замыканием на землю ее половины,
Рис. 53. Виды повреждений кабелей с обрывом жил.
Сг=О (рис. 53,6). Измеряется емкость оборванной жилы и емкость целой жилы С. Расстояние до места повреждения
в) обрыв одной жилы, все фазы имеют глухое заземление, в том числе и один конец оборванной жилы (рис. 53, в):
где Со — удельная емкость (мкФ/км) берется из справочника.
Акустический метод применяют при условии, что в месте повреждения можно создать искусственный электрический заряд, прослушиваемый с поверхности земли или воды. При возникновении разряда в поврежденном месте одновременно с электромагнитными колебаниями возникает звуковая волна, которая может быть прослушана на поверхности земли или воды. Наибольшая слышимость будет непосредственно над местом повреждения кабеля.
В качестве генератора импульсов используют обычную испытательную установку высокого напряжения постоянного тока, в схему которой дополнительно вводят зарядную емкость 3 и разрядник 2 (рис. 54).
Рис. 54. Схема определения места повреждения акустическим методом:
1 — жилы кабеля; 2 — разрядник; 3 — зарядная емкость; металлическая оболочка; 5 — место повреждения кабеля; 6 — пьезодатчик с усилителем; 7 — телефонные наушники,
От высоковольтной выпрямительной установки заряжается конденсатор 3. Когда напряжение на нем достигает значения, соответствующего пробивному напряжению разрядника 2, происходит пробой разрядника. При этом в кабель посылается импульс высокого напряжения.
Рис. 55. Определение места повреждения в кабеле индукционным методом:
1 — генератор звуковой частоты;
2 — телефонные наушники; 3 — усилитель; 4— приемная рамка;
5 — жилы кабеля; 6 — место повреждения; 7 — кривая слышимости вдоль трассы кабеля.
Достигнув места повреждения, этот импульс создает пробой — искровое перекрытие с жилы на оболочку кабеля. На поверхности земли искровые разряды прослушивают акустическим индукционным прибором типа АИП-3, который состоит из пьезо-акустического датчика, усилителя с батарейным питанием, головного телефона и выносной индукционной рамки.
Индукционный метод применяют для определения места повреждения кабельной линии непосредственно на трассе. Он основан на принципе улавливания магнитного поля над кабелем, создаваемого током звуковой (тональной) частоты, пропускаемым по кабельной линии. По поврежденной жиле (рис. 55) кабеля пропускают ток от генератора тональной частоты 800...1000 Гц. При этом вокруг кабеля образуется магнитное поле, напряженность которого пропорциональна силе тока в кабеле, глубине залегания и расстоянию от оси кабеля.
Оператор, продвигаясь вдоль трассы кабеля от места установки звукового генератора, при помощи испытательной рамки (антенны), усилителя и телефонных наушников может определить характер распространения этого поля и, следовательно, трассу кабельной линии, места расположения муфт, глубину заложения кабеля и места повреждений. Звук в наушниках будет слышен на участке трассы кабельной линии. В стороне от трассы или за местом повреждения слышимость в телефоне резко снижается.
Индукционный метод обеспечивает высокую точность определения места повреждения. Погрешность составляет не более 0,5 м. Применяют этот метод в случаях, когда переходное сопротивление в месте повреждения составляет не более 20...50 Ом.
Прожигание кабелей
Иногда при повреждении кабельных линий сопротивление изоляции кабелей остается еще значительным и многие методы отыскания мест повреждений оказывается невозможно применить. В этих случаях для создания благоприятных условий отыскания повреждений снижают переходное сопротивление в месте повреждения до 10... 100 Ом путем прожигания изоляции в поврежденном месте от специальных установок.
Коэффициент полезного действия прожигающей установки значительно повышается, когда внутреннее сопротивление установки примерно соответствует переходному сопротивлению в месте повреждения. В процессе прожигания переходное сопротивление в месте повреждения изменяется в широких пределах (от десятков тысяч до нескольких омов). Практически невозможно получить установку с большим испытательным напряжением и малым или переменным внутренним сопротивлением. Поэтому прожигание кабеля во многих случаях ведется комбинированными установками.
В начальной стадии прожигания применяют выпрямительные установки, позволяющие получать высокое напряжение (до 15 кВ) при малых токах (до 5 А). На заключительной стадии дожигания используют специальные трансформаторы с низким рабочим напряжением и более высоким выходным током.
В последние годы нашел широкое применение резонансный метод прожигания, обеспечивающий высокую эффективность прожигания на переменном токе при возможности получения высоких испытательных напряжений на довольно простой, легкой и портативной аппаратуре.
При этом методе используют специальные трансформаторы с переключателем витков вторичной обмотки. Вторичную обмотку включают на кабель, подлежащий прожиганию. Емкость подключенного кабеля совместно с индуктивностью высоковольтной вторичной обмотки трансформатора образует резонансный контур на частоте сети 50 Гц. Колебания в этом контуре возбуждаются благодаря магнитной связи с первичной обмоткой трансформатора,, получающей питание от сети 127 и 380 В. Изменением переключателя настройки контура (число витков) регулируют напряжение на кабеле. В, резонансном контуре может развиваться реактивная мощность до нескольких сотен киловольт-ампер, в то время как из сети питания потребляется небольшая мощность порядка нескольких киловатт, идущая на покрытие активных потерь.
Пробой изоляции может происходить на обеих полярностях напряжения и частота пробоя может доходить до 100 раз в секунду. Поэтому при резонансном методе процесс выгорания происходит более интенсивно и быстрее, чем при использовании других методов.
