§ 65. Отыскание места повреждения в кабельных линиях
Для успешного отыскания места повреждения кабеля необходимо знать характер повреждения и в соответствии с этим выбрать нужную методику проведения этой работы. Кроме того, как указывалось ранее, нужно иметь необходимые данные о самой кабельной линии (характеристику кабелей, трассу кабельной линии, расположение соединительных муфт и др.).
В кабельных линиях возможны следующие повреждения: смыкания между собой двух или трех жил без замыкания их на землю или сопровождающиеся замыканием на землю; замыкание одной жилы на землю; разрыв одной или нескольких жил без смыкания на землю или сопровождаемый замыканием на землю.
Кроме таких явных возможны повреждения типа заплывающего пробоя, при котором кабель ведет себя как неповрежденный, пока к нему не будет приложено высокое напряжение и только при подведении высокого напряжения к кабелю (в пределах норм) последний пробивается. После снятия напряжения повреждение самоустраняется, поврежденная изоляция в месте прожога как бы заплывает, откуда и получил свое название этот вид повреждения. Заплывающий пробой характерен при повреждениях в соединительных муфтах.
Следует иметь в виду, что после пробоя изоляции кабеля при его испытании или по другим причинам может произойти так называемое неполное замыкание, при котором сопротивление между замкнувшимися жилами или между жилой и землей будет десятки тысяч и более Ом.
Таким образом, для определения характера повреждения приходится пользоваться не только мегомметром, но и источниками более высокого напряжения (например, для установления заплывающего пробоя).
При больших сопротивлениях в месте заплывающего пробоя невозможно с достаточной точностью найти это место повреждения, поэтому приходится дополнительно прожигать кабель с помощью мощного источника выпрямленного напряжения (на газотронах или кремниевых вентилях) или рабочим напряжением промышленной частоты. Прожигание ведут в один или несколько приемов до тех пор, пока переходное сопротивление в месте повреждения не снизится хотя бы до нескольких сотен Ом.
Существует множество методов и устройств для определения места повреждения в кабелях, но все их можно свести в два класса: относительные и абсолютные методы и устройства для осуществления этих методов. При относительном методе, произведя замеры параметров поврежденного кабеля с одного конца или двух или наблюдая импульсы тока, посылаемые в линию с одного конца и приходящие из линии отраженные импульсы, определяют отношение расстояния от одного конца кабельной линии до места повреждения к полной длине этой линии.
При абсолютных методах к кабельной линии подводят напряжение от специального источника (импульсного напряжения, звуковой частоты), а место повреждения определяют с помощью соответствующих приборов непосредственно на линии, идя с ними по трассе.
Относительные методы целесообразно применять только на длинных кабельных линиях (в километр и более), причем находят только поврежденный участок линии, а точное место повреждения определяют, пользуясь одним из абсолютных методов.
К относительным методам относят: петлевой, емкостный, импульсный и метод колебательного разряда, к абсолютным — индукционный и акустический.
Петлевой метод используют, если жила с поврежденной изоляцией не имеет обрыва и переходное сопротивление в месте повреждения достаточно мало (не превышает нескольких тысяч Ом). Собирают схему моста (рис. 199), используя специальный кабельный мост или обычный, например Р-333, в котором два плеча А и С образованы резисторами указанного моста, а другие два плеча В и D — двумя жилами поврежденного кабеля. В плечо В входит вся здоровая жила кабеля и часть соединенной с ней поврежденной жилы, а плечом D служит часть поврежденной жилы кабеля между мостом и местом повреждения. После уравновешивания моста справедливо следующее соотношение:
а поскольку сопротивление постоянному току жил кабеля пропорционально длине, то B-\-D=2LR0: D=lxR0.
Используя эти соотношения, формулу можно переписать:
Рис. 199. Петлевой метод определения места повреждения кабеля при коротком замыкании
При сборке схемы необходимо обеспечить возможно меньшие сопротивления проводников, которыми присоединяют мост к жилам кабеля и закорачивают жилы кабеля на противоположном конце, и хорошее качество контактных соединений. Для контроля правильности полученного результата следует провести второе измерение, переключив жилы 1 и 2 кабеля, тогда
и если первое измерение было правильным, то lx-{-ly-\-L—2L.
Емкостный метод применяют при обрывах жил кабеля (например, в муфте), если это не сопровождается замыканием жилы на землю или переходное сопротивление при замыкании жилы на землю достаточно велико (несколько тысяч Ом и более). Сущность метода заключается в том, что сначала в зависимости от вида повреждения замеряют емкости с одного конца кабеля или двух его концов, а затем определяют расстояние до места повреждения. Рассмотрим три возможных случая
При чистом обрыве жилы, не сопровождающемся замыканием на землю, измеряют емкость Сх поврежденной жилы сначала с одного конца кабеля, а затем емкость Са той же жилы с другого конца кабеля. Расстояние до места повреждения
L в метрах определяют по формуле
Если поврежденная жила кабеля имеет с одного конца глухое заземление, то измеряют емкость Сг незаземленного участка поврежденной жилы и емкость С неповрежденной жилы. В этом случае место повреждения определяют по формуле
Рис. 200. Емкостный метод определения места повреждения кабеля при обрыве токоведущей жилы
за
В случае, когда можно замерить только емкость С1 с одного конца поврежденного кабеля соответствующего участка оборванной жилы, а другие жилы заземлены, то, взяв из табл. 25 значение емкости для одного километра аналогичного кабеля С0, расстояние до места повреждения определяют по формуле
Измерение емкости можно производить мостом переменного тока (например, Р-556) по схеме рис. 200. Питание моста осуществляют от источника повышенной частоты (обычно 1000 Гц). Уравновешивание моста осуществляют эталонными сопротивлениями гэ и конденсатором Сэ. В качестве нуль-индикатора можно применить телефонные трубки Т. При уравновешенном мосте справедливо соотношение
Импульсный метод основан на измерении времени прохождения импульса от одного конца кабельной линии до места повреждения и обратно tx, которое при скорости распространения этого импульса v и расстоянии до места повреждения /х можно определить по формуле
Рис. 201. Блок-схема прибора ИКЛ-5
Для нахождения места повреждения в кабельной линии импульсным методом пользуются прибором ИКЛ-5, блок-схема которого приведена на рис. 201, а присоединение его к кабельной линии при разных видах повреждения показано на рис. 202.
При включении прибора в кабельную линию посылаются зондирующие импульсы. Для кабельных линий 1—10 кВ скорость распространения этих импульсов составляет 160 м/с. На экране электроннолучевой
трубки прибора видны формируемые прибором масштабные отметки времени и импульсы, посылаемые в линию и приходящие из нее. Интервал времени tx между моментом посылки зондирующего импульса и приходом отраженного от места повреждения импульса определяют по формуле tx— =пс мкс, где и — число масштабных отметок; с — цена деления линии отметок, равная 2 мкс. Расстояние от начала линии до места повреждения
На рис. 203, а показан экран электроннолучевой трубки прибора ИКЛ-5 в момент просмотра кабельной линии при коротком замыкании (отраженный импульс для такого вида повреждения приходит с обратным знаком, т. е. направлен вниз). Число отметок между началами зондирующего и отраженного импульсов равно 2,8, следовательно, место повреждения находится на расстоянии 1Х= 160-2,8=448 м. При обрыве кабельной линии отраженный импульс будет направлен вверх (рис. 203, б). Импульсный метод довольно прост. При пользовании приборами, основанными на этом методе, достаточно проводить измерение с одного конца поврежденной линии. Однако достоверные результаты могут быть получены только в случаях чистого обрыва жил и при коротких замыканиях, если переходное сопротивление невелико (менее 100 Ом). Кроме того, прибор чувствителен к естественным неоднородностям кабельной линии, к местам соединений кабелей в муфтах, поэтому требуется тщательный анализ импульсов, просматриваемых на экране.
Рис. 202. Присоединение прибора ИКЛ-5 к кабельной линии при разных видах повреждений
a) ff)
Рис. 203. Экран электроннолучевой трубки ИКЛ-5 в момент просмотра кабельной линии:
а —при коротком замыкании, б — при обрыве
Метод колебательного разряда основан на зависимости периода колебательного разряда, возникающего при пробое кабеля, от расстояния до места пробоя
Рис. 204. Блок-схема прибора ЭМКС-58:
а — входное устройство, б — измерительное устройство; 1 — блок управляющих импульсов, 2 — блок управления ключевой лампой, 3 — ключевая лампа, 4 — зарядная цепь, 5 — измерительный прибор, 6 — блок питания
На этом принципе построен прибор ЭМКС-58, блок-схема которого приведена на рис. 204. Этот метод позволяет определить место повреждения в кабельной линии уже при первом пробое во время ее испытания повышенным напряжением. Кроме того, этот метод является единственным для определения заплывающего пробоя. Шкала прибора ЭМКС-58 для удобства измерения проградуирована непосредственно в метрах.
Рис. 205. Схема включения прибора ЭМКС-58 при измерении методом колебательного разряда
Измерение прибором ЭМКС-58 производится следующим образом. При сборке испытательной схемы (рис. 205) прибор ЭМКС-58 присоединяют к испытываемой жиле кабеля через емкостный делитель напряжения ДН. Поскольку измерение происходит при одновременном подъеме высокого напряжения от выпрямителя В на кабеле, должны соблюдаться требования по технике безопасности.
При первом пробое кабеля прибор производит измерение и самоблокируется, лампочка-индикатор гаснет, стрелка прибора устанавливается против деления шкалы, указывая расстояние до места повреждения, а при повторных пробоях показания прибора не изменяются. После окончания измерения нажимают на кнопку «Сброс», стрелка прибора возвращается в исходное положение и после отпускания кнопки загорается сигнальная лампа-индикатор. Прибор снова готов к измерению.
Если пробои в кабеле повторяются, проводят повторные измерения в следующем порядке. Переключатель пределов измерения «Километры» устанавливают в положение, при котором стрелка прибора дает максимальное отклонение, тумблер «Чувствительность» ставят в положение «Меньше» и производят измерения, затем переключают его из положения «Меньше» в положение «Больше». Если расстояние, показываемое прибором, уменьшится (на 0,5—1 деление), то в качестве отсчитываемой величины для определения расстояния до места повреждения принимается результат измерения при положении тумблера «Больше», как более точный.
Если в положении «Больше» тумблера «Чувствительность» показания, прибора резко уменьшаются и остаются неизменными при нескольких повторных измерениях, то за отсчитываемую величину принимают показания при положении «Меньше» тумблера «Чувствительность». Резкое уменьшение показаний прибора при положении «Больше» тумблера «Чувствительность» говорит о том, что чувствительность излишне велика и прибор стал реагировать на естественные неоднородности кабельной линии и давать неточные показания.
Во избежание влияния таких неоднородностей кабельной линии на показания прибора следует работать при большем коэффициенте деления делителя напряжения (внутренний электрод меньшего диаметра).
Индукционный метод основан на улавливании электромагнитных колебаний на поверхности земли вблизи трассы проверяемого кабеля при пропускании по поврежденной жиле тока звуковой частоты (800—1000 Гц). Этот метод получил широкое распространение при отыскании места повреждения (при замыкании между жилами) и отличается высокой точностью, но применим только при небольшом переходном сопротивлении в месте замыкания (меньше 10 Ом). Пользуясь этим методом, можно определить трассу и глубину залегания кабеля.
Для отыскания места повреждения при замыкании между жилами кабеля к ним подключают генератор Г звуковой частоты (рис. 206), устанавливая силу тока 10—20 А. Затем наладчик со специальным прибором, содержащим рамку, подключенную к усилителю, сигналы с которого подаются на телефонные трубки, идет вдоль трассы проверяемого кабеля. При этом через телефон будет прослушиваться звук, уровень которого периодически изменяется по мере передвижения вдоль трассы наладчика, несущего рамку вблизи поверхности земли над кабелем. Это связано с шагом скрутки жил кабеля. В местах размещения муфт звучание (уровень сигнала) усиливается, а при подходе к месту повреждения уменьшается, а затем на расстоянии примерно 0,5 м от места повреждения совсем пропадает. Для отыскания места повреждения, связанного с замыканием жил на землю, при пусконаладочных работах индукционный метод не применяют, хотя пользоваться им можно для таких видов повреждений.
Акустический метод заключается в прослушивании акустических колебаний, возникающих при пробое кабеля в месте повреждения. Поскольку при этом методе испытания на кабель должно подаваться высокое импульсное напряжение, обеспечивающее его пробой в месте повреждения, акустический метод позволяет находить место повреждения и при заплывающем пробое. Для отыскания повреждения этим методом на поврежденную жилу подают импульсы высокого напряжения от соответствующего импульсного генератора (рис. 207), содержащего трансформатор Тр, вентиль В, балластное сопротивление R, конденсатор С и разрядник Р. Очевидно, пока напряжение на конденсаторе не достигло величины, при которой происходит пробой разрядника, питание к кабелю не подводится. Затем происходит пробой разрядника Р, импульс напряжения подается на поврежденную жилу кабеля, последний пробивается и происходит разрядка конденсатора через место повреждения. Напряжение резко снижается, изоляционные свойства разрядника восстанавливаются и происходит зарядка конденсатора от выпрямителя через балластное сопротивление. В дальнейшем весь процесс повторяется.
Рис. 206. Схема включения генератора звуковой частоты при замыкании между жилами кабеля (а) и кривая изменения уровня звука по трассе поврежденного кабеля (б):
У — усилитель, Т - телефонные трубки, Р — рамка
Конденсатор С выбирается емкостью 0,5—1 мкФ. При длине кабеля более 200 м вместо конденсатора можно использовать неповрежденную жилу проверяемого кабеля. Разрядник регулируют
так, чтобы интервалы времени между разрядами были 1—3 с. Для прослушивания акустических колебаний может служить пьезоэлектрический датчик с усилителем, сигналы с которого подводятся к телефонной трубке Т. Наиболее сильное звучание будет тогда, когда датчик устанавливают непосредственно над местом повреждения.
Рис. 207. Схема определения места повреждения в кабеле акустическим методом:
Тр — трансформатор. В — вентиль, R — резистор, С — конденсатор, Р — разрядник, ПЭ — пьезоэлемеит, Т — телефонные трубки
Акустический метод получил также широкое распространение и дополняет индукционный метод. Однако применяют его только при величине переходного сопротивления в месте повреждения не менее 50 Ом, когда возможно появление разрядов в месте пробоя.
Промышленностью выпускается комбинированный акустический и индукционный прибор АИП-3 (рис. 208, а), состоящий из пьезоакустического датчика, трехлампового усилителя с батарейным питанием, головного телефона и выносной индукционной рамки (рис. 208, б).
