Лабораторна робота № 3

Тема: Перевірка справності кабелю.

Мета: Навчитися знаходити місця пошкодження кабелю.

Обладнання: 1. М- 1101. 2. Кабель.

Теоретичні відомості.

Методи визначення місця ушкодження силових кабельних ліній
Основні методи визначення місця ушкодження в силових кабельних лініях.
Після прокладення і монтажу, а так само в процесі експлуатації, кабельні лінії необхідно піддавати різноманітним випробуванням, в процесі яких виявляються ослаблені місця або дефекти в ізоляції і захисних оболонках кабелів, сполучної і кінцевої арматури і інших елементах кабельних ліній. Вказані дефекти можуть виникати при виготовленні кабелю і арматури на заводі - виготівнику із-за конструктивних недоліків кабелю і арматури, недотриманні технології, при недбалому прокладенні кабельних ліній, при неякісному виконанні монтажних робіт. Ослаблені місця виявляються в процесі експлуатації кабельних ліній.

Кабельні лінії, прокладені в земляній траншеї, не дивлячись на додатковий захист і систематичне спостереження за станом траси, дуже схильні до зовнішніх механічних ушкоджень, які можуть виникати при прокладанні і ремонті інших міських підземних споруд, що проходять по трасі кабельних ліній. За винятком прямих механічних ушкоджень, ослаблені місця і дефекти кабельних ліній мають прихований характер. Своєчасно не виявлені випробуваннями вони можуть з тією або іншою швидкістю розвиватися під впливом робочої напруги. При цьому можливе повне руйнування елементів кабельних ліній в ослабленому місці з переходом лінії в режим короткого замикання і її відключення з відповідним порушенням електропостачання споживачів. Повний перелік випробувань і пошуку місць ушкоджень кабельних ліній реалізований на електротехнічних лабораторіях серії ППУ і ППУ - "СУРА". При визначенні місць ушкодження кабельних ліній необхідно дотримувати основні вимоги:
- погрішність не повинна перевищувати заданої величини (при цьому враховуються труднощі виробництва земляних робіт на міських проїздах з вдосконаленим покриттям);
- виконання відшукування місця ушкодження повинне обмежуватися декількома годинами;
- повинні дотримуватися правила безпеки персоналу.

Вказані вимоги посилюються необхідністю якнайшвидшого ремонту кабельної лінії при її ушкодженні, оскільки при виведенні лінії в ремонт порушується надійність електропостачання споживачів і зростають втрати електроенергії в мережі. При швидкому визначенні місця ушкодження, ремонт лінії обмежується заміною ділянки кабелю завдовжки 3-5 м і монтажом двох сполучних муфт, в сприятливих випадках може бути встановлена одна муфта.

Якщо роботи за визначенням місця ушкодження затягуються, що веде до проникнення вологи, то виникає необхідність заміни ділянки кабелю із зволоженою ізоляцією завдовжки вже в декілька десятків метрів. Це, у свою чергу, збільшує об'єм земляних робіт і веде до дорожчання ремонту лінії. Відповідно до сталої практики визначають місце ушкодження в два прийоми:

спочатку визначають зони ушкодження кабельної лінії, потім уточнюється місце повреждения в межах зони. На першому етапі визначення місця ушкодження робиться з кінця лінії, на другому етапі - безпосередньо на трасі лінії. У зв'язку з цим методи відповідно розділяються на дистанційні (відносні) і топографічні (абсолютні). При складних ушкодженнях потрібне поєднання різних методів визначення місць ушкоджень.

До дистанційних (відносним) відносяться: імпульсний (рефлектометрия), імпульсно-дуговий метод, метод коливального розряду і бруківки, а до топографічних (абсолютним) - индукционный і акустичний метод.

1. Імпульсний метод (метод імпульсної рефлектометрии).
Метод імпульсної рефлектометрии успішно використовується в практиці визначення місць ушкодження в силових кабельних ліній вже декілька десятиліть. На основі методу імпульсної рефлектометрии працюють сучасні прилади "Портативний цифровий рефлектометр РЕЙС-105М", "Рефлектометр цифрової РЕЙС-205" і "Рефлектометр цифрової РЕЙС-305". Суть методу імпульсної рефлектометрии полягає в наступному:

1. Зондуванні кабелю (двопровідній лінії) імпульсами напруги.
2. Прийомі імпульсів, відбитих від місця ушкодження і неоднорідностей хвилевого опору.
3. Виділенні віддзеркалень від місця ушкоджень на тлі перешкод (випадкових і віддзеркалень від неоднородностей ліній).
4. Визначенні відстані до ушкодження по тимчасовій затримці відбитого імпульсу того, що відносно зондує.

З генератора імпульсів зондуючі імпульси подаються в лінію. Відбиті імпульси поступають з лінії в приймач, в якому робляться необхідні перетворення над ними. З виходу приймача перетворені сигнали поступають на графічний індикатор. Усі блоки імпульсного рефлектометра функціонують по сигналам блоку управління. На графічному індикаторі рефлектометра відтворюється рефлектограмма лінії - розподіл відбитих сигналів як реакція лінії на зондуючий імпульс. Вид відбитого сигналу залежи ть від характеру ушкодження або неоднорідності. Наприклад, при обриві відбитий імпульс має ту ж полярність, що і що зондує, а при короткому замиканні відбитий імпульс міняє полярність.

У ідеальному випадку, коли віддзеркалення від ушкодження повне і загасання відсутнє, амплітуда відбитого сигналу дорівнює амплітуді зондуючого імпульсу.

2. Імпульсно-дуговий метод.
Цей метод застосовується для визначення зони ушкодження кабелю в будь-яких випадках, окрім запливаючого пробою, при перехідному опорі до 150 Ом. Імпульсно-дуговий метод реалізований у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА". Суть імпульсно-дугового методу полягає в одночасній дії на кабельну лінію високовольтним імпульсом від блоку акустики БА-2500 і одночасному вимірі методом імпульсної рефлектометрии при допомозі РЕЙС-305М. При подачі імпульсу від джерела високої напруги до кабельної лінії, через комбінований пристрій сполучення з функцією підтримки горіння дуги КСУ-20, в місці високоомного дефекту виникає пробій, утворюючи дуговий розряд. За рахунок індуктивності пристрою, струм дуги підтримується впродовж певного часу. При цьому електричний опір дуги близький до нуля (короткому замиканню).

За часом пробігу імпульсу до місця ушкодження і назад визначають відстань до точки ушкодження кабелю. Швидкість поширення імпульсів в кабельних лініях високої і низької напруги величина постійна і дорівнює 160 м/мкс. Імпульсний рефлектометр РЕЙС-305М підключається через комбінований пристрій сполучення КСУ-20. Зондуючі імпульси від рефлектометра поступають в кабельну лінію, а відбиті - повертаються в рефлектометр. За формою відбитого імпульсу можна судити про характер ушкодження. Негативне значення відбитий імпульс має при коротких замиканнях і позитивне при обриві жил. Перевагою імпульсно-дугового методу є використання його для визначення відстані до місця складного (високоомного) або нестійкого ушкодження. Структурна схема реалізації імпульсно-дугового методу представлена на малюнку.

3. Метод коливального розряду з використанням хвилі напруги, що біжить.
Цей метод застосовується при запливаючих пробоях кабелів. Метод коливального розряду реалізований у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА".

Суть методу хвилі напруги, що біжить, полягає в наступному: в кабельну лінію від джерела випробувального ЛЕЛЕКА-50/70 або АИВ-100, через приєднувальний пристрій КР-70, подають напругу, яка плавно підвищується до напруги пробою. У момент пробою в кабелі виникає розряд коливального характеру, утворюється дві хвилі, одна з яких поширюється від місця пробою на початок кабелю, а інша - до кінця кабелю.

Величина опору пристрою, що сполучає КР -70 значно більше хвилевого опору лінії. Перша хвиля, досягнувши початку кабелю, відбивається від великого опору пристрою і, не змінюючи полярності, поширюється до місця ушкодження. У місці ушкодження знову виникає пробій і віддзеркалення із зворотним знаком, і так далі до тих пір, поки енергії хвилі вистачає для пробою в місці ушкодження.

Період коливань визначає відстань до точки ушкодження, оскільки швидкість електромагнітної хвилі поширюється в кабелі з постійною швидкістю. Вимір виконаються рефлектометром РЕЙС-305М.
Структурна схема реалізації методу хвилі напруги, що біжить, представлена на малюнку.

4. Мостовий метод (метод петлі).
Цей метод заснований на вимірі опорів за допомогою моста постійного струму. Мостовий метод можливий у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА".
Застосування методу можливе при ушкодженні одній або двох жил кабелю і наявності однієї здорової жили. При ушкодженні трьох жил можна вик ористовувати жилу поруч прокладеного кабелю. Для цього пошкоджену жилу накоротко сполучають з цілою з одного боку кабелю, утворюючи петлю. До протилежних кінців жил приєдную регульовані опори моста.

Рівновага моста виконуватиметься за умови:

R1 / R2 = Lx / L + (L - Lx)

Оскільки опір жили прямо пропорціонально її довжині, то:

Lx = 2L * R1 /(R1 +R2)

де R1 і R2 - регульовані опори моста (Ом);
L - довжина траси;
Lx - відстань до точки ушкодження (м).

До недоліків цього методу слід віднести великі витрати часу на вимір, меншу точність виміру, необхідність установки закороток. Тому мостовий метод зараз витісняється імпульсно-дуговим методом і методом коливального розряду.

5. Індукційний метод.
Цей метод застосовують для безпосереднього відшукування на трасі кабелю місць ушкодження при пробої ізоляції жил між собою або на землі, обриві з одночасним пробоєм ізоляції між жилами або на землі, для визначення траси і глибини залягання кабелю, для визначення місця розташування сполучних муфт. Індукційний метод реалізований у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА". Суть методу полягає у фіксації з поверхні землі за допомогою приймальної рамки характеру зміни електромагнітного поля над кабелем при пропусканні по ньому струму звукової частоти від доль до десятків ампер залежно від наявності перешкод і глибини залягання кабелю. ЭДС, що наводиться в рамці, залежить від токораспределения в кабелі і взаємного просторового розташування рамки і кабелю. Знаючи характер зміни поля, можна при тій, що відповідає орієнтації рамки визначити трасу і місце ушкодження кабелю. Точніші результати отримують при проходженні струму по ланцюгу "жила - жила", для цього випалюванням однофазні замикання переводять в двох і трифазні або створюють штучний ланцюг "жила - оболонка кабелю", разземляя останню з двох сторін і підключаючи генератор індукційно-пошукового комплекту до жили і оболонки кабелю. Силові лінії поля струму "жила - земля" є концентричними колами, центром яких є вісь кабелю (поле поодинокого струму).
При використанні ланцюга "жила - жила" струм, що йде по прямому і зворотному дротам, створює два концентричні магнітні поля, діючих в протилежних напрямах (поле пари струмів). При розташуванні жил в горизонтальній площині результуюче поле на поверхні землі найбільше, а при розташуванні жил у вертикальній площині - найменше. Оскільки кабелі мают ь скручування жил, то в рамці, розташованій вертикально і переміщуваною уздовж трас кабелю індукуватимуться ЭДС, що змінюється від мінімуму при вертикальному розташуванні жил, до максимуму при горизонтальному розташуванні жил. Для визначення глибини прокладення кабелю спочатку знаходять лінію траси кабелю і проводять рису. Потім, розташовуючи вісь рамки під кутом 45 градусів до вертикальної площини, що проходить через вісь кабелю, проходять до моменту відсутності в рамці індукованого ЭДС. Відстань від цього місця до траси, відміченої рисою, дорівнює глибині залягання кабелю.

6. Акустичний метод.
Акустичний метод реалізований у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА".
Суть акустичного методу полягає в створенні в місці ушкодження іскрового розряду і прослуховуванні на трасі викликаних цим розрядом звукових коливань, що виникають над місцем ушкодження. В якості генератора імпульсів застосовується блок акустики БА-2500.
Цей метод застосовують для виявлення на трасі усіх видів ушкоджень при умові, що в місці ушкодження може бути створений електричний розряд. Для виникнення стійкого іскрового розряду необхідно, щоб величина перехідного опору в місці ушкодження перевищувала 40 Ом.

Чутність звуку з поверхні землі залежить від глибини залягання кабелю, щільності грунту, виду ушкодження кабелю і потужності розрядного імпульсу. Глибина прослуховування коливається в межах від 1 до 5 м
Для пропалення дефектної ізоляції силових кабелів з метою зниження перехідного опору в місці дефекту до величини, що дозволяє застосовувати методи точного визначення місця ушкодження, застосовується блок пропалення БП-30 і блок дожига БД-2 у складі електротехнічної лабораторії ППУ і ППУ - "СУРА". Перевагою вказаних установок є необмежений час їх роботи.