Обнаружение нарушений целостности линий электропередач

Кабельные линии электропередачи, проложенные под землей, периодически «страдают» от смещения грунта, оползней, неосторожных земляных работ или небрежного ремонта подземных сооружений. Повреждения кабельных линий обычно обесточивают или затрудняют электроснабжение далеко не единственного потребителя, поэтому оперативность восстановления важна. Ключевая задача в процессе ремонта ― быстрое и точное определение места повреждения. Однако данная задача нетривиальна, ведь возможность обнаружить повреждение зрительно (как, например, на воздушных линиях) отсутствует.

Виды повреждения

Трехфазная кабельная линия может быть нарушена следующими типами повреждений:
а) замыкание одной фазы на землю;
б) замыкание двух или трех фаз на землю;
в) замыкание двух или трех фаз между собой.
…обрывом:
а) одной, двух, трех жил с заземлением;
б) одной, двух, трех жил без заземления.
…заплывающим пробоем изоляции
…несколькими повреждениями одновременно (комбинированные повреждения).

Порядок действий

При поиске места повреждения применяют специальные технические средства: без них «подземные» поисковые работы либо вовсе невозможны, либо крайне неэффективны.

Поиск выполняется в три этапа:
1) Определение характера повреждения
2) Определение зоны повреждения
3) Уточнение места дефекта непосредственно на трассе.

Перед началом работ необходимо отключить линию от источника питания и отсоединить от нее всех потребителей.

Характер повреждения

Характер повреждения определяют с помощью мегаомметра. Измеряют значения сопротивления:
— сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция),
— сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);
— целостность токоведущих жил.

Часто необходимо прибегать к снижению сопротивления в месте дефекта (переходного сопротивления) – сниженное сопротивление упрощает диагностику. Это выполняется прожиганием изоляции кенотроном, генератором высокой частоты, трансформатором.

Зона повреждения

Для определения зоны повреждения измерения производят с конца линии с применением дистанционных (относительных) методов:
— импульсный метод;
— импульсно-дуговой;
— метод колебательного разряда;
— метод петли;
— емкостной метод.

Точность определения места повреждения повышается при проведении измерений несколькими методами. В качестве альтернативы допускается применять один метод, но с обоих концов линии.

Далее дадим краткое описание каждого из методов.

Импульсный

Диагностируемые повреждения. Любые повреждения кроме заплывающего пробоя.

Условия применимости. Переходное сопротивление до 150 Ом.

Суть метода. В линию отправляется кратковременный импульс переменного тока, который отражается от места повреждения. Измеряется время, прошедшее до возврата отраженного импульса. Оно однозначно определяет расстояние до места повреждения, поскольку скорость распространения импульса известна и постоянна (160 м/мкс).

Приборы. Рефлектометры (ИКЛ – 4, ИКЛ – 5, Р5 – 5, Р5 -1А).

Импульсно-дуговой

Диагностируемые повреждения. Сложные (с высоким переходным сопротивлением), неустойчивые.

Суть метода. Дополненный и усовершенствованный импульсный метод. На кабельную линию оказывается воздействие высоковольтным импульсом с помощью устройства с функцией поддержания дуги. В месте высокоомного дефекта возникает дуга с сопротивлением, близким к нулю. Одновременно проводится измерение импульсным методом.

Приборы. Рефлектометр + генератор выскоковольтных импульсов.

Колебательного разряда

Диагностируемые повреждения. Заплывающий пробой.

Суть метода. От кенотронной испытательной установки подается напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Расстояние до точки повреждения определяется по периоду колебаний.

Приборы. кенотронная испытательная установка + электронный микросекундомер ЭМКС-58.

Петли

Диагностируемые повреждения. Одно- и двухфазные замыкания.

Условия применимости. Наличие одной неповрежденной жилы или любой параллельной неповрежденной жилы.

Суть метода. На одном конце линии поврежденную и здоровую жилу соединяют накоротко. К противоположным концам жил присоединяют регулируемые сопротивления моста. Мост уравновешивается. Далее вычисляется расстояние на основании формулы равновесия моста и того факта, что сопротивление жилы прямо пропорционально ее длине

Приборы. Установка для моста + измерительные приборы.

Емкостной

Диагностируемые повреждения. Обрыв одной или нескольких жил.
Условия применимости. Хотя бы с одной стороны от повреждения изоляция не пробита.

Смысл: Измеряется емкость оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока. Далее проводятся вычисления расстояния до места дефекта исходя из того, что емкость кабеля зависит от его длины.

Приборы: Установка для моста + измерительные приборы.

Место повреждения

После определения зоны повреждения известным становится расстояние до места с определенной точностью (до 1,5% при измерении импульсным методом). Далее необходимы исследования непосредственно на трассе.

Здесь применяются два основных метода, называемые абсолютными, или топографическими:
— акустический;
— индукционный.

Акустический

Диагностируемые повреждения. Все виды повреждения.

Условия применимости. В месте повреждения может быть создан устойчивый разряд (величина переходного сопротивления должна превышать 40 Ом).

Суть метода. На трассе в месте повреждения создают искровой разряд и прослушивают звуковые колебания, вызванные разрядом. Над местом дефекта сигнал наиболее сильный.

Область применения. Метод применяют для определения повреждения кабеля, залегающего в земле на глубине от 1 до 5 м. Не рекомендуется применять на открыто проложенных кабелях, кабелях в каналах, туннелях.

Приборы. Генератор высоковольтных импульсов + акустический датчик.

Индукционный

Повреждения: Пробой изоляции жил, обрыв с одновременным пробоем изоляции.

Суть метода. По кабелю пропускается ток звуковой частоты. С помощью приемной рамки с поверхности земли фиксируется электромагнитное поле над кабелем. В рамке наводится ЭДС. Ее наличие прослушивают с помощью телефона. За местом повреждения звук в телефоне пропадает.

Приборы: генератор звуковой частоты + приемная рамка + телефон.

Следует заметить, что для подземных линий от времени, потраченного на поиск дефекта, зависит объем работ по восстановлению линии. Поэтому на вооружении у специалистов методы, позволяющие отыскать повреждение в кратчайшие сроки. Из относительных методов в приоритете импульсный и метод колебательного разряда как наименее затратные и наиболее точные. Для поиска же сложных повреждений чаще всего необходимо применять несколько методов.

Также заметим, что большинство методов реализуются в составе комплексных передвижных электротехнических лабораторий.