Потенциальный метод определения места повреждения кабеля

Акустический метод определения места повреждения в кабельной линии

Акустический метод, как старейший и абсолютный способ определения места повреждения в кабельной линии

Акустический способ относится к топографическим абсолютным методам, с помощью которых наиболее точно локализуют место повреждения в кабельной линии.

Акустический метод определения места повреждения самый первый и самый известный, им пользовались еще в начале прошлого века, если не ранее, правда, оборудование было несколько скромнее. Он может считаться практически универсальным, а в ряде кабельных сетей представляет собой основной и абсолютный способ поиска дефектов.

С помощью акустики можно выявлять неисправности самого различного характера:

• однофазные и междуфазные замыкания с отличающимися переходными сопротивлениями;
• обрывы одной, двух или всех жил;
• отдельных случаях возможен поиск нескольких повреждений на одной кабельной линии.

Сущность акустического метода

Суть метода заключается в том, что в кабель подают импульс высокого напряжения. Под его действием в месте повреждения возникает электрический пробой (дуга).

Под воздействием любой дуги появляется локальное повышение давления, которое стремится найти выход. Явление сходное по характеру с коротким замыканием в любом автоматическом выключателе, когда происходит отключение автомата под воздействием разряда в дугогасящей камере.

Дуга носит кратковременный характер и поэтому разряд возвращается на место пробоя, но предпосылки для появления в этом месте звука появляются. Дуга всегда сопровождается звуковым эффектом, распространяемым в любой среде: в воде, воздухе или в грунте. Однако на открытом пространстве, например, на эстакаде звук слышен очень хорошо, но в грунте для поиска щелчков нужны слуховые приспособления/датчики.

Однако, если в месте повреждения чистый ноль, то щелчков слышно не будет, в этом месте появится локальное повышение тока.

Мощности импульса должно быть достаточно, чтобы был определенный звук, который можно услышать и одновременно не принести кабелю ощутимый вред.

Первые самые простые устройства представляли собой установку, на выходе которой располагается подключенная конденсаторная батарея, она через разрядник подает в кабель импульс.

Определение мест повреждения кабеля

Приборы данной категории предназначены для поиска и точной локализации места неисправности, как в оболочках, так и в самом кабеле.

Целостность кабелей — залог стабильной и бесперебойной работы систем электроснабжения. Сегодня от устойчивого электроснабжения зависит безопасность и благополучие миллионов людей. Работа телекоммуникационных сетей, торгового оборудования, медицинской техники и много другого немыслима без исправной системы электропитания. Поэтому своевременная диагностика кабелей необходимость в системах различного уровня.

Места повреждения силовых кабелей можно точно определить или акустическим методом при помощи чувствительных наземных микрофонов, или измерением электрического поля и его искажений в месте повреждения кабеля чувствительными приемниками электрических волн.

Для того, чтобы выполнить точное определение мест повреждения кабеля применяется метод шагового напряжения. Измерительный ток на поверхности грунта над местом неисправности образует проявление воронки напряжения и может быть измерен с помощью прибора для определения места замыкания на землю. Если оба измерительных штыря находятся над местом неисправности, то индицируется шаговое напряжение, по полярности которого можно судить о направлении к месту неисправности.

Собственные разработки холдинга SebaKMT предназначенны для интегрального и локального анализа состояния кабельной инфраструктуры (бумажно масляные кабели и кабели в изоляции из сшитого полиэтилена ). Результатами такого анализа является информация о наличии дефектов в силовом кабеле и оценка рабочего ресурса кабеля.

Согласно устоявшейся практике, место повреждения кабельной линии обычно определяют в два этапа:

• на первом этапе предварительно определяют зону повреждения;

• на втором этапе уточняют и выявляют место повреждения кабельной линии в пределах определенной зоны.

Исходя из характера повреждения, для определения места повреждения кабельной линии обычно используют один из следующих методов:

• индукционный метод поиска;

• акустический метод поиска;

• петлевой метод поиска (метод петли);

• емкостный метод поиска;

• импульсный метод поиска (рефлектометрия);

• метод колебательного разряда.

Рис. 1. Методы определения места повреждения кабельной линии: а — индукционный, б — акустический, в — метод петли, г — емкостный.

Рис. 2. Вид экрана ЭЛТ прибора ИКЛ-5 при повреждении кабельной линии: а — при коротком замыкании жил кабеля, б — при обрыве жил кабеля.

В сложных ситуациях могут применяться комбинации из двух и более методов.

Индукционный метод

Индукционный метод поиска (рис. 1а) используют в тех случаях, когда необходимо отыскать место пробоя изоляции между жилами или на земле с одновременным обрывом или без него. Этот метод также позволяет определять точное месторасположение трассы, глубину залегания кабеля и места расположения соединительных муфт.

В основу метода положен принцип улавливания сигнала на поверхности земли. К кабельной линии подключается генератор и пропускается ток 15-20 А частотой 800-1000 Гц. Используя индукционный приемник, прослушивают сигнал, идущий от кабеля. Над местом повреждения он будет наиболее сильным, а сразу за ним его уровень будет резко снижаться.

Акустический метод

Акустический метод поиска (рис. 1б) позволяет определить место любого повреждения кабельной линии при условии, что переходное сопротивление в месте повреждения кабеля будет не менее 40 Ом, а глубина залегания кабеля не превышает 5 м.

С помощью высоковольтного импульсного генератора создается устойчивый искровой разряд. Звуковые сигналы от искрового разряда прослушиваются через специальные наушники. В месте повреждения кабеля звуковой сигнал от искрового разряда (щелчки) будет максимальным.

При прокладке кабельных линий в тоннелях или на лотках данный метод для определения места повреждения не подходит.

Петлевой метод (метод петли)

Петлевой метод поиска (рис. 1в) может применяться когда обрыва кабельной линии нет, а лишь повреждена изоляция жилы. При этом необходимо, чтобы хотя бы одна жила имела хорошую изоляцию, а переходное сопротивление в месте повреждения было не более 5 кОм. Для определения места повреждения изоляции один конец поврежденной жилы соединяют с поврежденной, а с другого конца кабеля к ним подсоединяют измерительный мост с гальванометром, образуя своего рода «петлю». Запитывают схему от аккумуляторной батареи.

Место повреждения изоляции вычисляют по формуле:

где l_x — расстояние от места подсоединения измерительного моста до места повреждения в метрах, L — длина кабельной линии в метрах, R₁ и R₂ — сопротивления плеч измерительного моста, Ом.

Если при перемене местами концов проводов, которыми гальванометр подсоединен к жилам, стрелка прибора отклонится в обратную сторону, то это говорит о том, что место повреждения изоляции находится в самом начале кабельной линии со стороны измерения.

Емкостный метод

Емкостный метод поиска (рис. 1г) применяется в случаях, когда обрыв жил кабеля происходит в соединительных муфтах. Суть метода сводится к замерам емкости жил и расчету расстояния lx от места замера до места повреждения по формуле:

где С₁ и С₂ — емкость жилы, имеющей обрыв, замеренная с разных концов, а L — длина кабеля.

Если поврежденная жила имеет с одного конца глухое заземление, то расчет производят по формуле:

где C — емкость неповрежденной жилы.

В случае, когда емкость поврежденной жилы можно замерить только с одного конца, а все неповрежденные жилы имеют глухое заземление, то для расчетов применяют следующую формулу:

где С₀ — удельная емкость жилы, взятая из таблицы характеристик кабелей для данного кабеля.

В случае чистого обрыва жил для замеров используют мосты постоянного тока. Если при чистом обрыве переходное сопротивление будет 5 кОм и выше, то используют мосты переменного тока.

Импульсный метод (рефлектометрия)

Импульсный метод поиска (рефлектометрия) позволяет определять не только место, но также и характер повреждения кабельной линии (обрыв жилы или короткое замыкание — рис. 2). С помощью импульсного измерителя (ИКЛ-4, ИКЛ-5, Р5-1А и т.п.) замеряют интервал времени tx (в мкс) от момента подачи импульса до момента прихода его отражения. Расстояние от места проведения замеров до места повреждения вычисляют по формуле:

где n — количество масштабных отметок на экране импульсного измерителя,

v — скорость распространения электронного импульса по кабелю (принимается равной 160 м/с).

Метод не подходит для определения места повреждения изоляции по типу «заплывающий пробой».

Метод колебательного разряда

Метод колебательного разряда используется в тех случаях, когда невозможно определить место повреждения кабельной линии методом рефлектометрии. А именно — при «заплывающем пробое» в изоляции. В этом случае на поврежденную кабельную жилу подают напряжение посредством кенотронной установки и с помощью прибора типа ЭМКС-58 снимают показания. Градуировка шкалы приборов ЭМКС-58, ЭМКС-58М выполнена в метрах.

Потенциальный метод поиска

Потенциальный (шаговый) метод поиска места повреждения, реализованный в оборудовании «АНГСТРЕМ», относится к группе топологических (абсолютных) и заключается в измерении разности потенциалов с помощью А-рамки на поверхности грунта вблизи подземной коммуникации. А-рамка позволяет локализовать повреждения оболочки кабелей, которые находятся в прямом контакте с грунтом.

Общий принцип

Разность потенциалов создается протекающими в объеме грунта распределенными токами, которые в свою очередь наводятся элек­тромагнитным полем вокруг коммуникации либо возникают, как токи утечки в МП изоляции, где образуется гальваническая связь с грунтом. Используется постоянный ток и переменный ток по­вышенной частоты (звукового диапазона). Величина измеренного напряжения и характер ее изменения вдоль коммуникации явля­ются информативными параметрами для локализации МП. Опе­ратор перемещается по трассе с двумя контактными стержнями или пластинами (А-рамка). В первом случае осуществляется непосредстве­нное измерение разности потенциалов, во втором — через емкость пластин. Пластины используются при асфальтобетонных покры­тиях на трассе КЛ. Ток в поврежденную жилу подается с конца КЛ. А-рамка (АР-500), разработанная компанией «АНГСТРЕМ», используется совместно с Приемником поисковым ПП-500А из состава Поисковых комплектов.

Испытания средств защиты

Основные разновидности потенциального метода

На практике применяются три основных разновидности потенци­ального метода:

• Частотный вариант, в котором сигнал создается перемен­ным током (Генератор поисковый). Для контроля сигнала необходим селективный усили­тель сигнала, настроенный на его частоту (Приемник поисковый)
• Вариант с использованием постоянного тока. Контроль сигнала производится вольтметром постоянного тока.
• Вариант с использованием источника импульсного тока. Сигнал контролируется импульсным вольтметром.

Методически, в части последовательности действий по поиску МП эти варианты не отличаются между собой. Разница заключается в роде используемого сигнала: постоянный ток, переменный ток, однополярный импульс.

Частотный вариант потенциального метода

В качестве источника для создания поля (токов утечки) использу­ются поисковые (звуковые) генераторы типа ГП. В качестве усили­теля для измерения величины разности потенциалов используется приемник поисковый типа ПП. К входу приемника подключается А-рамка, в состав которой входят контактные электроды в виде штырей или дисков с фиксированным расстоянием между ними и регулируемый делитель напряжения. Делителем осуществляется регулирование уровня подаваемого на вход приемника сигнала.

На предварительном этапе для определения района поиска МП потенциальным методом необходимо использовать один из дис­танционных (относительных) методов — волновой, мостовой или рефлектометрический. Перед началом работ с применением потенциального метода трас­са коммуникации в районе места повреждения должна быть точно обозначена с применением индукционного метода.

Испытания средств защиты

Подключение генератора

Сигнал генератора подается между поврежденной коммуникаци­ей и заземлением. В качестве заземления может использо­ваться металлический штырь, заглубленный в грунт не менее 0,5м. Если грунт очень сухой необходимо обильно смочить его в районе заземления. Точка заземления должна отстоять не менее 20м от трассы кабеля.

Уровень сигнала подаваемого от генератора в коммуникацию за­висит от глубины залегания коммуникации, электрических характеристик грунта и чувствительности приемника. Например, для поиска МП электрического кабеля проходящего на стандартной глубине 0,8 м с использованием приемника поискового достаточ­но тока 3мА на частоте 480Гц.

Принцип поиска МП (метод максимума)

Процесс поиска необходимо начинать с точки заведомо находя­щейся до МП. Оператор располагает А-рамку таким образом, чтобы линия соединяющая штыри была перпендикулярна трас­се коммуникации. Штыри заглубляются в грунт так, чтобы один из штырей находился точно над трассой. Регуляторами делителя А-рамки и усиления приемника уровень сигнала на индикаторе приемника устанавливается порядка 25% от полной шкалы. Далее А-рамка передвигается на определенное расстояние, например 1м, вдоль трассы в сторону МП. Штыри таким же образом заглубля­ются в грунт. Необходимо стараться, чтобы при каждом шаге шты­ри погружались в грунт на одинаковую глубину, поскольку уро­вень сигнала существенно зависит от глубины погружения. Такое пошаговое перемещение при приближении к МП будет сопрово­ждаться значительным увеличением уровня индицируемого сиг­нала. Если уровень сигнала превысит пределы шкалы индикации необходимо регулятором усиления приемника установить его, как и в начале поиска, в пределах 25% от полной шкалы. Максимум сигнала будет достигнут непосредственно в МП.

Принцип поиска МП (метод минимума)

Более точно МП можно определить, используя т.н. метод мини­мума. В отличие от вышеописанного штыри А-рамки здесь распо­лагаются на линии трассы, т.е. коммуникация лежит в плоскости рамки. А-рамка пошагово перемещается в сторону МП. Приближение к МП сопровождается увеличением уровня сигнала. Непосредственно над МП произойдет резкое уменьшение сигна­ла. При дальнейшем перемещении рамки опять происходит резкое увеличение сигнала с последующим плавным уменьшением. Что­бы не пропустить это локальное падение уровня сигнала необхо­димо уменьшить шаг перемещения рамки до нескольких сантиме­тров. Когда А-рамка установлена в месте, где индикация уровня сигнала минимальна, МП находится посредине между штырями рамки. Небольшое перемещение рамки в любую сторону от этой точки приводит к резкому увеличению сигнала.

Особенности потенциального метода

При поиске МП с использованием штырей А-рамки оптимальной является частота 480Гц. Если при поиске используются дисковые электроды необходимо использовать высокую частоту. Эффективность потенциального метода для кабелей с пластмассовой оболочкой выше, чем для кабелей с металлической оболочкой.

C использованием А-рамки (АР-500) возможна реализация потенциального метода по постоянному или импульсному току. В этих случаях вместо приемника поискового к А-рамке необходимо подключить милливольтметр постоянного тока или импульсный милливольтметр соответственно.

Статья подготовлена специалистами отдела инноваций © ООО «АНГСТРЕМ»

Определение мест повреждения кабельных линий

Проложенные под землёй кабельные линии (КЛ) могут выйти из строя. Причин повреждения множество: от нарушения режима работы сети до неправильно проведённых монтажных работ на относительно удалённом участке. Механические повреждения в изолирующих частях и токопроводящих жилах невозможно предугадать. Между тем, в случае возникновения неисправности необходимо найти и устранить повреждение как можно скорее: дефект в определённой точке токопровода может сорвать работу всей электрической сети, в результате чего различные предприятия и обслуживающие компании понесут значительные убытки. Современное трассопоисковое оборудование позволяет в скорейшие сроки и с максимальной точностью найти повреждённый участок кабельной линии и быстро исправить неполадку. Подробнее о трассоискателях и кабелеискателях мы рассказываем в нашей статье.

Анализ состояния кабеля проводится как при плановых измерениях, проводимых коммунальной службой, так и при непосредственно ремонтно-восстановительных работах. В первом случае производится проверка изоляции и шлейфа, определяется степень асимметрии. При ремонтных работах требуются грамотные специалисты и набор профессионального оборудования – они определят повреждение, установят точное расстояние до дефекта и локализуют его на месте.

Нередки случаи появления целого множества повреждений. В этом случае непросто установить, какое из них первично и какое причиняет системе наибольший ущерб. При возникновении череды неисправностей в кабеле придётся измерить не только его первичные параметры, но и вторичные. К ним относятся перекрёстные наводки, наведённые шумы и так далее. В последнее время для удобства работы всё чаще используются комплексные измерители. Инновационные анализаторы способны идентифицировать повреждение и измерить все параметры линии.

Виды повреждений и основные методы поиска

Причины появления дефектов весьма разнообразны, а риски не всегда предсказуемы. Подземный кабель может потерять свою эксплуатационную способность в результате механических воздействий или возникновения коррозии. Иногда причиной неполадок оказывается заводской брак или попросту старение изолирующего материала. Изоляция может осушиться в результате перегрева кабеля. Также к срывам в работе электрической сети приводит неправильный монтаж муфт.

На кабельных линиях встречаются следующие виды повреждений:

• Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Являются самым распространённым видом повреждений, составляют 70-90% от всех случаев неисправности. Здесь одна из фаз трёхфазной электрической системы замыкается на землю или на элемент, связанный с землёй. В большинстве случаев происходит дуговое замыкание, при котором напряжение между фазовыми элементами и землей превышают нормальное в 2-4 раза. В результате может возникнуть пробой изоляции в другой точке сети;
• Межфазное короткое замыкание. При нём происходит соединение двух разноимённых фаз. Теоретически, такое замыкание может случиться в совершенно любой точке сети. Причин межфазного КЗ очень много: от попадания грязи в провода до дуговых замыканий;
• Обрыв жил кабеля. Чаще всего происходит из-за перемещения слоёв почвы в местах установки муфт, вследствие чего в муфтах происходит растяжка. Обрыв может произойти в разных фазах, от одно до трёх сразу, с заземлением оборванных жил или без;
• Заплывающий пробой изоляции. Проявляется в виде короткого замыкания при высоком напряжении, исчезает при возвращении стандартных значений.

Определение локации проблемы происходит в два шага: сперва находится проблемная зона на всей протяжённости трасы, далее в установленном участке с помощью специального оборудования ведётся поиск конкретного места аварии. Ниже мы рассмотрим методы диагностирования проблемы подробнее.

Дистанционные (относительные) методы

Дистанционными методами определяются такие параметры, как длина кабельных линий, расстояние до места повреждения и неоднородности линии, тип повреждения и характеристики самого кабеля (ёмкость и сопротивление элементов). Основными дистанционными методами обнаружения повреждений являются импульсный, ёмкостный, волновой и петлевой.

При импульсном методе в кабельные линии посылаются зондирующие импульсы, отражающиеся от различных неоднородностей в волновом сопротивлении. Отражённые импульсы поступают в приёмник, преобразующий данных в числовые значения, после чего они передаются на индикатор. Время прохождения импульса до проблемного места и обратно прямо пропорционально расстоянию до повреждения. С помощью импульсного поиска также определяется расстояние до муфт и повреждения различных фаз. Вид отражённого сигнала зависит от типа дефекта, например, при коротком замыкании он теряет полярность.

Ёмкостный метод основан на определении ёмкости оборванной кабельной жилы и применяется в случаях, когда необходимо установить расстояние от конца линии до места обрыва. Так как ёмкость кабеля пропорциональна его длине, для измерений используется мост постоянного или переменного тока. Для поиска незаземлённого повреждённого участка ёмкость кабеля определяется с обоих концов КЛ.

Волновой метод обнаружения неисправностей используется тогда, когда сопротивление в дефектной зоне не превышает 100 килоом. Он осуществляется путём пробоя зарядника высоковольтной выпрямительной установки: в линию от заряженного конденсатора посылается электромагнитная волна высокого напряжения, создающая пробой в повреждённой точке. Это вызывает волновой колебательный процесс непосредственно в цепи конденсатор-линия. Пробой происходит в случае, если повреждение в дефектном участке превышает 0 ом. Волна будет отражаться от повреждения и перемещаться обратно к конденсатору вплоть до затухания. Если сопротивление окажется близким к нулю, то волна встретится с коротким замыканием.

Петлевой метод применяется на линиях, состоящих из нескольких кабелей, в условиях замыкания в одной или двух фазах. Такой способ получил распространение для определения дефектов в пластмассовой изоляции. При использовании данного метода создаётся мост постоянного тока между исправной и повреждённой жилами. Недостатком этого способа является малая точность и относительно большие временные затраты на измерительные мероприятия.

Топографические (абсолютные) методы

Топографические методы обнаружения позволяют точно определить место неисправности, когда найдена дефектная зона. Основными топографическими методами обнаружения повреждение выступают акустический, индукционный и потенциальный.

Акустический метод – это один из самых популярных способов, применяющийся для обнаружения любых повреждений непосредственно на линии. Он требует использования импульсного генератора или звуковых приёмников колебаний. В зоне неисправности подаётся искровой заряд и специальные приборы принимают звук его колебаний. У этого метода есть некоторые ограничения и недостатки: во-первых, слышимость зависит от плотности грунта и глубины расположения КЛ. Во-вторых, прибегание к нему возможно лишь на закрытых линиях – на открытых или туннельных трассах звук будет распространяться совершенно иначе.

Индукционный метод применяется для определения мест повреждения на самом кабеле, а также для обнаружения изоляционных пробоев. Он может использоваться как для жил, залегающих на землю, так и для жил, залегающих на ближайший кабель. Способ подходит для установления глубины залегания кабеля и месторасположения муфт. Метод основан на контроле магнитного поля кабеля, которое создаётся протекающим током от генератора: оценивая его уровень, оператор определяет глубину КЛ, а по изменениям и уровню он находит конкретное повреждённое место. При этом, на точность определения могут влиять различные помехи. Также следует помнить, что чем глубже залегает кабель, тем менее точными окажутся результаты.

Потенциальный метод, таже называемый методом пошагового напряжения, позволяет обнаружить повреждения в покрытии кабеля, контактирующего с грунтом. В грунтовом массиве с помощью электромагнитного поля создаются распределённые электрические токи, в результате чего появляется разность потенциалов. Иногда токи возникают самостоятельно в виде утечек в изоляции. Для измерений используется переменный и постоянный ток с повышенным звуковым диапазоном. Место дефекта устанавливается по характеру изменения напряжения вдоль коммуникации.

Заключение

В любой момент в кабельной трассе могут возникнуть повреждения, способные сорвать всю работу электрической сети. Необходимо вовремя локализовать проблему, чтобы оперативно приступить к её устранению. Периодически коммунальные службы, обеспечивающие стабильное поступление электроэнергии, проводят проверки, определяя проблемные места и устраняя неполадки. Существует множество различных методов поиска дефектной зоны и места повреждения на самом кабеле или в креплениях. Выбор методики зависит от характера повреждения и характеристиках КЛ. Разнообразие способов обнаружения позволяет максимально точно определить неисправность и в кратчайшие сроки провести ремонтные работы.

Рубрики