Методы определения мест повреждения на кабельных линиях. Прожигание кабелей

Петлевой метод.

Петлевой метод применяется только при определении расстояния до замыкания одной или двух жил относительно оболочки при переходном сопротивлении постояyному току в месте повреждения не более 5 кОм и при наличии хотя бы одной неповрежденной жилы. Метод основан на принципе измерительного моста постоянного тока (см. рис. 14).

Измерения производят с помощью чувствительного кабельного моста, например Р-333, Р-336 и др.

Для проведения измерений поврежденную и неповрежденную жилы на противоположном конце соединяют перемычкой из медного многожильного провода сечением не менее 50 мм, к концам которой припаяны зажимы из латуни. Мост соединяют с жилами кабеля (зажимы 2, 3) гибким медным проводом сечением 4 мм2 с латунными зажимами.

Плечи измерительного моста образуются регулируемыми сопротивлениями r1 и r 2, сопротивлениями жил гх и r2 соответственно, пропорциональных длинам кабеля Lх и L+L у. Регулировкой сопротивлений r1 и r2 устанавливают стрелку гальванометра в нулевое положение, что соответствует равновесию плеч моста

Расстояние до места повреждения кабеля определяют по формуле

После определения Lх необходимо поменять местами концы проводов, идущие к кабелю, и произвести повторное измерение. При этом определяют расстояние L+Lу. Если сумма полученных результатов существенно отличается от двойной длины кабеля, то измерения необходимо повторить, предварительно проверив все контакты.

Для повышения точности определения расстояния до места повреждения рекомендуется измерения производить с одного (1) и другого (2) концов кабеля. Правильность произведенных измерений можно оценить по соотношению

Чувствительность моста и, следовательно, точность измерения зависит от соотношения напряжения питания моста к переходному сопротивлению изоляции в месте повреждения. Поэтому напряжение питания моста должно составлять 100-120, 25-30 и 4-6 В при значениях переходных сопротивлений соответственно 5, 1 и 0,1 кОм.

При измерениях возможны ситуации, когда мост не уравновешивается. Это возможно в случаях, когда повреждение находится в самом начале кабеля со стороны измерения, чаще всего в концевой разделке кабеля, а также при обрыве соединительных проводов.

Формулы, представленные выше, справедливы для однородных линий. В случае, если линия имеет различные сечения и материал жил, необходимо после измерений уточнить расстояние до места повреждения путем приведения длин участков к какому-нибудь одному сечению S и удельному сопротивлению ρ

где Lпр(i), ρ(i), S(i) — соответственно длина, удельное сопротивление и сечение i-го участка линии.

Приведенное расстояние до места повреждения определяется через приведенную длину линии и сопротивления плеч измерительного моста при его равновесии

Действительное расстояние до места повреждения определяют по Lхпр путем обратного пересчета к действительным S(i) и р(i).

При использовании мостов сопротивлений постоянного тока петлевой метод позволяет определять расстояние до места повреждения кабеля с точностью до 0,1 — 0,3%.

Методики определения повреждения кабеля в земле

Как правило, дефектоскопия кабеля осуществляется в два этапа:

1. Устанавливаются границы зоны, в пределах которой находится аварийный участок.
2. Производится поиск точного места повреждения в определенной зоне.

Соответственно на первом этапе применяются относительные способы, а на втором широко используются технологии с повышенной точностью поиска повреждений. Перечислим основные методики дефектоскопии и особенности их применения.

Индукционный метод

Эта технология позволяет определить локацию, где произошел пробой изоляционного слоя токопроводящих элементов кабеля. Для этого при помощи специального генератора в КЛ подается переменный ток с силой до 20,0 ампер и частотой от 800,0 до 1200,0 герц. В результате, вокруг КЛ формируется электромагнитное поле определенной интенсивности. Если поместить в него антенную рамку подключенную к наушникам через усилитель, то можно услышать звук определенной частоты над неповрежденными токопроводящими элементами.

По характеру звукового сигнала можно определить не локацию дефекта, позиции муфт для соединения, топографию трассы (трассировку), включая наличие защитных труб. Ниже представлен рисунок, где показан уровень изменения сигнала над различными участками КЛ.

Обозначения:

1. Задающий генератор.
2. Расположение соединительных элементов.
3. Защита кабеля.
4. Дефектное место.

Импульсный метод

Как уже упоминалось выше, данный способ относится к относительным, то есть, позволяющим установить дефектную зону повреждения (как правило, межфазное КЗ). Принцип работы заключается в подаче специальным прибором эталонного высоковольтного импульса в КЛ и последующим определением удаленности аварийного участка по отраженному сигналу импульсных токов.

В приведенном на рисунке примере расстояние до дефектного участка определяется следующим образом:

tx – интервал времени между посланным и отраженным электрическим сигналом, измеряется в микросекундах. Как видно из рисунка, он равен 3,5 мкс. Учитывая, что скорость распространения импульса (v) примерно равна 160,0 м/мкс, то для решения необходимо применить следующую формулу: lx = ( tx*v ) / 2, где lx – расстояние от генератора импульсов до поврежденного участка кабеля. В результате мы получим ( 3.5 * 160 ) / 2, то есть, 280,0 метров.

Обратим внимание, что в некоторых приборах по форме отраженного сигнала можно судить о характере дефекта.

Акустический метод

Технология основана на формировании в дефектном участке искровых разрядов, сопровождающимися звуковыми импульсами. Зафиксировать их можно используя обычный стетоскоп, прикладывая акустическую головку к земле, либо применяя специальный акустический приемник. Над дефектным участком разряды звуковых частот будут максимально громкими.

Обозначения:

1. Поиск устойчивого короткого замыкания между токоведущей жилой и оболочкой кабеля.
2. Схема для поиска заплывающих пробоев.
3. Применение работоспособных токопроводящих элементов (задействована емкость жил).
4. Схема для поиска обрыва.

Видео по теме:

Емкостной метод

Технология данного метода позволяет проводить поиск повреждения, в частности обрыва токоведущих элементов кабеля, путем измерения емкости жил. Как известно данный параметр напрямую зависит от длины кабеля. С упрощенной схемой высоковольтных колебаний для такого устройства можно ознакомиться ниже.

Обозначения:

• R1, R2, R3 – регулируемые резисторы.
• Cэ – эталонный высоковольтный конденсатор.
• L – расстояние до места обрыва.
• Lк – общая длина КЛ.
• 1 – токоведущие элементы кабеля.
• 2 – защитная оболочка.
• 3 – место обрыва.

Подбирая сопротивление переменных резисторов, добиваются минимального отклонения стрелки прибора Г, что указывает на равновесие между плечами моста, что говорит о следующем соотношении R1 / R2 = Сx / Сэ , это позволяет установить емкость поврежденной жилы Сx = Сэ* (R1 / R2) .

Подобным способом производим определение емкости на другом конце КЛ, то есть, подключаем к нему генератор и повторяем измерения. В результате, вычисляем расстояние до поврежденной зоны: L = Lk * С1 / ( C1 + C2 ), где С1 и С2 – емкости поврежденных токоведущих элементов кабеля, измеренные в начале и конце КЛ.

Метод колебательного разряда

Данный способ позволяет более эффективно определить расстояние до дефекта кабеля, известного, как заплывающий пробой. Для этой цели в поврежденную линию подаются импульсные колебательные разряды, после чего на экран спецприбора (например, ЭМКС58) выводятся данные о расстоянии до дефектного места.

Принципа работы данного метода во многом напоминает импульсный способ дефектоскопии.

Метод петли

Данный способ хорошо работает в тех случаях, когда в месте нарушения изоляции нет обрыва токоведущих элементов кабеля, а переходное сопротивление в месте дефекта не более 5,0 кОм. При несоответствии последнего условия может быть выполнен прожиг кабеля (прожигание изоляции для уменьшения переходного сопротивления). Упрощенный пример электрической схемы для метода петли показан ниже.

Емкостной метод.

Метод применяется для определения расстояния до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Измерения могут проводиться как с помощью моста переменного тока (см. рис. 15), так и с использованием баллистического гальванометра на постоянном токе (см. рис. 16).

Рис. 15. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом с помощью моста переменного тока 1000 Гц.

1 — жилы кабеля; 2 — место обрыва жилы; 3 — оболочка кабеля; Т — телефон.

Измерения на переменном токе рекомендуется производить при переходном сопротивлении замыкания места повреждения кабеля от 5 кОм до 20 МОм, а на постоянном токе при сопротивлении свыше 20 МОм.

Измерения на переменном токе заключается в измерении емкости участка кабеля до места обрыва С х с помощью моста переменного тока 1000 Гц (например, р-565). Плечи измерительного моста образуются нерегулируемыми сопротивлениями r1 и r4, регулируемым сопротивлением г2, регулируемой эталонной емкостью Сэт и емкостью измеряемой жилы Cх. Равновесие моста устанавливается rq и Сэт и проверяется по отсутствию звучания телефона Т.

Расстояние до места повреждения определяется в зависимости от характера повреждения одним из способов представленных ниже.

Рис. 16. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом на постоянном токе.

1 — жилы кабеля; 2 — место обрыва жилы; 3 — оболочка кабеля.

1. Разрыв жилы без заземления. Измеряют емкость поврежденной жилы с одного конца кабеля Cx(1), затем с противоположного Сx(2). Полную длину кабеля делят пропорционально полученным емкостям
2. Одна из частей оборванной жилы имеет замыкание на землю. Измеряют емкость незаземленной части жилы С х и емкость одной неповрежденной жилы С. Расстояние до места повреждения будет определяться
3. Емкость жилы может быть измерена с одного конца, остальные жилы замкнуты на землю. Измеряют емкость незаземленного конца оборванной жилы Сх. Расстояние до места повреждения определяют ориентировочно по удельной емкости жилы кабеля С 0 (cм. табл. 17)

При измерениях наибольшая точность будет обеспечиваться в 1-ом случае, во 2ом случае результаты измерений несколько завышаются, случай 3 целесообразен при длине кабеля до 200 м.

Измерение емкости на постоянном токе с помощью баллистического гальванометра основан на том, что у последнего отброс стрелки пропорционален количеству электричества, проходящего через рамку при заряде или разряде емкости кабеля. При измерении, шунтом rш устанавливают минимальную чувствительность гальванометра G, а переключатель S2 устанавливают в положение 1. При этом зарядный ток, протекая через гальванометр в емкость кабеля, отбрасывает стрелку на угол αх. Шунтом повышают чувствительность для получения четкого замера. В качестве окончательного результата берут среднее значение по результатам 3 — 4 замеров угла αх. Перед каждым измерением емкость разряжается установкой переключателя S2 в положение 2. Измерение αэт на эталонной емкости выполняют аналогично при неизменном положении шунтирующего сопротивления.

При измерениях на постоянном токе возможны случаи аналогичных рассмотренным выше. Определение расстояния до места повреждения производится по тем же соотношениям.

Методы определения зон повреждения кабельных линий

Выбор метода определения места повреждения кабеля зависит от характера повреждения, места прокладки и переходного сопротивления в месте повреждения. При повреждении КЛ ориентировочно определяют зону (место локализации) повреждения, и после этого различными методами уточняют место повреждения на трассе. Для более точного определения зоны повреждения поиск желательно выполнять с одного конца КЛ несколькими методами. Если такая возможность отсутствует, более точный результат дает поиск одним методом с обоих концов кабеля.

Для поиска зоны повреждения используют:

• метод прожигания изоляции (разрушающий метод),
• импульсный метод;
• метод колебательного разряда;
• метод петли;
• емкостный метод.

Метод прожигания изоляции. В этом случае устанавливают место, где сопротивление между жилами или между жилой и оболочкой будет минимальным. Для уточнения места повреждения необходимо снизить переходное сопротивление до минимального предела. Для этого при помощи генератора высокой частоты или трансформатора выполняют прожигание изоляции. Процесс прожигания протекает по-разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15 – 20 с сопротивление уменьшается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается уменьшить только до 2000 – 3000 Ом. В муфтах процесс прожигания кабеля проходит более длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко меняется: то снижается, то снова возрастает, – пока не установится процесс, и сопротивление не начнет снижаться устойчиво. Это разрушающий метод определения места повреждения кабеля.

Импульсный метод применяется для определения зоны повреждения кабеля при переходном сопротивлении до 150 Ом в любых случаях, кроме заплывающего пробоя. Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в КЛ высокого и низкого напряжения – величина постоянная и равна V=160 м/мкс.

Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно (Tx) определяют расстояние до точки повреждения кабеля (Lx, м):

Измерения производятся рефлектометрами (например, РЕЙС-105Р). На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при КЗ, положительное – при обрыве жил.

Метод колебательного разряда применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу от испытательной установки подается напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерения выполняются рефлектометрами.

Метод петли основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и при наличии одной неповрежденной жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко присоединяют к целой жиле кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяют регулируемые сопротивления моста.

Равновесие моста будет при условии, о.е.:

Сопротивление жилы кабеля прямо пропорционально его длине, поэтому расстояние до точки повреждения, м:

где R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, Ом;

L – полная длина линии, м.

К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени, меньшую точность, необходимость устанавливать «закоротки». Поэтому метод «петли» сейчас вытесняется другими методами: емкостным, импульсным методами, методом колебательного разряда и другими.

Методы непрерывно совершенствуются.

Емкостный метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил КЛ путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины. При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считаем, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2, тогда:

После определения зоны повреждения в этот район для определения места повреждения направляется оператор, который использует акустический, индукционный метод или метод накладной рамки.

Акустический метод. Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе звуковых колебаний, вызванных этим разрядом над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд и это место ориентировочно известно. Для возникновения устойчивого разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.

Слышимость звука на поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения и мощности разрядного импульса. Возможная глубина прослушивания колеблется от 1 до 5 м. Применять этот метод для открыто проложенных кабелей, кабелей, проложенных в каналах и в туннелях, не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.

В качестве генератора импульсов применяется кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов можно использовать емкость неповрежденных жил кабеля. В качестве акустического датчика используют датчики пьезомагнитной или электромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой частоты. Над местом повреждения сигнал наибольший.

Индукционный метод применяют для непосредственного отыскания мест повреждения кабеля на трассе:

• при замыкании изоляции жил между собой или на землю;
• при обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле;
• для определения трассы и глубины залегания кабеля;
• для определения местоположения соединительных муфт.

По этому методу на поверхности земли с помощью приемной рамки фиксируют изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока от долей ампера до 20 А (звуковой частоты 800÷1200 Гц). Диапазон определяется в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке, зависит от распределения тока в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно по ориентации рамки определить трассу прохождения и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи «жила – жила», для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух- и трехфазные или создают искусственную цепь «жила – оболочка кабеля», снимая заземление с цепи с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.

Силовые линии поля от тока цепи «жила – земля» представляют собой концентрические окружности, центром которых является ось кабеля. Ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле от пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил, то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трассы кабеля, будут индуцироваться ЭДС, изменяющиеся от минимума при вертикальном расположении жил до максимума при горизонтальном расположении жил. При отыскании повреждения следует помнить, что сигнал за местом повреждения затухает на расстоянии не более половины шага.

Этим методом определяют трассу кабеля, глубину его прокладки, место расположения соединительных муфт (по усилению звучания в телефоне из-за увеличенного расстояния между жилами). Для определения глубины прокладки кабеля сначала находят линию его трассы и проводят черту. Затем, располагая ось рамки под углом 45º к вертикальной плоскости, проходящей через ось кабеля, устанавливают место исчезновения в рамке индуцированной ЭДС. Расстояние от этого места до трассы, отмеченной чертой, равно глубине залегания кабеля. При наличии защитной металлической трубы уровень звука резко уменьшается, так как труба является экраном.

Метод накладной рамки применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод основан на том же принципе, что и индукционный, удобен при открытой прокладке кабеля. При прокладке кабеля в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения, после этого к жиле и оболочке или между двумя жилами подключают генератор. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, вызванный магнитным полем одиночного тока.

За последние 15 – 20 лет обслуживания подземных телекоммуникационных трассы усложнилось, т.к. эксплуатируемых трасс стало больше, а средний «возраст» их увеличился, активизировались строительные работы. В городских условиях существуют проблемы вскрытия асфальтного покрытия и высокий уровень электромагнитных помех широкого спектра.

Импульсный метод.

Импульсный метод основан на измерении времени tх прохождения импульса от одного конца кабельной линии до места повреждения и обратно, которое при скорости распространения этого импульса ч и расстояния до места повреждения Lх определяется и , соответственно, . Скорость распространения импульса для большинства кабелей составляет 160±1 м/мкс, соответственно расстояние до места повреждения можно оценить как Lх≈ 80·tх.

На основе данного метода работает серия приборов типа Р5-5, P5-8, Р5-9, Р5-10, с помощью которых можно отыскивать место повреждения, начиная с 1 м от начала линии (Р5-9) и относительно большим переходным сопротивлением в месте замыкания на землю (P5-8).

При включении прибора в кабельную линию посылаются зондирующие импульсы, которые при прохождению по кабелю отражаются с изменением своих амплитудных значений и знаков в тех местах, в которых волновое сопротивление отличается от вол нового сопротивления кабеля (35 Ом). Чем больше отличается сопротивление от волнового, тем больше амплитуда отраженного импульса. Причем, в месте замыкания отраженный импульс меняет знак на противоположный. По амплитуде и знаку отраженного импульса определяют как место повреждения, так и характер повреждения. Однако, из за наличия мест ослабленной изоляции кабеля, вставок, муфт и т. п., в которых сопротивления также отличаются от волнового, амплитуды отраженных импульсов могут быть сопоставимы с амплитудами отраженных импульсов от мест повреждения, что усложняет идентификацию места замыкания или обрыва в кабеле. Так, например, прибором Р5-5 практически можно идентифицировать отраженный импульс от места повреждения с переходным сопротивлением, не превышающим 4-5-кратного значения волнового сопротивления кабеля, т. е. 150-200 Ом.

Рис. 17. Экран электронно-лучевой трубки прибора Р5-5 при определении места повреждения кабеля.

а) — проверка совпадения зондирующего импульса с нулевой масштабной меткой; б)совмещение отраженного импульса (место короткого замыкания) с нулевой масштабной меткой.

Зондирующие и отраженные импульсы отображаются на экране электроннолучевой трубки. На развертке отраженных импульсов с интервалом 2 мкс нанесены масштабные метки времени (см. рис. 17). Время прохождения импульса от места повреждения определяется отсчетом по шкале калиброванной временной задержки при совмещении отраженного импульса с имеющейся на экране масштабной нулевой мет кой.

Для получения на экране неподвижного изображения процесс подачи зондирующих импульсов и развертка отраженных импульсов периодически повторяются с часто той 500-1000 Гц. Развертка жестко синхронизирована со временем подачи зондирующего импульса.

Погрешность измерений на кабельных линиях указанными приборами достаточно высокая и не превышает 1 %.

Определение места повреждения кабеля — 3 проверенных метода

1. Короткое замыкание Поврежденная изоляция приводит к низкоомному замыканию двух или более проводников в месте повреждения.
2. Замыкание на землю/ короткое замыкание на землю Повреждения могут возникать из-за замыкания на землю (низкоомное соединение с потенциалом земли) индуктивно заземленной сети или изолированной сети, и/или из-за короткого замыкания на землю заземленной сети. Еще один вид повреждения — двойное замыкание на землю, характеризующееся двумя замыканиями на землю на разных проводниках с отдельно расположенными начальными точками.
3. Обрывы кабеля Механические повреждения и движение земной поверхности могут вызвать обрывы одного или нескольких проводников.
4. Заплывающие повреждения Зачастую повреждение не стабильно, носит эпизодический характер и зависит от нагрузки на кабель. Причиной может быть высыхание кабелей с масляной изоляцией при низкой нагрузке. Еще одна причина — частичный разряд вследствие старения или электрического триинга в кабелях с полимерной изоляцией.
5. Повреждения кабельной оболочки Повреждения внешней кабельной оболочки не всегда ведут к немедленному выходу кабельной линии из строя, но с течением времени могут вызывать повреждения кабеля, в частности, из-за проникновения влаги и повреждений изоляции.