Испытание силовых кабельных линий
1.8.40. СИЛОВЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ
Силовые кабельные линии напряжением до 1 кВ испытываются по п. 1, 2, 7, 13, напряжением выше 1 кВ и до 35 кВ — по п. 1—3, 6, 7, 11, 13, напряжением 110 кВ и выше — в полном объеме, предусмотренном настоящим параграфом. 1. Проверка целостности и фазировки жил кабеля. Проверяются целостностьь и совпадение обозначений фаз подключаемых жил кабеля. 2. Измерение сопротивления изоляции. Производится мегаомметром на напряжение 2,5 кВ. Для силовых кабелей до 1 кВ сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм. Для силовых кабелей выше 1кВ сопротивление изоляции не нормируется. Измерение следует производить до и после испытания кабеля повышенным напряжением. 3. Испытание повышенным напряжением выпрямленного тока. Испытательное напряжение принимается в соответствии с табл. 1.8.39. Для кабелей на напряжение до 35кВ с бумажной и пластмассовой изоляцией длительность приложения полного испытательного напряжения составляет 10 мин. Для кабелей с резиновой изоляцией на напряжение 3—10 кВ длительность приложения полного испытательного напряжения составляет 5 мин. Кабели с резиновой изоляцией на напряжение до 1 кВ испытаниям повышенным напряжением не подвергаются. Для кабелей на напряжение 110 — 500 кВ длительность приложения полного испытательного напряжения составляет 15 мин. Допустимые токи утечки в зависимости от испытательного напряжения и допустимые значения коэффициента асимметрии при измерении тока утечки приведены в табл.1.8.40. Абсолютное значение тока утечки не является браковочным пока-зателем. Кабельные линии с удовлетворительной изоляцией должны иметь стабильные значения токов утечки. При проведении испытания ток утечки должен уменьшаться. Если не происходит уменьшения значения тока утечки, а также при его увеличении пли нестабильности тока испытание производить до выявления дефекта, но не более чем 15 мин. При смешанной прокладке кабелей в качестве испытательного напряжения для всей кабельной линии принимать наименьшее из испытательных напряжений по табл.1.8.39.Таблица 1.8.39. Испытательное напряжение выпрямленного тока для силовых кабелей
Кабели с бумажной изоляцией на напряжение, кВ |
|||||||||||||||||||
Кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение, кВ |
Кабели с резиновой изоляцией на напряжение, кВ |
||||||||||||||||||
* Испытания выпрямленным напряжением одножильных кабелей с пластмассовой изоляцией без брони (экранов), проложенных на воздухе, не производится.
Таблица 1.8.40. Токи утечки и коэффициенты асимметрии для силовых кабелей.
4. Испытание напряжением переменного тока частоты 50 ГцТакое испытание допускается для кабельных линий на напряжение 110-500 кВ взамен испытания выпрямленным напряжением.
Испытание производится напряжением (1,00-1,73)Uном. Допускается производить испытания путем включения кабельной линии на номинальное напряжение Uном. Длительность испытания —согласно указаниям завода-изготовителя. 5. Определение активного сопротивления жил. Производится для линий 20 кВ и выше. Активное сопротивление жил кабельной линии постоянному току, приведенное к 1 мм 2 сечения, 1 м длины и температуре +20°С, должно быть не более 0,0179 Ом для медной жилы и не более 0,0294 Ом для алюминиевой жилы. Измеренное сопротивление (приведенное к удельному значению) может отличаться от указанных значений не более, чем на 5%. 6. Определение электрической рабочей ёмкости жил. Производится для линий 20 кВ и выше. Измеренная ёмкость не должна отличаться от результатов заводских испытаний более, чем на 5%. 7. Проверка защиты от блуждающих токов. Производится проверка действия установленных катодных защит. 8. Испытание на наличие нерастворенного воздуха (пропиточное испытание). Производится для маслонаполненных кабельных линий 110-500 кВ. Содержание нерастворенного воздуха в масле должно быть не более 0,1%. 9. Испытание подпитывающих агрегатов и автоматического подогре-ва концевых муфт. Производится для маслонаполненных кабельных линий 110-500 кВ. 10. Проверка антикоррозийных защит При приемке линий в эксплуатацию и в процессе эксплуатации проверяется работа антикоррозионных защит для:
- кабелей с металлической оболочкой, проложенных в грунтах со средней и низкой коррозионной активностью (удельное сопротивление грунта выше 20 Ом/м), при среднесуточной плотности тока утечки в землю выше 0,15 мА/дм 2 ;
- кабелей с металлической оболочкой, проложенных в грунтах с высокой коррозионной активностью (удельное сопротивление грунта менее 20 Ом/м) при любой среднесуточной плотности тока в землю;
- кабелей с незащищенной оболочкой и разрушенными броней и защитными покровами;
- стального трубопровода кабелей высокого давления независимо от агрессивности грунта и видов изоляционных покрытий.
Таблица 1.8.41. Нормы на показатели качества масел марок С-220, МН-3 и МН-4 и изоляционной жидкости марки ПМС
Примечание. Испытания масел, не указанных в табл.1.8.39. производить в соответствии с требованием изготовителя.
Таблица 1.8.42. Тангенс угла диэлектрических потерь масла и
изоляционной жидкости (при 100 °С), %, не более, для кабелей на напряжение,
кВ
При схожести конструкции подход к измерениям и поиску повреждений силовых кабелей сильно отличается от тех же работ с кабелями связными. Обусловлено это тем, что силовые кабели способны провести большой ток и распределительные устройства этот ток ограничивают не мгновенно. То есть в случае пробоя кабельной линии произойдёт не тихое умирание системы, а взрыв с дополнительными повреждениями. Способность проводить приличный ток даёт возможность использовать более простые и наглядные способы поиска места пробоя.
Высоковольтные испытания
Кабельная линия, включающаяся в электрическую сеть, должна быть испытана повышенным напряжением постоянного тока. Низковольтные кабели (до 1000 В) испытываются мегаомметром с напряжением 2500 В. Для высоковольтных (выше 1000 в) всё сложнее – испытательное напряжение зависит от вида изоляции кабеля и номинального напряжения кабельной линии.
Нормы на испытательные напряжения отражены в ПУЭ и прочих нормативных документах. Протоколы на эти испытания содержат ссылки на пункты нормативных документов, величину испытательного напряжения и токи утечки, сопротивление изоляции.
Причина такого серьёзного подхода для новичков не всегда очевидна, поэтому далее небольшое отступление.
Мощность, передаваемая по силовым, а особенно высоковольтным кабелям очень велика. Средний по номинальному току высоковольтный выключатель имеет Iном. = 630 А. Если напряжение высоковольтной сети 6 кВ, то такой выключатель передаёт в нормальном режиме 630 * 6000 = 3 780 000 Вт = 3,78 МВт мощности. Это номинал, но отключится он при гораздо большем токе и не сразу. В случае пробоя эта мощность выделится на небольшом участке, металл и пластик быстро переходят в газообразное состояние - происходит серьёзный взрыв. Если рядом оказываются люди, то даже без поражения электрическим током возможны возгорания одежды и кожи открытых частей тела.
Зачастую такие аварии имеют цепную реакцию из-за того, что автоматика не всегда сразу отсекает повреждённый участок или токоведущие шины подстанций не выдерживают превышающий номинал ток – загореться может что-то ещё, и обесточится большой и важный участок энергохозяйства.
В электросетях любят показывать молодым обгоревшие остовы высоковольтных ячеек. Представьте себе стальной шкаф метр на метр на полтора сквозными дырками и весь покрытый сажей и окалиной.
Поэтому у электриков-высоковольтников ни одна кабельная линия не должна включаться в сеть без испытаний повышенным напряжением. Установки для испытаний подают в кабельную линию напряжение превышающее номинальное в несколько раз, тем самым испытывая её изоляцию. При этом они способны быстро отключиться в случае пробоя без тяжёлых последствий.
Установки для высоковольтных испытаний
Аппарат для высоковольтных
испытаний АИИ-70
Аппараты для высоковольтных испытаний можно условно разделить на переносные и используемые в составе передвижной лаборатории высоковольтных испытаний (далее ЛВИ).
Наиболее распространённые переносные приборы на следующих фотографиях: это старичок АИИ-70 и более новый АИД-70. (70 - максимальное напряжение в киловольтах). Плюс сейчас в эксплуатации всё чаще появляются приборы импортного происхождения.
АИД-70
То, что устанавливается в передвижные лаборатории высоковольтных испытаний (ЛВИ) более разнообразно и, как правило, выполнено в виде стоечного блока и отдельного трансформатора. Испытательный блок завязывается на общую для всей машины систему кабелей и заземления. Тем не менее, поверяются эти блоки отдельно от всей ЛВИ, и даже в протоколе указывается испытательный блок, а не весь комплекс.
Говоря о передвижных лабораториях стоит заметить, что собираются они блочно. То есть у вас желание иметь в составе дополнительный блок – ставьте, не хватает денег - не ставьте. Имея автомобиль с просторным салоном можно собрать высоковольтную лабораторию в хорошо оборудованном гараже. Привинтить трансформатор, закрепить катушки с испытательным кабелем, придумать безопасный переключатель, блокировку и заземление. То есть выполнить требования ПУЭ, а они в свою очередь не так уж и сложны, то есть под силу некоторым "Кулибиным".
Переменный, постоянный и сверхнизкий
Оборудование высоковольтных подстанций испытывается разными типами тока. Шины, секции, трансформаторы и тому подобные устройства испытываются повышенным напряжением переменного тока.
Испытать же кабели переменным напряжением не получится из-за большой электрической ёмкости кабельных жил. Для подобного испытания пришлось бы делать установку довольно большой мощности и именно поэтому кабели испытывают постоянным током. Соответственно с возможностью переключения "постоянный ток – переменный ток" производятся и испытательные установки. То есть в них либо предусмотрен переключатель, либо может быть подключен выпрямляющий блок. Электрическая схема выпрямителя для таких испытаний, как правило, состоит из одного высоковольтного диода.
В связи с распространением кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (буквы "Пв" в маркировке) всё больше появляется испытательных установок способных выдавать напряжение со сверхнизкой частотой – 0,1 Гц. Такой аппарат меняет полярность выдаваемого напряжения с периодом в 10 секунд. Из-за такой медленной смены полярности электрическая ёмкость кабеля уже не создаёт больших токов при испытании повышенным напряжением. В то же время это уже не постоянный ток и поляризации в сшитом полиэтилене не происходит.
Стоит заметить, что в нормативных документах предусмотрено много исключений типа "если отсутствует установка переменного тока, то допускается испытание постоянным…" или "допускается испытание оборудование секций совместно с кабельными линиями по напряжению для …"
Силовые кабели напряжением выше 1 кВ испытываются повышенным напряжением выпрямленного тока. Величины испытательных напряжений и длительность приложения нормированного испытательного напряжения приведены в таблице 1.8.39 (ПУЭ п. 1.8.40)
Токи утечки и коэффициенты асимметрии для силовых кабелей
При испытаниях отмечают характер изменения тока утечки. Кабель считается прошедшим испытания при отсутствии пробоя изоляции, скользящих разрядов и толчков (или нарастания) тока утечки после того, как испытательное напряжение достигнет нормативного значения. (Табл 1.8.40 ПУЭ п. 1.8.40) После испытания исправный кабель необходимо разрядить.
Страница 36 из 42
§ 52. Испытания кабельных линий
Кабельные линии испытывают после их монтажа и периодически в процессе эксплуатации. Испытания после монтажа проводят в соответствии с требованиями ПУЭ с целью проверки качества соединительных и концевых муфт кабелей, монтажа и изготовления кабелей.
Кабельные линии напряжением выше 1000 В испытывают повышенным напряжением выпрямленного тока в соответствии с табл. 20.
Таблица 20. Испытательные, напряжения для силовых кабелей
|
Испытательное напряжение, кВ, |
Продолжительность испытания, |
|||||
|
Кабели: | ||||||
|
с пластмассовой изоляцией в пластмассовой или в металлической оболочке | ||||||
|
с резиновой изоляцией | ||||||
В процессе испытания обращают внимание на характер изменения тока утечки. Кабельные линии считаются выдержавшими испытания, если не произошло пробоя итолчков тока утечки или его нарастания, после того как ток достиг установившегося значения. До и после испытаний повышенным напряжением измеряют сопротивление изоляции кабелей, которое не нормируется.
Сопротивление изоляции кабелей измеряют мегомметром на напряжение 2500 В по схеме между каждой жилой и жилами, соединенными с металлической оболочкой и броней кабеля. Для силовых кабелей напряжением до 1000 В сопротивление изоляции нормируется и должно быть не менее 0,5 МОм. Испытания кабелей повышенным напряжением не выявляют все слабые места изоляции новой кабельной линии. Некоторые дефекты монтажа и изготовления кабелей и муфт, а также повреждения кабельной линии в процессе эксплуатации постепенно приводят к ослаблению изоляции и пробою.
Чтобы предупредить пробой ослабленного места кабельной линии и внезапный перерыв в электроснабжении потребителей, периодически в плановом порядке проводят профилактические испытания кабельных линий повышенным напряжением выпрямленного тока.
Испытательное напряжение для кабелей 3 - 10 кВ установлено в пределах пятикратного номинального значения, время его приложения - 5 мин для каждой фазы. Этого достаточно для выявления ослабленных мест в кабеле и муфтах. Профилактические испытания кабельных линий должны проводиться не реже одного раза в год. Более частую периодичность испытаний устанавливают для кабелей, работающих в тяжелых условиях (вибрация, высокая наружная температура и т. п.), а также при дефектах линий. Кабели, проложенные в земле и не имеющие электрических пробоев при работе и испытаниях в течение 5 лет, могут испытываться не реже одного раза в 3 года. Этот же срок установлен для кабелей, проложенных в кабельных сооружениях, при условии, что они не подвержены воздействию коррозии и механическим повреждениям и не имеют соединительных муфт.
Если на трассах линий производились земляные работы или наблюдались осадки почвы, размывы или оползни, необходимы дополнительные (внеочередные) испытания этих линий. Внеочередные испытания проводят также после окончания ремонтных работ на линии. Кабели, присоединенные к токоприемникам испытывают, как правило, во время ремонта токоприемников. При испытаниях кабелей в РУ их отсоединяют разъединителями. Поэтому вместе с кабелем испытывают концевые муфты и опорные изоляторы.
Рис. 114. Схемы испытания трехжильного силового кабеля с поясной изоляцией (а) и отдельно освинцованными жилами (б)
Изоляцию кабельных линий испытывают постоянным током с помощью кенотронной установки КИИ-70, схема включения которой приведена на рис. 114. При испытании трехжильного кабеля с поясной изоляцией напряжение от испытательной установки прикладывают поочередно к каждой жиле, а две другие жилы и металлическую оболочку заземляют (рис. 114,а). Кабель, испытанный постоянным током, длительное время сохраняет заряд. Поэтому по окончании испытаний каждой фазы кабельной линии все жилы кабеля должны быть разряжены через ограничительное сопротивление, которое имеется в кенотронной установке.
При испытании кабеля с отдельно освинцованными жилами напряжение прикладывают поочередно к каждой жиле, при этом металлическую оболочку жилы заземляют (рис. 114,6). Для испытания кабелей напряжением 3 - 10 кВ применяют стационарные и передвижные кенотронные установки. Стационарные установки в основном предназначены для электростанций и подстанций, где имеются РУ с большим количеством присоединяемых кабельных линий. В монтажных организациях и городских кабельных сетях широкое применение нашли кенотронные установки, смонтированные на автомашинах с крытым кузовом.
§ 53. Определение мест повреждений в кабельных линиях
Для обеспечения надежности и экономичности энергоснабжения потребителей кабельные линии, пробитые при испытаниях или вышедшие из строя при работе, должны быть исправлены в кратчайшие сроки.
В технологии ремонта силовой кабельной линии наибольшие затраты времени приходятся на определение мест повреждения. Большая часть эффективных методов определения места повреждения (импульсный, индукционный и др.) требует, чтобы переходное сопротивление на участке повреждения было снижено до десятков, единиц и долей Ома. Этого достигают прожиганием изоляции в дефектном месте с помощью специальных установок. Прожигание дефектной изоляции силовых кабельных линий производят под воздействием энергии, выделяющейся в канале пробоя. В результате этого обугливается изоляция в месте повреждения и снижается переходное сопротивление.
Быстрое и точное определение места повреждения в кабельных линиях осуществляется передвижными измерительными лабораториями, располагаемыми в крытом фургоне автомашины.
Внутри лаборатории монтируют установку для прожигания кабелей и специальные измерительные приборы: импульсный прибор Р5 -8 или Р5-9 (измеритель неоднородностей кабелей), определяющий характер и место повреждения с диапазоном измерения от 1 до 10000 м;
прибор Щ-Ч120 (или ЭМКС-58М), комплектно с присоединительным устройством определяющий расстояние до места повреждения кабельной линии при заплывающих пробоях с диапазоном измерения от 40 до 20000 м (метод колебательного разряда);
кабельный мостик УКМ, служащий для определения места повреждения (метод петли или емкостный метод);
устройство для определения места повреждения непосредственно на трассе при условии, что в поврежденном месте может быть искусственно создан электрический разряд, прослушиваемый с поверхности земли (акустический метод);
оборудование и аппаратура для определения места повреждения непосредственно на трассе (индукционный метод). Характер повреждения определяют также импульсными приборами ИКЛ-5, Р5-1А, Р5-5.
Повреждения в кабельных линиях делятся на следующие виды: повреждения изоляции, вызывающие замыкание одной, двух или трех фаз на землю, либо двух или трех фаз между собой; обрыв одной, двух или трех фаз без заземления или с заземлением оборванных и не оборванных, жил; заплывающий пробой изоляции.
В большинстве случаев для определения характера повреждения достаточно мегаомметром выполнить следующие измерения: определить сопротивление изоляции каждой жилы по отношению к земле, сопротивление изоляции между жилами, целостность жил. После того как произведены все необходимые измерения, составляют схему повреждения кабельной линии и выбирают, метод для данного вида повреждения.
Для прожигания дефектной изоляции применяют выпрямительные устройства, повышающие и резонансные трансформаторы, регулируемые дроссели и генераторы повышенной частоты.
Наилучшего прожигания дефектных мест изоляции кабелей достигают с помощью выпрямительной установки при ступенчатом изменении тока и напряжения. Кроме того, для этого метода используют кенотрон - газотрон, кенотрон - тиратрон, кенотрон - мощный полупроводниковый выпрямитель. Хорошими характеристиками обладает кремниевый выпрямитель ВВК-0,5/200.
Для прожигания высоким напряжением переменного тока используют трансформаторы напряжением 3, 6, 10 кВ, мощностью от 10 до 100 кВ-А. В тех случаях, когда от трансформатора напряжением 0,4/6 кВ желательно кратковременно получать переменное напряжение 18-; 20 кВ, применяют схему с форсированным режимом; работы.
Резонансные трансформаторы относятся к нерегулируемым установкам, у которых резонансный контур образуется в основном индуктивностью вторичной обмотки и емкостью кабеля. Резонансные трансформаторы, просты, имеют сравнительно малую массу и размеры. Наиболее часто применяют резонансный аппарат РА-2.
Во всех случаях повреждений кабельных линий предварительно определяют зону повреждения на линии и после этого различными методами уточняют место повреждения непосредственно на трассе линии. Для определения зоны повреждения линии применяют импульсный и методы колебательного разряда, петли и емкостной. Для нахождения места повреждения непосредственно на трассе линии рекомендуется применять акустический, индукционный и метод накладной рамки. Для примера отыскания дефектных мест в кабельных линиях ниже будут рассмотрены импульсный и акустический методы.
Рис. 115. Измерение зондирующего и отраженного импульсов при коротком замыкании жил кабеля
Импульсный метод (рис: 115) основан на измерении времени пробега короткого импульса, посылаемого в линию от места измерения до места повреждения и обратно. Скорость распространения импульса по кабелю принимают равной 160 м/мкс. На экране электроннолучевой трубки прибора ИКЛ нанесены линии импульса и масштабных отметок времени, которые следуют через 2 мкс. Отсчитывая по экрану количество масштабных отметок до места повреждения и зная скорость импульса, умножением этих величин определяют расстояние до места повреждения. Для случая повреждения, показанного на рис. 115, получается отметка 2,8, что соответствует расстоянию Lx , от места присоединения прибора ИКЛ до места повреждения кабеля.: Lx = vn = 160 2,8 = 448 м, где v = 160 м/мкс, п - количество масштабных отметок.
1 Указанный метод применяют при обрыве или одно-, двух- или трехфазных коротких замыканиях при условии, что переходное сопротивление в месте повреждения не превышает 100 - 200 Ом.
Акустический метод (рис. 116) основан на прослушивании над местом повреждения разрядов от посылаемых импульсов в кабельную линию. В качестве генератора импульсов применяют кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов может быть использована емкость неповрежденных жил. Для прослушивания разрядов над местом повреждения применяют кабелеискатель-звукоприемник, состоящий из приемной рамки (антенна), усилителя и телефонных трубок.
Рис. 116. Схемы определения места повреждения акустическим методом:
а
- для заплывающих пробоев в муфтах, б - при устойчивом замыкании, в - с использованием емкости неповрежденных жил, 1 - фазы кабеля, 2 - металлическая оболочка кабеля, 3 - поврежденное место на кабельной линии; Р - разрядник, С - зарядная емкость
При акустическом методе предварительно определяют зону повреждения. После этого оператор со звук приемником отправляется в зону повреждения. На поврежденную жилу подают импульсы с периодичностью около одного импульса в секунду. Идя по трассе в зоне повреждения, оператор прослушивает разряды. Если разряды не прослушиваются, звукоприемник переносят вдоль трассы линии. Над местом повреждения кабельной линии слышимость искровых разрядов наибольшая.
Страница 2 из 2
Испытания и определение мест повреждения кабелей
Испытание кабелей.
Для выявления ослабленных мест в изоляции кабеля и муфт кабельные линии перед вводом в эксплуатацию, а также периодически в течение всего срока службы должны подвергаться профилактическим испытаниям. Кабели с ослабленной изоляцией при этом доводят до пробоя («прожигают»), чтобы предотвратить их аварийный выход из строя. Дефекты, которые трудно или невозможно обнаружить, выявляются при испытании повышенным напряжением выпрямленного тока. Испытательная аппаратура для такого способа имеет сравнительно небольшую мощность; обычно используют аппараты АКИ-50 и АИИ-70 или передвижные лаборатории.
До начала испытаний проводят тщательный внешний осмотр всех доступных участков и присоединений линии. При обнаружении явно неудовлетворительного состояния концевых муфт или заделок (сильно потрескался или вытек заливочный состав, изломаны жилы кабеля или сильно повреждена изоляция, имеются сколы и трещины в изоляторах и т.п.) их ремонтируют до испытаний. Затем измеряют установившееся значение R60h сопротивления изоляции жил кабеля мегаомметром на 2500 В. За величину сопротивления изоляции принимают установившееся значение R60h.
При испытании повышенное напряжете прикладывают поочередно к каждой жиле кабеля, а две другие жилы вместе с оболочкой заземляют. В этом случае надежно испытывается как изоляция жил по отношению к земле, так и междуфазная изоляция.
Плавно увеличивая напряжение со скоростью 1 - 2 кВ/с, повышают его до величины Е/исп, величина которого для кабелей с бумажной изоляцией напряжением до 10 кВ включительно составляет 6 UH, а для кабелей с пластмассовой изоляцией - 5t/H. Напряжение поддерживается неизменным в течение всего испытания: после прокладки или монтажа - 10 мин, во всех остальных случаях - 5 мин. Отсчет времени начинается с момента установления полной величины испытательного напряжения.
Если во время испытаний не произошло пробоя, перекрытий по поверхности концевых муфт, роста тока утечки (особенно в последнюю минуту) или резких бросков тока, то кабель считается выдержавшим испытания. При заметном нарастании тока утечки продолжительность испытания увеличивают до 10 - 20 мин, а при дальнейшем увеличении его ведут до пробоя («прожигания») кабеля.
Необходимая точность измерений обеспечивается пульсацией выпрямленного напряжения в пределах 3 - 5 % от номинального. Чтобы избежать недопустимых погрешностей измерения из-за повышенной пульсации, в испытательную цепь вводят дополнительный балластный конденсатор. Это позволяет одновременно устранить погрешность измерения тока утечки, связанную с неполным выпрямлением.
Рис. 1. Ориентировочная зависимость поправочного коэффициента к от температуры кабеля
Определение места повреждения КЛ
Определение места повреждения КЛ начинают с отключения и отсоединения концов кабеля с обеих сторон. Затем определяют характер повреждения, измеряя мегаомметром сопротивление изоляции каждой токоведущей жилы относительно земли и между всеми жилами кабеля. Кроме того, определяют отсутствие обрыва токоведущих жил.
Если с помощью мегаомметра не удастся обнаружить повреждение изоляции, то его характер определяют дополнительным поочередным испытанием изоляции токоведущих жил между собой и по отношению к оболочке высоким напряжением выпрямленного тока. Возможны следующие варианты повреждений:
- повреждение изоляции с замыканием одной фазы на землю;
- повреждение изоляции с замыканием двух или трех фаз на землю либо двух или трех фаз между собой;
- обрыв одной, двух или трех фаз (с заземлением или без заземления фаз);
- заплывающий пробой изоляции;
- сложные повреждения, представляющие собой комбинации из различных повреждений.
Рис. 2. Измерение расстояния до места повреждения кабеля с помощью прибора ИКЛ
После выяснения характера повреждения KЛ выбирают метод, наиболее подходящий для определения места повреждения в данном конкретном случае. В первую очередь рекомендуется определить зону, в границах которой расположено повреждение. Для этого используют импульсный и емкостный методы, а также метод колебательного разряда и петли. Затем точное место повреждения выявляют непосредственно на кабельной трассе индукционным или акустическим методом. Иногда можно достаточно точно определить место повреждения одним методом (например, петлевым), в большинстве же случаев приходится применять два, а иногда и несколько методов.
Импульсный метод основан на измерении времени пробега зондирующего импульса, посылаемого в поврежденную линию от места измерения (с конца кабеля) до места повреждения (где импульс отражается) и обратно. На экране осциллографа одновременно с изображением зондирующего 1 (рис. 2) и отраженного 2 импульсов проектируется
изображение масштабных меток 3, позволяющих вести отсчет непосредственно в метрах, исходя из условия, что скорость распространения электромагнитных колебаний в силовых кабелях составляет V-160 ± 3 м/мкс.
Расстояние до места повреждения 1Х пропорционально измеренному времени пробега определяется по формуле
где t - время пробега зондирующего импульса до места повреждения и обратно.
Метод неприменим при переходных сопротивлениях в месте повреждения более 100 Ом.
Измерения проводят приборами типа ИКЛ-4, ИКЛ-5 или Р5-1 А. Подача импульса в линию происходит с частотой 2,5 кГц, причем развертка по времени идет с той же частотой, благодаря чему кривая на экране выглядит неподвижно.
Погрешности, возникающие при измерении, связаны с определением скорости распространения импульсов. Зная точную длину КЛ, можно определить скорость распространения импульса по здоровой жиле. Чтобы получить отраженный импульс 2, по величине больший, чем другие импульсы 4, возникающие из-за неоднородности волнового сопротивления вдоль линии, требуется, чтобы переходное сопротивление в месте повреждения изоляции было, как сказано выше, не более 100 Ом. Этого добиваются предварительным прожиганием поврежденной изоляции.
Метод колебательного разряда основан на измерении периода собственных электрических колебаний в кабеле, возникающих в нем в момент пробоя (разряда в поврежденном месте). Его применяют для определения места повреждения при заплывающем пробое и во всех случаях, когда в месте повреждения появляются электрические разряды. Для измерения на поврежденную жилу кабеля подают напряжение Uпроб от выпрямительной установки. Расстояние до места повреждения 1Х пропорционально периоду собственных колебаний Г, который соответствует времени четырехкратного пробега волны до места повреждения.
где v - скорость распространения волны колебаний (для кабелей 6 - 10 кВ с бумажной изоляцией v = 160 м/с).
Метод петли используют в тех случаях, когда на испытываемом кабеле есть хотя бы одна неповрежденная жила, а величина переходного сопротивления поврежденной не более 5000 Ом. Для измерений используют мост. Возможно также применение высоковольтного измерительного моста реохордного типа при большом, но устойчивом переходном сопротивлении.
Методом петли надежно определяют однофазные и двухфазные замыкания устойчивого характера. Трехфазные замыкания могут бьггь определены при наличии дополнительной жилы, для чего вдоль трассы прокладывают вспомогательный кабель или провод.
Для определения места повреждения кабеля при однофазном замыкании (рис. 3, а) поврежденную 1 и здоровую 2 жилы соединяют накоротко перемычкой 3 на противоположном (от подключения измерительной схемы) конце схемы, образуя петлю. Чтобы уменьшить переходное сопротивление, соединение жил выполняют непосредственно под болт или специальными зажимами, а при больших сечениях жил перемычкой сечением не менее 50 мм2.
Рис. 3. Схемы определения места повреждения кабеля петлевым методом при однофазном КЗ (а) и с помощью моста при двухфазном КЗ (б)
С другой стороны к концам жил подсоединяют дополнительные (регулируемые) резисторы RR, и RR2 которые вместе с петлей создают схему моста. При равновесии моста расстояние до места повреждения находят из выражения
где L - полная длина KЛ, м;
т | иг2 - сопротивления резисторов RR, hRR2, подсоединенных соответственно к поврежденной и здоровой жилам.
Для линии, состоящей из кабелей разных сечений, длину приводят к одному эквивалентному сечению. Для уменьшения погрешности измерений необходимо повысить плотность и надежность контактов в месте присоединения к измерительному мосту и уменьшить влияние соединительных проводов. Место повреждения трехфазного кабеля при двухфазном замыкании (точка «К» на рис. 4, б) определяют также с помощью моста. Во время измерения зажимы моста, к которым обычно подключают испытуемое сопротивление, остаются свободными, а плечо RR3 не используется. Плечами моста служат резисторы RR2, RR4 и участки кабеля от точки «а» до точки «К» - места повреждения и от точки «К» до точки «Ь». Третью жилу кабеля (среднюю) используют как проводник для присоединения гальванометра к точке «К», являющейся узлом моста. При равновесии моста расстояние до места повреждения
где г2 и г4 - сопротивления резисторов RR2 и RR4соответственно, Ом.
Одним из современных приборов, использующих новые методы измерения с программным обеспечением и блоками памяти для ускорения и упрощения определения мест повреждений кабелей, с большим переходным сопротивлением (до 10 МОм), является полностью автоматизированный измерительный мост В ARTEC 10 Т. Выбор разных режимов измерений проводится на нем с помощью меню пользователя, в режиме самодиагностики прибор выдает информацию о плохих контактах измерительных проводов или клемм. После ввода всех необходимых параметров прибор автоматически выдает результат в метрах.
Емкостный метод основан на сравнении емкостей оборванной и целой (неповрежденной) жил кабелей; его применяют для определения мест повреждения с обрывом одной или двух жил с глухим заземлением их концов, обрывом одной или нескольких жил с переходным сопротивлением на землю не менее 5000 Ом или просто обрывом жил.
Емкостный метод менее точен, чем импульсный, поэтому его применяют только в случае отсутствия приборов для измерения импульсным методом.
В зависимости от характера повреждения емкость измеряют на постоянном (при обрыве без заземления) или на переменном (обрыв с заземлением) токе.
Емкость кабеля на постоянном токе измеряют баллистическим гальванометром (рис. 5, а). Жилу кабеля 4, имеющую обрыв, подключают к переключателю S1, а эталонный конденсатор Сэт - к переключателю S2. Для измерения емкости Сх оборванной жилы шунтом RR устанавливают наименьшую чувствительность гальванометра рА. Ключ S2 ставят в положение 1 (в положение 2 ключ возвращается пружиной), тогда зарядный ток от батареи GB в жилу кабеля пройдет через гальванометр рА и отклонит его стрелку на какой-то угол ах. Меняя положение шунта, увеличивают чувствительность гальванометра и находят наибольшее допустимое отклонение стрелки для данной емкости. Чтобы повысить точность измерения, жилу 4 включают на заряд 3 - 4 раза и находят среднее значение отклонения стрелки гальванометра ахср. Далее при этом же положении шунта гальванометра и напряжения батареи нажимают ключ S1 эталонного конденсатора, наблюдают отклонение
Рис. 5. Схемы определения места повреждения кабеля емкостным методом на постоянном (а) и переменном (б) токе
стрелки гальванометра аэт, соответствующее заряду известной нам емкости Сэт, и вычисляют Сх по формуле
Таким же образом определяют и емкость здоровой жилы:
где - среднее (от нескольких замеров) отклонение гальванометра при измерении емкости здоровой жилы.
По данным измерений находят расстояние до места повреждения кабеля:
, км (если известна его длина L) и
км, (если его длина неизвестна),
где С0 - удельная емкость одной жилы для данных напряжения и сечения кабеля при заземленных двух других жилах (по заводским или паспортным данным).
Для измерения емкостей на переменном токе используют схему, приведенную на рис. 5, б. Источником питания является ламповый генератор с частотой 800 - 1000 Гц, который включают в диагональ моста 1 - 3, одновременно в диагональ 2 - 4 включают телефонную трубку Т. Поврежденную жилу включают в плечо моста 2 - 3 (она представляет собой емкость Сх) и заземляют ее через резистор R3. Плечи моста 1 - 2 и 1 - 4 должны быть равными, а в плечо 3 - 4 параллельно подключают магазины сопротивлений R (0 - 10 000 Ом) и емкостей С (0,001 - 2,0 мкФ) и подбирают в них такие значения Яэт и Сэт, чтобы в диагонали моста 2 - 4 не было тока, т.е. уравнивают плечи моста. Это подтверждается отсутствием сигнала в телефонной трубке. Тогда Сэт = Сх, a R3T = R3 Формулы для расчета расстояния до места повреждения приведены выше.
Индукционный метод основан на принципе прослушивания с поверхности земли с помощью телефонных трубок звука, порождаемого магнитным полем, которое создается в результате прохождения по жилам кабеля тока звуковой частоты от генератора G.
Рис. 6. Схема включения генератора звуковой частоты для определения места замыкания между жилами кабеля (а) и кривая звучания по трассе (б)
Следуя по трассе КЛ с трассоискателем, улавливают создаваемые кабелем электромагнитные колебания до тех пор, пока не достигнут места повреждения «К»
(рис. 6), за которым резко снижается слышимость пропадают ее периодические усиления, связанные с шагом скрутки жил кабеля (1 - 1,5 м), причем увеличение шага скрутки повышает слышимость, поэтому кабели больших сечений, имеющие увеличенный шаг скрутки, прослушиваются лучше, чем кабели малых сечений.
Индукционный метод дает большие возможности в определении трассы кабеля, глубины его залегания, мест нахождения муфт и поиске кабеля в пучке работающих кабелей.
Чтобы определить трассу КЛ, один вывод генератора присоединяют к здоровой жиле, а другой - к заземленной оболочке кабеля. Противоположный конец здоровой жилы также заземляют. Величину тока устанавливают в пределах 0,5 - 20 А в зависимости от глубины прокладки и наличия помех. Для определения трассы КЛ при значительных помехах посылают в линию серии импульсов тока, что позволяет выделить сигнал при прослушивании.
Акустическим методом можно определить повреждения различного характера: однофазные и междуфазные замыкания с различными переходными сопротивлениями, обрыв одной, двух или всех жил. В отдельных случаях можно выявить несколько повреждений на одной КЛ. Метод неприменим при металлическом соединении жилы с оболочкой и отсутствии искровых разрядов в месте повреждения. Сущность метода заключается в прослушивании над местом повреждения звуковых ударов, вызванных искровым разрядом в канале повреждения.
Примените импульсного, индукционного или акустического методов отыскания повреждений требует значительного снижения переходного сопротивления в месте прожигания до 10 - 100 Ом. Это достигается путем прожигания изоляции в поврежденном месте специальными установками. Эффективный прожиг наблюдается до тех пор, пока сопротивление в месте повреждения имеет тот же порядок величины, что и внутреннее сопротивление прожигательной установки, поэтому наиболее целесообразным методом прожигания является «ступенчатый способ». Сущность его состоит в перемене источников питания по мере снижения напряжения пробоя и сопротивления в месте повреждения, для чего применяют комбинированные установки: вначале кенотронную с большим напряжением (до 50 - 60 кВ) и малым током (до 0,3 А); затем - газотронную, а на заключительной стадии - трехфазный трансформатор, регулируя его работу дроссельными катушками, подключенными в первичную цепь, или обычным силовым трансформатором. Доведением тока прожигания до 3 - 4 А можно понизить переходное сопротивление до требуемых пределов. При использовании передвижной лаборатории ЛИК-1 ОМ дожигание можно осуществлять высокочастотным генератором 48ГПС2.
Для прожигания кабелей можно применять также резонансный метод. Для этого к параллельно прожигаемому кабелю, имеющему емкость Ск, подключают высоковольтную катушку L2, которая при настройке образует с кабелем резонансный контур 50 Гц. Колебания в этом контуре возбуждаются благодаря связи с другой катушкой L1, получающей питание от сети НН. В резонансном контуре может развиваться импульсная реактивная мощность до нескольких сотен кВА, в то время как из сети НН потребляется мощность порядка нескольких киловатт, идущая на покрытие потерь. Прожигательная установка получается легкой и портативной.
При влажной изоляции процесс прожигания кабеля проходит спокойно, но переходное сопротивление обычно не удается снизить до 1000 Ом. Применение мощных прожигательных установок также не дает эффекта (характерная величина переходного сопротивления влажной кабельной изоляции в месте повреждения 1000 - 5000 Ом). В таких случаях д ля определения места повреждения рекомендуется использовать метод петли.
При прожигании мест повреждений на KЛ возможны пробои и воспламенение кабельных концевых муфт на противоположной стороне линии, поэтому во время работ необходимо выставлять наблюдающего у концевых муфт.
В современных условиях для поиска мест повреждений KЛ обычно используют специальные передвижные электротехнические лаборатории, предназначенные для проведения профилактических испытаний электрооборудования до 35 кВ, а также для определения дефектов силовых кабелей напряжением до 10 кВ. Весь необходимый комплект оборудования такой лаборатории смонтирован в кузове автомобиля и конструктивно разделен на два отсека: оператора и высоковольтного оборудования. В отсеке оператора расположена приборная стойка с сетевым пультом управления, с помощью которого к выходному измерительному кабелю можно подключать отдельные системы не выходя из отсека. При этом неиспользуемые фазы выходного кабеля, а также системы приборов автоматически заземляются и блокируются друг от друга. Кроме того, в отсеке оператора расположен шкаф с ящиками для малогабаритных приборов и документации, шкаф для рабочей одежды, вращающийся стул с креплением для транспортировки и столик. В отсеке высоковольтного оборудования расположены: модуль кабельных барабанов, высоковольтный блок испытательной установки, устройство разрядки и заземления, устройство стабилизации электрической дуги и др.
Лаборатория снабжена принудительной защитой от поражения персонала электрическим током при касании. Незаземленная часть корпуса (отсек оператора) отделена от опасной высоковольтной зоны жесткой прозрачной перегородкой и дополнительной изоляцией. Включение установки возможно лишь после закрытия дверей высоковольтного отсека лаборатории. Отключение защиты вызывает автоматическое отключение всего высоковольтного оборудования, а также его разрядку.