Даже после тщательного осмотра кабельных линий и успешных профилактических испытаний при работе кабельной линии могут возникнуть неполадки: пробой изоляционного слоя, разрыв фазы и другие неприятные события. Причины могут быть разные:

• заводские недостатки конструкции;
• несоблюдение технологического процесса;
• неаккуратный монтаж.

Хотя линия лежит глубоко под землей и имеет дополнительную защиту, отыскание места повреждения кабеля обязательно должно проводиться для того, чтобы обезопасить систему от крупной поломки, повреждению кабельных линий и короткого замыкания. Чтобы найти дефекты и слабые места в его изоляции, соединительных узлах и других местах прокладки кабеля, его подвергают различным нагрузкам и по ряду методик определяют точное место повреждения кабеля.

Требования к поиску дефектов кабельной линии

Поиск повреждений кабельных линий должен проводиться с выполнением условий:

• Погрешность не должна превышать установленный параметр. Для этого необходимо учитывать все нюансы земляных работ.
• Существует ограничение по времени на выполнение работ по поиску повреждения кабеля: не более нескольких часов.
• Обязательно соблюдать технику безопасности для работающего персонала.

Если поиски места повреждения затянутся, то в место дефекта может попасть влага. В этом случае придётся заменить весь увлажнённый участок кабельной линии, а это — несколько десятков метров! Подобный ход дела увеличит и объем земельных работ, и смету на их проведение. В то же время оперативное отыскание места повреждения подразумевает замену участка линии не более 5 м в длину.

Этапы поиска разрыва кабеля под землей

Поиск обрыва кабеля в земле проводится в 2 этапа:

• при помощи специальных приборов находят участок повреждения;
• уточняют конкретную область разрыва.

Для начала при помощи мегаомметра необходимо замерить сопротивление изоляции в течение одной минуты. Если показатель ниже нормы, то прибегают к испытаниям кабельных линий повышенным напряжением.

Выбор метода нахождения места повреждения КЛ зависит от характера дефекта и от величины переходного сопротивления. Трёхфазная линия КЛ подвержена таким видам повреждений:

• замыкание на землю одной, двух или всех трёх жил;
• соединение проводов друг с другом;
• обрыв жил без заземления;
• заплывающий пробой, проявляющийся в форме короткого замыкания.

Для снижения переходного сопротивления могут использоваться генератор высокой частоты или кенотрон. Но процесс этот в каждом случае может проходить по-разному: в большинстве случаев уже через 20 секунд сопротивление снижается до десятков Ом. В муфтах этот процесс может длиться несколько часов.

Когда зона дефекта обнаружена, переходят к поиску конкретного места обрыва. Для увеличения эффективности пользуются сразу несколькими методами поиска с одного конца кабеля, либо применяют одну методику, но движутся сразу с двух концов одновременно.

Методы поиска повреждения кабеля

Специалисты нашей электролаборатории владеют всеми возможными методами поиска повреждения кабеля в земле. Мы даём гарантию, что обрыв будет найден в кратчайший срок и устранён без вреда для кабельной линии и вашего оборудования. В своей работе мы используем:

• Импульсный метод.
  Мы подаём специальный зондирующий импульс переменного тока, который отразится от места дефекта. Замерив интервал времени и зная скорость распространения импульса 160м/мкс, мы находим место дефекта.
• Метод колебательного разряда.
  От кенотронной испытательной установки подаётся напряжение, плавно увеличивающееся до величины пробоя. Период колебаний даёт возможность определить расстояние до точки разрыва.
• Метод петли — используется «мост» постоянного тока.

Метод петли (схема).

• Ёмкостный метод — замеряем ёмкость оборванной линии и находим разрыв индукционным, акустическим методом либо методом накладывания рамки.
• Индукционный метод с использованием приёмочной рамки позволяет установить глубину, на которой заложен поврежденный кабель.
• Акустический метод основан на прослушивании звуковых колебаний после подачи искрового заряда.
• Метод накладной рамки позволяет прослушивать сигналы от поля пары токов: в месте повреждения сигнал будет монотонным.

Инженерный центр "ПрофЭнергия" имеет все необходимые инструменты для качественного проведения ремонта кабельных линий, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории "ПрофЭнергия" вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Доброе время суток, друзья!

Сегодня мы поговорим об абсолютных методах определения места повреждения силового кабеля.

1. Акустический метод.

Акустический метод основан на прослушивании над местом повреждения кабельной линии звуковых колебаний, вызванных искровым разрядом в канале повреждения. Акустический метод практически универсален и в большинстве случаев является основным абсолютным методом. Им можно определять повреждения различного характера: однофазные и междуфазные замыкания с различными переходными сопротивлениями, обрывы одной, двух или всех жил.

В отдельных случаях возможно определение нескольких повреждений на одной кабельной линии.

Искровые разряды, получаемые в месте повреждения кабеля, образуются двумя способами.

При «заплывающем пробое», который, как правило, обнаруживается при контрольных испытаниях, повреждение, в основном, бывает в муфтах.

Сопротивление в месте повреждения большое — единицы и десятки мегаом.

С помощью испытательной установки постоянного тока () к поврежденной жиле прикладывается напряжение (не более 5Uном, где Uном — рабочее напряжение кабеля).

Как только в месте повреждения происходит пробой, определяют расстояние до места повреждения, например, с помощью метода колебательного разряда.

После первого пробоя сопротивление в поврежденной жиле кабеля восстанавливается, и напряжение от испытательной установки постоянного тока возрастает опять до напряжения пробоя. Такая периодичность пробоев может продолжаться длительное время. В зоне измеренного расстояния до места повреждения оператор, передвигаясь вдоль трассы кабельной линии, четко фиксирует акустические сигналы, вызываемые пробоями в месте повреждения.

При замыканиях, имеющих переходное сопротивление в месте повреждения от единиц Ом до десятков кОм, используется высоковольтная установка постоянного тока, с помощью которой производится заряд конденсатора, после чего через разрядник (разрядник может быть как управляемый, так и неуправляемый воздушный) в месте повреждения происходит пробой, вызывающий акустический сигнал. В передвижных измерительных лабораториях имеются, как правило, две группы высоковольтных конденсаторов. Одна группа на рабочее напряжение до 5 кВ при емкости конденсаторов до 200 мкФ (низковольтная акустика), другая группа на рабочее напряжение до 30 кВ при емкости конденсаторов до 5 мкФ (высоковольтная акустика).

Установки для заряда конденсаторов первой группы имеют большую мощность, которая необходима для быстрой зарядки конденсаторов большой емкости (единицы секунд).

Если при использовании первой группы конденсаторов невозможно создать пробой вследствие большого сопротивления в месте повреждения, то необходимо использовать вторую группу конденсаторов. Оператор, перемещаясь вдоль трассы кабельной линии в предполагаемой зоне повреждения, измеренной импульсным или волновым методом, может точно определить место повреждения следующим способом.

При использовании кабелеискателя, ПК-100, имеющего один канал усиления, сигнал от акустического преобразователя усиливается приемником и поступает на стрелочный индикатор и головные телефоны. Передвигаясь по трассе кабельной линии, оператор прослушивает сигналы с помощью головных телефонов и только в месте непосредственного повреждения кабеля, когда акустические сигналы четко фиксируются, необходимо с помощью стрелочного индикатора выявить на трассе точку с максимальным отклонением стрелки, где и находится повреждение.

При использовании кабелеискателя, например, КАИ-90, имеющего два канала усиления (один для усиления сигналов акустического преобразователя, а другой для усиления сигналов, наведенных в индукционном преобразователе), поиск осуществляется следующим образом.

При перемещении вдоль кабельной линии сигнал, наведенный в индукционном преобразователе, поступает через усилительный тракт приемника на стрелочный индикатор, а сигнал с акустического преобразователя поступает через свой усилительный тракт на головные телефоны.

В зоне места повреждения, когда становится слышен акустический сигнал в головных телефонах, следует перейти в режим акустического поиска.

При этом акустический сигнал будет поступать через усилительный тракт приемника КАИ-90 как на головные телефоны, так и на стрелочный индикатор, по которому при максимальном его отклонении можно найти точное место повреждения.

При определении места растяжки (разрыва) жил в кабеле высоковольтную испытательную установку постоянного тока подключают поочередно к одной из жил или сразу ко всем трем жилам кабеля (рис. 8).

При подъеме испытательного напряжения до 5Uном зa счет ослабленной изоляции возникает пробой в месте разрыва между одной из жил и оболочкой кабеля. В случае, если пробой в месте повреждения не происходит, необходимо установить перемычку на дальнем конце кабеля между всеми жилами и оболочкой кабеля.

В этом случае при поднятии испытательного напряжения пробой происходит в месте разрыва жил кабеля.

В обоих случаях место повреждения находится акустическим методом.

Рис. 8. Схема подключения высоковольтной испытательной установки при растяжке жил в кабеле:

1 — высоковольтная испытательная установка; 2 — поврежденный кабель; 3 — перемычка между жилами и оболочкой кабеля

2. Индукционно-импульсный метод .

Индукционно-импульсный метод используется при определении места повреждения вида «заплывающий пробой» на трассе кабельной линии. Определение места пробоя в кабеле производится методом контроля направления распространения электромагнитных волн, возникших в месте пробоя.

Так как при пробое возникают электромагнитные волны, направленные от места повреждения к концам кабельной линии, то место на трассе кабельной линии, в котором происходит изменение направления волн, соответствует месту повреждения.

Для определения места «заплывающего пробоя» кабельной линии к поврежденной жиле кабеля подключают высоковольтную установку и плавно поднимают постоянное напряжение до обеспечения периодических пробоев в кабеле.

Методом колебательного разряда производят измерение расстояния до места повреждения.

Точный поиск места повреждения в найденной зоне производится индукционно- импульсным кабелеискателем КИИ-83 или КИИ-89, переносимым вдоль трассы при создании в линии периодических пробоев.

При каждом пробое в линии в индукционном преобразователе (датчике) наводится напряжение, полярность которого фиксируется кабелеискателем (отклонением стрелки прибора).

Если место повреждения будет пройдено, то прибор будет фиксировать другой знак полярности, что является основанием для возвращения назад, и точного определения места повреждения кабеля.

Кабелеискатели КИИ-83 и КИИ-89 позволяют однозначно определить, в каком направлении следует вести поиск вдоль трассы линии, чтобы приблизиться к месту повреждения.

Это исключает ошибочные действия оператора. На трассе кабельной линии в зоне предполагаемого места повреждения (при изменении знака показывающего прибора) целесообразно для более точного определения места повреждения использовать акустический метод.

3. Индукционный метод .

Индукционный метод определения места повреждения, основан, на принципе определения характера изменения магнитного поля, над кабелем, по которому пропускается ток от генератора звуковой частоты. Частота тока от 480 до 10000 Гц. Метод обеспечивает высокую точность определения места повреждения и имеет широкое распространение.

Индукционным методом можно определить:

· трассу кабельной линии;

· глубину прокладки кабельной линии;

· искомый кабель в пучке кабелей;

· междуфазные повреждения кабельной линии;

· однофазные повреждения кабеля.

3.1. Определение трассы кабельной линии.

При определении трассы кабельной линии (рис. 9) генератор звуковой частоты включается по схеме фаза — земля.

При использовании генератора с выходной частотой 1000 Гц (рис. 9 а) на дальнем конце кабельной линии устанавливается перемычка между жилой и оболочкой кабеля.

При использовании генератора с выходной частотой 10000 Гц (рис. 9 б) установка перемычки на дальнем конце кабеля не обязательна. Звуковой сигнал будет формироваться емкостным током, протекающим через распределенную емкость кабеля Ск.

Определение трассы кабельной линии основано на изменении уровня звукового сигнала, который наводится в индукционном преобразователе (ИП) и усиливается приемником.

Оператор, передвигаясь вдоль трассы кабельной линии при горизонтально расположенном индукционном преобразователе (рис. 9 г) (параллельно плоскости земли и перпендикулярно кабельной линии), слышит максимальный сигнал в головных телефонах непосредственно над кабелем, а при перемещении преобразователя вправо или влево от оси кабеля сигнал будет ослабевать.

При вертикально расположенном индукционном преобразователе (рис. 9 д) оператор слышит в головных телефонах над кабелем слабый сигнал, который усиливается при перемещении преобразователя вправо или влево от трассы кабельной линии.

Таким образом, при передвижении по направлению максимального (при горизонтально расположенном ИП) или минимального (при вертикально расположенном ИП) сигнала определяют трассу кабельной линии. Иногда, вследствие разрывов оболочки кабеля и муфт, ток от генератора протекает по оболочкам соседних кабелей, находящихся под рабочим напряжением.

При этом минимум звукового сигнала получается над тем кабелем, по оболочке которого течет ток. Вследствие этого, трасса кабельной линии будет определена неправильно. В этом случае для исключения ложного определения трассы кабельной линии генератор включается между двумя жилами кабеля (рис. 9 в) (бифилярная схема). Оператор, перемещаясь по трассе кабельной линии, прослушивает максимумы и минимумы звучания сигналов в головных телефонах, вызванные шагом спирали жил кабеля (шаг спирали жил в силовых кабелях может изменяться от 0,5 до 1,5 м в зависимости от сечения жил кабеля). По уровню этих звуковых сигналов определяется трасса кабельной линии.

а) схема определения трассы кабельной линии на частоте 1000 Гц; б) схема определения трассы кабельной линии на частоте 10000 Гц; в) схема определения трассы кабельной линии на частоте 1000 Гц или 10000 Гц при подключении генератора к двум жилами кабеля;

г) ЭДС, наводимая в горизонтально расположенном индукционном преобразователе при перемещении его вправо и влево от оси кабеля; д) ЭДС, наводимая в вертикально расположенном индукционном преобразователе при перемещении его вправо и влево от оси кабеля; е) расположение индукционного преобразователя при определении глубины прокладки кабельной линии;

1 — генератор; 2 — кабельная линия; 3 — перемычка; 4 — распределенная емкость кабеля Ск

Рис. 9. Схема подключения генератора при определении трассы и глубины прокладки кабельной линии:

3.2. Определение глубины прокладки кабеля .

Для определения глубины прокладки кабельной линии используется та же схема подключения генератора, что и для определения трассы кабеля.

В месте, где требуется определить глубину прокладки кабеля, необходимо точно определить трассу кабельной линии при вертикальном расположении оси индукционного преобразователя (рис. 9 е).

Затем индукционный преобразователь с помощью фиксирующего устройства необходимо установить под углом 45° к плоскости земли.

Перемещая, преобразователь перпендикулярно трассе, находят точку на поверхности земли, в которой пропадает звучание сигнала в головных телефонах.

Расстояние от этой точки до трассы равно глубине прокладки кабеля.

3.3. Определение искомого кабеля в пучке кабелей .

После проведения работ по раскопке траншей в зоне предполагаемого места повреждения необходимо определить поврежденный кабель в пучке других кабелей, находящихся под рабочим напряжением.

Для определения искомого кабеля генератор настраивают на частоту 1000 Гц (рис. 9в) и подключают к двум неповрежденным жилам кабеля, которые закорочены на противоположном конце перемычкой.

В месте раскопки индукционный преобразователь устанавливают в вертикальное положение и, перемещая его перпендикулярно расположенным кабелям, находят искомый кабель по резкому изменению уровня звучания сигнала в головных телефонах по обеим сторонам найденного кабеля. Для более точного определения искомого кабеля в пучке необходимо применять накладную индукционную рамку, которая подключается к входу кабелеискателя.

Если при вращении ее вокруг очищенного от земли искомого кабеля в головных телефонах прослушиваются два максимума и два минимума сигнала частоты 1000Гц, то искомый кабель определен правильно.

3.4. Определение места междуфазного повреждения кабельной линии .

Междуфазные повреждения кабельных линий, как правило, получаются из однофазных повреждений путем разрушения изоляции неповрежденной жилы.

При трудности определения места однофазного повреждения (плохая слышимость акустических сигналов, нет четкого изменения сигнала при определении однофазного повреждения индукционным методом, нет четкой привязки к трассе кабельной линии и т.д.) производят его перевод в междуфазное повреждение с помощью прожигательной установки.

Следует учесть, что сопротивление между жилами и оболочкой или между двумя жилами должно быть близким к нулю.

В случае, если в месте замыкания двух жил сопротивление составит единицы Ом, определение места повреждения затруднительно, особенно на частоте 10000Гц из-за емкостного тока, который будет протекать за местом повреждения.

При этом по трассе кабельной линии за местом повреждения будут прослушиваться сигналы в головных телефонах, обусловленные спиральностью жил.

После перевода однофазного повреждения в междуфазное и измерения расстояния до места повреждения с помощью приборов, использующих импульсный метод, генератор подключают к двум поврежденным жилам кабеля (рис. 10 а).

Рис. 10. Определение места междуфазного повреждения индукционным методом:

а) схема подключения генератора звуковой частоты:

1 — генератор звуковой частоты; 2 — поврежденный кабель; 3 — место междуфазного повреждения кабеля;

б) кривая изменения напряженности электромагнитного поля по трассе кабеля с междуфазным замыканием жил (остаточное сопротивление в месте повреждения десятые доли ома): d — шаг спиральности жил кабеля; с = d на участке расположения муфт; в) трасса прокладки поврежденного кабеля

При такой схеме подключения от генератора до места повреждения протекают прямой и обратный токи, которые создают магнитное поле. Это магнитное поле из-за наличия спиральности жил поворачивается вокруг оси кабеля.

Благодаря этому ЭДС, наводимая в индукционных преобразователях, и звуковой сигнал в головных телефонах будут иметь минимальное и максимальное значения.

Расстояние между максимумами и минимумами определяется шагом спирали и может изменяться от 0,5 до 1,5 м. Над местом междуфазного повреждения при малом сопротивлении между жилами слышимость принимаемого сигнала увеличивается, а за местом повреждения сигнала практически не слышно. При перемещении над кабелем в местах расположения муфт длина интервала с максимальным звучанием увеличивается, при этом слышимость сигнала будет выше за счет большого расстояния между жилами в муфте (рис. 10 б).

По этим признакам определяется расположение муфт кабеля. При передвижении по трассе кабельной линии слышимость принимаемого сигнала может меняться из-за изменения глубины (рис. 10 в) прокладки кабеля; слышимость меняется, если кабель пересекает коммуникации или проезжие магистрали (при этом на отрезке прокладки кабеля в металлической трубе слышимость сигнала прекращается). Следует указать, что при прохождении кабельной линии по трассе через участки с различными типами кабелей (например, кабель АСБ соединен с помощью муфты с кабелем ААБ) ЭДС, наводимая в индукционном преобразователе, будет разная: над кабелем ААБ она будет меньше, чем над кабелем АСБ или СБ. Это происходит вследствие того, что кабель ААБ имеет лучшее экранирование.

Кроме того, уменьшение сигнала после муфты создает впечатление, что место повреждения найдено. Чтобы избежать ошибки, следует после уменьшения сигнала увеличить чувствительность приемника и прослушать зону кабельной линии с пониженным сигналом.

Если в головных телефонах прослушиваются максимумы и минимумы принимаемого сигнала, то повреждение следует искать дальше по трассе кабельной линии.

При работе в зоне сильных электромагнитных помех, вызванных токами промышленной частоты 50 Гц (воздушные линии, трансформаторные подстанции, действующие кабельные линии и т.д.), следует перейти на частоту 10000 Гц, при этом влияние поля частоты 50 Гц будет уменьшено.

3.5. Определение однофазных повреждений кабеля (метод «аномалии нуля»).

Метод «аномалии нуля» используется в тех случаях, когда другими методами невозможно определить место однофазного повреждения, например, из-за большой глубины прокладки кабеля, из-за сильных акустических помех и т.д., а также невозможности перевести однофазное повреждение в междуфазное.

Этим методом можно определить место повреждения примерно в 50 % случаев. При использовании данного метода с помощью прожигательной установки необходимо получить сопротивление в месте повреждения несколько десятков Ом, но при этом не приварить жилу к оболочке кабеля. В отдельных случаях методом «аномалии нуля» можно определить однофазные повреждения, имеющие сопротивление в месте дефекта, близкое к нулю («глухая земля»).

Генератор на частоте 1000 или 10000 Гц подключается к поврежденной жиле и оболочке кабеля.

Оператор, передвигаясь по трассе кабельной линии в зоне места повреждения с вертикально расположенным индукционным преобразователем, слышит в головных телефонах минимальный сигнал.

Вправо или влево от трассы кабельной линии сигнал возрастает.

С помощью ручки регулировки чувствительности индикатора точно над трассой кабельной линии устанавливается минимальное показание индикатора. Его стрелка должна быть в диапазоне, не превышающем 20 % длины шкалы.

При перемещении точно над трассой кабельной линии, над местом повреждения произойдет резкое увеличение показания индикатора, при этом слышимость сигнала в головных телефонах не изменится. После прохода места повреждения показания индикатора будут такими же, как и до места повреждения.

При использовании данного метода следует точно знать расположение соединительных муфт, так как они, как правило, дают ложное увеличение сигнала.

Увеличение сигнала может быть и в неповрежденной части кабельной линии, при этом следует пройти дальше по линии, где могут также чередоваться увеличения и уменьшения сигналов, которые измеряются индикатором прибора.

В этом случае повреждение находится в последней точке увеличения сигнала

Страница 4 из 5

Несмотря на периодический осмотр кабельных трасс и проведение профилактических испытаний, при эксплуатации имеют место повреждения (случайные отказы) КЛ. Как правило, это пробой изоляции, реже - разрыв фаз.

Поврежденный кабель отсоединяется с обоих концов от оборудования и с помощью мегаомметра определяется характер повреждения: измеряется сопротивление изоляции между каждой фазой и заземленной металлической оболочкой и между каждой парой фаз. Измерения проводят с одного конца кабеля. Фазные жилы другого конца кабеля разомкнуты (для определения замыканий) или замкнуты и заземлены (для определения обрывов).

Результаты измерений могут не выявить характер повреждения, поскольку переходное сопротивление в месте повреждения может быть достаточно высоким, в частности, из-за затекания места пробоя изоляции маслоканифольным составом (заплывающий пробой) в кабелях с бумажной пропитанной изоляцией.

Для снижения переходного сопротивления изоляция кабеля в месте повреждения прожигается. Для этого на кабель подается напряжение, достаточное для пробоя изоляции в месте повреждения. После некоторого времени повторения пробоев переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается, разрядное напряжение снижается, а ток разряда увеличивается. Изоляция прожигается этим током, переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается.

После определения характера повреждения выбирается способ и аппаратура для определения места повреждения кабеля.

По точности определения места повреждения различают относительные и абсолютные методы. Относительные методы имеют определенную погрешность и позволяют определить лишь зону повреждения. Это импульсный, петлевой и емкостной методы.

Точное место повреждения позволяют найти абсолютные методы такие, как индукционный и акустический.

Импульсным методом определяется зона однофазного или многофазного замыкания, зона обрыва любого количества фазных жил.
В поврежденную линию посылается эталонный электрический импульс. По экрану измерительного прибора, проградуированному в мкс, измеряется интервал времени tx между моментом подачи импульса и моментом прихода импульса, отраженного от места повреждения (рис. 3).

Скорость распространения электромагнитных волн в силовых кабелях практически не зависит от сечения и материала жил и составляет 160+3 м/мкс. Расстояние до места повреждения вычисляется как Iх= 80tх, м.

Для случая, приведенного на рис. 8.3, зона повреждения находится на расстоянииIх= 80 * 3,5 = 280 м от места измерения.

Рис. 3. Экран прибора при определении зоны повреждения кабеля импульсным методом: а - при замыкании; б - при обрыве

По знаку отраженного импульса судят о характере повреждения. Если посланный и отраженный импульс разного знака - повреждение типа замыкание (рис. 3,а), если одного знака - повреждение типа обрыв (рис. 3,б).

Петлевой метод применяется для определения зоны однофазных и двухфазных замыканий на землю. Этот метод основан на измерении омического сопротивления жил кабеля до места повреждения.

На одном конце кабеля замыкаются нормальная и поврежденная жилы (образуется петля). Измерения проводятся с другого конца кабеля (см. рис. 4). Для измерения сопротивлений R .2 и R 4 может использоваться, например, мост постоянного тока.

Рис. 4. Схема определение зоны повреждения петлевым методом

В одну диагональ моста включается источник постоянного напряжения - U , в другую - измерительный прибор, например милливольтметр mV . Регулируемыми сопротивлениями R 1 и R 3, достигается равновесие моста - нулевое показание милливольтметра.

Известно, что равновесие моста будет достигаться при выполнении соотношения

где R2 - сопротивление нормальной жилы и участка поврежденной жилы от конца кабеля до места повреждения;

R4 - сопротивление участка поврежденной жилы от начала кабеля до места повреждения.

Поскольку сопротивление жилы кабеля пропорционально его длине, зона повреждения после достижения равновесия моста определяется несложными вычислениями

где / - длина кабеля.

Емкостной метод позволяет определить зону обрыва фазных жил кабеля. Метод базируется на измерении емкости между каждой жилой и заземленной металлической оболочкой кабеля.

Пусть измеренная емкость оборванной жилы составляет Сх, а измеренная емкость целой жилы - С. Расстояние до места обрыва составляет

При обрыве трех фазных жил емкость кабеля рассчитывается по известному выражению

где b 0 - удельная емкостная проводимость кабеля, определяемая по справочным данным.

Индукционный метод позволяет определить место многофазных замыканий в кабеле после успешного прожига изоляции в месте повреждения. Метод основан на улавливании магнитного поля, создаваемого вокруг кабеля протекающим по нему током. Улавливание поля производится с помощью специальной поисковой катушки, имеющей магнитный сердечник для концентрации поля.

По двум поврежденным жилам кабеля пропускается ток высокой частоты (800... 1000 Гц) от звукового генератора G (рис. 5). Вокруг кабеля образуется магнитное поле высокой частоты. Поместив в это поле поисковую катушку, соединенную через усилитель с наушниками, можно прослушивать звуковой сигнал. Обслуживающий персонал, продвигаясь по трассе КЛ, прослушивает этот звуковой сигнал.

Рис. 5. Иллюстрация индукционного метода отыскания повреждения

Слышимость сигнала вдоль кабельной линии будет периодически изменяться от max до min. Это объясняется спиральным повивом жил кабеля. Преобладание над поверхностью земли магнитного поля одной жилы периодически меняется на преобладание противоположного магнитного поля другой жилы.

В месте короткого замыкания ток от генератора G меняет свое направление, интенсивность магнитного поля и, следовательно, слышимость сигнала в этом месте усиливаются. За местом повреждения звукового сигнала не будет.
Использование тока высокой частоты необходимо для отстройки звукового сигнала от фона промышленной частоты 50 Гц соседних кабелей.

Акустический метод позволяет определить место однофазных и многофазных замыканий в кабеле при заплывающем пробое.

В поврежденную жилу (в поврежденные жилы) периодически подаются импульсы постоянного напряжения, например, от накопительного конденсатора. В месте повреждения возникают разряды, вызывающие акустический шум. Уровень этого шума прослушивается с поверхности земли, например, с помощью стетоскопа или прибора с пьезодатчиком-преобразователем механических колебаний в электрические.

При практическом поиске мест повреждения КЛ используется сочетание относительных и абсолютных методов. С помощью относительного метода определяется зона повреждения, а затем в этой зоне отыскивается место повреждения абсолютным методом.

Методы отыскания мест повреждений делятся на две группы:

относительные;

абсолютные.

Относительные методы используются для определения участка (зоны) кабеля, на котором произошло повреждение. Абсолютные методы используются для точного определения места повреждения непосредственно на трассе кабеля. Такое сочетание методов позволяет относительно быстро и без больших затрат отыскать место повреждения.

К относительным методам относятся мостовые методы (с использованием моста постоянного тока — метод петли и с использованием моста переменного тока - емкостный метод), импульсный (рефлектометрический) метод и метод колебательного разряда. К абсолютным методам относятся индукционный и акустический методы.

При пробое изоляции кабелей часто возникают «заплывающие пробои», т. е. пробои с затеканием в промежуток изоляционной массы и, соответственно, с частичным восстановлением электрической прочности. Такой пробой затрудняет отыскание места повреждения петлевым, импульсным и индукционным методами. Поэтому для обеспечения возможности использования указанных методов дефектную изоляцию кабелей прожигают с помощью специальных установок. Часто сначала пробивают дефектную изоляцию с помощью маломощных высоковольтных выпрямительных установок, а затем производят прожигание дефектной изоляции с помощью низковольтных выпрямительных установок, обладающих достаточно большой мощностью.

Мостовой метод используется при повреждении изоляции одной или двух жил относительно оболочки (изоляция хотя бы одной жилы не повреждена) и отсутствии обрывов жил. Метод заключается в измерении сопротивления постоянному току участка жилы до места повреждения с помощью специального кабельного моста постоянного тока, предназначенного для измерения малых сопротивлений.

Кабельный мост подключают к неповрежденной и поврежденной жилам кабеля (рис. 1). На противоположном конце кабеля указанные жилы соединяют перемычкой. Источник питания моста (Б) заземляют. Плечи моста образуются регулируемыми резисторами R1 и R2, а также активными сопротивлениями жил кабелей, пропорциональными длинам l х и l k + (l k - l x) = 2l k - l x , где l k - длина кабеля.

Расстояние l х - расстояние от выводов кабеля до места повреждения жилы.

Рисунок 1. а - принципиальная схема; б - схема замещения

В соответствии с принципом измерения сопротивления с помощью моста, регулируя R1 и R2, достигают равновесия моста, т. е. равенства показаний гальванометра G нулю. Условие равновесия моста при первом варианте измерений:

Точность измерений проверяется при втором варианте измерений, когда концы проводов от кабеля к мосту меняются местами. При втором варианте измерений определяют значение

где l k - известная величина.

Если сумма вычисленных значений l x (1) и 2l k - l x (2) оказывается равной 2l k , то измерения правильные.

Метод используют, если переходное сопротивление в месте повреждения R пер ≤ 5 кОм.

Емкостный метод используют при обрывах жил кабелей путем измерения емкости кабеля с помощью моста переменного тока, работающего на частоте 1 кГц. Равновесие моста устанавливается с помощью телефона (звучание частотой 1 кГц отсутствует). Метод применяется редко из-за невысокой точности. Более широко применяют метод колебательных разрядов и импульсный (рефлектометрический) метод, отличающиеся простотой и большей точностью.

Импульсный метод основан на измерении времени прохождения электромагнитной волны t x по линии от места измерения до места повреждения (расстояние l x) и обратно, т. е. расстояния 2l x . При известной скорости распространения электромагнитной волны по кабелю V, указанное время составляет

Метод реализуется путем посылки в кабельную линию импульсов и измерения времени сдвига между посылаемыми и отраженными импульсами. Измерения производят с помощью электронного осциллографа.

При использовании метода оператор должен хорошо знать визуальный портрет кабельной линии, т. к. в местах неоднородностей кабеля (например, в соединительных муфтах) возникают отраженные импульсы. Метод эффективен, если переходное сопротивление в месте повреждения изоляции жилы R пер < 100 Ом, а также при обрыве жил кабеля.

Метод колебательного разряда основан на том, что при пробое кабеля возникает свободный процесс в виде колебательного разряда, период Т x которого связан с расстоянием до места пробоя l x соотношением

Средняя скорость распространения волны в кабелях с бумажно-масляной изоляцией 3-35 кВ составляет 160·10 3 км/с = 160 м/мкс, что и позволяет приближенно определять расстояние l х путем измерения Т х. Измерение Т x выполняют с помощью электронного микросекундомера.

Большим достоинством метода является его работоспособность во всех случаях повреждений кабелей. Метод может быть совмещен с испытанием кабеля выпрямленным напряжением.

За время Т x волна четыре раза проходит расстояние от места повреждения до места измерения, тогда

Измерения Т x производят на первом периоде колебаний, на котором влияние затухания процесса минимально.

При измерении на жилу кабеля от испытательной установки 1 через ограничительный резистор R з подается высокое напряжение U вн отрицательной полярности (рис. 2). В момент пробоя в месте повреждения возникает равная по значению волна напряжения положительной полярности (напряжение в месте повреждения в момент пробоя равно нулю), которая распространяется к концам кабеля. Через t 1 = l x /V после пробоя волна отражается с переменой знака и уходит вновь к месту измерений. К моменту t 3 = 3l x /V волна приходит к месту измерений, напряжение на жилах становится отрицательным. К моменту t 4 = 4l x /V волна возвращается к месту повреждения, и первый период колебаний завершается.

Рисунок 2. а - принципиальная схема; б - форма волны свободных колебаний в КЛ

Микросекундомер 3 присоединяется к кабельной линии через емкостные делители 2.

Индукционный метод применяется для точного определения места повреждения непосредственно на трассе КЛ. Метод применим, если R пер < 10 Ом, т. е. для его использования необходимо дожигание дефектной изоляции.

Сущность метода заключается в пропускании по кабелю тока звуковой частоты и фиксации характера изменения электромагнитного поля над кабелем с помощью приемного устройства (телефона). Наводимая в приемной антенне ЭДС пропорциональна току в кабеле, числу витков и площади, охватываемой антенной. С увеличением частоты ЭДС растет непропорционально, вследствие экранирующего влияния брони и оболочки кабеля.

Практически для индукционного метода применяется частота 800-1200 Гц. На рис. 3 приведена схема определения замыкания между двумя жилами кабеля.

Рисунок 3.

От генератора звуковой частоты ГЗЧ подают ток 10-20 А на две поврежденные жилы кабеля. По трассе проходят с антенной А, усилителем У и телефоном Т, улавливая звучание от наведенной в антенне ЭДС, которое периодически изменяется в соответствии с шагом скрутки жил. Звучание слышно на всем участке кабеля, где протекает ток ГЗЧ. Над местом повреждения звук в телефоне заметно возрастает, затухая на расстоянии примерно 0,5 м за местом повреждения.

Для определения трассы кабеля один вывод генератора звуковой частоты заземляется, второй присоединяется к неповрежденной жиле, заземленной на противоположном конце кабеля (рис. 4).

Рисунок 4.

Отыскание трассы кабеля проводится по минимуму или максимуму сигнала.

При определении трассы по минимуму сигнала магнитную ось антенны располагают перпендикулярно поверхности земли (рамочная антенна расположена горизонтально). Когда антенна находится точно над осью кабеля, линии магнитного поля не пересекают витки антенны и ЭДС равна нулю. При отклонении от оси кабеля влево или вправо появляется усиливающийся сигнал.

При определении трассы по максимуму сигнала магнитную ось антенны располагают горизонтально к поверхности земли (рамочная антенна расположена вертикально). Когда антенна будет находиться точно над осью кабеля, витки ее будут пересекаться максимальным магнитным потоком, и наводимая ЭДС будет наибольшей. При перемещении антенны вдоль кабеля ЭДС будет меняться только из-за изменения глубины залегания или из-за прокладки в трубах. На практике чаще используют способ обнаружения трассы по минимуму сигнала, так как он дает более четкие результаты.

Акустический метод дополняет индукционный и применяется, если R пер ≥ 50 Ом. В противном случае он неработоспособен.

Сущность метода заключается в создании в месте повреждения мощных электрических разрядов и фиксации на поверхности земли звуковых колебаний с помощью чувствительных приемных устройств. Для создания мощных разрядов в месте повреждения электрическая энергия предварительно накапливается в высоковольтных конденсаторах или в емкости самого кабеля путем заряда от выпрямительной установки. Запасенная энергия

W = CU 2 /2 пропорциональна емкости С и квадрату напряжения пробоя U. В реальных установках эта энергия может составлять 100 Дж и более. При достижении напряжения пробоя энергия расходуется за очень короткое время (десятки микросекунд) и в месте повреждения происходит мощный удар. Звук от этого удара распространяется в окружающей среде и может быть прослушан на поверхности земли. По окончании разряда электрическая дуга в месте повреждения гаснет, а напряжение на емкости начинает постепенно возрастать.

При замыканиях с переходным сопротивлением, обеспечивающим устойчивые искровые разряды, в качестве генератора импульсов используется выпрямительная установка (1), конденсатор С емкостью 1-2 мкФ и разрядник Р (рис. 5). В качестве зарядной емкости могут использоваться неповрежденные жилы. Напряжение пробоя искрового промежутка не должно превышать 70% испытательного напряжения для кабеля данного типа. Разрядник Р настраивают так, чтобы интервал между разрядами составлял 1-3 с. На поверхности земли звук прослушивается с помощью пьезоэлектрического микрофона с усилителем (П) и головных телефонов (Т).

Рисунок 5.

Страница 8 из 8

Методы, с помощью которых отыскивают непосредственно место повреждения кабеля, носят название абсолютные и к ним относятся: индукционный метод; метод накладной рамки; акустический метод; метод измерения потенциалов.

Как правило, применению абсолютных методов предшествует отыскание участка повреждения кабеля с помощью относительных методов.

Данный метод применяется при определении места повреждения кабеля с замыканием жил между собой и при переходном сопротивлении в месте замыкания не более 10 Ом, а также для определения трассы и глубины залегания неповрежденного кабеля и места расположения кабельных муфт.

Метод основан на фиксации характера изменения электромагнитного поля над кабелем с помощью приемного устройства при пропускании по кабелю тока звуковой частоты. В качестве приемного устройства выступает антенна, в которой под действием переменного электромагнитного поля наводится э.д.с., усиливаемая усилителем и воспроизводящая звуковые сигналы с помощью телефона (см. рис. 20). В качестве источника тока используют генератор звуковой частоты 800-1200 Гц напряжением 100-200 В и током до 20 А (например, генератор ОП-2).

Определение места замыкания между жилами осуществляется по схеме рис. 20. Выводы генератора присоединяют к поврежденным жилам кабеля и подается ток звуковой частоты. Одновременно по трассе кабеля проходит оператор, прослушивающий через телефон звучание наведенных от кабеля в антенне электромагнитных волн. Звучание периодически изменяется в соответствии с шагом скрутки жил кабеля (1-2,5 м). В месте нахождения муфт звучание усиливается при одновременном уменьшении периодичности. При подходе к месту повреждения звучание сигнала усиливается, а на расстоянии примерно 0,5 м за повреждением прекращается.

Рис. 20. Схема определения повреждения кабеля индукционным методом (а) и характер изменения э.д.с. антенны вдоль кабеля.

При определении места повреждения полезно знать распределение магнитного поля при прохождении тока звуковой частоты по жилам кабеля и характер изменения э.д.с. наводимой в антенне (см. рис. 21). Наводимая в антенне э.д.с. существенно за висит от расположения антенны над кабелем. Так при вертикальной ориентации магнитной оси антенны максимальное значение э.д.с., а следовательно, максимальное звучание, будет иметь место непосредственно над кабелем. В этом положении витки антенны будут пересекаться максимальным магнитным потоком. Интенсивность звучания будет уменьшаться при перемещении антенны поперек кабеля (см. рис. 21 кривая 1). При горизонтальной ориентации магнитной оси антенны минимальное звучание будет иметь место непосредственно над кабелем (см. рис. 21 кривая 2), а интенсивность звучания увеличивается при поперечном перемещении антенны относительно кабеля.

Для повышения достоверности определения места повреждения рекомендуется осуществлять поиск включая генератор поочередно с одного и другого конца кабеля. При наличии повреждения звучание будет прекращаться в одном и том же месте.

Наводимая в антенне э.д.с. уменьшается пропорционально квадрату расстояния от оси кабеля. Для того чтобы звучание не пропадало необходимо, как можно точнее, выставлять антенну над осью кабеля. Для повышения уровня звучания увеличивают ток пропускаемый по жилам кабеля.

Рис. 21. Характер изменения э.д.с., наводимой в антенне для вертикального (1) и горизонтального (2) положений оси антенны и распределение магнитного поля пары токов при горизонтальном (а) и вертикальном (б) расположения жил кабеля.

Определение места однофазного замыкания на оболочку кабеля изложенным методом теоретически возможно, но практически осуществить трудно даже при наличии большого практического опыта. Это вызвано тем, что в месте повреждения ток растекается по оболочке кабеля в обе стороны и, следовательно, звучание за местом повреждения не прекращается в отличие от случая рассмотренного выше. Для отыскания таких повреждений применяют метод накладной рамки, который является разновидностью индукционного метода.

Представленный метод используется также для определения трассы кабеля. На рис. 22 представлены схема включения генератора, характер изменения э.д.с. наводимой в антенне и распределение магнитного поля. В данном случае при горизонтальной ориентации магнитной оси антенны наводимая э.д.с. имеет максимальное значение над кабелем (кривая 2), так как витки обмотки антенны пересекаются максимальным магнитным потоком. Обратная картина наблюдается при вертикальной ориентации оси, так как витки обмотки антенны в данном случае не пересекаются магнитным потоком.

Рис. 22. Схема определения трассы индукционным методом (а), характер изменения э.д.с. вдоль оси кабеля (б), характер изменения э.д.с. при перемещении антенны поперек оси кабеля (в) и распределение магнитного поля тока одной жилы (г).

б) Метод накладной рамки.

Участок повреждения определяется одним из методов, изложенных в п. 13.4.2.

Накладная рамка выполняет роль антенны и состоит из прямоугольной катушки, изогнутой по форме оболочки кабеля и закрытой стальным ярмом для усиления э.д.с. пары токов. Обмотка содержит 1000 витков провода ПЭВ диаметром 0,1 мм К рис. 23).

Рис. 23. Схема определения замыкания методом накладной рамки.

1 - стальное ярмо; 2 - обмотка; 3 - оболочка кабеля.

Генератор звуковой частоты подключают к жиле и оболочке поврежденного кабеля. Если рамка находится до места повреждения со стороны генератора, то при вращении рамки вокруг оси кабеля в телефоне за один оборот рамки будут прослушиваться два максимума и два минимума звучания. Это свидетельствует о том, что в кабеле существует поле пары то ков протекающих по жиле и оболочке. Если же рамка находится за местом повреждения, то при ее вращении вокруг оси кабеля будет прослушиваться только монотонное звучание, обусловленное полем одиночного тока протекающего по оболочке. Таким образом, по изменению характера звучания находят место повреждения.

Данный метод позволяет достаточно эффективно отыскивать место повреждения кабеля при переходном сопротивлении не более единиц Ом и длине кабеля за местом повреждения до 1 км. В других случаях отыскание места повреждения с помощью накладной рамки затруднительно.

Данный метод предполагает создание в месте повреждения мощных электрических разрядов, которые сопровождаются звуковыми колебаниями. Последние фиксируются на поверхности земли с помощью стетоскопа или пьезоэлемента с усилителем. Место повреждения определяется по наибольшему звучанию, вызванному разрядами.

Акустический метод применяется для определения места повреждения, носящий характер "заплывающего" пробоя, а также при обрыве жил кабеля.

Для создания разрядов в месте повреждения используется электрическая энергия, накапливаемая в конденсаторах или в самом кабеле путем заряда от выпрямительной установки (рис. 24).

Рис. 24. Схемы определения места повреждения акустическим методом.

а - при устойчивом замыкании жилы на оболочку кабеля; б - при "заплывающем" пробое; в - использованием емкости неповрежденных жил; г - при обрыве жилы кабеля.

Энергия, накапливаемая в конденсаторе или кабеле, пропорциональна заряжаемой емкости и квадрату приложенного напряжения и составляет 100 Дж и более. При достижении напряжения пробоя эта энергия расходуется за очень короткое время и в месте повреждения происходит мощный удар, сопровождаемый соответствующим звуковым эффектом.