Приборы для определения повреждения кабельной линии

Определение места повреждения кабеля

Как правило, соединения потребителей с источниками электроэнергии (трансформаторными и распределительными подстанциями) осуществляется при помощи кабельных линий (КЛ). Это связано с тем, что у данного способа есть масса преимуществ перед воздушными линиями (ВЛ). Но, если случилась авария на КЛ, то поиск места повреждения кабеля без специальных приборов, практически невозможен. Сегодня мы рассмотрим несколько способов, позволяющих локализовать аварийный участок кабельной трассы, проложенной в земле.

Методики обнаружения повреждения

Для выполнения постеленной задачи необходимо знать техническую часть поисков и физические принципы, на которых они основаны.

Сам процесс делится на две составляющих:

Поиски зоны повреждения.
Поиски точки в установленной зоне.

Но отличными являются не только этапы работ, но и методы, используемые в них, по этому принципу они делятся на:

относительные – петлевой и импульсный;
абсолютные – методы шагового напряжения, индукционный и акустический.

Импульсный метод

Эта методика подразумевает использование рефлектометра. Инструкцию рассмотрим на примере РЕЙС-305, который является достаточно распространенным прибором.

Сам прибор основан на принципах зондирующих импульсов. Двигаясь на определенных частотах по проводнику, они встречаются с препятствием, после чего возвращаются назад. Расположив аппарат на одном из концов, можно определить точное расстояние до разрыва, воспользовавшись формулой: L=(tx/2)*υ, где L – искомое расстояние, tx время потраченное импульсом на дорогу в два конца, а υ – скорость с которой двигается импульс.

Этот способ отлично подходит как для поиска разрывов, так и для определения КЗ между жилами, суть проблемы при этом будет отображаться на дисплее прибора.

Методика петли

Не самый совершенный метод, его можно использовать только тогда, когда присутствует хотя бы одна целая жила, или рядом находится хотя бы один заведомо целый проводник. Петлевой метод предполагает измерение сопротивления постоянному току в искусственно замкнутой петле, длина которой известна выполняющему процедуру. Примером аппаратуры может служить Р333 – специальный измерительный мост.

Концы проводников сматывают, а другие подключают к устройству и считают результат по формуле: L=(2Lk*R2)/(R1+R2), в которой R1 – результат целой жилы, R2 – жилы с обрывом, а Lk – длина всего поврежденного проводника.

Акустическая методика

Данный подход не содержит в себе сложных физических вычислений, все намного проще:

к поврежденному силовому кабелю подключают высоковольтный ток, используя для этого генератор высоковольтных разрядов;
после чего берут прибор для прослушивания и идут по линии сети, для того, чтобы найти шум, соответствующий месту разрыва.

При всей видимой простоте у данного подхода есть три существенных недостатка:

особенности грунта могут сделать выполнение работ невозможным;
абсолютно не применим на глубоко пролегающих электросетях;
переходное сопротивление не должно падать ниже 40 Ом.

Шаговое напряжение

Данное исследование основано на измерении разности потенциалов. При помощи генератора сквозь проводник пропускается ток, в месте разрыва он создает соответствующую разницу. Для нахождения конкретной точки два измерительных штыря устанавливают перпендикулярно друг другу: один ровно над проводником, а второй через метр от него.

Метод индукции

Этим способом можно быстро и надежно найти механическое повреждение, но у него есть один существенный недостаток – прожиг кабеля. Если этот момент вас не останавливает, то можно приступать. В качестве устройства можно взять ВУПК-03-25.

Через жилу пропускают ток высокой частоты, он образует электромагнитное поле, которое фиксирует приемная рама. На участке где измерения становятся нулевыми, произошел разрыв.

Причины и виды повреждений кабельных линий

Существует много факторов, негативно влияющих на целостность силовых кабелей, к наиболее распространенным из них можно отнести следующие:

Подвижка грунта, может быть вызвана аварией водопроводных, канализационных или тепловых сетей, а также сезонными явлениями, например, весенним оттаиванием.
Превышение допустимых норм эксплуатации КЛ, что может привести к термической перегрузки линии, вызванной увеличением токовой нагрузки.
Образование в КЛ высокого уровня электрического тока от транзитного КЗ.
Механическое повреждение при земляных работах без учета прохождения подземных коммуникаций и глубины трассы.
Ошибки при прокладке КЛ. В качестве примера можно привести нарушения технологии соединения жил кабельными муфтами.
Заводской брак.

Заметим, что при открытой прокладке кабельных трасс некоторые перечисленные выше причины повреждений встречаются крайне редко. В частности, снижается вероятность влияния подвижки грунта и механические воздействия вследствие земляных работ. Помимо этого зоны повреждения открытых КЛ, в большинстве случаев, можно обнаружить при визуальном осмотре, без задействования спецметодов.

Разобравшись с причинами, перейдем к видам повреждений, поскольку от этого напрямую зависит, каким методом будет локализирован аварийный участок КЛ.

Чаще всего ремонтным бригадам приходится сталкиваться со следующими видами неисправностей:

Дефект, вызванный полным или частичным обрывом КЛ. Чаще всего причиной аварии является проведение земляных работ без определения прохождения кабельных трасс. Несколько реже причиной данного повреждения может стать КЗ в соединительных муфтах.
В силовых кабелях (более 1кВ), часто встречается пробой одной из жил на землю (однофазное замыкание). Ток утечки, как правило, это вызвано снижением качества изоляции в процессе эксплуатации КЛ.
Межфазные повреждения, а также виды металлических замыканий, могут возникнуть в любых линиях, причина повреждений такая же, как и в предыдущем пункте.
Плановое испытание кабеля, при котором задействуется высокий уровень напряжения, показывают низкую надежность изоляции, и приводит к возникновению пробоя. При определенных обстоятельствах такая линия может продолжать эксплуатироваться, но из-за низкого уровня ее надежности, авария может проявиться в любое время.

Также по типу повреждения линии следует разделить на несколько типов:

разрушение изоляции, в результате чего происходит замыкание одной или нескольких фаз на землю;
повреждение, вызывающее замыкание фаз между собой или экраном;
обрыв одной или нескольких жил;
обрыв экрана или нулевого провода;
повреждение КЛ в нескольких местах.

Обычно причинами механического повреждения являются ремонтные или строительные работы, проводимые в зоне прокладки линии. И в меньшей степени происходит прогорание изоляции из-за некачественного соединения в муфтах, на месте которого возникает искрение и дальнейшее термическое разрушение изоляции. Если обрыв линии можно устранить всего лишь врезкой одной муфты, то при ее сгорании, возможно, придется заменить целый отрезок линии.

Кратко о ремонте кабельной линии

Ремонтные работы на кабельных линиях принято классифицировать на плановые и аварийные. Что касается объема таких работ, то у первых он, как правило, капитальный, у вторых – текущий.

При капитальных работах производится плановая замена КЛ, прокладка новых трасс и т.д. При необходимости также выполняется ремонт и/или модернизация сопутствующего оборудования. К последним относятся вентиляционные системы и освещение кабельных туннелей, а также насосы для откачки грунтовых вод. Учитывая специфику плановых работ, при их проведении не требуется локализация дефектных участков.

Совсем иначе обстоит дело при аварийном ремонте. Чтобы не раскапывать всю трассу, следует точно определить место обрыва провода, пробоя изоляции и т.д. Для этой цели применяются различные способы, для которых задействуется спецоборудование. Подробно об этом будет рассказано ниже.

Принцип поиска МП (метод максимума)

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

Принцип поиска МП (метод максимума)

Методики определения повреждения кабеля в земле

Как правило, дефектоскопия кабеля осуществляется в два этапа:

Устанавливаются границы зоны, в пределах которой находится аварийный участок.
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.

Поиск повреждений кабеля индукционным методом

Обозначения:

Задающий генератор.
Расположение соединительных элементов.
Защита кабеля.
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.

Экран прибора ИКЛ с отображением отраженного импульса в случае замыкания (а) и обрыва (b) кабеля

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.

Различные схемы, применяемые при акустическом методе поиска повреждений кабеля

Обозначения:

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

Мост переменного тока, используемый в емкостном методе обнаружения повреждения кабеля

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.

Поиск места разрыва

При помощи таких самодельных устройств можно найти место обрыва скрытой проводки. При обнаружении разрыва контакта прибор перестанет издавать звуковые сигналы, изменится характер шумов или погаснет индикаторная лампочка. Однако у этих приборов есть один весомый недостаток: обнаружение кабеля невозможно, если скрытая проводка находится на глубине более 5 см.

Но если в стене проходит арматура или другой металлический элемент, то обнаружение скрытых кабелей затрудняется, т.к. появятся ложные сигналы. Это нужно учитывать.

Для максимально точного поиска обрыва скрытой проводки используются искатели, имеющие возможность дополнительной настройки, которая позволяет игнорировать большие металлические предметы в стене. Такая функция исключает подачу ложных сигналов. Если есть прямой доступ к проводке по всей длине, то поврежденный участок зачастую видно невооруженным глазом. В случае, когда видимых повреждений нет, поиск места обрыва электропроводки можно осуществить при помощи обычного тестера. Алгоритм действий будет следующий:

первым делом необходимо обесточить помещение, отключив подачу электричества в электрощите;
после необходимо зачистить провод в двух местах: на выходе распределительного блока и на расстоянии 1 метр от сделанной насечки;
на этом отрезке замеряется сопротивление, после делается еще одна насечка через 1 метр и процедура повторяется;
сопротивление на всех измеряемых промежутках должно быть одинаковым. Когда прибор найдет участок, на котором значение сильно отличается или вовсе отсутствует, в этом месте и произошел обрыв.

Если нет возможности купить специальный искатель, но есть огромное желание решить проблему без посторонней помощи, можно собрать примитивный прибор для поиска обрыва проводки своими руками.

Все что понадобится, это рабочий патрон, лампочка, два одножильных провода, нож, пассатижи и электроизоляционная лента.

В патрон вкручивается лампочка, подсоединяются провода. С других концов зачищается изоляционный материал на 4-5 мм от края.

Обнаружение обрыва проводки заключается в подключении тестера к проверяемому проводу, на котором ножом необходимо сделать насечки (перед тем, как зачищать кабель, нужно отключить подачу электричества).

https://youtube.com/watch?v=zNSVKAwadZw

При обнаружении участка, на котором лампочка на тестере не загорится, нужно начать двигаться в обратном направлении, делая насечки на меньшем расстоянии. После обнаружения искомого места поврежденный участок проводки заменятся, все сделанные засечки необходимо заизолировать.

Желательно узнать расположение скрытой проводки и составить подробную схему до того, как случится обрыв. Это обезопасит от повреждения кабелей при проведении ремонтных работ. При случайном попадании в скрытую электропроводку в лучшем случае обесточится помещение, в худшем – будет нанесен вред здоровью человека.

Поиск трассы и мест повреждений кабельных линий

Назначение: определение мест повреждений, глубины залегания подземных кабелей, обследование местности, поиск трассы коммуникаций, выбор кабеля из пучка.

Длина кабельной линии: до 50 км.

Глубина залегания кабеля: до 12 м.

Выходная мощность генератора: 500 Вт

Максимальный выходной ток: 39,5 А

Назначение: определение мест повреждений и глубины залегания подземных кабелей, обследование местности и поиск трассы коммуникаций, выбор кабеля из пучка.

Количество каналов поиска: 10

Методы поиска: индукционный, акустический, потенциальный.

Длина кабельной линии: до 50 км.

Глубина залегания кабеля: до 12 м.

Выходная мощность генератора: 500 Вт

Максимальный выходной ток: 39,5 А

Длина кабельной линии: до 50 км.

Глубина залегания кабеля: до 12 м.

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.

Приборы для поиска трассы и мест повреждения кабеля

Оборудование производства позволяет осуществлять трассировку кабеля и поиск мест его повреждений.

Все трассодефектоискатели предприятие выпускает под наименованием «Комплекты поисковые». Они состоят из звукового генератора и высокочувствительного приемника. Данное оборудование реализует несколько методов поиска:

индукционный,
акустический,
потенциальный,
акустико-электромагнитный.

Поисковые комплекты – это универсальное оборудование для поиска обрыва кабельных линий, заплывающих пробоев, замыканий (короткое, междуфазное, однофазное, оболочки на землю). выпускает КП трех типов, отличие между которыми заключается в выходной мощности генератора:

КП-500К — самый востребованный прибор для поиска повреждения кабеля под землей. Именно ему отдают предпочтение специалисты крупных энергетических организаций, средних и малых электротехнических предприятий. В течение более двух десятилетий своего существования этот комплект получил множество положительных отзывов. Его качество и надежность подтверждались практически опытом профессионалов.

Причины повреждения

Основные причины заключаются в следующем:

ошибки проектирования (занижение сечения, неправильный подбор защитной аппаратуры);
дефекты, допущенные на производстве: сквозные отверстия, трещины и заусенцы на проволоке;
крутые изгибы и механические поломки, допущенные в процессе прокладки кабеля;
порча, допущенная при эксплуатации: старение изоляции, коррозия металлов, разрывы при производстве земляных работ

В зависимости от вида проложенного кабеля, способа его прокладки и уровня напряжения, выбирается метод, с использованием которого будет устанавливаться участок повреждения. Основными, наиболее эффективными способами установления места неисправности являются рассмотренные ниже методы.

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%.

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 %.