Poškození izolace kabelu, metody pro zjištění místa poruchy kabelu v Petrohradě – ProtocolElectro

Poškození v třífázových kabelových vedeních (CL) může být následujících typů:

1. zkrat jednoho jádra k zemi;
2. zkrat dvou nebo tří žil k zemi nebo dvou nebo tří vodičů navzájem;
3. přerušení jednoho, dvou nebo tří vodičů bez uzemnění nebo s uzemněním přerušených i nepřerušených vodičů;
4. plovoucí průraz, projevující se ve formě zkratu (průrazu) při vysokém napětí a mizejícího („plovoucí“) při jmenovitém napětí.

Povaha poškození se určuje pomocí meggeru. Chcete-li to provést, zkontrolujte na obou koncích řádku:

• izolační odpor každého jádra kabelu vůči zemi (fázová izolace), izolační odpor žil vůči sobě (lineární izolace);
• celistvost vodičů s proudem.

2. Metody stanovení zón poškození kabelových vedení

Volba metody pro určení místa poškození kabelu závisí na povaze poškození, místě instalace a přechodovém odporu v místě poškození. Při poškození kabelového vedení se přibližně určí zóna (lokalizační místo) poškození a poté se různými metodami upřesní místo poškození na trase. Pro přesnější určení zóny poškození je vhodné provést vyhledávání z jednoho konce kabelového vedení pomocí několika metod. Pokud to není možné, přesnějšího výsledku se dosáhne hledáním pomocí jedné metody na obou koncích kabelu.

K vyhledání poškozené oblasti použijte:

• metoda hoření izolace (destruktivní metoda),
• impulsní metoda;
• metoda oscilačního výboje;
• smyčková metoda;
• kapacitní metoda.

Způsob spalování izolace. V tomto případě stanovte místo, kde bude odpor mezi jádry nebo mezi jádrem a pláštěm minimální. Pro objasnění místa poškození je nutné snížit přechodový odpor na minimální mez. K tomu je pomocí vysokofrekvenčního generátoru nebo transformátoru spálena izolace. Proces hoření probíhá odlišně v závislosti na povaze poškození a stavu kabelu. Obvykle po 15–20 s odpor klesne na několik desítek ohmů. S navlhčenou izolací proces trvá déle a odpor lze snížit pouze na 2000 – 3000 Ohmů. U spojek trvá proces hoření kabelu déle, někdy i několik hodin, a odpor se prudce mění: klesá, pak se zase zvyšuje, dokud se proces neustaví a odpor začne plynule klesat. Jedná se o destruktivní metodu pro určení místa poškození kabelu.

Pulzní metoda používá se k určení zóny poškození kabelu s přechodovým odporem až 150 Ohmů ve všech případech kromě plovoucího průrazu. Metoda je založena na měření časového intervalu mezi okamžiky aplikace střídavého snímacího impulsu a přijetím odraženého impulsu od místa poškození. Rychlost šíření impulsů v kabelových vedeních vysokého a nízkého napětí je konstantní a rovná se V= 160 m/us.

Tedy podle doby dojezdu pulsu na místo poškození a zpět (Tx) určit vzdálenost k bodu poškození kabelu (Lx, m):

Měření se provádějí reflektometry (například REIS-105R). Na obrazovce zařízení je řada značek stupnice a řada pulzů. Tvar odraženého pulzu lze použít k posouzení povahy poškození. Odražený impuls má zápornou hodnotu v případě zkratu a kladnou hodnotu v případě přerušení vodiče.

Metoda oscilačního výboje používá se pro plovoucí průrazy v kabelech. K měření se na poškozené jádro ze zkušební instalace přivede napětí, které postupně stoupá až na průrazné napětí. V okamžiku průrazu dochází v kabelu k oscilačnímu výboji. Perioda kmitání určuje vzdálenost k bodu poškození, protože elektromagnetická vlna se šíří v kabelu konstantní rychlostí. Měření se provádí pomocí reflektometrů.

Metoda smyčky na základě měření odporu pomocí DC můstku. Metodu lze použít, pokud je poškozena jedna nebo dvě žíly kabelu a pokud je jedna nepoškozená. Pokud jsou poškozeny tři žíly, můžete použít jádro z blízkého kabelu. K tomu je poškozené jádro zkratováno na celé jádro kabelu, čímž se vytvoří smyčka. Nastavitelné odpory můstku jsou připojeny k opačným koncům jader.

Bude zajištěna rovnováha mostu, p.u.:

Odpor jádra kabelu je přímo úměrný jeho délce, takže vzdálenost k místu poškození, m:

kde R1 a R2 – nastavitelný odpor můstku, Ohm;

L – celková délka vedení, m.

Mezi nevýhody této metody patří větší časová náročnost, menší přesnost a nutnost instalace zkratů. Proto je metoda „smyčky“ nyní nahrazována jinými metodami: kapacitními, pulzními metodami, metodou oscilačního výboje a dalšími.

Metody se neustále zdokonalují.

Kapacitní metoda používá se k určení vzdálenosti od konce vedení k bodu, kde je přerušen jeden nebo více kabelových drátů měřením kapacity kabelu. Metoda je založena na měření kapacity přerušeného vodiče pomocí AC nebo DC můstku, protože kapacita kabelu závisí na jeho délce. Pokud se jádro kabelu přeruší bez uzemnění, změří se kapacita přerušeného drátu na obou koncích. Předpokládáme, že délka kabelu je rozdělena úměrně k naměřeným kapacitám С1 a С2, pak:

Jakmile je oblast poškození identifikována, je do oblasti vyslán operátor, aby lokalizoval poškození pomocí akustických, indukčních nebo stropních rámových technik.

akustická metoda. Podstatou akustické metody je vytvořit jiskrový výboj v místě poškození a naslouchat podél dráhy zvukovým vibracím způsobeným tímto výbojem nad místem poškození. Tato metoda se používá k detekci všech typů poškození na trase za předpokladu, že v místě poškození může vzniknout elektrický výboj a toto místo je přibližně známé. Pro stabilní výboj je nutné, aby hodnota přechodového odporu v místě poškození přesáhla 40 Ohmů.

Slyšitelnost zvuku na povrchu země závisí na hloubce kabelu, hustotě půdy, druhu poškození a síle výbojového pulsu. Možná hloubka poslechu se pohybuje od 1 do 5 m Nedoporučuje se používat tuto metodu pro otevřené kabely, kabely uložené v kanálech a tunelech, protože kvůli dobrému šíření zvuku po kovovém plášti kabelu je velká chyba. lze provést při určování místa poškození.

Jako pulzní generátor se používá kenotron s dodatečným zahrnutím vysokonapěťových kondenzátorů a kulové mezery v obvodu. Místo kondenzátorů můžete použít kapacitu nepoškozených žil kabelu. Jako akustický snímač se používají snímače piezomagnetického nebo elektromagnetického systému, které převádějí mechanické kmity země na elektrické signály přiváděné na vstup frekvenčního zesilovače. Signál je největší nad místem poškození.

Indukční metoda používá se k přímému vyhledání poškození kabelu podél trasy:

• při zkratu izolace jsou žíly spojeny navzájem nebo se zemí;
• v případě přerušení se současným porušením izolace mezi vodiči nebo na zemi;
• k určení trasy a hloubky kabelu;
• k určení umístění spojek.

Podle této metody se zaznamenají změny elektromagnetického pole nad kabelem na povrchu země pomocí přijímacího rámu, když jím prochází proud od zlomků ampéru do 20 A (frekvence zvuku 800÷1200 Hz). Dosah je určen v závislosti na přítomnosti rušení a hloubce kabelu. EMF indukované v rámu závisí na rozložení proudu v kabelu a vzájemném prostorovém uspořádání rámu a kabelu. Při znalosti charakteru změny pole je možné určit trasu průchodu a místo poškození kabelu orientací rámu. Přesnější výsledky se získají, když proud prochází obvodem „jádro-jádro“, za tímto účelem se jednofázové zkraty převedou na dvou a třífázové nebo se vytvoří umělý obvod „plášť jádra“; , odstraněním uzemnění z obvodu z obou stran a připojením generátoru k jádru a plášti kabelu.

Siločáry z proudu obvodu vodič-zem jsou soustředné kružnice, jejichž středem je osa kabelu. Proud procházející dopředným a zpětným vodičem vytváří dvě soustředná magnetická pole působící v opačných směrech (pole z dvojice proudů). Když jsou jádra umístěna ve vodorovné rovině, je výsledné pole na zemském povrchu největší, a když jsou jádra umístěna ve vertikální rovině, je nejmenší. Protože kabely mají kroucené žíly, EMF se bude indukovat v rámu umístěném svisle a pohybujícím se podél kabelové trasy, v rozsahu od minima s vertikálním uspořádáním žil k maximu s horizontálním uspořádáním žil. Při hledání poškození byste měli mít na paměti, že signál za místem poškození slábne ve vzdálenosti nejvýše půl kroku.

Tato metoda určuje trasu kabelu, hloubku jeho instalace a umístění spojek (zesílením zvuku v telefonu díky zvětšené vzdálenosti mezi žilami). Chcete-li určit hloubku kabelu, nejprve najděte čáru jeho trasy a nakreslete čáru. Poté, umístěním osy rámu pod úhlem 45º k vertikální rovině procházející osou kabelu, je stanoveno místo vymizení indukovaného EMF v rámu. Vzdálenost od tohoto místa k trase označené čárou se rovná hloubce kabelu. V přítomnosti ochranné kovové trubky hladina zvuku prudce klesá, protože trubka funguje jako clona.

Metoda překryvného rámečku slouží k přímé detekci místa poškození kabelu. Metoda je založena na stejném principu jako indukce a je vhodná pro otevřené vedení kabelů. Při pokládání kabelu do země je nutné otevřít několik otvorů v poškozené oblasti, poté je generátor připojen k jádru a plášti nebo mezi dvěma jádry. Na kabel je umístěn rám, který se otáčí kolem své osy. Do bodu poškození zazní dvě maxima a dvě minima signálu z pole dvojice proudů. Za místem poškození se při otáčení rámu ozve monotónní signál, způsobený magnetickým polem jediného proudu.

Za posledních 15 – 20 let se údržba podzemních telekomunikačních tras stala obtížnější, protože. V provozu je více dálnic, jejich průměrné „stáří“ se prodloužilo a stavební práce zesílily. V městském prostředí jsou problémy s rozevřením asfaltové vozovky a vysokou úrovní širokospektrého elektromagnetického rušení.

3. Moderní metody vyhledávání tras kabelových vedení a jejich poškození

V dnešní době se objevily nové způsoby hledání stop. Dříve byla vyhledávací zařízení jednoduchá, levná a skládala se z vyhledávací antény se senzorem a miniaturního vestavěného přijímače se zvukovou indikací. Stupeň filtrace byl nízký, často byl přijímačem nízkofrekvenční zesilovač, který produkoval zvuk ve své „čisté formě“ bez zpracování.

Nová generace zařízení pro vyhledávání trasy je efektivnější, přesnější, ale také mnohem dražší. Pro snížení elektromagnetického rušení byla filtrační jednotka komplikovaná a městský akustický hluk vyžadoval akustické rozladění. To vše vedlo ke zvýšení velikosti a hmotnosti zařízení a pro zajištění pohodlné práce personálu v moderních zařízeních byly odděleny přijímač a vyhledávací anténa.

Další vývoj šel cestou rozšiřování servisních možností zařízení, např. digitální indikace hloubky uložení kabelu a hodnoty proudu. K tomu byl zaveden druhý horizontální senzor a byla zajištěna možnost přísně vertikálního nasměrování antény. Pro hledání trasy na základě minimálního signálu byl zabudován i vertikální senzor. Společný provoz vertikálních a horizontálních senzorů umožňuje vyhledávat stopu nejen maximem či minimem, jak tomu bylo u tradičních metod, ale také invertovaným signálem. Tato metoda se nazývá jinak: „supermaximum“, „maximum+“ atd. Jeho výhodou je, že kombinuje přesnost „minimálního“ vyhledávání s pohodlím „maximálního“ vyhledávání (obr. 1).

Obrázek 1 – Režim „supermax“ (uprostřed) kombinuje pohodlí při určování trasy pomocí maximálního signálu (vlevo) s přesností vyhledávání pomocí minimálního signálu (vpravo)

Vznik senzorů s různou orientací příjmu signálu umožnil zahrnout do měřicího komplexu fázovou analýzu, která poskytuje další data:

• díky použití vertikálního senzoru bylo možné určit místo měření: vpravo nebo vlevo od kabelu;
• nalezení „svého“ kabelu v konvergenčních bodech komunikace. Tento problém se stal obzvláště aktuálním s tím, jak je komunikace stále hustší. Bylo pozorováno, že směr proudu v sousedních stopách je v každém časovém okamžiku opačný, což znamená fázový posun o 180°. To se používá jako funkce pro oddělení kabelů;
• určení topologie pole pro určení polohy kabelu pomocí zařízení, které pomocí senzorů s různou orientací odhadne vzdálenost ke kabelu, jeho hloubku a zobrazí je na plánku spolu s digitálními odečty úrovně signálu (obr. 2).

Obrázek 2 – Zařízení pro studium topologie magnetického pole a – „váš“ kabel je zobrazen nalevo od měřiče, signál z generátoru je směrován dopředu podél kabelu; b – vpravo od měřiče je „cizí“ kabel – signál se vrací do generátoru

Tato metoda (kontaktní metoda) je založena na skutečnosti, že když proud protéká poškozenou skořápkou, dochází k rozdílu potenciálů na zemi. Tento potenciální rozdíl je odstraněn pomocí pinů, které jsou připojeny k přijímači namísto antény. Kontaktní metoda je o několik řádů citlivější než metody založené na stanovení amplitudy. Pasivní vyhledávání podzemních komunikací je možné bez připojení generátoru.

Kontaktní metoda má však dvě nevýhody:

• pracovní náročnost. Metoda je poměrně přesná, pokud je alespoň přibližně známo místo defektu. V opačném případě je nutné zkontrolovat celý kabel. U defektů s vysokým odporem se zóna citlivosti prudce snižuje: již u poškození s odporem asi 100 kOhm je detekční zóna v okruhu větším než 1 m od poškození. Najít takové poškození je obtížné;
• Pro města s rozvinutou asfaltovou vozovkou je použití kontaktní metody nemožné. Ve venkovských oblastech jsou potíže spojeny s vlastnostmi krajiny, půdou a povětrnostními podmínkami.

Pro městské podmínky byla vyvinuta dvoufrekvenční amplitudová metoda, která může zcela nahradit tradiční amplitudovou metodu, při které se poškození hledá prudkým poklesem signálu. Nevýhodou tradičního vyhledávání je, že musí být nepřetržité a ke změnám signálu může docházet z různých důvodů. Metoda dvoufrekvenční amplitudy pracuje na dvou frekvencích najednou: 273 Hz a 2 kHz. Nízkofrekvenční signál 273 Hz je citlivý na poškození izolace a signál s frekvencí 2 kHz je referenčním signálem a mění se s hloubkou kabelu nebo polohou měřiče vůči němu stejně jako nízkofrekvenční signál.

Při absenci poškození zůstává poměr signálů podél kabelu prakticky nezměněn. Při poškození kabelu je změna signálu 273 Hz výrazná, ale změna signálu 2 kHz je prakticky zanedbatelná.

Zařízení analyzuje poměr úrovní signálu na dvou frekvencích a určí poškozenou oblast porovnáním poměrů signálů na koncích testovací oblasti. V městském prostředí funguje na vzdálenost až 100 m, což umožňuje najít poškozený úsek kabelu v intervalu 1 km při 10 měřeních. Poté lze provést následující měření na poškozené oblasti a rozdělit ji na kratší části. To značně usnadňuje práci kabelových specialistů. Nutno podotknout, že citlivost dvoufrekvenční amplitudové metody je řádově vyšší než u tradičních metod hledání poškození a umožňuje i vyhledávání v oblastech nepřístupných pro měření.

Usnadnění a zrychlení práce specialistů ve stále složitějších podmínkách vyhledávání kabelových tras a poškozených míst je celkovým výsledkem využití všech uvedených inovativních metod vyvinutých v posledních letech.

Bohužel použití těchto metod stále brání vysoké ceny výrobců zařízení pro vyhledávání trasy.

Jakékoli poškození izolace kabelu může vést k vážným problémům v elektrické síti, jako je požár, selhání elektrického zařízení, úraz elektrickým proudem a dokonce i smrt.

Proto je nesmírně důležité včas určit místo poškození izolačního nátěru a zabránit vzniku nebezpečné nebo havarijní situace.

Hlavní příčiny poškození izolace kabelu

Zaměřme se na ty nejčastější:

• výrobní vady kabelových výrobků;
• mechanický náraz z provádění výkopových prací bez předchozího stanovení hloubky kabelové trasy;
• posun zeminy způsobený havárií na topném potrubí, vodovodním řadu nebo kanalizační síti nebo v důsledku přírodních sezónních jevů;

• nedodržení přípustných norem pro provoz silových kabelových vedení vedoucí k tepelnému přetížení elektrického vedení v důsledku značného proudového přetížení;
• výskyt vysokofrekvenčního proudu v kabelovém vedení v důsledku tranzitního zkratu;
• nedodržení technologického postupu při instalaci kabelu.

Je důležité zdůraznit, že pokud je trasa položena nad hlavou, pak se některé z uvedených příčin poruch stávají irelevantními, konkrétně riziko posunutí zeminy a mechanického poškození při výkopových pracích v rozporu s předpisy je sníženo na 0.

Typy poškození izolace kabelů

• nestabilní; stabilní.

K nestabilním nejčastěji dochází díky speciálním vlastnostem izolačního pláště (olejového papíru). Při poruše takové izolace vznikají ve výbojové mezeře podmínky, které usnadňují uhašení elektrického oblouku. Z hlediska množství takové poškození výrazně převyšuje poškození stabilní. Nestabilní se zároveň „umí“ samolikvidovat, zůstávají nestabilní nebo se transformují na stabilní (když jsou vytvořeny zvláštní „příznivé“ podmínky).

• zkraty (v kabelových vedeních s izolovaným neutrálem nebo zkraty s uzemněním);
• útesy.

Zkraty zase mohou být jednopólové (jednofázové) a mezifázové (2- a 3fázové s uzemněním nebo bez něj).

Navíc v sítích s kapacitní kompenzací nebo s izolovaným neutrálem hrají obrovskou roli dvojité zkraty s uzemněním – zkraty 2 fází k zemi v různých úsecích připojené elektrické sítě.

• plovoucí členění;
• přerušení vodiče s uzemněním nebo bez něj;
• mezifázový zkrat;
• zkrat mezi vodičem s proudem a pláštěm kabelu.

Co je porucha kabelu a proč je nebezpečná?

Poruchy izolačního pláště kabelového vedení se vyznačují napěťovými rázy, přehřátím, vznikem elektrického oblouku, který má za následek vážné poškození izolace, roztavení vodivých jader, požáry a další neopravitelné následky.

Poruchy kabelů jsou rozděleny do 2 typů podle jejich původu:

1. Tepelný průraz

K tomu dochází, když je úroveň ohřevu izolace kabelu vyšší než odváděné teplo. To vede ke snížení dielektrické pevnosti (například u vysokonapěťových kabelových vedení s tlustým ochranným pláštěm). Poruchy tohoto typu nejsou spontánní – vyvíjejí se postupně a vyskytují se zpravidla v oblastech, kde se vysoké teploty vyvíjejí zvláště aktivně v důsledku zvýšených dielektrických ztrát. Vzniku tepelného průrazu často předcházejí vysoké teploty v provozním prostředí.

2. Elektrický (piercing)

Elektrický průraz je poškození nejzranitelnější části izolačního pláště. K takovýmto poruchám kabelů dochází v krátkých intervalech a jsou obvykle způsobeny místní destrukcí ochranné vrstvy kabelových výrobků.

Elektrický průraz kabelu může být také způsoben ionizací. Vyskytuje se v důsledku přítomnosti plynových inkluzí v technické pevné izolaci. V těchto inkluzích se intenzita pole výrazně zvyšuje. Elektrická pevnost plynu je menší než pevnost pevných dielektrik, proto v plynových inkluzích dochází k ionizaci, která má chemické, elektrické a mechanické účinky na dielektrikum, což vede k porušení izolace kabelu.

Poruchy izolace elektrických rozvodů charakterizované téměř 100% vymizením odporu nebo kontaktu mezi dvěma kovovými vodiči se nazývají slepé (úplné).

Existuje také koncept částečného úniku (neúplný průnik). Takové poškození izolace je doprovázeno částečnými výboji, které vedou k výraznému oslabení odporu ochranného pláště kabelu a výraznému svodovému proudu. V důsledku toho se aktivuje ochranné zařízení. Často nejsou viditelné žádné známky poškození, což ztěžuje lokalizaci závad.

Zároveň dochází i k otevřeným – povrchovým poruchám kabelů. Otevřené průrazy se zpravidla vyskytují při výrazně nižším napětí než v případě průrazu tloušťkou dielektrika. Napětí příznivé pro vznik otevřených průrazů v tomto případě do značné míry závisí na vzdálenosti, ve které jsou části vedoucí proud od sebe odděleny, a také na aktuálním fyzickém stavu povrchu dielektrika (drsnost, přítomnost nečistot, vlhkost atd.). V případě poškození povrchu nedochází k přímému poškození pevné izolace, s výjimkou případů, kdy je ochranný plášť vystaven roztavení nebo hoření elektrickým obloukem, který vzniká v důsledku silného povrchového výboje.

Příčiny poruchy kabelu

Hlavním předpokladem pro vznik průrazu kabelu je ztenčení izolačního pláště vlivem tření vodičů o sebe nebo o jiné části elektrického zařízení.

Některé typy kabelů jsou náchylné k poruchám způsobeným přepětím blesku.

Ztráty, kterým bude třeba čelit kvůli poruše elektrického vedení, budou poměrně velké. Proto je pravidelná údržba elektrických sítí, včasná detekce vadných úseků kabelových vedení a jejich odstraňování přímo v kompetenci energetiků.