Современные методы диагностики кабельных линий

В настоящее время кабельные линии являются одним из основных способов передачи электрической энергии на большие расстояния. Данный вид передачи электроэнергии используется на протяжении многих десятилетий и за это время большая часть коммуникаций превысила свой срок эксплуатации. В связи с данным фактором нередко происходят всевозможные обрывы, повреждения и выходы из строя кабельных линий. В связи с необходимостью оперативного устранения повреждений были разработаны различные методы поиска повреждений, которые разделяются на методы предварительной(дистанционной) и точной(топографической) локализации мест повреждений. Методы предварительной локализации позволяют произвести предварительный поиск повреждения, но не позволяют с большой точностью определить место повреждения из-за нелинейности прокладки трассы и других факторов. Методы точной локализации позволяют с большой точностью произвести обнаружение повреждения после предварительного поиска дистанционными методами.

Одними из основных методов точной локализации повреждений являются потенциальный и индукционный методы. Оба метода являются точными, и позволяют находить повреждения с точностью до 0,5 метров.

Потенциальный (шаговый) метод заключается в измерении разности потенциалов на поверхности грунта над коммуникацией. Данный метод применяется для определения места повреждения изолирующей оболочки кабеля с замыканием на землю. Этот вид повреждения проявляется в следствии различных факторов, таких как старение изоляции, влияние влаги на изоляционный слой кабеля, механические повреждения вследствие некачественной прокладки или земляных работах. Разность потенциалов возникает в следствии появления электромагнитного поля вокруг коммуникации, или при возникновении тока утечки в месте повреждения. Информативными параметрами нахождения места повреждения является величина напряжения и параметры его изменения при прохождении вдоль трассы исследуемой коммуникации.

Суть поиска заключается в локализации места повреждения с помощью двух контактных стержней (для грунтовых покрытий) или пластин (для асфальтобетонных покрытий). В первом варианте измерение разности потенциалов происходит непосредственно, во втором случае процесс происходит за счёт ёмкости пластин. Ток подаётся в исследуемую коммуникацию с конца линии.

Потенциальный метод также имеет свои разновидности, основными из которых являются:

1. Частотный способ. Характеризуется использованием генератора, способного выдавать сигнал переменного тока заданной частоты и приёмника, настроенного на поиск по заданной частоте.

2. Способ с использованием постоянного тока. Приём сигнала осуществляется с помощью милливольтметра постоянного тока.

3. Способ с использованием источника импульсного тока. Приём сигнала осуществляется импульсным милливольтметром.

Разница данных способов заключается только в виде используемого тока.

На практике чаще всего применяется частотный способ потенциального метода поиска места повреждения. Для реализации данного способа применяются специализированные поисковые комплекты, в состав которых должны входить следующие виды средств:

1. Поисковые генераторы – устройства, предназначенные для введения в исследуемую коммуникацию сигналов синусоидальной формы различной частоты. Основными характеристиками является их выходная мощность, влияющая на максимальное расстояние при поиске места повреждения и настраиваемые частоты сигнала необходимые для выбора приёмника.

2. Приёмники сигналов – устройства, предназначенные для приёма сигнала заданной частоты. Индикация заключается в визуальном и звуковом (с помощью головных телефонов) виде. При приближении к месту повреждения сигналы будут усиливаться, либо исчезать в зависимости от способа поиска.

3. Контактные устройства – это приспособления, позволяющие обнаруживать токи растекания на поверхности над повреждением. Одним из представителей данных устройств являются А-рамки, обладающие удобной конструкцией за счёт фиксации сигнала при фиксированном расстоянии между щупами.

Потенциальный метод также подразделяется по разным принципам поиска, таким как принцип максимума и минимума сигнала.

При использовании метода по принципу максимума необходимо начинать поиск до места повреждения, передвигаясь вдоль коммуникации с интервалами до 1 метра. А-рамка будет располагаться перпендикулярно коммуникации, при условии, что один из щупов рамки будет находится точно над коммуникацией. Также необходимо произвести подстройку приёмника сигнала на воспринимаемый уровень, обычно данный уровень варьируется примерно в диапазоне 20-30% от шкалы приёмника. При прохождении вдоль трассы сигнал приёмника будет усиливаться при приближении к месту повреждения, если сигнал начинает превышать шкалу приёмника, необходимо снова произвести подстройку приёмника до уровня 20-30% от шкалы. Максимум сигнала будет достигнут над местом повреждения, после чего будет плавно снижаться. Характер изменения сигнала изображён на рисунке 1.

Рисунок 1. Принцип поиска МП по принципу максимума

Обнаружить место повреждения с точностью до сантиметров при помощи поиска по принципу максимума слишком сложно из-за максимального уровня сигнала на относительно большом расстоянии. Исходя из этого применяют метод поиска места повреждения по принципу минимума. Принцип минимума заключается в расположении рамки продольно относительно коммуникации. При этом длина шага должна составлять не более 10 сантиметров. Приближение к месту повреждения сопровождается усилением сигнала, после вхождения в зону места повреждения уровень сигнала резко понижается, после чего снова резко повышается. Место, где сигнал минимален и является местом повреждения. В случае если используется А-рамка, место повреждения при минимальном уровне сигнала находится ровно посредине между штырями. 

Характер изменения сигнала изображён на рисунке 2.

 Рисунок 2. Принцип поиска МП по принципу минимума

При использовании генератора постоянного или импульсного тока возможен поиск с помощью милливольтметра постоянного или импульсного тока, установленного на А-рамке. Процесс поиска, при постоянной составляющей сигнала, не сильно отличается от частотного способа, в нём также используется принципы максимума и минимума. Также присутствует дополнительный параметр, заключающийся в изменение полярности индуцируемого сигнала при прохождении над местом повреждения.

Подводя итоги, можно сказать, что потенциальный метод является одним из вспомогательных методов и позволяет производить поиск повреждения оболочек кабеля, находящихся в полном контакте с грунтом. Для реализации данного метода необходимы комплекты поискового оборудования состоящих из генератора сигналов (импульсный, постоянного тока, переменного тока с устанавливаемой частотой), приёмника сигнала (переменного тока заданной частоты, милливольтметр постоянного напряжения, милливольтметры импульсного напряжения), и двух контактных электродов или накладок (возможна конструкция в виде А-рамки).

Индукционный метод поиска повреждений заключается в контроле магнитного поля, создаваемого протекающим по кабелю током. С помощью данного метода поиска возможно выявлять следующие виды повреждений:

1. Обрыв жил – повреждение, при котором происходит обрыв одной или нескольких жил кабеля.

2. Однофазные замыкания – повреждения, при которых происходит замыкание одной из жил кабеля на экран.

3. Межфазные замыкания – повреждения, при которых происходит замыкание двух и более жил кабеля.

Перед началом поиска места повреждения обязательно производятся трассопоисковые работы для точного определения места прокладки силового кабеля. Трассопоиск возможно производить двумя способами: пассивным и активным. Активный способ подразумевает под собой использование комплектов, состоящих из генератора, способного подавать сигнал заданной частоты в исследуемый кабель, и приёмника настроенного на приём заданного сигнала генератора. Пассивный способ подразумевает использование промышленных частот (50, 100, 300 Гц) с подстроенным под них приёмником сигнала. Минусом данного способа является возможное наведение помех от других коммуникаций, что может привести к ошибочному построению трассы прохождения коммуникации. При трассопоиске также используется метод максимума и минимума. Индукционный датчик приёмника располагается параллельно или перпендикулярно кабелю соответственно.

 Рисунок 3. Магнитное поле вокруг кабеля

Рассмотрим различные виды повреждений и способы их нахождения.

Обрыв жил кабеля – повреждение, при котором происходит полный либо частичный обрыв одной или нескольких жил кабеля. Данный вид повреждения встречается довольно часто, и возникает при проведении земельных работ, повреждении кабеля при прокладке, попадание воды в оболочку кабеля, а также при перегреве в следствии продолжительной высокой нагрузки. При поиске данного вида повреждения генератор подключается по схеме оборванная жила – броня

.

Рисунок 4. Схема подключения оборванная жила – броня

При данной схеме подключения используется распределённая ёмкость жилы кабеля. Ток генератора проходит через повреждённую жилу, распределённую ёмкость и броню кабеля. При удалении от места подключения генератора к кабелю интенсивность поля вокруг кабеля убывает, соответственно уменьшается сигнал на приёмнике. Для того чтобы увеличить напряженность магнитного поля над кабельной линией необходимо увеличить ток, проходящий по кабелю, что позволит усилить отслеживаемый сигнал. Данного увеличения возможно достигнуть путём уменьшения емкостного сопротивления кабеля (увеличив погонную ёмкость кабеля параллельным соединением жил) или увеличением частоты генератора. Напряжённость магнитного кабеля над местом обрыва является нулевой.

Для повышения точности определения места повреждения рекомендуется подключать генератор с обоих концов кабельной линии. При прохождении трассы кабеля необходимо зафиксировать топографически точки с одинаковым минимальным сигналом. Расстояние между этими точками делят пополам, полученное значение будет являться наиболее вероятным местом обрыва кабельной линии.

Межфазное замыкание жил кабеля – повреждение, при котором происходит полное или частичное разрушение изоляции жил кабеля, приводящее к устойчивому или неустойчивому контакту двух или более жил кабеля. Причинами данного повреждения, также как и с обрывом жил, могут быть дефекты при монтаже, старение изоляции, перегрев в следствии высоких нагрузок и другие. При поиске места повреждения генератор сигналов подключают между двумя короткозамкнутыми жилами.

Рисунок 5. Схема подключения между двумя короткозамкнутыми жилами.

Ток генератора при такой схеме подключения проходит непосредственно по повреждённым жилам во встречных направлениях. Генератор при этом работает в непрерывном режиме при частоте 480 Гц и более. Такие высокие частоты позволяют уменьшить потери и наводки на соседние коммуникации, а также увеличивает расстояние для локализации мест повреждений.

Перед началом поиска необходимо произвести настройку генератора таким образом, при котором приёмник сигнала способен уверенно принимать сигнал на максимальной чувствительности. Как правило — это достижимо при участии двух операторов, но присутствуют и комплекты с генераторами управляемыми дистанционно. Сигнальный ток генератора необходимо регулировать по параметрам, обеспечивающим его стабильность и слышимость сигнала приёмником на уровне оптимальном для оператора. Нестабильное значение сигнального тока является признаком изменяющегося контактного сопротивления в месте повреждения. Большой сигнальный ток генератора может привести к полному разрушению контактного моста между жилами и чревато дополнительными трудозатратами на поиск места повреждения.

Межфазные повреждения подразделяются по происхождению:

1. Повреждения, возникшие при аварийной ситуации. Являются достаточно стабильными и имеет сопротивление близкое к нулю.

2. Повреждения, возникшие при проведении испытаний. Сопротивление в месте повреждения, может быть, нестабильными при протекании сигнального тока генератора. На практике, при стабильном сопротивлении в месте повреждения индукционный способ применяется только при малых значениях сопротивления.

При возникновении межфазных повреждений имеется вариант, при котором замыкание происходит не только между жилами, но и оболочкой кабеля. При данном явлении проявляются токи растекания возникающие в следствие пути утечки тока на “землю”. Токи растекания вносят дополнительное перебивающее поле в эфир приёмника, что приводит к дополнительным трудностям во время поиска. Решить эту проблему можно воздействуя высоковольтными импульсами, в следствии чего контакт должен быть разрушен.

После подстройки генератора сигналов и приёмника следует вдоль кабельной линии. Сигнал периодически повышается и уменьшается в следствии повива жил кабельной линии. Из-за повива жил и как следствие влияния магнитных полей друг на друга, возникших при протекании противоположно направленных токов, возникает результирующее спиральное поле (“твист-эффект”). На индикаторе приёмника данный эффект будет виден как периодическое изменение сигнала с шагом повива.

Рисунок 6. Кабельная линия и изменение сигнала приёмника.

На рисунке 6 можно увидеть, как различные факторы влияют на изменения магнитного поля, воздействующего на приёмник. Особенно выделяются участки прохождения кабеля через трубу (защита кабеля от механических повреждений), соединительные муфты (сигнал возрастает из-за увеличения расстояния между жилами), прохождение смежных коммуникаций (заглубление кабеля). В месте повреждения наблюдается значительный рост сигнала, после прохождения постепенный спад сигнала до значений близких к нулевому.

Однофазное замыкание жилы – повреждение, при котором происходит устойчивое или неустойчивое замыкание одной из жил на оболочку кабеля. При неустойчивом характере замыкания, его приводят до устойчивого состояния при помощи установок прожига. После достижения минимальных устойчивых значений сопротивления появляется возможность поиска индукционным методом. При проявлении токов растекания необходимо разорвать все возможные пути утечки через броню, оболочку или муфты. Генератор подключается по схеме повреждённая жила – оболочка. Дальнейшие действия при поиске аналогичны поиску межфазных повреждений, то есть сигнал будет характеризоваться наличием шага повива до места повреждения и его отсутствием после прохождения.

Более простым случаем является замыкание двух и более жил на оболочку кабеля. При таком замыкании имеется возможность подключения генератора к двум жилам. При необходимости уменьшения сопротивления производят прожиг. Обязательным условием при этом является полное отключение от земли кабеля с обоих сторон. Сигнал при этом будет аналогичен межфазному замыканию.

ТОО “ЭЛЕКТРОНПРИБОР KZ” рекомендует к приобретению комплекты поисковые КП-500К от научно-производственного предприятия “АНГСТРЕМ”. Данный комплект состоит из поискового генератора ГП-500К и поискового приёмника ПП-500К. КП-500К обеспечивает работу на кабельных линиях протяжённостью до 50 км и глубиной залегания до 12 м. Генератор обладает высокой выходной мощностью в 500 Вт, и имеет возможность перестройки частот в зависимости от нужд пользователя. В комплект приёмника входит магнитная антенна для реализации индукционного метода поиска повреждений, головные телефоны, накладная рамка для выбора кабеля из пучка и акустический датчик для реализации акустического метода поиска повреждений. Комплекты поставляются в трёх модификациях, отличающихся исполнением кейсов для транспортировки. Дополнительно данные комплекты возможно доукомплектовать А – рамкой АР-500 для реализации потенциального метода поиска нарушения изоляции коммуникаций.

Также в нашем ассортименте имеются трассопоисковые комплекты Сталкер от научно-производственной фирмы “Радио-Сервис”. Данные комплекты предназначены для обнаружения и построения трассы коммуникаций на расстоянии до 10 км. Приёмники ПТ-24 и ПТ-14 способны обнаруживать коммуникацию на глубине до 10 м. Встроенный GPS/ГЛОНАСС модуль позволяет с высокой точностью построить трассу прохождения коммуникаций на Google или Яндекс картах с привязкой к точкам значений силы тока и глубины залегания. С помощью дополнительного датчика контроля изоляции имеется возможность измерения разности потенциалов на поверхности земли, что позволяет выявлять место повреждение изоляции коммуникаций. Сравнительная характеристика приёмников и генераторов входящих в комплекты Сталкер представлена ниже в таблице 1 и 2.

Таблица 1

Таблица 2

Компания ТОО “ЭЛЕКТРОНПРИБОР KZ” является официальным дилером производителей ООО “Завод Ангстрем” и НПФ “Радио-Сервис”. По вопросам приобретения можно обратиться к нашим менеджерам по контактам, указанным на сайте, или через страницу товара.