Определение места и вида повреждений на кабельной и воздушной линиях импульсным методом

Цель работы - изучение измерителя неоднородностей линий и кабелей типа P5-10 и ознакомление с методикой определения вида повреждений и расстояния до места повреждения на кабеле и воз­душной линии.

1. Анализ методов определения места повреждения кабеля

Выбор метода определения места повреждения кабеля зависит от характера повреждения и переходного сопротивления в месте повреждения. Повреждения в трехфазных КЛ могут быть следующих видов: замыкание одной жилы на землю; замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой; обрыв одной, двух или трех жил без заземления или заземлением как оборванных, так и необорванных жил; заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении, и исчезает (заплывает) при номинальном напряжении.

Характер повреждения определяют с помощью мегомметра. Для этого с обоих концов линии проверяют:

-сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция), сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);

- целостность токоведущих жил.

Во многих случаях для определения места повреждения кабеля необходимо, чтобы сопротивление в месте повреждения между жилами или между жилой и оболочкой было как можно меньше. Снижение этого переходного сопротивления до необходимого предела выполняют прожиганием изоляции кенотроном, генератором высокой частоты, трансформатором. Процесс прожигания протекает по разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15-20 сек. сопротивление снижается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается снизить только до 2000 – 3000 Ом. Процесс прожигания в муфтах проходит длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко изменяется, то снижаясь, то снова возрастая, пока не установится процесс и сопротивление не начнет снижаться.

Для определения зоны повреждения используют такие основные методы:

a) импульсный метод;

b) метод колебательного разряда;

c) метод петли;

d) емкостной метод;

e) акустический метод;

f) индукционный метод;

g) метод накладной рамки.

Импульсный метод

Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения.

Измерения производятся прибором рефлектометром Р5-10, РЕЙС-105Р. На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при коротких замыканиях и положительное при обрыве жил.

Метод колебательного разряда

Этот метод применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу подается от кенотронной испытательной установки напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как скорость электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерение выполнятся рефлектометром РЕЙС-105Р

Метод петли

Этот метод основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и наличии одной здоровой жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко соединяют с целой с одной стороны кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяю регулируемые сопротивления моста.

Равновесие моста будет при условии:

R1 / R2 = Lx / L + (L - Lx)

Так как сопротивление жилы прямо пропорционально ее длине, то

Lx = 2L * R1 /(R1 +R2), где

R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, (Ом);

L – длина трассы;

Lx – расстояние до точки повреждения, (м).

К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени на измерение, меньшую точность измерения, необходимость установки закороток. Поэтому петлевой метод сейчас вытесняется импульсным методом и методом колебательного разряда.

Емкостный метод

Этот метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины:

a) Обрыв одной жилы в трехжильном кабеле;

b) Схема на постоянном токе: П – потенциометр, Сэт – эталонный конденсатор, С1 – емкость поврежденной жилы;

c) Схема на переменном токе.

При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считая, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2 имеем

С1 / Lx = С2 / L – Lx, где

Lx – расстояние до места обрыва;

L – полная длина линии.

Тогда

Lx = Д * С1 / (С1 + С2)

После определения зоны повреждения в этот район направляется оператор для определения места повреждения. Для этого используют акустический, индукционный или метод накладной рамки.

Акустический метод

Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе вызванных этим разрядом звуковых колебаний, возникающих над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.

Слышимость звука с поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения кабеля и мощности разрядного импульса. Глубина прослушивания колеблется в пределах от 1 до 5 м. Применение этого метода на открыто проложенных кабелях, кабелях в каналах, туннелях не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.

Индукционный метод

Этот метод применяют для непосредственного отыскания на трассе кабеля мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на земле, обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле, для определения трассы и глубины залегания кабеля, для определения местоположения соединительных муфт.

Сущность метода заключается в фиксации с поверхности земли с помощью приемной рамки характера изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока звуковой частоты (800 – 1200 Гц) от долей ампера до 20 А в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке зависит от токораспределения в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно при соответствующей ориентации рамки определить трассу и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи «жила – жила», для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух и трехфазные или создают искусственную цепь «жила – оболочка кабеля», разземляя последнюю с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.

При использовании цепи «жила – жила» ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил , то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трасс кабеля будут индуцироваться ЭДС, изменяющаяся от минимума при вертикальном расположении жил, до максимума при горизонтальном расположении жил.

Метод накладной рамки

Этот метод применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод удобен при открытой прокладке кабеля; при прокладке в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения. Метод основан на том же принципе, что и индукционный. Генератор подключают к жиле и оболочке или между двумя жилами. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, обусловленный магнитным полем одиночного тока.

2. Назначение, технические данные и принцип действия измерителя Р5-10

Измеритель неоднородностей линии типа Р5-1О предназначен дня проведения следующих операций на воздушных и кабельных ли­ниях:

- обнаружение повреждений и определение его характера (обрыв, короткое замыкание);

- обнаружение сосредоточенной неоднородности волнового сопротивления (асимметрия в проводах, нарушение контакта, резкое изменение сопротивления изоляции и т.п.);

-определение расстояния до повреждения или неоднородности.
Чувствительность измерителя обеспечивает просмотр линий с затуханием до 80 ЦБ в полосе частот от 3,5 кГц до 7 МГц.

Минимальная длина линии, с которой возможен просмотр, не менее 5 м.

Амплитуда зондирующего импульса при нагрузке 75 Ом - 10-20B;
Диапазон измеряемых расстоянии, км: 0...0,3; 0... 1; 0...3; 0...10; 0...30; 0..100; 0...300.

Основная погрешность измерения расстояния, % : ±1.

Погрешность установка коэффициента укорочения, %: ±1.

Длительность развертки (мкс) на диапазонах:

1 км ..……….3-6, 10 км .……….30-60,

100 км ……….300-600, 300 км ……….800-1500.

Время самоподогрева - 5 мин.

Питание прибора: 220 В, 50 ГЦ, 220 В, 400 Гц; от встроенного ав­тономного источника 10-15 В.. Потребная мощность - 35 ВА; масса – 9,8 кг.

Принцип импульсных измерений заключается в том, что в измеряемую линию подается напряжение (зондирующие импульсы), которые, рас­пространяясь до линии, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда они были посланы.

Зондирующий импульс и отраженные сигналы воспроизводятся на экране ЭЛТ. Сигналы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления, будут смещены по времени относительно зондирующего импульса в зависимости от расстояния до места неоднородности.

Неоднородность волнового сопротивления характеризуется коэффициентом отражения ρ и определяется:

где Uотр и Uзонд - соответственно, амплитуда отраженного и зондирующего импульса;

r - сопротивление в месте повреждения;

z - номинальное волновое сопротивление линии.

Отсутствие отраженного сигнала свидетельствует о точном сог­ласований линии по волновому сопротивлению.

При обрыве отраженный импульс имеет туже полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.

Каждая линия обладает своей собственной скоростью распространения импульсного сигнала. В измерителе обеспечен прямой непосред­ственный отчет расстояния в единицах длины с учетом скорости рас­пространения импульса в линии через коэффициент укорочения элек­тромагнитной волны (ручка "укорочение"). Величина коэффициента укорочения волны для волнового канала определяется:

где - скорость света, равная 300 м/мкс;

- скорость распространения импульса в линии. Измерения на многожильном кабеле или многопроводной линии могут носить многоволновой характер, т.е. импульсы будут распро­страняться по двум и более волновым каналам. Поэтому при импульсных измерениях в многопроводных линиях необходимо выполнять следующие рекомендации:

1)независимо от вида повреждений (к.з. или обрыв одной, двух или большего числа жил) следует включать измеритель по схе­ме "жила-жила" ("провод-провод"). При повреждении одной из жил предусматривается схема "поврежденная жила - неповрежденная жила";

2)следует избегать подключения измерителя по схеме "все жилы (провода) - оболочка (земля)", так как в этом случае имеет место минимальная скорость распространения и повышения затухания амплитуды.

Выброс импульсной характеристики вверх соответствует увели­чению сопротивления в месте отражения относительно волнового ( Котр> 0), что соответствует обрыву или увеличению продоль­ного сопротивления линии. Выброс вниз указывает на уменьшение сопротивления в месте отражения относительно волнового ( Котр < 0), что соответствует короткому замыканию илиутечке через некоторое сопротивление Rут. Для иллюстрации вышеуказанного на рис. 6 и рис. 6 приведены при­меры импульсных характеристик линий электропередач, наблюдаемые на экране ЭЛТ. На рис. 1 представлена импульсная характеристика исправной линии, разомкнутой на конце (обрыв) , а на рис. 2 приведена импульсная характеристика линии при наличии повреждения в виде короткого замыкания.

3. Техническое обозначение работы и задание

С помощью прибора Р5-10 определяют повреждения в кабель­ной линии и на воздушной линии.

Органы управления, присоединения и контроля размещены на передней и боковых панелях измерителя P5-10 (рис. 3,4), а их наз­начения приведены в табл.1.

Таблица 12.

Обозначения ручек управления	Назначение ручек управления
а) передняя панель
1. Ручка "Усиление"	Установка чувствительности индикатора
2. Ручка "Вых.сопр."	Согласование выходного сопротивле­ния генератора с волновым сопротив­лением линии
3. Ручка "Зонд. имп."	Выбор длительности зондирующего импульса
4. Ручка и тумблер "Диапазоны (КМ)"	Выбор диапазона измерения расстояния
5. Ручка "Укорочение"	Установка коэффициента укорочения испытуемого кабеля
6. Ручка "Расстояние"	Измерение расстояния до повреждения
7. Ручка "Уст. отсчета"	Установка начала отсчета расстояния (совмещение зондирующего импульса с отсчетной риской)
8. Ручка "Компенс"	Корректировка формы отраженного импульса
9. Ручка "☼"	Установка яркости луча индикатора
10. Ручка "↕"	Перемещение линии развертки по верти­кали на экране
11. Ручка " • "	Установка фокусировки луча индикатора
12. Тумблер "Питание"	Включение напряжения
б) левая боковая панель
1. Разъем "Вход-Выход"	Выход генератора зондирующих импульсов. Присоединение соединительного кабеля.
2. Ручка "Общ.- разд."	Коммутация режима измерения
3. Ручка "Фильтр"	Корректировка полосы пропускания усилителя при повышенном уровне помех
4. Выведенный под шлиц резистор ↕ ▬	Начальная вертикальная установка линии развертки перед началом измерений на экране индикатора
в) правая боковая панель
1. Клемма "┴"	Корпус
2. Гнездо "◊◊◊"	Калибровка диапазона измерения

Установите органы управления в исходное положение:

"Усиление" - в крайнее левое положение;

"Расстояние" - "0 ";

"Уст. отсчета" - в крайнее левое;

"Питание" - выключено.

Подключите к разъему "Вход-выход" соединительный кабель.

Перед включением измерителя обязательно установите ручку ☼ в крайнее левое положение.

Подключите с помощью соответствующего кабеля измеритель к внешней сети. Включите тумблер "сеть" на блоке питания и тумблер "Питание", при этом должна загореться сигнальная лам­почка на передней панели.

Отрегулируйте ручками ☼, О· , ↕ (при необходимости потенциометром ↕ ▬) яркость, фокусировку и получение луча на экране. Плавно вращайте ручку "Уст. отсчета" вправо, пока на экране не появится зондирующий импульс.

Работа выполняется на кабеле с резиновой изоляцией и на воздушной линии. Тумблеры, установленные на панели, позволя­ют имитировать повреждения в различных местах на линии (обрыв, короткое замыкание).

Каждая бригада для имитации повреждений использует набор тумблеров

(задание выдается преподавателем).

Порядок проведения работы

1.Установите ручки управления в следующее положение:
"Усиление" - крайнее левое, "Расстояние" - 0, "Уст. отсчета" -
крайнее левое, "Компенс" - крайнее левое, "Фильтр" - " ".

2.Заземлите измеритель (клемма на блоке питания).
Включите тумблер "Питание", при этом загорится сигнальная лам­почка и через 1-2 мин на экране появится линия развертки.

3.Ручками ☼, ○^. ,↕ отрегулируйте яркость, фокуси­ровку и положение луча на экране.

4.К разъему "Вход-выход" на левой панели измерителя под­ключите соединительный кабель.

5.В зависимости от длины измеряемых линий работа производится на одном из следующих диапазонов: 0,3 км, 1 км, 3 км, 300 км.

6. Установите ручку "Зонд имп." (μS) в положения: "0,05,0,1; 0,3 ;П" - при длине линии до 10 км;

"0,1; 0,3; 1; 3" - при длине линии до 30 км;

" 1, 3, 10, 30" - при длине линии до 300 км.

7. Установить ручку "Вых.сопр." на величину волнового соп­ротивления измерительной линии.

Светлому сектору соответствует сопротивление от 20 до 100 Ом; серому - от 100 до 250 Ом, темно-серому - от 250 до 500 Ом.

8. Подключите присоединительный кабель к линии. Установи­те ручку "Общ.-разд." на левой панели прибора в положение "Общ. 1" - в случае измерений на одной паре и измерений по ме­тоду последовательного сравнения или в положение "Разд." - в
случае измерений по методу перехода энергии.

При измерениях по методу сравнения пар ручку "Общ.-разд." переключайте последовательно из положения "Общ.1" в положение "0бщ.2"; "Общ.З". Выводыприсоединительного кабеля "Bx l", "Вх 2", "Вх 3" должны быть подключены к исследуемым жилам (проводам).

При измерении по методу перехода энергии одну жилу изме­ряемого кабеля присоединить к выходу "Вх 1" присоединительного кабеля, а вторую - к выходу "Усил".

9. Установите ручку "Укорочение" в положение, соответст­вующее значению коэффициента укорочения измеряемого типа ка­беля (табл.13).

Таблица 13

Тип линии	Коэффициент укорочения	Волновое сопротивление
1. Силовые высоковольтные кабели с бумажной изоляцией	1,87	25-05
2. Воздушные линии электропередачи 35 -110-220-330 кВ	1,0
3. Кабели с резиновой изоляцией	1,8 - 2

10.После подготовки измерителя к работе и подключения к измеряемой линии произвести осмотр импульсной характеристики линии на ЭЛТ.

11.Для получения более четкой импульсной характеристики
произвести подрегулировку ручек "Вых.сопр." и "Фильтр".

12.соответствующей отражению от неоднородности линии, установите
характер повреждения.

При сложной импульсной характеристике произведите зарисов­ку импульсной характеристики и сравните ее с ранее зарисован­ной характеристикой этой линии при отсутствии повреждения при тех же положениях ручек управления.

13. Ручкой "Уст.отсчета" совместите передний фронт зондирующего импульса с одной из рисок шкалы ЭЛТ.

Ручкой "расстояние" произведите совмещение начала фронта найденного всплеска отраженного импульса с отсчетной риской шкалы.

По показанию ручки "Расстояние" произведите отсчеты рас­стояния.

14. После устранения повреждения следует повторно просмот­реть линию прибором.

В карту линии нужно записать следующие данные:

-длительность импульса (положение ручки "Зонд. имп.(μS)",

-величину выходного сопротивления (положение ручки"Вых.сопр"),

-диапазон измерений (положение ручки "Диапазоны (км)",

-коэффициент усиления (положение ручки "Усиление").

15. С целью восстановления разрешающей способности по рас­стоянию проводится корректировка формы зондирующего импульса с помощью ручки ”Компенс”.

16. Произвести зарисовки импульсных характеристик на каль­ке.

Данные измерения сводятся в табл. 14

Таблица 14

Исп. линия	Длит. Длит. И импульса	Вых.сопр. Вых. сопр.	Диап.изм. Диап. И изм.	Коэф.усил. Коэф. усил.	Коэф Коэф. укор.	Вид по Вид по- Вид ре врежд.	Место Место пов п повр. Мповр., (м, ( м, км)
Каб. Каб. Линия линия
Возд. Возд. линия

Содержание отчета

1.Цель и содержание работы.

2.Краткое описание принципа действия прибора P5-I0.

3.Экспериментальные данные по определению вида и места
повреждения линии.

4.Осциллограммы ленив до повреждения и после повреждения.

5.Анализ результатов работы, выводы.

5. Контрольные вопросы

1.Принцип импульсного метода определения повреждения в линии.

2.Физический смысл коэффициента укорочения и способы его определения.

3.Принцип действия прибора P5-10.

4.Техническая характеристика прибора P5-10.

5.Объяснить порядок работы с прибором P5-10 при определении повреждений в линиях.

6.Назвать другие методы определения повреждения в линии.

7.Особенности применения методов определения повреждения кабельных и воздушных линий.

Литература

1.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – СПб., Издательство ДЕАН , 2003,­­­ 305 c.

2.Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. – M : Издательство НЦЭНАС , 2001, 192c.

3 .Правила устройства электроустановок [Текст] / М-во энергетики РФ - М.: Энергосервис, 2005. - 439 с. - (58519-99).

4. .Сибикин,Ю.Д. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий [Текст]: учебник для учреждений начального проф. образования;в 2 кн. Кн. 2 - М.: Академия, 2009. - 251 с.

5.Сибикин,Ю.Д. Безопасность труда при монтаже, обслуживании и ремонте электрооборудования предприятий [Текст]: справочник - М.: КноРус, 2011.-281с

6.А.Н.Макаров, В.И.Острик. Эксплуатация электрооборудования. Учебное пособие. – Тверь: ТГТУ, 2000, 80 с

7. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. ЦБНТИ. Москва, 1986, 57с

Содержание.

Введение

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 Методы проверки электрической изоляции электроустановок 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Исследование сопротивления изоляции электрических машин 13

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 Исследование сопротивления петли “фаза-ноль” 16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4Определение места и вида повреждений на кабельной и воздушной линиях 20