ИЗМЕРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НЕАВТОМАТИЧЕСКИХ ВОЛНОВЫХ ИСКАТЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Для выяснения различных особенностей методики волновых измерений на трехжильных кабелях недостаточно отдельного рассмотрения одной поврежденной жилы, как это было сделано выше в гл. 3.
Рассмотрим сначала переходный процесс при пробое заряженной до напряжения Е одной жилы на оболочку отдельного отключенного трехжильного кабеля (рис. 6-13,а). Схема замещения для этого случая изображена на рис. 6-13,б. Потерями в линии пренебрежем.
Эти результирующие с противоположной полярностью волны отличаются от исходных только постоянным коэффициентом Если продолжить анализ дальше, рассматривая приход отраженных волн из все более удаленных участков левой части схемы, то уже отмеченные закономерности сохранятся: в правую часть схемы волны проникать не будут. В левой части схемы форма переходного процесса будет сложной, зависящей от конфигурации схемы, а в правой будут прямоугольные колебания.
Таким образом, для симметричной трехпроводной разомкнутой на конце линии без потерь, отделенной от сколь угодно сложной симметричной сети без потерь местом однополюсного пробоя, период колебаний определяется только длиной участка до этого места.
Силовые кабельные сети обладают очень высокой степенью симметрии. Однако с потерями в них считаться приходится. Правда, как уже отмечалось в гл. 2, различия в скоростях нулевого и междупроводного канала и в затухании этих каналов (в отличие от воздушных линий) незначительные. Кроме того, силовые кабельные линии имеют значительно меньшую длину, чем воздушные. Согласно экспериментальным данным для силовых кабелей коэффициент δ= (2,5-5)·10-4 сек 12 [км [Л. 29]. Затухание импульсов при пробеге 1,5—2 км не превышает 2—5 раз, разница же в затухании по двум волновым каналам — небольшая часть от этой величины. Из изложенного можно сделать следующие выводы.
- Во всех случаях следует стараться измерить первый полупериод колебаний, так как с течением времени все более искажаются фронты волн (периоды колебаний как бы увеличиваются), усиливается влияние на искажение процесса с одной стороны от места пробоя процессами на другой стороне.
- С увеличением расстояния до места пробоя методическая погрешность измерения увеличивается за счет искажения фронтов волн. Имеется в виду погрешность в точности соотношения
где τ — длительность полупериода колебаний.
Как показывают расчеты и опыт эксплуатации для кабельных линий длиной до нескольких километров, методическая погрешность измерений не превышает 3%.
- Целесообразно в условиях эксплуатации при одновременном испытании цепочек кабельных линий пользоваться теми же приборами для неавтоматических измерений, что и при ОМП отдельной линии.
Измерение полупериода колебаний при пробое в изоляции кабеля, заряженного постоянным напряжением, получило в СССР применение в начале 50-х годов [Л. 44] под наименованием «метод колебательного разряда». Значительно позднее — в 1959 г. [Л. 41] в США появилось сообщение о применении того же по существу метода под наименованием «резонансного» (Resonent).
Весьма важным преимуществом метода колебательного разряда является возможность определить место так называемого «заплывающего пробоя». Такой пробой характерен для кабельных соединительных муфт. Образующиеся в заливочной массе полости под действием дугового разряда «заплывают», способствуя повышению разрядного напряжения. Нередки случаи, когда после одиночного пробоя изоляции при испытательном напряжении в течение длительного времени многократные подъемы испытательного напряжения не приводят к пробою.
В некоторых энергосистемах поэтому перед началом профилактического испытания изоляции кабельной линии повышенным постоянным напряжением подключают и настраивают прибор ЭМКС. В случае одиночного заплывающего пробоя расстояние до него остается зафиксированным. Следует подчеркнуть, что при наличии в месте повреждения искрового разряда переходное сопротивление всегда во много раз меньше волнового сопротивления кабеля (Rп≈0) и условия колебательности разряда выполняются. После многократного повторения пробоев изоляция в месте повреждения может обуглиться настолько, что канал в изоляции становится проводящим, искрового разряда не возникает. Поэтому целесообразно применить прибор ЭМКС, если уж не при самом испытании, то при первых же повторных подъемах испытательного напряжения.
Схема подключения прибора показана на рис. 6-11,а. Выпрямительная установка подсоединяется к испытуемой жиле кабеля отрицательным полюсом, что характерно для отечественных и большинства зарубежных установок. Прибор ЭМКС-58М рассчитан именно на такое подключение.
При отсутствии специальных делителей напряжения можно использовать так называемое антенное присоединение (рис. 6-11,6) в виде подключенных к клеммам «пуск» и «стоп» прибора двух изолированных проводов длиной 3—5 м. В распределительных устройствах 6— 10 кВ эти провода располагаются на полу под проводом, соединяющим испытательную установку с жилой кабеля. Перед началом измерений прибор должен в течение 10— 15 мин быть прогрет и стабилизирован.
После пробоя необходимо быстро снять показание прибора типа ЭЛ1КС, так как его ламповый вольтметр сохраняет правильное показание лишь несколько минут. Прибор ФОГ-301 счетчикового типа сохраняет показание до сброса его оператором. Жилы кабеля, не подвергающиеся испытанию высоким напряжением, желательно изолировать от земли, хотя это и не является строго обязательным.
Следует (если характер искрового пробоя сохраняется) произвести 4—6 замеров при двух значениях чувствительности «останова» прибора. При незначительном расхождении результатов в основу следует взять среднее значение из отсчетов при большей чувствительности.
Если измерение на кабельной линии длиной в несколько километров показало, что повреждение расположено близко от противоположного конца линии (несколько сотен метров), то целесообразно повторить измерение с ближнего конца. Точность существенно повышается.
Прибор ЭМКС может быть использован b при одной разновидности локационного метода, когда в линию посылается не кратковременный импульс, а длительный, сформированный отдельным источником в форме волны с крутым фронтом [Л. 62]. Волна высокого напряжения, дойдя до места повреждения изоляции кабеля, вызывает в ней искровой разряд. Поэтому при таком способе можно определять расстояние до места повреждения и с малым b с большим переходным сопротивлением.
Момент пробоя в месте повреждения несколько запаздывает по отношению к моменту прихода начальной точки фронта волны. Это вызвано процессом ионизации и уменьшением крутизны фронта волны при пробеге по линии. Измеренное время от начала фронта посылаемой волны до начала фронта волны, пришедшей от места повреждения, будет равно:
Рис. 6-14. Схема измерения н форма импульса на входе прибора ЭМКС при использовании высоковольтного импульса.
а — схема измерения; б — импульс на входе прибора ЭМКС;
1 — кабель; 2 — высоковольтный выпрямитель; 3 — прибор ЭМКС; П — момент пуска прибора; С — момент останова; Са — разделительный конденсатор.
Рис. 6-15. Схема волнового измерения на маслонаполненных кабелях в металлических трубах.
А и Б — жилы кабеля; 1 — место повреждения; 2 — перемычка; 3 — оболочка кабеля; 4 — высоковольтный выпрямитель; 5 — усилитель; 6 — счетчик; С— конденсатор; R — сопротивление; П — пуск; О — останов.
Разрядник Р2 (400 в) служит для защиты от перенапряжений на сопротивлении Рт при коротком замыкании на зажимах кабеля.
Представляет интерес еще один вариант волновых измерений на отключенной линии, когда измерения производятся с одной стороны, а на противоположной стороне поврежденная жила кабеля соединяется с неповрежденной.
Схема такого измерения, применяемого в США [Л. 41] для высоковольтных маслонаполненных кабелей в металлических трубах, показана на рис. 6-15.
Имеющая повреждение изоляции жила Б соединена на противоположном от места измерения конце с исправной жилой А. Выпрямительной установкой медленно поднимается напряжение до пробоя. «Пуск» измерительного устройства (отсчитывающего временной интервал) осуществляется фронтом волны, распространяющейся от места повреждения влево вдоль жилы Б, а «останов» — волной, приходящей через перемычку по жиле А. Показание пропорционально искомому расстоянию от дальнего конца кабеля. Чтобы применить для такой схемы прибор ЭМКС-58М, надо в цепи «останова» осуществить изменение полярности волны с помощью дополнительного импульсного трансформатора.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРИБОРОВ
Неавтоматические локационные и волновые искатели повреждений являются переносными измерительными приборами. Поэтому не реже 1 раза в 6 мес. должно производиться измерение основных параметров прибора, влияющих на точность ОМП.
Если прибор перед очередной проверкой не использовался в эксплуатации, то предварительно следует убедиться в ето работоспособности. Хранение приборов должно производиться в помещениях. При транспортировке следует предохранять прибор от действия ударов и тряски. Особенно это важно иметь в виду при использовании приборов совместно с передвижной испытательно-измерительной установкой.
В описаниях и инструкциях по эксплуатации, прилагаемых к приборам, содержатся материалы, позволяющие осуществить их ремонт. К ним относятся:
- Карта напряжений.
- Карта сопротивлений.
- Карта импульсов.
- Карта маркировки деталей и узлов.
- Принципиальная электрическая схема.
- Спецификация элементов схемы.
- Намоточные данные катушек и трансформаторов.
Кроме того, необходимы: импульсный осциллограф, тестер, ламповый вольтметр и какой-либо прибор эталонной частоты (волномер — гетеродин, цифровой частотомер и т. п.).
Иногда для поиска повреждения в одном из приборов типа Р5-1А используют другой — исправный.
В передовых энергообъединениях организованы службы испытаний и измерений. Персонал этих служб осуществляет проверку и ремонт приборов, следит за их состоянием, хранением и транспортировкой, своевременно заказывает запасные детали и электровакуумные и полупроводниковые элементы, способствует обмену опытом, следит за составлением и корректировкой импульсных характеристик линий, ведет учет повреждений.
На очень многих подстанциях 35—500 кВ приборы типа Р5-1А смонтированы на щите управления в соответствии со схемой рис. 5-1. Там же хранятся импульсные карты линий, снятые при определенных скорости развертки и коэффициенте усиления. Эти приборы также следует периодически проверять.
Особое внимание следует уделять вопросам техники безопасности. Корпуса приборов подлежат обязательному заземлению. Перед подключением прибора к измеряемому объекту необходимо убедиться в его всестороннем отключении и обеспечении другими мерами безопасности, предусмотренными «Правилами по технике безопасности». При этом необходимо осуществить защиту от наведенных потенциалов промышленной частоты, как это описано в гл. 5.
При выборе места для установки переносного прибора надо обеспечить достаточное удаление его и подводящих проводов от токоведущих частей соседних присоединений. Во время измерений на открытых подстанциях следует считаться с возможностью прихода по линиям блуждающих волн атмосферных перенапряжений, в частности не пренебрегать установкой защитных разрядников.
Посылка коротких низковольтных зондирующих импульсов (80—90 в) в отключенную воздушную линию, на которой персоналом производятся ремонтные работы, разрешается, так как это безопасно.
Перед присоединением к кабелю делителя напряжения прибора ЭМКС-58М необходимо убедиться в отключении кабеля и заземлить его для снятия заряда от испытательной установки. Заземление прибора осуществляется отдельным проводом, а не общим с испытательной установкой.