В литературе [60—62 и др.] описано значительное число разновидностей автоматических волновых искателей повреждений. Имеется опыт испытаний отдельных образцов. Однако отсутствуют публикации об успешной длительной эксплуатации таких устройств, нет и их серийного производства. Причиной этого, по нашему мнению, являются их принципиально более низкая, чем у локационных устройств, вероятность правильной работы (см. гл. 5) и несравненно большая сложность наладки и эксплуатации. Дело в том, что необходимо согласование во времени срабатывания устройств с двух концов линии. Случайная помеха может запустить комплект устройства на одном конце ВЛ и не запустить на другом. Необходима также периодическая ресинхронизация обоих комплектов. При однократной фиксации временного параметра с погрешностью не более десятков микросекунд на двух концах ВЛ схема устройства усложняется и значительно ухудшаются надежность и достоверность его функционирования.
Для ВЛ обычной длины (до 300 км) автоматические локационные искатели имеют решающие преимущества перед автоматическими волновыми устройствами. Лишь для дальних и сверхдальних передач варианты ОМП с использованием автоматических волновых искателей представляют практический интерес. Поэтому здесь нецелесообразно останавливаться на автоматических волновых искателях. Неавтоматические волновые искатели используются достаточно широко и успешно.
Неавтоматические волновые искатели: Искатели этого типа впервые предложены и разработаны в СССР в начале 50-х годов [63 ] для определения места «заплывающего» пробоя высоковольтных КЛ. Некоторые области их дополнительного использования будут отмечены в конце параграфа.
Принцип действия этих искателей основан на методе «колебательного разряда». Если заряжать емкость какой- либо жилы силового кабеля от источника выпрямленного напряжения отрицательной полярности (рис. 6.20, а), то в момент пробоя в обе стороны от МП будут распространяться волны положительной полярности. От разомкнутого конца КЛ они отразятся с сохранением полярности, а дойдя вновь до места пробоя, отразятся с изменением полярности (рис. 1.5). Таким образом, по обе стороны от места пробоя происходит колебательный разряд. За счет активных потерь колебания затухают. При отсутствии активных потерь колебания были бы строго прямоугольными с периодом колебаний Т = 4l/v, где l — расстояние от конца КЛ до места пробоя; ν — скорость распространения фронта волны.
Активные потери приводят к деформации фронта. Анализ показывает, что период колебаний постепенно как бы удлиняется по сравнению с указанным выше соотношением. Поэтому измеряется только первый полупериод колебаний τ1=2l/n, тогда искомое расстояние l=τχν/2.
Структурная схема прибора для таких измерений представлена на рис. 6.20, б. Относящиеся к ней эпюры напряжений показаны на рис. 6.20, в. Формирователь управляющих импульсов 1, дифференцируя поступающее с линии на его вход квазипрямоугольное напряжение, образует два импульса, сдвинутых на временной интервал τи = τ1.
Рис. 6.20. Функциональная схема ОМП методом колебательного разряда и эпюры напряжений для этого метода.
а — схема испытания одной жилы кабеля постоянным напряжением и образования волн в момент пробоя; б — структурная схема измерительного устройства; в — эпюры напряжений; ВУ — выпрямительная установка; R — резистор; ж — жила кабеля; П — пуск; С — стоп.
Измерительный блок 2 преобразует этот временной интервал в пропорциональное ему напряжение (прибор ЭМКС-58М) или в число периодов эталонной частоты, укладывающихся в нем (FOG-311, производство ГДР, или Щ4120, СССР). Индикатором 3 служит высокоомный вольтметр (ЭМКС-58М) либо цифровой счетчик (FOG-311, Щ4120).
В устройстве имеется блокировка для исключения наложения замеров от последующих полупериодов колебаний. При наличии резких неоднородностей волнового сопротивления в КЛ на характерную кривую колебаний могут накладываться резкие выбросы напряжения. В результате в блоке 1 будет преждевременно сформирован второй импульс останова отсчета временного интервала. Для исключения этого предусмотрено изменение уровня чувствительности. Если показания прибора при разных уровнях близки друг к другу, фиксируется отсчет, относящийся к большей чувствительности. Если показания отличаются значительно (10 % и более), отсчет производится по более грубому уровню.
К прибору придается высоковольтный емкостный делитель напряжения, состоящий из высоковольтных С1 и низковольтных С2 конденсаторов (рис. 6.21, а). В приборе ЭМКС-58М делитель рассчитан на напряжение пробоя изоляции 2—50 кВ, а в приборе Щ4120 — на напряжение 15—50 кВ. Искатель Щ4120 измеряет расстояние до МП кабеля в пределах от 40 до 40 000 м.
Рис. 6.21. Схема подключения неавтоматического волнового искателя к поврежденному кабелю.
а и б — использование емкостных делителей и антенн; 1 — прибор; 2 кабель; 3 — выпрямитель; 4 — провода-антенны; 5 — место повреждения; R — резистор; С1—С2 — емкостный делитель.
Суммарная погрешность измерения Δ ≤ (±30 м ± 0,025l). Можно использовать и антенное подсоединение прибора (рис. 6.21, б) без непосредственного присоединения к токоведущим частям. Такое включение искателя удалось использовать при испытании кабельных сетей под нагрузкой [64]. На рабочее переменное напряжение сети 6/1√3 кВ накладывается постоянное (выпрямленное) напряжение до 24 кВ путем подключения источника выпрямленного напряжения к нулевой точке сети. Одновременно пульсирующим напряжением отрицательной полярности испытывается вся электрически связанная сеть. Если установить прибор ЭМКС (Щ4120) на полу трансформаторной подстанции и проложить вдоль токоведущих частей (на изоляционном расстоянии) два провода типа ПВЛ длиною 2—5 м, присоединенные к прибору согласно рис. 6.21, б, то он может измерить расстояние до места пробоя в последовательной цепочке КЛ. Надо только, чтобы подстанция, где он установлен, являлась конечной в цепочке кабелей, т. е. была местом разрыва цепочки. Прибор в момент пробоя сети отсчитает расстояние от места своей установки до точки пробоя поврежденного кабеля в цепочке [64].
Неавтоматические волновые искатели можно также использовать и для незаплывающих пробоев. В этом случае прибор подключается к испытываемому кабелю до приложения повышенного напряжения. Если произойдет пробой, то на индикаторе прибора будет зафиксирован отсчет. Повторный подъем напряжения на изоляции КЛ при незаплывающем пробое может уже не привести к срабатыванию прибора. Приборы рассмотренного типа нашли применение также для отыскания мест пробоя изоляторов на ВЛ электрифицированных железных дорог при испытаниях этих линий постоянным напряжением.