Проверка электрических цепей и кабельных линий
учебно-методический материал по теме

Проверка электрических сетей и кабельных линий

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электрические сети являются самой распространенной совокупностью различных электроустановок. В общем случае это подстанции, распределительные устройства (РУ), воздушные и кабельные линии, а также токопроводы, с помощью которых передается и распределяется электрическая энергия.

По напряжению различают электрические сети до 1000 В и выше. Ниже приводятся объемы, нормы и методы испытаний некоторых распространенных элементов электрических сетей.
         В комплектные распределительные устройства (КРУ) выше 1000 В входят сборные шины, которые связаны с различными присоединениями (вводными и отходящими линиями, силовыми и измерительными трансформаторами), а также коммутационные аппараты — воздушные и масляные выключатели.
         Распределительные устройства до 1000 В выполняют также в виде КРУ, которые а зависимости от назначения могут быть силовыми или осветительными с установкой соответствующих коммутационных аппаратов (рубильников, контакторов, пускателей, автоматических выключателей, предохранителей).
          Испытание и наладка КРУ напряжением выше 1000 В включают следующие операции:

• измерение сопротивления изоляции первичных цепей мегаомметром на 2500 В. Сопротивление изоляции токоведущих частей КРУ, собранных по полной схеме, должно быть не менее 1000 МОм;
• механические испытания в соответствии с инструкциями завода-изготовителя;
  измерение сопротивления постоянному току.
• сопротивление соединений постоянному току не должно превышать: для болтовых соединений сборных шин (выборочно) более чем в 1,2 раза сопротивление участка шин той же длины, но без контакта; для разъемных соединений первичной цепи (выборочно) — значений, указанных в заводских инструкциях;
• испытание изоляции повышенным напряжением промышленной частоты.
  
            Схему собирают так, чтобы испытанию повышенным напряжением подвергалась вся изоляция первичных цепей (масляный выключатель, проходные и опорные изоляторы). Все тележки устанавливают в рабочее положение, выключатели включают. Тележки с измерительными трансформаторами выкатывают. Обычно испытания осуществляют до подключения отходящих и питающих кабелей и проводят пофазно при заземленных двух других фазах специализированными передвижными высоковольтными установками или с помощью аппарата АИИ-70. При испытаниях выполняют организационные и технические мероприятия по технике безопасности.
  Испытательные напряжения изоляции оборудования КРУ приведены в табл. 1.

Таблица 1.Испытательные напряжения промышленной частоты изоляции КРУ.

Продолжительность их приложения — 1 мин. (для чистой керамической изоляции) и 5 мин. (для изоляции с элементами из твердых полимерных материалов).

ИСПЫТАНИЕ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

По окончании строительных и монтажных работ проводят приемосдаточные испытания кабельных линий. При этом проверяют целость жил, измеряют сопротивление изоляции, испытывают ее повышенным напряжением постоянного тока и проверяют фазировку линий.
         При испытании силовых кабелей мегаомметром на 2500 В выявляют грубые нарушения целости изоляции - заземление фаз, резкую асимметрию в изоляции отдельных фаз и т. д. Для силовых кабелей до 1000 В сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм, для кабелей выше 1000 В оно не нормируется.
        Силовые кабели выше 1000 В испытывают повышенным напряжением выпрямленного тока для выявления местных сосредоточенных дефектов, которые могут быть не обнаружены мегаомметром.
           В соответствии с ПУЭ силовые кабели после прокладки испытывают постоянным током выпрямленного напряжения 6Uном (для кабелей от 1 до 10 кВ) и 5 Uном (для кабелей 20 и 35 кВ). Продолжительность испытания каждой фазы 10 мин. Кабель считается выдержавшим испытание, если не произошло пробоя, не было скользящих разрядов и толчков тока или его нарастания после того, как он достиг установившегося значения. При испытании напряжение плавно (1—2 кВ/с) поднимают до предусмотренного нормами и поддерживают неизменным в течение всего периода. Отсчет времени начинают с момента приложения полного испытательного напряжения. На последней минуте испытаний каждой фазы кабеля отсчитывают по показаниям микроамперметра значения тока утечки. Определяют отношение большего тока к меньшему (коэффициент асимметрии). Для кабелей с хорошей изоляцией это отношение меньше двух, для кабелей с удовлетворительной изоляцией токи утечки находятся в следующих пределах: до 300—500 (для кабельных линий 6—10 кВ) и до 700 мкА (для линий 20 35 кВ). После испытаний повышенным напряжением кабель снова измеряют мегаомметром, выполняют фазировку и включают линию под рабочее напряжение.
Если при испытаниях кабельной линии были отмечены толчки тока, испытание прекращают и отыскивают место повреждения.

Определение мест повреждения в кабельных линиях.

  Для отыскания места повреждения в кабелях требуется снизить переходное сопротивление в этом месте, для чего кабели прожигают. Специальных установок для прожигания кабелей промышленность не выпускает, поэтому они не рассматриваются в данном пособии. После окончания процесса прожигания сопротивление в месте пробоя снижается до нескольких десятков ом.
           Для отыскания мест повреждения силовых кабелей используют следующие методы: относительные (с помощью которых определяют расстояние от места измерения до места повреждения) и абсолютные (с помощью которых достаточно точно указывают место повреждения непосредственно на трассе кабельной линии). В наладочной практике обычно применяют оба метода, при этом относительный метод позволяет быстро (но не точно) оценить расстояние, на которое должен отправиться оператор, и, пользуясь абсолютным методом , уточнить место для раскопок  Из относительных методов наиболее распространен импульсный, из абсолютных — индукционный.
         Импульсный метод основан на измерении времени прохождения импульса от одного конца линии до места повреждения и обратно. Для нахождения места повреждения в кабельной линии импульсным методом пользуются специальным прибором. При включении прибора в линию посылаются зондирующие импульсы, которые, распространяясь по ней, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к тому месту, откуда были посланы. При известной скорости распространения импульса v (средняя скорость распространения для большинства кабелей 3—35 кВ с бумажно-масляной изоляцией (160±1) м/мкс не зависит от их сечения и длины) и расстоянии до места повреждения lХ можно определить время пробега импульса tr—2lx/v, следовательно, lx = vtx/2.
В основу действия приборов положен принцип зондирования исследуемой линии импульсом напряжения с индикацией процессов, происходящих на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). При измерении отыскивают на экране ЭЛТ отраженный импульс от места повреждения и определяют сдвиг во времени между моментом посылки в линию зондирующего импульса и моментом прихода его отражения.

Рис. 1. Изображение на экране ЭЛТ отраженных импульсов:
1 — зондирующий импульс, 2 — соединительная муфта. 3 — переход на кабель с более высоким волновым сопротивлением, 4— ответвительная муфта с нагрузкой, 5 - ответвительная муфта беи нагрузки, 6 — короткое замыкание на оболочку, 7 наличие влаги в кабеле (утечка), 8 - обрыв или конец кабеля.
        Полярность отраженного сигнала указывает на характер изменения волнового сопротивления в месте отражения. Выброс вверх соответствует увеличению волнового сопротивления (обрыв, конец линии, переход с большего сечения жилы на меньшее, наличие муфты, конец кабельной линии), выброс вниз указывает на его уменьшение (короткое замыкание, утечка, переход с меньшего на большее сечение). Изображение отраженных импульсов на экране ЭЛТ показано на рис. 1. В эксплуатации длительное время находятся импульсные измерители Р5-5, Р5-8, Р5-9, Р5-10, P5-I0/1, причем Р5-8 и Р5-9 используют для измерений на коротких расстояниях (начиная с 1 м).
Основные технические характеристики измерителя Р5-10 приведены ниже.
Длительность зондирующего импульса, мкс        0,05—100
Амплитуда зондирующего импульса, В ...    2—20
Основная погрешность измерений, %    ..   ±1
Длительность развертки, мкс      3—1500
Масса, кг     9,8
       Прибор имеет дополнительный режим зондирования линии1 единичным перепадом напряжения, который дает картину изменения волнового сопротивления вдоль этой линии. С помощью прибора Р5-10 можно использовать два метода зондирования линии: видеоимпульсом и ступенчатым напряжением (рис. 2). Выход прибора согласуется с волновым сопротивлением линии в диапазоне 30— 500 Ом. Его структурная схема показана на рис. 3. В приборе имеется блок входных цепей, предназначенных для обработки коммутации зондирующих и отраженных импульсов при различных измерениях на кабелях.
        Индукционный метод предназначен для непосредственного отыскания мест повреждения на трассе кабельной линии, а также для определения трассы и глубины залегания кабеля. Метод основан на улавливании электромагнитных колебаний по поверхности земли вблизи трассы проверяемого кабеля при пропускании по нему тока звуковой частоты.

Рис. 2. Методы зондирования линии прибором Р5 10:
1 - характеристика волнового сопротивления линии, 2 - зондирующий сигнал (единичный перепад напряжения), —зондирующий сигнал (видеоимпульс), 4 — импульсная характеристика при зондировании видеоимпульсом, 5 — импульсная характеристика при зондировании единичным перепадом, I — кабельная вставка, II — конец кабеля.
        Для отыскания места повреждения кабеля при замыкании между жилами применяют схему, показанную на рис. 4. От генератора G на две поврежденные жилы подается ток порядка 5 20 А и с помощью кабелеискателя определяется место повреждения. При этом оператор должен пройти по трассе с кабелеискателем. состоящим из приемной антенны Р в виде рамки, усилителя У и телефонной гарнитуры В.
       Наводимый в приемной антенне сигнал, пропорциональный току в кабеле, усиливается усилителем и подается в телефон, при этом слышно характерное звучание. Для большего выделения сигнала генератора его частота может быть промодулирована по амплитуде.

Рис. 3. Структурная схема прибора Р5-10:
ГГ — тактовый генератор, ГПН — генератор пилообразного напряжения. ЗР - схема задержки развертки, УГО - усилитель горизонтального отклонения, ЗГ — задающий генератор, ЗГЗ—схема задержки генератора зондирующих импульсов, ГЗ — генератор зондирующих импульсов, В U — входные цепи, У ПС—усилитель приходящих сигналов, И индикатор (ЭЛТ), ФКМ - схема формирования калибрационных меток

Рис. 4. Схема определения замыкания между жилами индукционным методом:
1 -  место повреждения, 2— кабель в трубе, 3— соединительная муфта.
         Силовые кабели имеют скрутку жил с шагом повива от 0,5 до 2,5 м, и в приемной антенне при перемещении над кабелем по трассе будет индуктироваться сигнал, периодически изменяющийся от минимума до максимума. Таким образом, при движении оператора по трассе кабеля в телефоне будут слышны периодические усиления и затухания звука, которые повторяются точно через определенные интервалы в зависимости от шага скрутки жил кабеля.
        В местах, где имеются муфты, длина интервалов слышимости нарушается и прослушивается усиление звука (за счет развода жил в муфте). Особое внимание следует обратить на концевой эффект. Если звук прекращается плавно или обрывается без заметного усиления, это указывает, что кабель ушел на большую глубину или заложен в металлической трубе. Если звук усиливается, это свидетельствует о месте повреждения.  

   Для более точного определения места повреждения или в сомнительных случаях измерения выполняют с двух сторон В обоих случаях звучание должно прекратиться в одном и том же месте кабельной трассы.
          При определении места повреждения и трассы кабеля необходимо учитывать, что значение принимаемого сигнала зависит от токораспределения в кабеле и взаимного пространственного расположения антенны и кабеля.
         При индукционном методе используют генераторы звуковой частоты (ГЗЧТ-2, ГЗЧТ-4, ГИС-2, ГИП, ГКИ) и индукционные кабелеискатели (ИПК-4, ИП-7, ИП-8, ПК-1). В практике пусконаладочных работ широко применяют генераторы ГЗТЧ-4, кабелеискатели ИП-7, ИП-8 и ПК-1.
        В настоящее время готовится к выпуску новый генератор ГЗЧТ-2Р со следующими улучшенными техническими характеристиками:
Напряжение питающей сети, В           220
Диапазон рабочих частот, Гц ... ..   800—1200
Выходная активная мощность, кВт           2
Максимальная выходная мощность, кВ-   А:
в непрерывном режиме             7,5
а режиме модуляции               8.8
Максимальный ток выхода, А:
в непрерывном режиме    ...           30
в режиме модуляции                    42
Масса, кг     ... 24,5
       Генератор состоит из сетевого выпрямителя, инвертора на тиристорах и силового согласующего трансформатора с переключателем. Ток на выходе контролируется амперметром. Блок управления собран на интегральных микросхемах. Генератор обладает достаточной мощностью, позволяющей вести дожиг кабелей.
        Поиск трассы можно вести как по максимуму громкости сигнала, когда ось ферритовой антенны перпендикулярна оси кабеля, так и по минимуму громкости сигнала, когда ось антенны параллельна его оси. Последний метод наиболее точен.

Практическая работа № 18.

«Определение мест повреждения кабельных линий».

Заполните таблицу, используя материал лекции «Проверка электрических цепей и кабельных линий».