Какие приборы применяются для диагностики кабельных линий

В приборе используется микропроцессорное управление, расчет производится автоматически. В память прибора занесены параметры большинства используемых электрических кабелей. Результаты выводятся на многострочный алфавитно-цифровой дисплей.

Кабельный прибор "ИРК-ПРО версия 7". Имеет такие же технические характеристики, как и прибор "ИРК-ПРО версия 5.10.00 ", но в отличие от него имеет следующие особенности: 1) позволяет автоматизировать процесс измерения, записи и чтения плановых измерений сопротивления изоляции и емкости; 2) возможна совместная работа с компьютером (сохранение и обработка результатов измерений); 3) предусмотрена функция самонастройки; 4) предусмотрена защита от напряжения на измеряемых кабелях; 5) управление прибором осуществляется с помощью микрокнопок. Отсутствуют механические переключатели; 6) в условиях помех производит усреднение результатов измерений.

Портативный кабельный мост ПКМ-105 предназначен для измерения параметров КЛ и определения мест повреждения телекоммуникационных и силовых кабелей на постоянном и переменном токе. Прибор реализует мостовые методы измерения сопротивления шлейфа, омической асимметрии, емкости кабеля, сопротивления изоляции и расстояния до обрыва или места понижения изоляции КЛ.

Особенности изделия: 1) высокая точность измерений; 2) простота и удобство пользования; 3) наглядность измерений за счет отображения на экране измерительных схем (текстовый, графический и символьный вид отображения информации); 4) упрощение процесса измерения расстояния до места понижения изоляции; 5) сохранение в памяти до 200 результатов измерений; 6) возможность сравнения параметров кабельной линии с ранее измеренными; 7) обмен информацией с компьютером по последовательному интерфейсу RS232.

Поисковые комплекты КП-100, КП-100С, КП-100У, КП-500, КП-500А, КП-500Б предназначены: 1) для точного определения мест повреждений подземных кабелей индукционным (ИМ) и акустическим (АМ) методами; 2) для поиска трассы и определения глубины залегания подземных кабельных линий и коммуникаций при работе в активном режиме (с применением генератора); 3) для поиска трассы и определения глубины залегания подземных кабелей, находящихся под напряжением частотой 50 Гц при работе в пассивном режиме (без применения генератора).

Рефлектометр цифровой Рейс-205 разработан специально для определения различных видов повреждений кабелей, а также ВЛ связи и электропередачи. Реализует мостовой метод и метод импульсной рефлектометрии.

Выполняемые функции: 1) обнаружение и точное определение расстояния до места повреждения (короткое замыкание, обрыв, понижение изоляции) линий локационным методом (методом импульсной рефлектометрии) и мостовым методом; 2) диагностика состояния линии за счет сравнения рефлектограмм, сопротивления изоляции и других параметров линии с ранее измеренными значениями (с паспортными данными); 3) фиксирование результатов измерения в энергонезависимой памяти прибора и на внешнем компьютере; 4) измерение длины линии (в том числе на бухте или барабане); 5) определение волнового сопротивления линии; 6) измерение сопротивления изоляции; 7) измерение сопротивления шлейфа (петли); 8) измерение омической асимметрии (разности сопротивлений жил); 9) измерение емкости линии.

Прибор обеспечивает наглядность измерений, а также имеет три входа для одновременного подключения трех линий и выход на компьютер.

Трассопоисковый комплект "Успех АГ-5" предназначен для определения трассы кабелей и трубопроводов различного назначения, определения глубины их залегания, а также диагностики мест повреждения силовых кабелей.

Особенности изделия: эффективное выделение полезного сигнала в условиях сильных промышленных помех за счет использования фильтров 8-го порядка.

Трассоискатель ТИ-01 предназначен для определения трассы и глубины залегания электрических кабелей. Трассоискатель позволяет определить трассу силовых кабельных линий, находящихся в непосредственной близости от трубопроводов и трассу трубопроводов, находящихся в непосредственной близости от силовых кабельных линий. Высокая избирательность трассоискателя достигается за счет применения узкополосных фильтров.

Комплекс ИСКРА предназначен для определения места повреждения подземных кабелей электроснабжения 6 — 10 кВ длиной до 6 км. Определение расстояния до места повреждения производится импульсным методом при всех видах повреждений без предварительного полного прожига изоляции, что позволяет непосредственно после замера применить акустический метод нахождения места повреждения. Комплекс используется совместно с дополнительным регулируемым источником постоянного напряжения 0 — 50 кВ, 15 мА и может комплектоваться дополнительной поисковой аппаратурой обнаружения трассы кабеля и места его повреждения.

Состав комплекса: 1) рефлектометр цифровой комбинированный РК-2М; 2) генератор высоковольтных зондирующих импульсов ГВИ; 3) делитель высоковольтного импульсного напряжения ДН; 4) резистор зарядный.

Мощность установки 5 кВт.

Комплекс ЭТКЛ — 10 – 2 предназначен для: 1) испытания изоляции силовых кабелей, твердых диэлектриков, устройств и электрооборудования выпрямленным высоким напряжением; 2) прожига дефектной изоляции кабелей с последующим дожигом; 3) определения зоны повреждения силовых кабелей методами — импульсным и колебательного разряда; 4) определения повреждения кабелей индукционным и акустическим методами; 5) определения трасс и глубины залегания кабельных линий; 6) определение наличия муфт и неоднородностей в кабелях; 7) измерение сопротивления изоляции электрических цепей.

Диагностика ВЛ

ВЛ — устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях при помощи изоляторов и арматуры.

Диагностика изоляторов. На сегодняшний день не существует достаточно надежных методик дистанционного обнаружения дефектных изоляторов и технических средств, позволяющих эти методики реализовать. Диагностирование изоляторов, находящихся в эксплуатации, производится приборами дистанционного контроля или измерительными штангами.

Высокой производительностью характеризуется метод обследование ВЛ вертолетным патрулированием. При вертолетном патрулировании проводятся следующие виды работ: 1) тепловизионная диагностика ВЛ, изоляторов, контактных соединений и арматуры с целью выявления элементов, подвергающихся температурному нагреву вследствие возникающих дефектов; 2) ультрафиолетовая диагностика ВЛ, изоляторов, контактных соединений с целью обнаружения коронных разрядов на них; 3) визуальный контроль опор, изоляторов, контактных соединений.

Применение тепловизоров позволяет намного упростить процесс контроля состояния разрядников, установленных на воздушных линиях 35, 110 кВ. Своевременная замена и ремонт дефектных элементов позволяет продолжить дальнейшую эксплуатацию разрядников.

Для оперативной диагностики состояния опорно-стержневых изоляторов и керамики высоковольтных вводов используется малогабаритный переносный вибродиагностический прибор «Аякс-М». Для получения диагностической информации на башмак опорного изолятора оказывается ударное воздействие, после чего в нем возбуждаются резонансные колебания.

При помощи прибора «Аякс-М» можно проводить диагностику состояния опорной изоляции и поиск дефектов следующих типов: наличие трещин в керамике изолятора или местах заделки керамики в опорные башмаки; наличие пористости в керамике изолятора; определение коэффициента технического состояния изолятора. По итогам диагностики определяются категории состояния изолятора – «требует замены», «требует дополнительного контроля» или «может эксплуатироваться». При помощи прибора может производиться диагностика состояния изоляторов практически любого типа и марки.

Для оценки состояния вентильных разрядников используются следующие испытания: 1) измерение сопротивления; 2) измерение тока проводимости при выпрямленном напряжении; 3) измерение пробивного напряжения; 4) тепловизионный контроль.

Для оценки состояния ограничителей перенапряжений используются следующие испытания: 1) измерение сопротивления; 2) измерение тока проводимости; 3) тепловизионный контроль.

Диагностика проводов. Используется прибор для контроля и анализа вибрации проводов ЛЭП. Прибор позволяет оценивать на месте в реальных погодных условиях характеристики вибрации ЛЭП с различной конструкцией, натяжением проводов и техническим обеспечением, определять номинальный срок службы проводов, подвергающихся вибрации. Прибор представляет собой вибрационный инструмент, использующийся на месте для контроля и анализа вибрации проводов воздушных ЛЭП под действием ветра. Он измеряет частоты и амплитуды всех циклов вибрации, сохраняет данные в матрице с высокой четкостью и обрабатывает результаты для обеспечения оценки средней продолжительности срока службы исследуемых проводов.

Дефектоскопия проводов и грозозащитных тросов воздушных ЛЭП. Надежность ВЛ зависит от прочности стальных канатов, грозозащитных тросов, оттяжек. Контроль технического состояния ВЛ и ее элементов основывается на сравнении выявленных дефектов с требованиями норм и допусками, приведенными в проектных материалах обследуемой ВЛ, в государственных стандартах, ПУЭ, СНиП, ТУ и других нормативных документах. Состояние проводов и тросов обычно оценивается при визуальном осмотре. Однако такой метод не позволяет выявлять обрывы внутри проводов. Для достоверной оценки состояния проводов и тросов ВЛ необходимо применять неразрушающий инструментальный метод с помощью дефектоскопа, который позволяет определить как потерю их сечения, так и внутренние обрывы проволок.

Тепловой метод диагностики ВЛ. Обнаружить утечку тепла и предотвратить аварию, связанную с перегревом на воздушных линиях, можно на самых ранних этапах его появления. Для этой цели используются тепловизоры или пирометры.

Оценка теплового состояния токоведущих частей и изоляции ВЛ в зависимости от условий их работы и конструкции осуществляется: 1) по нормированным температурам нагрева (превышениям температуры); 2) избыточной температуре; 3) динамике изменения температуры во времени; 4) с изменением нагрузки; 5) путем сравнения измеренных значений температуры в пределах фазы, между фазами, с заведомо исправными участками.

Проверка всех видов проводов воздушных линий электропередачи тепловизионным методом проводится: 1) вновь вводимых в эксплуатацию ВЛ — в первый год ввода их в эксплуатацию при токовой нагрузке не менее 80 %; 2) ВЛ, работающих с предельными токовыми нагрузками, или питающих ответственных потребителей, или работающих в условиях повышенных загрязнений атмосферы, больших ветровых и гололедных нагрузках — ежегодно; 3) ВЛ, находящихся в эксплуатации 25 лет и более, при отбраковке 5 % контактных соединений — не реже 1 раза в 3 года; 4) остальных ВЛ — не реже 1 раза в 6 лет.

Ультразвуковая диагностика опор ВЛ. Оценка состояния железобетонных опор ультразвуковым прибором поверхностного прозвучивания. Постоянное наблюдение за состоянием опор ВЛ позволяет не только предотвратить аварии, но и существенно повысить рентабельность эксплуатации электрических сетей, выполняя ремонт лишь тех опор, которые действительно нуждаются в ремонте или замене. Значительная доля опор ВЛ в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Для определения необходимости замены опоры требуются регулярные обследования всех стоек электрических сетей. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.

Диагностика кабельных линий: у ворот в новую эпоху

Сегодня в России не существует практики непрерывной диагностики состояния высоковольтных кабельных систем. Нормативно-правовая база, регулирующая область проверки состояния изоляции, предписывает кабельным линиям лишь периодические испытания, которые требуют вывода КЛ из эксплуатации, не решают вопросы профилактики дефектов электрооборудования, и являются потенциально опасными (так как являются разрушающими). Сообщество специалистов все активнее обсуждает возможность централизованного внедрения эффективной системы диагностики электрооборудования, которая решит целый комплекс проблем, от энергетической безопасности до значительного сокращения материальных затрат на эксплуатацию и ремонт КЛ. В этом материале мы рассмотрим существующие методы диагностики кабельных линий и поговорим о перспективах их применения в нашей стране.

Методы оценки состояния кабельных линий

Сегодня в мировой электроэнергетической практике оценка состояния высоковольтной изоляции кабельных систем является основой для принятия решений по продолжению их эксплуатации, ремонта или замены. Состояние изоляции кабельных линий можно определить испытанием повышенным напряжением в соответствии с действующими нормативами (в России — ГОСТ, ПУЭ и нормы испытаний электрооборудования), а также с использованием диагностики.

Из практики эксплуатации высоковольтных кабельных линий известно, что положительные результаты испытаний повышенным напряжением промышленной частоты не гарантируют безаварийной последующей эксплуатации. Так, например, после успешных испытаний повышенным напряжением кабельных линий они зачастую выходят из строя в ближайшее время. Установлено, что в большинстве случаев причина этого в интенсивном электрическом старении изоляции, вызванном частичными разрядами (ЧР) в дефектных местах, что приводит к сокращению срока службы кабельных линий. Наиболее опасны такие испытания для кабельных линий с большим сроком службы. Так, по статистике, только в сетях ОАО «Ленэнерго» ежегодно повреждается в среднем 600 кабелей 6-10 кВ и 5 кабелей 35 кВ.

Тем более не информативны с точки зрения оценки состояния кабельной линии высокого класса напряжения проверка при вводе в эксплуатацию по принципу выдержала/не выдержала (путем постановки под рабочее напряжение кабельной линии). Кроме того, с помощью таких испытаний невозможно выявление местных дефектов, особенно на ранних стадиях их развития, как из-за неэффективности применяемых для этого методов, так и из-за неправильно выбранной периодичности испытаний. Фактически, затраты на испытания кабельных линий никак не влияют на их надежность, и не позволяют комплексно оценить их состояние.

Исключение повреждений возможно только тогда, когда система эксплуатации и диагностики разрабатывается и устанавливается на основе изучения действительных причин повреждений. Объективные данные о техническом состоянии изоляции силовых кабелей и соединительной арматуры можно получить современными диагностическими методами. Существование системы предупреждающей диагностики позволит исключить повреждения в кабельных системах при минимальных финансовых затратах.

Диагностика кабельных линий

Диагностика, как правило, выполняется неразрушающими методами, т.е. методами, не приводящими к старению изоляции. Она позволяет определить не только техническое состояние, но и локализовать имеющиеся дефекты. Комплексная диагностика различными методами неразрушаю-щего контроля дает возможность оценить степень старения изоляции и ориентировочно рассчитать остаточный ресурс кабеля.
Кроме того, применение диагностических методов позволяет:

• производить Проверку качества монтажа при вводе в эксплуатацию и ремонтах
• предотвратить перебои в подаче электроэнергии;
• экономить затраты на техническое обслуживание;
• экономить затраты за счет частичной замены элементов кабельных систем;
• осуществлять надежный контроль качества после ремонта.

Методы диагностики

Полный переход на неразрушающую диагностику в данный момент еще не произошел ни в одной стране мира. Различные методики существуют, тестируются и применяются достаточно локально как в России, так и в Канаде, Израиле, странах Европы и США. Мы хотели бы рассмотреть наиболее распространенные их них.

К наиболее популярным сегодня методам диагностики относятся:

• измерение характеристик частичных разрядов.
• измерение диэлектрических потерь изоляции;
• тепловизионный контроль
• рефлектометрия.

Каждый из вышеприведенных методов имеет свои преимущества и недостатки. Мы хотели бы рассмотреть их с точки зрения применимости к российским реалиям. В нашей стране в эксплуатацию ежегодно вводится все больше кабельных линий. Каким же характеристикам должна отвечать идеальная для России диагностическая система?

На этот вопрос ответил исполнительный директор НИИ Энергетики Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета Виталий Млынчик: «Диагностика кабельных линий — это очень актуальная сегодня тема. Если говорить о системе, которая должна функционировать именно в России, то она точно должна осуществлять непрерывный и предупреждающий контроль кабельных линий и муфт под рабочим напряжением, также хотелось бы определять полное или же максимальное количество возникающих дефектов и иметь возможность их отслеживать. Ну и, конечно же, ввод в эксплуатацию такой системы не должен быть очень затратным».

Качественная система диагностики позволяет определять дефекты на самых ранних этапах их развития и вовремя принимать решения для их устранения, что приводит к зна-чительному повышению надежности электроснабжения, а так же значительно увеличивает срок службы кабельных линий и муфт.

Тепловизионный контроль

Рассказывает эксперт компании ООО «Квадро Электрик», к.т.н., почетный профессор Петербургского Энергетического Института повышения квалификации Валерий Поляков: «До сих пор одним из наиболее эффективных и распространенных методов является тепловизионный контроль оборудования, и в частности кабельных линий и муфт. Применение тепловизора для выявления дефектных элементов основано на том, что наличие некоторых видов дефектов вызывает изменение температуры этих элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано названными приборами».

Можно отметить следующие достоинства тепловизионной диагностики:

• возможность дистанционного, безопасного выполнения диагностики в рабочем режиме в любое удобное время;
• возможность одновременного выполнения диагностики большого объема кабельных линий и муфт при одинаковом состоянии внешних условий и одинаковом режиме работы диагностируемых объектов, что позволяет применить статистическую оценку, а это является дополнительным диагностирующим параметром;
• возможность оперативного обследования большого объема кабельных линий и муфт при необходимости выявления отдельных ненадежных элементов.

Измерение диэлектрических потерь изоляции

Изоляция токоведущей жилы кабеля относительно других жил и заземленной оболочки в трехфазном кабеле и относительно заземленной оболочки в одножильном кабеле образует емкость, изолирующая способность которой характеризуется диэлектрическими потерями в ней, а также тангенсом угла диэлектрических потерь tgd. Тангенс угла диэлектрических потерь — величина интегральная и оценивает общее состояние всей изоляции целиком. При наличии местного дефекта на начальной стадии развития, например на кабельной линии, величина tgd изменится незначительно. Однако при наличии дефекта будет наблюдаться изменение tgd, в зависимости от приложенного напряжения. Именно по характеристикам изменения этой величины можно судить о состоянии кабеля и вынести первую оценку состояния изоляции, после чего прибегнуть к наиболее точному методу по определению типа дефектов, измерению частичных разрядов, а также к рефлектометрии, для определения местоположения дефекта.

Измерение характеристик частичных разрядов

На наш взгляд, наиболее интересным и перспективным методом сегодня является измерение характеристик частичных разрядов (ЧР) в изоляции электрооборудования. Мы хотели бы рассказать о нем более подробно.

Частичный разряд — локальный электрический разряд, частично шунтирующий изоляцию между проводниками, возникающий, как в прилегающих, так и не в прилегающих к проводнику объемах изоляции.

В зависимости от целей и классификации испытаний, измерение ЧР может проводиться как в процессе нормальной работы энергетического оборудования без вывода его из эксплуатации (режим «on-site»), так и при выведенном из эксплуатации оборудовании (режим «off-site») при использовании малогабаритных источников испытательного напряжения различных форм. В таблице 1 приведены сведения по формам испытательного напряжения и ссылки на соответствующие стандарты, используемые для СПЭ-кабелей.

(* — использование постоянного испытательного напряжения для СПЭ-кабелей не практикуется в виду влияния объемных электрических зарядов на результаты испытаний)

Начиная с первых опытов по регистрации характеристик ЧР в изоляции различных типов высоковольтного оборудования, предпринимались попытки идентифицировать дефекты изоляции, порождающие эти разряды.

Своим комментарием по данному вопросу поделился эксперт компании ООО «Квадро Электрик», профессор Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета Александр Андреев: «Более 40 лет назад Международная электротехническая комиссия (МЭК) на основе многолетних исследований ряда научно-исследовательских лабораторий из разных стран, опубликовала каталог типичных осциллограмм Ч Р, характерных для различных типов дефектов изоляции. Тем не менее, даже на уровне сегодняшних знаний, идентификация типа дефектов-источников ЧР является достаточно трудоемкой задачей и требует большого опыта и высокой квалификации. Несмотря на существующие данные об амплитудно-фазовых распределениях, характерных для дефектов различного типа, при анализе требуется хорошее знание конструкции и параметров конкретного оборудования, условий проведения измерения и т.д. Кроме того, существенным является комплексное использование всех данных, полученных другими диагностическими средствами и предыстория контролируемого объекта (срок службы, нагрузки, тепловой режим и т.д.)».

Существующие сегодня в мировой практике способы идентификации дефектов изоляции по характеристикам ЧР условно можно разбить на три группы (Таблица 2):

• методики идентификации, основанные на экспертных оценках интегральных параметров и особенностей спектров ЧР;
• методики идентификации, основанные на анализе формы и закономерностей возникновения и следования индивидуальных импульсов ЧР;
• методики идентификации, основанные на изучении статистических характеристик спектров ЧР.

Как видно из таблицы, в настоящее время не существует апробированной методики, позволяющей надежно выявлять опасные технологические дефекты и дефекты износов кабельной изоляции, каждая из них имеет свои недостатки, что делает необходимым проведение практических исследований, направленных на разработку эффективной методики идентификации дефектов. По нашему мнению и на основе данных диагностических компаний в мире на данный момент одной из наиболее перспективных методик представляются методики второй группы.

Из представленных выше методик наиболее точными в плане идентификации типа дефекта, а так же применения на оборудовании 110-750 кВ, являются методики второй группы «Анализ формы индивидуальных импульсов ЧР и закономерностей их возникновения». Ряд исследователей при идентификации дефектов в изоляции высоковольтного электроэнергетического оборудования используют различные математические методы для анализа формы индивидуальных импульсов ЧР. Основным назначением этих методов является выделение функциональных признаков из массива зарегистрированных в процессе измерения импульсов ЧР. Для спектрального представления последовательности импульсов ЧР применяются преобразования Фурье, вейвлет, Хаара и Уолша и др. Таким образом, каждый импульс ЧР может быть представлен в виде точки в двумерных координатах (T, F) (так называемая TF-карта классификации, впервые реализованная в приборах фирмы TechImp) следующим образом. Импульсам ЧР, относящимся к одному дефекту (источнику ЧР), будут соответствовать точки в TF-карте, которые близки друг к другу. Соответственно, импульсы ЧР, относящиеся к другим источникам, будет производить отдельные и отличные группы точек в классификационной карте. Подход, основанный на TF декомпозиции импульсов ЧР, очень эффективен для отклонения шумов, которые являются главными проблемами при «on-site» мониторинге высоковольтной изоляции.

В первой, наиболее традиционной группе методик в качестве характеристических признаков используются интегральные характеристики (максимальный кажущийся заряд, средний ток), либо индивидуальные особенности спектров ЧР. Такой подход не может обеспечить очень высокий уровень экспертной оценки, тем не менее, сегодня он активно используется рядом компаний (Omicron, Дизкон, Iris и др.), которые пропагандируют такой упрощенный подход, основанный на экспертных оценках характеристик ЧР, и сталкиваются с трудностями, связанными, в частности, с влиянием помех и высокого уровня «шума», что усложняет интерпретацию.

Наконец, в методиках третьей группы используется ограниченный набор статистических признаков спектров ЧР, что существенно снижает их распознающую способность.

Петербургская компания Quadro Electric сегодня активно занимается изучением и попытками внедрения диагностики кабельных линий методом измерения уровня ЧР. Рассказывает исполнительный директор Quadro Electric Артем Денисов: «Мы предлагаем реализацию эффективной системы диагностического контроля кабельных линий, состоящую из двух основных этапов: непрерывный диагностический контроль в процессе эксплуатации и диагностические испытания с целью выявления местонахождения и типа обнаруженного на первом этапе дефекта».

Так на первом этапе происходит контроль изоляции под рабочим напряжением, при этом возможно несколько вариантов его технической реализации:

• измерение характеристик ЧР под рабочим напряжением;
• измерение тангенса угла диэлектрических потерь под рабочим напряжением;
• осциллографирование токов и напряжений в сети, а также в цепях заземления.

Наиболее точным и простым в анализе результатов является первый способ, когда еще на стадии непрерывного контроля можно определить тип дефекта и в ряде случаев даже локализовать его местонахождение, что позволяет обойтись без второго этапа диагностики, описанного далее. При измерении тангенса угла диэлектрических потерь или осцил-лографировании на первом этапе происходит лишь определение факта наличия и развития дефекта в изоляции, по результатам которого необходим переход ко второму этапу. Второй этап диагностики подразумевает точное определение типа дефекта и его локализацию, для последующего ремонта. Выбор метода диагностирования на втором этапе происходит исходя из полученных на первом этапе данных о наблюдаемом дефекте.

Данные методы не оказывают разрушительного влияния на изоляцию кабельных линий, так как подаваемые при испытаниях напряжения не превышают значения 1,73Uном. Недостатки у них тоже, несомненно, имеются — для получения многих характеристик придется временно выводить линию из работы, но даже в этом случае вывод из работы заранее запланирован и не является аварийным.

Для локализации места возникновения дефекта используется упомянутый выше метод рефлектометрии, при котором на линию подается импульс, который впоследствии отражается от места дефекта и от второго конца линии. Зная разницу во времени отраженных импульсов, а также скорость распространения импульса по кабельной линии, определяется расстояние до местонахождения дефекта от конца кабельной линии. Основным достоинством данного метода является высокая точность, погрешность современных рефлектометров составляет теоретически +/- (1 + (0,1% от длины кабельной линии)) метров*, и в результате получается распределение дефектных мест с указанием длины до их местонахождения (рис. 1).

Рисунок 1. Распределение ЧР по длине кабельной линии

Выводы

Итак, мы рассмотрели существующие методы диагностики кабальных линий. Уже сегодня можно смело заявить, что данные методы являются гораздо более эффективными и полезными, нежели существующая сегодня и морально устаревшая система измерений и испытаний. Новейшая система диагностики способна предотвратить сотни аварий, сэкономить огромные средства, обеспечить энергетическую безопасность и вывести электроэнергетику страны на принципиально новый уровень. Внедрение такой системы, безусловно, требует большой работы и изменений существующих нормативных документов, регулирующих отрасль. Так как полный переход к диагностике кабельных линий и электрооборудования сегодня еще не произведен ни в одной стране мира, у России пока что есть уникальная возможность стать пионером и задать тон в мировой электроэнергетической практике.

Первым и основополагающим этапом при переходе от испытаний к диагностике является полное обновление нормативно-технической документации электроэнергетической отрасли. В качестве примера можно рассмотреть произошедший в 2009 году толчок к развитию российского энергосбережения, который произошел после выхода Федерального Закона №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…». Закон, хотя и приживается у нас в стране постепенно, не без сложностей и бюрократических проволочек, однако спровоцировал появление в стране целой отрасли энергосбережения и энергоэффективности. Комплекс, прописанных в законе обязательных и добровольных мероприятий, позволил тысячам учреждений, крупных предприятий и частных объектов получить энергетические паспорта и модернизировать энергосистемы, сделав шаг на пути к реальной экономии источников энергии. Таким образом, наша страна встала на путь сокращения своего отставания от развитых государств в этой актуальнейшей области.

Если говорить о диагностике кабельных линий, то, вне всяких сомнений, сфера эта не столь широка, как энергосбережение, поэтому разработка целого Федерального Закона, на наш взгляд, была бы излишней. Однако очевидно, что без рассмотрения и обсуждения вопросов обновления нормативно-технической документации на государственном уровне и централизованного обязательного внедрения новейших стандартов, модернизация эксплуатации кабельных линий в России сегодня невозможна. Кроме того, для определения оптимальных и объективных критериев по оценке состояния изоляции кабельных линий должна быть проведена серьезная научная работа.

Ведь непрерывная неразрушающая диагностика как эффективный способ изучения возникающих дефектов способна, в первую очередь, модернизировать производство электрооборудования.

Необходимость переворота устаревшей системы эксплуатирования электрооборудования в России должна быть осознана и принята не только камерным сообществом профессионалов, но и государственными управленцами. Ведь лишь их совместная деятельность сможет претворить положительные и эффективные новейшие методы, о которых речь шла в нашем материале, в жизнь.

Современные средства испытаний и диагностики кабельных линий 6-35 кВ

Для испытаний изоляции таких кабелей используются СНЧ-системы, формирующие на выходе напряжение сверхнизкой частоты (0,01-0,1 Гц). Изменение полярности испытательного напряжения позволяет избежать основной причины возникновения древовидных пробоев — остаточных зарядов оболочки.

В качестве альтернативных методов диагностики состояния кабелей с СПЭ изоляцией предлагаются различные методы неразрушающего контроля:
— измерение и локализация частичных разрядов;
— измерение тангенса дельта в диапазоне частот от 0,1 до 0,01 Гц;

В начале ноября в Санкт-Петербурге состоялся научно-практический семинар «Современные средства диагностики в электроэнергетике», посвященный средствам диагностики и испытаний кабельных линий, методикам и оборудованию для диагностики, испытаний на СНЧ и локализации дефектов кабельных линий 6-35 кВ. Научно-практическом семинар был организован ОАО «Пергам-Инжиниринг» совместно с компанией BAUR (Австрия). В нем приняли участие около 50 специалистов из более чем 30 ведущих предприятий в сфере энергетики Северо-западного региона, РФ и зарубежья. В рамках семинара «Современные средства диагностики в электроэнергетике», участники познакомились с СНЧ-системами, оборудованием для измерения и локализации частичных разрядов, а также для измерения тангенса угла диэлектрических потерь (тангенса дельта), разработанного компанией BAUR.

Особое внимание специалистов привлекла система испытаний и диагностики кабелей на сверхнизких частотах PHG TD/PD.

Многофункциональная система диагностики и испытаний кабелей PHG TD/PD
специально разработана для применения в кабельных сетях среднего напряжения до 35 кВ

PHG TD/PD — единственная в мире система, позволяющая проводить комплексную диагностику качества кабелей и их старения. Методы измерения тангенса угла потерь и частичных разрядов идеально дополняют друг друга и позволяют, с одной стороны, определять общее состояние кабельной линии, а с другой — выявить участки, склонные к повреждению.

Система включает в себя:
• Подсистему испытания кабелей на сверхнизких частотах (PHG 70 или PHG 80)
• Подсистему измерения тангенса угла диэлектрических потерь, тангенса дельта (PHG TD)
• Подсистему измерения уровня частичных разрядов и определения источника ЧР (PHG TD/PD)

PHG (Programmable High voltage Generator) — источник синусоидального напряжения последнего поколения. Система PHG полностью удовлетворяет всем требованиям безопасности, надежности, простоты использования, автоматизации и универсальности применения, и позволяет выполнять:
• Испытания кабелей
• Испытания оболочек кабелей
• Испытания генераторов
• Испытания трансформаторов
• Испытание оборудования РУ

В отличие от других типов испытательного напряжения (постоянное напряжение, прямоугольные низкочастотные импульсы и пр.) синусоидальное напряжение является симметричным, непрерывным и независящим от тестируемого образца. Кроме того, испытательное напряжение с частотой 0,1 Гц можно использовать для испытаний большинства кабелей с бумажно-масляной изоляцией.

Система PHG так же позволяет проводить испытание напряжением постоянного тока. При испытании на постоянном токе, например, кабелей с бумажно-масляной изоляцией, PHG 80 обеспечивает стабилизированное выходное напряжение от 1 до 80 кВ.

Используя самообучающее меню, могут быть заданы и сохранены в памяти конкретные процедуры испытаний. Во время испытаний автоматически детектируется высоковольтный пробой, и либо происходит отключение установки, либо осуществляется процедура прожига повреждения, если это задано оператором.

Диагностика кабелей на сверхнизких частотах
с измерением тангенса угла потерь — PHG TD

Испытание на сверхнизких частотах и диагностика старения кабелей путем измерения тангенса угла потерь является основой оценки общего состояния кабеля.

Измерение тангенса угла потерь при синусоидальном напряжении с частотой 0,1 Гц, позволяет получать интегральную информацию о старении кабелей с полиэтиленовой изоляцией. Различие делается между новыми, слегка и значительно поврежденными «водяными деревьями» кабелями. Таким способом может быть установлена необходимость замены кабеля.

Значение тангенса угла потерь измеряется при различных уровнях напряжения, а затем производится их анализ. Все наиболее важные параметры кабеля могут быть сохранены в памяти таким образом, что постепенно формируется база данных, которая позволяет анализировать результаты диагностики с использованием истории кабельной сети.

В главном меню режима измерения тангенса угла потерь все данные сводятся воедино. Дополнительно к информации о реальном напряжении отображаются: диагностируемая фаза кабельной линии, значения измеряемых величин тока и напряжения, значение тангенса угла диэлектрических потерь и его среднее значение. В качестве дополнительной информации определяются и отображаются флуктуации измеряемых величин. Они детектируются на основе среднеквадратичного отклонения величин при определенном уровне испытательного напряжения. Ток утечки отображается в мА для выявления изменений паразитных токов (токов по поверхности концевых муфт и кабельных вводов), которые исключаются из результатов измерения тангенса угла потер.

Измерение уровня частичных разрядов и
определение источника ЧР — PHG TD/PD

Измерение частичных разрядов и определение их источника позволяет существенно повысить достоверность диагностики изоляции кабелей тем, что выявляет места и участки с явно выраженной дефектностью изоляции.

Так, на основе испытаний «выдержал/не выдержал» может быть сделано заключение о реальном изменении электрической прочности наиболее слабого места в кабельной линии. Эти испытания выполняются после монтажа, после ремонта или в процессе обслуживания кабелей, находящихся в эксплуатации, для обеспечения надежности функционирования системы электроснабжения.

Диагностика с измерением тангенса угла потерь на сверхнизких частотах дает представление об общем старении кабеля. Метод измерения частичных разрядов, в свою очередь, обеспечивает получение достоверной информации об ошибках монтажа или изменениях электрических свойств какого-либо участка изоляции кабеля, которые еще не привели к пробою.

Следует сказать, что на значения тангенса угла диэлектрических потерь оказывает влияние интенсивность частичных разрядов в кабеле (например, в соединительных муфтах).

Используя метод частичных разрядов можно непосредственно определить месторасположение источника частичных разрядов, на каком участке кабеля имеется дефект, в какой соединительной муфте или в концевых заделках. Метод оценки уровня частичных разрядов может быть успешно использован и для диагностики кабелей с бумажно-масляной изоляцией.