Диагностика местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР)
Автор: Соловьева Т.А.
Журнал: Научный журнал молодых ученых @young-scientists-journal
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 2 (27), 2022 года.
Бесплатный доступ
Цель исследования. Работа направлена на выявление предотказного состояния кабельных линий в режиме реального времени при помощи измерения частичных разрядов. Материалы и методы. В работе использовался метод диагностики местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР), анализ норм VDE 0276-620, ГОСТ 55025-2012 [1] при напряжении СНЧ 0,1 Гц. Результаты исследования. В ходе исследования выяснилось, что диагностика кабельных линий при помощи измерения ЧР позволяет получить достоверную информацию об их состоянии Выводы. Предлагаемый метод диагностики кабельных линий поможет сохранить ресурс исследуемых кабелей и позволит составлять графики проверки линий в зависимости от полученных результатов (замена кабеля, раз в год, раз в пять лет), что кардинально сокращает время обслуживающему персоналу, а также своевременно предупреждает аварии.
Частичные разряды, диагностика, кабельные линии
Короткий адрес: https://sciup.org/147237879
IDR: 147237879
Текст научной статьи Диагностика местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР)
Введение. Одним из крупнейших потребителей электроэнергии в России является ГУП «Московский метрополитен» с огромным числом кабельных линий, которые необходимо обслуживать и делать это качественно, что обязывает его по возможности снижать случаи возгорания силовых кабелей (10/20 кВ, 825 В). При этом основным направлением является развитие систем неразрушающего контроля и выявления предотказного состояния кабельных линий в режиме реального времени. Практика показывает, что наиболее уязвимыми местами являются кабельные муфты.
В рамках текущей эксплуатации производится периодическая проверка кабелей на пробой с использованием генераторов высокого напряжения, а также с применением токов низкой частоты. Рассматривается вопрос проведения диагностики оборудования с использованием метода частичных разрядов (далее ЧР). Недостаток данных методик связан с необходимостью отключения напряжения на силовом кабеле, создания дополнительных условий для разрушения изоляции и показывают только то, что в данный, конкретный момент времени кабель может быть включен в работу. Т.е. не являются гарантией работы кабеля в течение всего срока между профилактическими испытаниями.
В таблице 1 приводится список применяемого технологического оборудования для измерения ЧР [2].
Таблица 1 – Технологическое оборудование для измерения ЧР
Питание |
12 В внешн. /автомоб.,блок питания |
1 |
2 |
Время непр. работы |
около 24 ч от лит.-ионн. акк. |
Частота повтор. импульса |
3,33 Гц |
Окончание таблицы 1
1 |
2 |
Ширина импульсов |
50 нс, 200 нс, 500 нс, 1 µс |
Амплитуда импульса |
250 В |
Импульсный ток |
200 A |
Защита выхода |
Устойчив к кор. замыканию |
Класс защиты |
IP 54 |
Рабочая температура |
-10 °C ...+50 °C |
Вес |
2 кг |
Teleflex T 30-E PD |
Регистратор переход. процессов для ЧР |
64 мм опция |
|
Разъем |
BNC |
Также немаловажным параметром является материал изоляции кабельной линии [3].
-
- PE/VPE-кабели
Смешанные линии из участков PE- и VPE- кабелей можно диагностировать вместе. Для проведения диагностики основная жила и экран кабеля должны быть полностью отключены с обоих концов от распределительного устройства, чтобы гарантировано исключить помехи и эффекты поляризации распределительной установки [4].
-
- кабели с пропитанной бумажной изоляцией
Для проведения диагностики жилы должны быть полностью отключены с обоих концов от распределительного устройства. В месте измерения остается подключенным металлическая оболочки/заземление подстанции. На другом конце кабеля это подключение, если можно, надо отключить от распределительной установки, чтобы исключить влияние помех на результаты измерения [4].
-
- смешанные линии из участков с пропитанной бумажной изоляцией и PE/VPE-кабелями
Согласно физическим законам на смешанных кабелях в результате диагностики возможна информация лишь о кабеле с пропитанной бумажной изоляцией. Разумеется, кабельная линия большей частью должна состоять из кабеля с пропитанной бумажной изоляцией, доля PE/VPE- кабелей должна составлять макс. 20% от всей длины кабелей. Часто это имеет место при ремонте отдельных участков и вводов на подстанциях. Подготовительные работы такие же как для кабелей с пропитанной бумажной изоляцией [4].
Проблемы кабелей с изоляцией из полиэтилена (PE) и сшитого полиэтилена (VPE)
Значительный эффект старения кабелей с изоляцией из РЕ/VPE вызывается возникновением и ростом водяных триингов (watertrees). Они возникают со временем под воздействием воды, тепла и напряженности электромагнитного поля. Разрастаются они постепенно и в конечном результате вследствие образования электрических триингов ведут к короткому замыканию и к выходу из строя кабеля. Другие эффекты старения появляются при термической перегрузке изоляции из РЕ/VPE. Влага в кабелях с дефектами оболочки особенно благоприятствует разрастанию водяных триингов. Так как водяные триинги, обусловленные физическими законами, не показывают частичных разрядов, то описанные процессы старения можно обнаружить и оценить лишь при помощи диэлектрической диагностики [4].

Рисунок 1 – Сокращение срока службы эксплуатируемого кабеля при испытании повышенным напряжением [5]
Цель исследования. Выявления предотказного состояния кабельных линий, в режиме реального времени при помощи измерения частичных разрядов.
Материалы и методы исследования . В работе использовался метод диагностики местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР), анализ норм VDE 0276-620, ГОСТ 55025-2012 при напряжении СНЧ 0,1 Гц.
Результаты исследования и их обсуждение.
Диагностика кабельных линий при помощи измерения частичных разрядов позволяет:
-
1. Определить слабые места в кабельных системах – механические повреждения – одиночные большие водяные триинги, снижающие надежность
О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1 000 1 050 1 100 1 150 1 200 1 250 1 300 1 350 1 400 1 450
Рисунок 2 – Новый кабель из сшитого полиэтилена, 6 кВ, 1.45 км.
Повреждение внешней изоляционной оболочки кабеля и брони на 650 м при прокладке кабеля на эстакаде
эксплуатации кабелей - серьезные ошибки монтажа, которые могут привести к отказу



Рисунок 3 – Кабель с бумажно-масляной изоляцией, 6 кВ, 280 м
Кабель часто отключался. Обследование установкой выявило множественные дефекты в изоляции. Была проведена замена кабеля.

Рисунок 4 – Кабель с бумажно-масляной изоляцией, 6 кВ, 280 м.
Кабель часто отключался. Обследование установкой выявило множественные дефекты в изоляции. Была проведена замена кабеля.
Диагностика кабельных линий частичными разрядами – единственный и незаменимый помощник при проведении диагностики «старых» кабельных линий.
Отлично выявляются следующие дефекты:
-
• Недопустимые перегибы кабеля;
-
• Состояние концевых и соединительных муфт;
-
• Механические повреждения кабеля;
-
• Состояние основной изоляции по всей длине кабеля;
Обследование нескольких кабельных линий позволяет составить очередность проведения ремонтных работ и первой вывести в ремонт самую наихудшую линию.
После ремонта кабельной линии, проводится повторный контроль проведенных работ с помощью соответствующих установок.
Выводы.
Измерение и анализ активности частичных разрядов (ЧР) – это надежный метод неразрушающего контроля, позволяющий выявить дефекты кабельной линии до того, как возникнет серьезное повреждение или пробой.
Список литературы Диагностика местных неисправностей в кабельных линиях при помощи измерения частичных разрядов (ЧР)
- ГОСТ Р 55025-2012 Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение от 6 до 35 кВ включительно. Общие технические условия от 27 декабря 2012 - docs.cntd.ru.
- Испытательно-диагностическая система TDS40 / TDS60 (Автономный режим) Руководство по эксплуатации, 2014, 130 с.
- Доклад по силовым кабелям с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 1-10 кВ. Департамент топливно-энергетических ресурсов г. Москвы, 2005.
- Изоляционные материалы из сшитого полиэтилена // URL: https://propolyethylene.ru/shitiy/izolyaziya.html (дата обращения 04.05.2022).
- Эксплуатация силовых электрических кабелей / М.А. Боев [и др.], 2001, 75 с.
- Брагинский Р.П., Моисеев Ю.Б. Роль физических процессов в старении полиэтилена // ДАН СССР, 1984, 1141 с.