Эксплуатация кабельных линий

Наиболее существенным в обслуживании эксплуатируемых кабельных линий являются тщательное наблюдение за их трассами и контроль за нагрузкой кабелей.

В процессе эксплуатации кабельных линий важно регулярно вести их паспортизацию. Паспорт линии, кроме технической характеристики кабелей и условий их прокладки, содержит сведения о результатах предыдущих испытаний, о ремонтах, что помогает установить правильный режим для линий и своевременно выводить их в ремонт.

При наблюдении за трассой кабельных линий следят за тем, чтобы трасса содержалась в чистоте. Вблизи трассы не должны находиться ненужные предметы, так как они могут мешать работам при ликвидации аварий и ремонту кабелей, проложенных в земле. Поверхностный слой земли на трассе не должен иметь провалов, размывов и других ненормальностей, могущих вызвать повреждение кабелей.

Необходимо обращать внимание на обеспечение сохранности кабелей при выполнении земляных работ вблизи кабельных трасс. Земляные работы вблизи кабельных трасс можно производить только по предварительному согласованию с главным энергетиком предприятия. В необходимых случаях главный энергетик предприятия устанавливает надзор за производимыми работами, с тем чтобы была обеспечена сохранность проложенных кабелей.

Надзор ведется вплоть до полного окончания земляных работ.
Особую опасность для проложенных в земле кабелей представляют земляные работы, выполняемые механизированными способами. Границы, в пределах которых допускаются такие работы, зависят от типа механизма. Однако во всех случаях работать механизмами не разрешается на расстоянии от трассы кабеля менее 1 м. На этом участке работы выполняют вручную и только лопатами.

Наблюдение за кабельными трассами осуществляют путем периодических осмотров этих трасс. Периодичность осмотров во многом зависит от местных условий: в местах, где кабели пересекаются с другими коммуникациями или могут подвергаться механическим повреждениям, обходы производят чаще. Периодичность осмотров кабельных трасс обычно устанавливает главный энергетик предприятия, который это делает, руководствуясь опытом и учетом местных условий.

Необходимо однако учитывать, что правилами ПТЭ предписано производить осмотры кабельных трасс не реже, чем в следующие сроки: кабелей в траншеях, коллекторах и туннелях один раз в 3 месяца; кабелей в колодцах и концевые муфты на линиях напряжением выше 1000 б один раз в 6 месяцев; концевые муфты кабелей напряжением до 1000 в один раз в 12 месяцев; кабельные муфты в трансформаторных помещениях, распределительных пунктах и подстанциях одновременно с осмотром другого оборудования.

В периоды паводков, во время ливней и в других случаях, когда имеет место размягчение грунта и опасность повреждения кабелей, проложенных в земле, возрастает, производят внеочередные осмотры кабельных трасс.
Для учета неисправностей, обнаруженных при осмотрах кабельных трасс, и контроля за своевременным их устранением, на промышленных предприятиях ведется специальный журнал, заполняемый персоналом, совершающим осмотры кабельных трасс. При обнаружении дефектов, требующих немедленного устранения, лицо, осуществляющее осмотр, безотлагательно ставит об этом в известность своего начальника.

Кабельные трассы внимательно осматривают на всем их протяжении и особенно в местах пересечения трассами канав, кюветов и переходов кабелей из земли на стены или опоры.

При осмотрах туннелей, коллекторов и аналогичных кабельных сооружений обращают внимание на содержание их в чистоте (отсутствие остатков материалов, тряпок и мусора). Осматривают эти сооружения обычно два лица, предварительно проверив с помощью прибора нет ли в этих сооружениях газа. В коллекторах, туннелях и подобных им кабельных сооружениях проверяют состояние освещения и вентиляции; измеряют внутреннюю температуру, которая не должна превышать температуру наружного воздуха более чем на 10°; осматривают антикоррозийные покровы кабелей, внешнее состояние муфт; следят за тем, чтобы не имелось натяжений, смещений, провесов кабелей и т. п.

Перегрузки кабелей, которые носят систематический характер, влекут за собой быстрое ухудшение их изоляции и сокращают длительность работы. Недогрузка кабелей связана с недоиспользованием проводникового материала, заложенного в кабелях. Поэтому при эксплуатации кабельных линий периодически проверяют, чтобы нагрузка соответствовала установленной при вводе линии в эксплуатацию.

Максимально допустимые нагрузки для кабелей устанавливают на основе таблиц, приведенных в ПУЭ, по участку трассы кабеля, имеющему наихудшие тепловые условия, если длина этого участка составляет не менее 10 м. Нагрузку на кабели при вводе в эксплуатацию определяют отдельно для каждого сезона года, так как температура среды, окружающей кабели (почва, воздух), в разные сезоны года меняется и позволяет в холодные месяцы нагрузку на кабели повысить.

Контроль за нагрузками кабелей производят в сроки, определяемые главным энергетиком предприятия, но не менее двух раз в году. Один раз указанный контроль производят в период осенне-зимнего максимума нагрузки.

Контроль за нагрузками кабелей осуществляют наблюдением за показаниями амперметров на питающей подстанции, а при их отсутствии – с помощью токоизмерительных клещей. Анализ произведенных измерений нагрузок позволяет пересматривать режим работы кабелей, устанавливая режим, который обеспечит одновременно экономичную и надежную работу кабелей.

В условиях эксплуатации может иногда возникнуть необходимость в определении фактической температуры токоведущих жил кабеля. Так как температуру жилы кабеля определить непосредственным измерением не представляется возможным, прибегают к измерению температуры металлической оболочки кабеля. После этого производят пересчет с учетом перепада температуры между жилой и оболочкой кабеля.

В том случае, когда токоведущие жилы кабелей нагреваются выше допускаемых пределов, принимают меры для устранения причины этого явления. Снижают температуру жил кабелей следующими мероприятиями: уменьшая нагрузки на кабели; улучшая вентиляцию в туннелях и каналах; применяя вставки кабелей большего сечения на участках, где наблюдается перегрев кабелей; увеличивая расстояния между кабелями.

При выходе из строя кабельной линии в промышленных предприятиях приходится часть работающего оборудования переводить на питание от других (соседних) кабелей. Это может привести к тому, что нагрузка дополнительно нагруженных кабелей окажется в часы максимума нагрузки выше допускаемой. Такие перегрузки для кабелей напряжением до 10 кВ допускаются лишь от 15 до 30% только на время ликвидации аварии, но не более пяти суток. Эта перегрузка допускается в том случае, если в период, предшествующий аварии, максимальная нагрузка кабеля не превышала 80% допустимой. Для кабелей напряжением 20 – 35 кВ перегрузка против номинальных значений не разрешается.

При прокладке кабелей в почве, агрессивной по отношению к их металлическим оболочкам (солончаки, болота, насыпной грунт со шлаком и строительным материалом), возникает почвенная коррозия свинцовых оболочек, что приводит к их разрушению. В этих случаях периодически проверяют коррозийную активность грунта по отношению к свинцовой оболочке кабелей. Такую проверку осуществляют, сравнивая фактическое удельное сопротивление и данные анализа проб грунта и воды с соответствующими допускаемыми значениями, приведенными в «Правилах защиты подземных металлических сооружений от коррозии» Госстроя.

Если проверкой будет установлено, что степень почвенной коррозии угрожает целости кабелей, то принимают соответствующие меры. К ним относятся замена грунта на нейтральный, перекладка кабелей в нейтральный грунт, а также борьба с загрязнением грунта отбросами, действующими разрушающе на металлические оболочки кабелей.

2.3 Способы определения мест повреждения кабельной линии

Несмотря на периодический осмотр кабельных трасс и проведение профилактических испытаний, при эксплуатации имеют место повреждения (случайные отказы) кабельных линий (КЛ).

Поврежденный кабель отсоединяется с обоих концов от оборудования и с помощью мегаомметра определяется характер повреждения: измеряется сопротивление изоляции между каждой фазой и заземленной металлической оболочкой и между каждой парой фаз. Измерения проводят с одного конца кабеля. Фазные жилы другого конца кабеля разомкнуты (для определения замыканий) или замкнуты и заземлены (для определения обрывов).

Результаты измерений могут не выявить характер повреждения, поскольку переходное сопротивление в месте повреждения может быть достаточно высоким, в частности, из-за затекания места пробоя изоляции маслоканифольным составом (заплывающий пробой) в кабелях с бумажной пропитанной изоляцией.

Для снижения переходного сопротивления изоляция кабеля в месте повреждения прожигается. Для этого на кабель подается напряжение, достаточное для пробоя изоляции в месте повреждения. После некоторого времени повторения пробоев переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается, разрядное напряжение снижается, а ток разряда увеличивается. Изоляция прожигается этим током, переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается.

После определения характера повреждения выбирается способ и аппаратура для определения места повреждения кабеля.

По точности определения места повреждения различают относительные и абсолютные методы. Относительные методы имеют определенную погрешность и позволяют определить лишь зону повреждения. Это импульсный, петлевой и емкостной методы.

Точное место повреждения позволяют найти абсолютные методы такие, как индукционный и акустический.

Импульсным методом определяется зона однофазного или многофазного замыкания, зона обрыва любого количества фазных жил.
В поврежденную линию посылается эталонный электрический импульс. По экрану измерительного прибора, проградуированному в мкс, измеряется интервал времени tx между моментом подачи импульса и моментом прихода импульса, отраженного от места повреждения (рисунок 1).

Скорость распространения электромагнитных волн в силовых кабелях практически не зависит от сечения и материала жил и составляет 160+3 м/мкс. Расстояние до места повреждения вычисляется как Iх= 80 · tх, м.

Для случая, приведенного на рис. 23, зона повреждения находится на расстоянии Iх = 80 · 3,5 = 280 м от места измерения.

 

 

Рисунок 1 – Экран прибора при определении зоны повреждения

кабеля импульсным методом: а - при замыкании; б - при обрыве

 

По знаку отраженного импульса судят о характере повреждения. Если посланный и отраженный импульс разного знака - повреждение типа замыкание (рисунок 1,а), если одного знака - повреждение типа обрыв (рисунок 1,б).

Петлевой метод применяется для определения зоны однофазных и двухфазных замыканий на землю. Этот метод основан на измерении омического сопротивления жил кабеля до места повреждения.

На одном конце кабеля замыкаются нормальная и поврежденная жилы (образуется петля). Измерения проводятся с другого конца кабеля (см. рисунок 2). Для измерения сопротивлений R.2 и R4 может использоваться, например, мост постоянного тока.

 

Рисунок 2 – Схема определения зоны повреждения петлевым методом

 

В одну диагональ моста включается источник постоянного напряжения -U, в другую - измерительный прибор, например милливольтметр mV. Регулируемыми сопротивлениями R1 и R3, достигается равновесие моста - нулевое показание милливольтметра.

Известно, что равновесие моста будет достигаться при выполнении соотношения:

 

 

 

где R2 - сопротивление нормальной жилы и участка поврежденной жилы от конца кабеля до места повреждения;

R4 - сопротивление участка поврежденной жилы от начала кабеля до места повреждения.

Поскольку сопротивление жилы кабеля пропорционально его длине, зона повреждения после достижения равновесия моста определяется несложными вычислениями

 

 

где l - длина кабеля.

Емкостной метод позволяет определить зону обрыва фазных жил кабеля. Метод базируется на измерении емкости между каждой жилой и заземленной металлической оболочкой кабеля.

Пусть измеренная емкость оборванной жилы составляет Сх, а измеренная емкость целой жилы - С. Расстояние до места обрыва составляет

 

 

При обрыве трех фазных жил емкость кабеля рассчитывается по известному выражению

 

 

где b₀ - удельная емкостная проводимость кабеля, определяемая по справочным данным.

Индукционный метод позволяет определить место многофазных замыканий в кабеле после успешного прожига изоляции в месте повреждения. Метод основан на улавливании магнитного поля, создаваемого вокруг кабеля протекающим по нему током. Улавливание поля производится с помощью специальной поисковой катушки, имеющей магнитный сердечник для концентрации поля.

По двум поврежденным жилам кабеля пропускается ток высокой частоты (800... 1000 Гц) от звукового генератора G (рисунок 3). Вокруг кабеля образуется магнитное поле высокой частоты. Поместив в это поле поисковую катушку, соединенную через усилитель с наушниками, можно прослушивать звуковой сигнал. Обслуживающий персонал, продвигаясь по трассе КЛ, прослушивает этот звуковой сигнал.

Слышимость сигнала вдоль кабельной линии будет периодически изменяться от max до min. Это объясняется спиральным повивом жил кабеля. Преобладание над поверхностью земли магнитного поля одной жилы периодически меняется на преобладание противоположного магнитного поля другой жилы. В месте короткого замыкания ток от генератора G меняет свое направление, интенсивность магнитного поля и, следовательно, слышимость сигнала в этом месте усиливаются. За местом повреждения звукового сигнала не будет. Использование тока высокой частоты необходимо для отстройки звукового сигнала от фона промышленной частоты 50 Гц соседних кабелей.

 

Рисунок 3 – Иллюстрация индукционного метода отыскания повреждения

 

Акустический метод позволяет определить место однофазных и многофазных замыканий в кабеле при заплывающем пробое.

В поврежденную жилу (в поврежденные жилы) периодически подаются импульсы постоянного напряжения, например, от накопительного конденсатора. В месте повреждения возникают разряды, вызывающие акустический шум. Уровень этого шума прослушивается с поверхности земли, например, с помощью стетоскопа или прибора с пьезодатчиком-преобразователем механических колебаний в электрические.

При практическом поиске мест повреждения КЛ используется сочетание относительных и абсолютных методов. С помощью относительного метода определяется зона повреждения, а затем в этой зоне отыскивается место повреждения абсолютным методом (таблица 1).

 

Таблица 1 – Виды повреждений КЛ и применяемые методы определения мест

                повреждений

№ п.п.	Вид повреждения	Переходное сопротивление в месте повреждения, Ом	Пробивное напряжение в месте повреждения, кВ	Рекомендуемый метод определения места повреждения
				Относительный	Абсолютный
1.	Однофазное	0	0	Импульсный	Акустический, индукционный, метод накладной рамки.
2.	Однофазное	200-50000	0	Волновой, Импульсно-волновой	Акустический
3.	Однофазное	Свыше 500000	От 1 до 50 ("заплывающий пробой")	Колебательный разряд	Акустический, индукционно-импульсный
4.	Междуфазное с замыканием двух жил на оболочку	0-1000	0	Импульсный	Акустический, индукционный
5.	Междуфазное с замыканием двух жил на оболочку	200-50000	0	Волновой, Импульсно-волновой	Акустический, индукционный с предварительным снижением переходного сопротивления.
6.	Междуфазное с замыканием всех трех жил на оболочку	0	0	Импульсный	Индукционный, акустический
7.	Междуфазное с замыканием всех трех жил на оболочку	Свыше 500000	От 1 до 50	Колебательный разряд	Индукционно-импульсный, акустический
8.	Междуфазное без замыкания на оболочку	0-1000	0	Импульсный	Индукционный с предварительным снижением переходного сопротивления
9.	Растяжка фаз, пробой на оболочку КЛ	От 200 до 500000	До испытательного	Импульсный	Акустический, индукционно-импульсный
10.	Растяжка одной, двух, трех фаз	Свыше 500000	До испытательного через растяжку на заземленные жилы КЛ	Импульсный	Акустический
11.	Повреждение оболочки одножильного кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.	От О до 5000	0-1,5	Петлевой	Метод постоянного напряжения (шагового потенциала),
12.	Замыкание жилы на оболочку КЛ 10 - 20 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена.	От 200 до 500000	то 1 до 20	Волновой, импульсно-волновой	Акустический
13.	Обрыв одной, двух или трех жил (с замыканием или без замыкания фаз на оболочку) КЛ с изоляцией из сшитого полиэтилена.	От 200 до 500000	От 1 до 20	Импульсный	Акустический, индукционно-импульсный