Примерный план поиска высокоомных кабельных повреждений системой СТЭЛЛ-4500

Автор: Семенихин Александр Николаевич, ООО "ИНТЕРИНЖ", Ярославль

Введение

Компьютерная система СТЭЛЛ-4500 представляет собой мощный инструмент предварительной локализации кабельных повреждений практически всеми относительными методами (кроме мостового).

По предоставляемым возможностям система не имеет отечественных аналогов.

Из зарубежных приборов сходными характеристиками обладает только система IRG-3000 фирмы BAUR (Австрия).

Особенностью системы является ее нацеленность на поиск так называемых "высокоомных повреждений" как наиболее сложных и все более часто встречающихся в связи с ростом прокладок кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Пользователю системы необходимо понимать, что полная реализация возможностей прибора возможна лишь при соблюдении следующих условий:

1) система СТЭЛЛ-4500 должна быть оснащена необходимыми высоковольтными присоединительными устройствами по напряжению и току, а также адаптером импульсно-дугового разряда, способными без искажений передавать сигналы от системы к исследуемой линии и от линии к системе;

2) состав и технические характеристики высоковольтного оборудования испытательной лаборатории, совместно с которой используется система, должны отвечать определенным требованиям:

- наличие достаточно мощного высоковольтного регулируемого источника выпрямленного напряжения,
- наличие генератора высоковольтных импульсов,
- наличие прожигающей установки и т.п.

Данная методика предназначена для ознакомления пользователя системы с основными подходами к поиску высокоомных кабельных повреждений с применением данного оборудования.

В методике обращается внимание на имеющиеся трудности в идентификации полученных результатов, показаны некоторые практические приемы их преодоления.

Методика также знакомит пользователя с рефлектограммами реальных кабельных линий, полученными при поиске реальных кабельных повреждений.

 

Примерный план поиска

1. Для наиболее эффективной предварительной локализации кабельного повреждения любым методом поиска с использованием системы СТЭЛЛ-4500 необходимо иметь проектный чертеж трассы кабеля с топографической привязкой последнего к местности.

2. Выбрав в главном меню системы «Метод рефлектометра», необходимо установить такой диапазон измерения, чтобы длина кабеля полностью отображалась на экране.

Затем необходимо максимально точно установить курсоры на начало и конец кабеля.

Ниже приведена рефлектограмма кабеля, полученная методом рефлектометрического измерения.

Следующая за ней - это та же рефлектограмма, но с выделенным участком конца кабеля - для более точного размещения измерительного курсора.

3. Изменяя величину «Коэффициента укорочения», установленного в системе, необходимо добиться, чтобы расстояние между курсорами, показываемое системой СТЭЛЛ-4500, соответствовало проектной длине кабельной линии.

Полученную величину «Коэффициента укорочения» для данной кабельной линии необходимо запомнить в памяти компьютера в специально созданном архиве вместе с названием линии и другой полезной информацией об этом кабеле.

Все дальнейшие измерения на этой кабельной линии необходимо вести только с этим значением.

Определение «Коэффициента укорочения» для конкретной кабельной линии можно проводить вне зависимости от наличия кабельного повреждения на ней, пользуясь любой представившейся возможностью для проведения рефлектометрических измерений (профилактические испытания кабеля и т.п.).

Необходимо всегда помнить, что для производителей силовых кабелей «Коэффициент укорочения» является ненормируемой величиной, его величина не измеряется при производстве кабеля и не приводится ни в какой нормативно-технической документации.

Следует учитывать, что кабели одной и той же марки, выпущенные разными заводами-изготовителями, могут иметь различные «Коэффициенты укорочения». Только собственные измерения «Коэффициента укорочения» позволяют получить минимальную погрешность при относительных методах поиска кабельных повреждений.

Ниже приведены две рефлектограммы одного и того же кабеля 10 кВ с бумаго-масляной изоляцией,  снятых с «Коэффициентом укорочения» равным 1,82, взятым из таблицы укорочений прибора и 1,88, полученным в результате собственных измерений:

Длина кабеля - 9100 метров, до повреждения – 3690 метров (REIS4500_2012_7_20_12_55_53_600)

Длина кабеля (истинная) – 8800 метров, до повреждения – 3567 метров (REIS4500_2012_7_20_13_0_55_902)

Как видно из рефлектограмм, изменение величины «Коэффициента укорочения» на 0.06 привело к ошибке измерения расстояния места повреждения 123 метра (на дистанции в три с половиной километра). 

В процессе проведения рефлектометрических измерений необходимо иметь в виду возможное несоответствия длины кабельной линии из проектных данных и длины реально проложенной кабельной линии.

Причин таких несоответствий множество: от желания увеличить стоимость проекта, до нежелания отрубать лишнюю длину, а в дальнейшем утилизировать, лишних 20-30 метров кабеля (для старых прокладок эта величина может быть и значительно больше). 

Пользуясь системой СТЭЛЛ-4500, оператор лаборатории всегда имеет возможность записать любые сведения об исследуемом кабеле на компьютере прямо в процессе измерений в произвольной форме в любом текстовом редакторе: Блокнот, WORD, WordPad и т.д.

В дальнейшем эти сведения необходимо систематизировать, так как они позволят с каждым разом все более точно локализовать возникающие неисправности. Компьютер, входящий в состав системы, для этих целей пригоден намного лучше чем обычный рефлектометр.

4. Такая явная неоднородность как конец кабеля (обрыв линии) на силовых кабельных линиях длиной до 4...5 километров обычно видна на рефлектограмме  с выставленными заводскими установками амплитуды импульса и усиления по входу прибора. 

На линиях длиной более 4...5 километров для улучшения наглядности рефлектограммы, практически всегда приходится увеличить амплитуду зондирующего импульса и усиление входных отраженных сигналов. 

Важно производить данные регулировки небольшими шагами, т.к. увеличение разрешения системы и усиления всегда связано с проявлением на рефлектограмме большого числа мешающих отраженных сигналов от всевозможных неоднородностей, имеющихся в кабельной линии, которые для неопытного пользователя сильно затрудняют выявление нужных отраженных сигналов.

5. На следующем этапе следует переходить к измерениям с использованием высоковольтных аппаратов, не забывая предварительно устанавливать найденный ранее «Коэффициент укорочения».

6. Прежде всего, с помощью высоковольтного испытательного аппарата необходимо исследовать место повреждения на величину и характер пробивного напряжения. 

Знание величины напряжения пробоя позволит испытателю правильно выбрать диапазон рабочего напряжения ударного генератора для получения максимально возможной энергии разряда. 

В случае использования ударного генератора с рабочим напряжением, не достигающим напряжения пробоя, необходимо провести мероприятия по снижению величины пробивного напряжения - при помощи высоковольтного испытательного аппарата и прожигающей установки. 

Необходимость применения ударного генератора диктуется необходимостью использовать «импульсно-дуговой метод», как самый точный метод предварительной локализации высокоомных кабельных повреждений. 

Знание характера пробивного напряжения позволит заранее отказаться от применения некоторых методов поиска, которые неэффективны в данном конкретном случае. 

Например, если подъем испытательного напряжения приводит к росту токов утечки и дальнейшему отключению испытательной установки из-за срабатывания защиты по току, то применение «волнового метода с присоединением по напряжению» будет невозможно.

7. Вместе с тем,  любые испытательные исследования, связанные с использованием высоковольтной установки, в том числе и профилактические испытания, следует проводить с системой, включенной в режиме «волновой метод с присоединением по напряжению».

В этом случае колебательный процесс от внезапного пробоя будет зафиксирован системой и даст оператору лаборатории предварительное знание о месте повреждения кабельной линии, которое в дальнейшем можно будет уточнить другими методами.

8. Система СТЭЛЛ-4500 на правильно оснащенной высоковольтной лаборатории позволяет оператору воспользоваться весьма полным набором методов предварительной локализации кабельных повреждений, среди которых: рефлектометрический - для локализации низкоомных повреждений, а также волновой метод с присоединением по напряжению, волновой метод с присоединением по току, и импульсно-дуговой метод для локализации высокоомных повреждений.

Не останавливаясь на применении рефлектометрического метода, достаточно полно изложенного в разнообразных пособиях и инструкциях, следует отметить, что из трех методов локализации высокоомных повреждений наибольшую точность обеспечивает импульсно-дуговой метод.

9. Следует иметь в виду, что использование импульсно-дугового метода требует от оператора определенной квалификации для распознания и идентификации места повреждения на рефлектограмме.

Поэтому зачастую есть смысл прежде попробовать применить волновой метод с присоединением по току.

Данный метод требует от оператора лишь рассмотреть зафиксированный системой колебательный процесс, что значительно проще, чем изучать расхождение рефлектограмм при импульсно-дуговом методе.

Разместив «нулевой» и «измерительный» курсоры таким образом, чтобы выделить период колебания, оператор сразу считает с экрана расстояние до места повреждения.

Важно помнить, что выбираемый при работе волновым методом с присоединением по току диапазон расстояний, должен в 3-5 раз превышать длину исследуемого кабеля.

Пусть истинная погрешность в этом случае составит даже сотню метров, тем не менее, перейдя далее к измерению импульсно-дуговым методом, оператору потребуется изучить лишь малый отрезок рефлектограммы и легко настроить систему для максимально точного считывания расстояния до места повреждения.

Ниже приведена рефлектограмма, полученная волновым методом с присоединением по току, на том же самом кабеле, что и приведенные выше рефлектограммы:

(REIS4500_2012_7_20_13_41_58_660)

Обратите внимание, что на «Экране навигации» (в нижней части экрана в клеточку), где рефлектограмма сильно сужена по вертикали, колебательный процесс виден значительно лучше, чем на «Экране просмотра фрагментов рефлектограммы» (в верхней части экрана). 

Пусть это и не в традиционном виде, но зато очень наглядно. Утолщения красной линии четко показывают три периода колебаний и позволяют правильно разместить курсоры для считывания расстояния до места повреждения. 

При этом аппаратное усиление системы «0» дБ (коэффициент усиления равен 1), т.е. рефлектограмма снята с заводскими настройками. 

Увеличение уровня аппаратного усиления позволило бы получить рефлектограмму с лучшим изображением волнового процесса на «Экране просмотра фрагментов рефлектограммы». Но и без этого, только за счет программного усиления (см. следующую рефлектограмму) картинку на нем возможно улучшить.

(REIS4500_2012_7_20_13_41_58_660)

Видно, что расстояние до места повреждения найдено как 3875 метра, при истинной величине в 3567 метров.

Разница составляет около 300 метров, но это не принципиально, так как уже понятно, где на девятикилометровой трассе находится место повреждения.

Подстроив систему, можно улучшить визуализацию колебательного процесса и несколько уточнить расстояние до места повреждения.

(REIS4500_2012_7_20_13_59_18_0)

Аппаратное усиление в «12» дБ позволило отчетливо увидеть две волны колебательного процесса на «Экране просмотра фрагментов рефлектограммы».

(REIS4500_2012_7_20_13_59_18_0)

После применения программного усиления рефлектограммы, расстояние до места повреждения было уточнено до 3700 метров, что всего лишь на 133 метра отличается от истинного значения.

Ниже показан еще один пример поиска повреждения на реальном весьма длинном (33 км) кабеле с рабочим напряжением 35 кВ с бумажной изоляцией.

Первоначальная рефлектограмма снятая методом колебательного разряда с присоединением по току имела следующий вид:

(REIS4500_2012_7_30_14_43_11_411)

Величина расстояния до места повреждения зафиксирована как 25789 км.

Дополнительно настроив систему и сняв рефлектограмму, уточняем величину расстояния до места повреждения, как 25032 метра.

(REIS4500_2012_7_30_14_45_56_33)

10. На следующем этапе поиска переходим к импульсно-дуговому методу.

Последние два десятка лет импульсно-дуговой метод по праву считается самым передовым методом предварительной локализации высокоомных кабельных повреждений как наиболее точный.

Однако существуют причины, которые в некоторых случаях затрудняют применение метода. Это и вода в муфте, и обугленное масло в маслонаполненных кабелях, и короткая длительность дуги, и неопределенная задержка зажигания дуги, и т.п.

Все указанные причины затрудняют своевременный запуск зондирующего импульса в нужный момент короткого времени горения дуги.

Ручные настройки задержки запуска зондирующего импульса разнообразны и требуют от оператора немалых навыков.

Использовать в таких случаях способ «попробовать и посмотреть» не может быть лучшим решением, так как многократные удары импульсов высокого напряжения являются стрессовой нагрузкой для изоляции кабеля.

Использование системы СТЭЛЛ-4500 с ее возможностью подачи в кабель до десяти зондирующих импульсов по сигналу синхронизации упрощает ручные настройки, позволяет исследовать сложные неисправности до, во время и после горения дуги, и уменьшить количество высоковольтных воздействий на изоляцию.

Полученная рефлектограмма, несмотря на некоторую случайную флуктуацию в своей последней трети, достаточно информативна:

(REIS4500_2012_7_30_13_51_58_644)

На красной линии хорошо виден конец кабеля.

Зная проектную длину линии, можно и нужно уточнить «Коэффициент укорочения», который в этом случае равен 2,04.

Оранжевая линия рефлектограммы показывает нам и повреждение вблизи отметки 24 км, однако прежде надо дополнительно настроить систему, в том числе ввести найденный «Коэффициент укорочения».

11. Система СТЭЛЛ-4500 предоставляет оператору огромные возможности по настройке.

В частности имеется такая уникальная настройка, как установка многократного (до 10 раз) зондирования линии в период горения дуги - с регулируемым временем между запусками зондирующего импульса.

Это позволяет детально проанализировать процесс горения и время горения дуги, оптимально настроить систему:

(REIS4500_2012_7_30_15_27_22_523)

Очистим итоговую рефлектограмму от составляющих с нестационарными процессами и по одной из оставшихся (например, зеленой) определим место повреждения – 22200 метров, что примерно и соответствовало истинному значению.

(REIS4500_2012_7_30_15_27_22_523)

Некоторые типичные ошибки оператора

В заключение несколько слов о типичных ошибках оператора, затрудняющих получение достоверных результатов при поиске повреждений различными методами.

1) При измерении методом колебательного разряда с присоединением по току на длинных кабелях, часто заводской установки усиления «0» дБ (или «-2» дБ) недостаточно для идентификации колебательного процесса:

(REIS4500_МКРТ_2013_2_12__11_44_45_786)

 В этом случае необходимо, определив уровень усиления при котором система самопроизвольно срабатывает, нажатием на клавишу «уровень синхронизации» уменьшить его на 10÷50 %.

2) Еще одной распространенной ошибкой при использовании импульсно-дугового метода является установка недостаточного диапазона измерения.

Выше уже упоминалось, что диапазон должен выбираться величиной равной 3÷5 длин кабеля.

Ниже приведен пример неправильной установки.

При длине кабеля около 13 км и расстоянии до повреждения около 9 км на рефлектограмме видно лишь первое колебание и отсутствует возможность измерить период колебательного процесса:

(REIS4500_МКРТ_2013_2_12__11_44_51_961)

При поиске неисправности импульсно-дуговым способом ошибки оператора можно свести к трем основным случаям:

а) Недостаточная задержка зондирующего импульса после синхронизации.

В этом случае все происходит до начала горения дуги и нет отражения от короткого замыкания:

(REIS4500_2013_1_29__13_6_55_327)

 б) Недостаточное количество импульсов зондирования и неправильно выбранная задержка после синхронизации.

Зеленая рефлектограмма снята, когда дуга еще не горит, а синяя в самом начале горения, когда процесс нестационарен:

(REIS4500_2013_1_29__13_32_27_256)

 в). Недостаточный уровень усиления и отсутствие навыка оператора по приведению рефлектограммы к однозначно читаемому виду:

(REIS4500_2013_1_29__13_40_41_954)

Рассмотрим параметры зондирующих импульсов, содержащиеся во вкладке «Задание на измерение» «Менеджера графиков и курсоров».

Всего их восемь. Наводя курсор компьютера последовательно на каждый, мы получаем информацию об их важности в определении кабельного повреждения:

 

(REIS4500_2013_1_29__13_40_41_954)

Оранжевая и коричневая рефлектограммы сняты в момент, когда дуга еще не горит.

Зеленая рефлектограмма снята в момент нестационарного горения дуги.

Можно смело удалить их из итоговой рефлектограммы, как не содержащие полезной информации.

Так же можно удалить ярко синюю и синюю рефлектограммы и рефлектограмму цвета «хаки», дающие избыточную информацию.

Итоговая рефлектограмма приняла следующий вид:

(REIS4500_2013_1_29__13_40_41_954)

Синий курсор стоит на месте повреждения, а красный показывает конец кабеля.

Можно добавить программного усиления, чтобы более точно найти положение синего курсора на месте повреждения.

(REIS4500_2013_1_29__13_40_41_954)

 

Некоторые практические рекомендации по использованию импульсно-дугового метода в сложных случаях

Например, вода в муфте сильно влияет на интенсивность дуги и это является причиной, по которой рефлектограммы не могут показать четких результатов.

В этом случае необходимо предпринять шаги, направленные на осушение канала разряда. Сделать это возможно запустив ударный генератор на периодичные разряды, отключив при этом адаптер дугового разряда.

Высокая частота повторяющихся мощных импульсов способствует осушению канала разряда. При этом изменяется звук работающего ударного генератора.

Как только звук удара станет стабильным, напоминающим по тембру металлический лязг, необходимо максимально быстро подключить адаптер дуги и произвести измерения.

Быстрота переключения необходима, так как канал разряда в отсутствие высоковольтных импульсов немедленно начнет заполняться влагой. Только опыт оператора и его мастерство позволяют сравнительно легко искать подобные повреждения.

Кроме ударного генератора для осушения канала разряда можно использовать прожигающую установку.

Приведенная ниже таблица позволит пользователю оценить энергию разряда при различных настройках на примере ударного генератора ГИ 32/2000 производства ООО «Интеринж»:

Переключатель диапазона выходного напряжения
Регулируемое напряжение,кВ		8 кВ	16 кВ	32 кВ
	8	2000 Дж	500 Дж	125 Дж
	16		2000 Дж	500 Дж
	32			2000 Дж