Поиск места повреждения кабеля под землей: методы определения обрыва кабельных линий

База знаний

Неизбежные материальные и финансовые потери, к которым приводит выход из строя кабельной линии (КЛ), заставляют искать наиболее эффективные, минимизирующие эти потери, способы устранения повреждений. Правильный выбор метода и оборудования для поиска мест повреждений определяют эффективность решения поставленной задачи, т.е. максимальную вероятность правильного определения места повреждения и минимальное время, затрачиваемое на это. Причины появления дефектов в кабелях весьма разнообразны. Основные из них: механические или коррозионные повреждения, заводские дефекты, дефекты монтажа соединительных и концевых муфт, осушение изоляции вследствие местных перегревов кабеля и старение изоляции.

Основные виды повреждений силовых кабелей

однофазное замыкание на «землю»;
межфазное замыкание; межфазное замыкание на «землю»;
обрыв жил кабеля без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий (заплывающий) при номинальном напряжении.

Классификация методов ОМП

Виды повреждений и основные методы поиска

Виды повреждений	Переходное сопротивление, Ом	Дистанционный метод	Топографический метод	Оборудование для определения мест повреждений
Замыкание фаз на оболочку кабеля	Rп < 50	Импульсный	Акустический	РЕЙС-105М1, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А
	100 < Rп < 10 ⁴	Мостовой	Акустический, накладная рамка	SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А
	Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-105М1, КП-500К
	100 < Rп < 10 ⁴	Петлевой (мостовой)	Акустический	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А
	Rп ≤ 50	Импульсный	Акустический	РЕЙС-105М1, КП-500К
	100 < Rп < 10 ⁴	Мостовой	Акустический, индукционный	РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А
Замыкания между фазами	Rп < 100	Импульсный	Индукционный	РЕЙС-105М1, КП-500К
Обрыв жил с заземлением и без заземления	Rп > 10⁶	Импульсный, колебательного разряда	Акустический, индукционный, накладная рамка	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А, КП-500К
	Rп > 10⁶	Импульсный, колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
	0 < Rп < 5х10³	Импульсный	Акустический, индукционный	РЕЙС-105М1, ГП-24 «Акустик», ПА-1000А, КП-500К
Заплывающий пробой	Rп > 10⁶	Колебательного разряда	Акустический	РЕЙС-305, SC40, SD80, АИП-70, ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А

Дистанционные (относительные) методы

Импульсный метод заключается в том, что в кабельную линию посылаются электрические импульсы (зондирующие импульсы), которые, распространяясь по линии, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда были посланы. По времени прохождения импульса до неоднородности и обратно, которое пропорционально расстоянию до него вычисляют расстояние. Можно определить расстояние до места повреждения, обрыва жилы, длину кабеля, Можно определять расстояния до неоднородностей, муфт, однофазных и междуфазных повреждений кабеля.
Емкостный метод возможно использовать при обрывах жил кабеля. Расстояние до места обрыва определяется по значению измеренной емкости жил КЛ. Измерение проводится с помощью мостов переменного тока. Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в месте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения падает ниже допустимого значения.
Метод колебательного разряда используется при определении расстояния до мест однофазных повреждений с переходным сопротивлением в месте повреждения порядка 10-100 килоом. С помощью высоковольтной испытательной установки на поврежденной жиле кабеля поднимается напряжение до пробоя. Короткое замыкание в заряженной жиле кабеля приводит к появлению электромагнитных волн, которые распространяются от места пробоя в месте дефекта к началу и к концу кабельной линии. Анализируя эпюры напряжения колебательного процесса можно вычислить расстояние до дефекта.
Волновой метод используется, в том случае, если сопротивление в месте повреждения составляет от нуля до сотен килоом. Осуществляется метод следующим образом. При пробое разрядника высоковольтной выпрямительной установки в линию посылается высоковольтная электромагнитная волна от заряженного конденсатора, которая создает пробой в месте повреждения кабельной линии, что вызывает волновой колебательный процесс в цепи конденсатор-линия. При достижении электромагнитной волной, посланной от конденсатора, места повреждения произойдет пробой в случае, если сопротивление в месте повреждения не равно нулю Ом, после чего отраженный от повреждения фронт волны вернется к месту посылки — конденсатору, отразится от него и вернется к месту повреждения. Если сопротивление в месте повреждения близко к нулю, разряда не произойдет и волна отразится от короткого замыкания. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не затухнет. С помощью измерений временной зависимости напряжения на зажимах кабеля во время колебательного процесса, можно установить время, за которое волна достигнет места пробоя, и рассчитать расстояние до него.
Петлевой метод основан на измерении сопротивления току жил кабеля (как правило, с помощью моста). Используется при определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции. Точность определения расстояния до места повреждения невелика и составляет около 15% измеряемой длины.

Топографические (абсолютные) методы

Акустический метод поиска основан на прослушивании над местом повреждения звуковых колебаний, возникающих в месте повреждения в момент искрового разряда от электрических импульсов, посылаемых в кабельную линию.
Потенциальный метод поиска основан на фиксации на поверхности грунта вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ в земле токами.
Индукционный метод поиска основан на контроле магнитного поля вокруг кабеля, которое создается протекающим по нему током от специализированного генератора. Оценивая уровень магнитного поля, определяют наличие КЛ и глубину ее залегания, а по характеру изменения и уровню поля определяют место повреждения. Этот метод применяется для непосредственного отыскания на кабеле мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на «землю», обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на «землю», для определения трассы кабеля и глубины его залегания, для определения местоположения соединительных муфт.

Рассмотрим основные свойства и характеристики предъявляемые к поисковой аппаратуре

Высокая избирательность приемника. Этот параметр обеспечит электрическую помехозащищенность, позволяющую успешно проводить поиск при наличии мощных источников регулярных помех.
Высокая чувствительность приемника. В совокупности с высокой избирательностью обеспечит поиск коммуникаций со слабым сигналом на большой глубине.
Качество и временная стабильность выходного сигнала генератора. Это обеспечит и необходимую избирательность, и достаточную помехозащищенность. Кроме того, сигнал генератора не будет влиять на работу другой электронной аппаратуры.
Достаточно большая выходная мощность генератора, позволяющая работать на глубоко (до 10 метров) залегающих и протяженных (до нескольких десятков километров) КЛ. Это требование является совершенно необходимым для российских условий. Также мощный и надежный генератор с большим выходным током допустимо использовать в качестве устройства дожига кабеля.
Высокая надежность генератора, обеспечивающая неограниченное время работы на активную и реактивную нагрузку в диапазоне от короткого замыкания до холостого хода с возможными резкими изменениями по величине.
Высокие эксплуатационные характеристики. Минимальный диапазон рабочих температур эксплуатации: от -30 °С до +40 °С.
Достаточный набор рабочих частот генератора и частотных каналов приемника, обеспечивающий гарантированное выполнение функций трассопоиска и определения мест повреждений.
Универсальность, т.е. возможность работать индукционным, акустическим и потенциальным методами. Желательное свойство, позволяющее минимизировать необходимый комплект оборудования.

Все вышеуказанные свойства и характеристики позволяют с максимальной эффективностью, т.е. с минимальными затратами времени, средств и гарантированным результатом проводить поиск мест повреждений КЛ.

В наши дни поиск места повреждения кабеля осуществляется с помощью современных поисковых комплектов. Профессиональные поисковые комплекты, такие как, например, КП-500К, КП-250К и КП-100К позволяют в кратчайшие сроки выполнять поиск места дефекта и определить глубину залегания кабеля.