Испытание кабелей - Измерение блуждающих токов Испытание кабелей

Страница 6 из 8

Производится при М укабелей, проложенных в районах нахождения электрифицированного транспорта (метрополитена, трамвая, железной дороги), 2 разав первый год эксплуатации кабеля или электрифицированного транспорта, далее -согласно мест ным инструкциям. Измеряются потенциалы и токи на оболочках кабелей вконтрольных точках, а также параметры установки электрозащит.

Опасными считаютсятоки на участках линий в анодных и знакопеременных зонах со следующих случаях:

1) бронированныекабели, проложенные в малоагрессивных грунтах (удельное сопротивление почвы р > 20 Ом·м), при среднесуточной плотности токаутечки в землю более 15 мА/м;

2) бронированные кабели,проложенные в агрессивных грунтах (р < 20 Ом·м), при любой плотности тока утечки в землю;

3) кабели снезащищенными металлическими оболочками, с разрушенными броней и защитными покрытиями;

4) стальныетрубопроводы линий высокого давления независимо от агрессивности окружающего грунта и видов изоляционных покрытий на них.

Измерение плотноститока утечки с поверхности кабеля в грунт производится с помощью вспомогательного электрода, зарытого вблизи самого кабеля (см.рис. 9). Вспомогательный электрод изготовляют из деревянного стержня с навитой нанего кабельной бронелентой, зачищенной до металлического блеска, с площадьюповерхности не менее 10000 мм 2 . Земля вокруг этого электродаутрамбовывается и увлажняется. Между оболочкой (броней) кабеля и вспомогательным электродом включается спомощью изолированных проводников миллиамперметр с внутренним сопротивлением 1-5Ом.

Плотность тока утечки споверхности кабеля вычисляется, мА/мм2

где iср -средняя плотность тока утечки; Iср - среднее значение миллиамперметра за периодизмерения, мА; s - поверхность лентывспомогательного электрода, м2; к - коэффициент, характеризующийотношение среднесуточной тяговой нагрузки ближайшей к месту измерения тяговойподстанции к ее среднему значению за 1 ч в период измерения тока утечки.

Ток, проходящий пооболочке кабеля, может быть определен двумя способами - измерением падения напряжения на ней или методом компенсации. В первом способе используют милливольтметр, выводы которого электрически соединяют с оболочкой кабеля в двух точках, во втором случае кизмеряемым точкам подсоединяют дополнительный источник питания и с помощью переменного резистора добиваются, чтобы показания милливольтметра сводились к нулю.

Измерение плотности тока утечки

Рис. 9. Измерение плотноститока утечки.

1- обследуемый кабель;

2- вспомогательный электрод.

Определение химической коррозии.

Производится при М,если имеет место повреждение кабелей коррозией и нет сведений о коррозионных условиях трассы.

Оценку коррозионнойактивности грунтов и естественных вод рекомендуется производить по даннымхимического анализа среды или методом потери массы металла.

Характеристикикоррозийной активности грунтов относительно свинца и алюминия приведены в табл. 14 и 15. Коррозийная активность грунтовотносительно стали, определяется по табл. 11.

Таблица 14. Характеристика коррозийной активности грунтов относительно свинца

Грунты	Показатели			Коррозионная активность
Грунты	Количество органических веществ, %	Количество водородных ионов (рН)	Количество азотных веществ, %	Коррозионная активность
Песчаные,песчано-глинистые	Не более 1	6,5 - 7,5	Не более 0,0001	Низкая
Глинистые,солончаковые, известковые, слабочерноземные	1 - 1,5	5 - 6,5 и 7,5 - 9	0,001-0,001	Средняя
С ильночерноземные,торфяные; грунты, засоренные посторонними веществами (мусором, известью,шлаком)	Более 1,5	Менее 5 и более 9	Более 0,001	Высокая

Таблица 15. Характеристика коррозийнойактивности грунтов относительно алюминия

Среда	Показателикоррозийной активности				Коррозионная активность
	Значение рН	Количествовеществ в грунтах, %; содержание ионов в водах, мг/л
		С	SO	F 3+
Все грунты,кроме засоренных посторонними веществами	6,0 - 7,5 4,5 - 6,0 и 7,5 - 8,5 Менее 4,5 и более 8,5	Менее 0,001 0,001 - 0,005 Более 0,005	Менее 0,005 0,005 - 0,01 Более 0,01	Менее 0,002 0,002 -0,01 Более 0,01	Низкая Средняя Высокая

Измерение нагрузки.

Производиться при М ежегодно не менее 2 раз, в том числе 1 раз в периодмаксимальной нагрузки линии.

Токовыенагрузки должны удовлетворять требованиям ПУЭ.

Измерение температуры кабелей.

Производится при М по местным инструкциям на участках трассы, гдеимеется опасность перегрева кабелей.

Температура кабелей должна быть не выше допустимых значенийопределяемых ПУЭ.

Проверка срабатывания защиты линии до 1000 В с заземленной нейтралью.

Производится при К и М у металлических концевых заделокнепосредственным измерением тока однофазного короткого замыкания на корпус с помощьюспециальных приборов или измерением полного сопротивления петли фаза-нуль споследующим оп ределением тока однофазного короткого замыкания. Полученный токсравнивается с номинальным током защитного аппарата линии с учетом коэффициентов,определяемых ПУЭ.

При замыкании на корпус концевой заделки должен возникнуть токоднофазного короткого замыкания, превышающий номинальный ток плавкой вставкиближайшего предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. Превышениедолжно быть не меньше, чем указано в ПУЭ.

О порядке проведения измерений следуетруководствоваться соответствующими указаниями.

Отыскание мест повреждения силовых кабелей.

Процесс отыскания мест повреждения кабелей в общемслучае состоит из трех этапов: этап прожигания поврежденного места кабеля с целью сниженияпереходного сопротивления в месте повреждения;этап отыскания участка кабеля, на котором произошло повреждение; этап отыскания места повреждения кабеля наопределенном на предыдущем этапе участке.

Прожигание кабеля.

При пробое кабеля,например при проведении испытаний, повышенным напряжением, в канале разряда происходит разложение маслоканифольной массы собразованием газов, способствующих погасанию дуги и деионизации разрядногопромежутка. Последнее приводит к затеканию в разрядный канал разогретой под действиемэлектрической дуги кабельной массы и восстановлению электрической прочности.Такой вид повреждения, называемый "заплывающий пробой", существеннозатрудняет отыскание места повреждения. Для снижения переходного сопротивления применяютпрожигание.

В зависимости отприменяемого метода отыскания места повреждения кабеля, требуемые переходные сопротивления составляют от долей и единиц Ом досотен и тысяч кОм.

Прожигание производяткак на переменном, так и на постоянном токе. Для успешного прожигания места повреждения силового кабеля на постоянном токетребуется напряжение в 1,3-1,5 раза больше, чем на переменном токе. Кроме того,установки на постоянном токе по массе в 1,5-2 раза больше установок на переменномтоке. Тем не менее, на практике находят применение обе установки.

а) Прожигание напостоянном (выпрямленном) токе.

Для успешногопрожигания мест повреждения на постоянном токе необходимо напряжение 30-50 кВ в начале процесса и ток до 3А в конце процесса,причем напряжение и ток должны регулироваться. Этим условиям удовлетворяют комбинациикенотрон - газотрон, кенотрон - тиратрон, кенотрон - полупроводниковыйвыпрямитель, высоко вольтный полупроводниковый выпрямитель - полупроводниковый выпрямительна ток до 3А. Промышленность специальных установок достаточной мощности невыпускает. На практике находит применение установки МКС Мосэнерго, принципиальнаясхема которых приведена на рис. 10.

Установка состоит извыпрямителя ВП-60 (11) для испытания и предварительного прожигания изоляции в месте повреждения кабеля; выпрямителя ВП-10/5 (12,13) для прожигания изоляции до малых переходных сопротивлений; генераторазвуковой часто ты АТО-8 с согласующим трансформатором для окончательного дожиганияместа по

вреждения.

Прожигание изоляции в местеповреждения кабеля начинают выпрямителем ВП60 (11) и проводят в режиме допустимого тока установки (75 мА) доснижения напряжения прожигания до 15 кВ. Затем рубильником 1 подключают выпрямительВП-10/5 (12, 13) и дальнейшее прожигание проводят параллельно включеннымивыпрямителями. При снижении напряжения пробоя до 10 кВ и достижении тока выпрямителяВП-10/5 1 А, выпрямитель ВП-60 отключают. После того как напряжение пробояснизится до 5 кВ обмоткитрансформатора выпрямителя ВП-10/5 (6) переключают с последовательного на параллельное соединение переключателем 10, встроенного в корпустрансформатора и продолжают прожигание током 3 А. Окончание прожигания определяетсявключением заземляющего рубильника 2. Если при замыкании рубильника показанияамперметра выпрямителя ВП-10/5 практически не изменяется, то это означает, чтопереходное со противление в месте повреждения кабеля достаточно мало. При необходимостидальнейшего снижения сопротивления включают третью ступень прожиганиягенератором звуковой частоты.

Процесс прожигания существенно зависит от места и характераповреждения, а также параметров кабельной линии.

При повреждении внемуфт процесс прожигания проходит спокойно и через 5-10 мин переходное сопротивление резко снижается до нескольких десятков Ом.Если при увеличении тока прожигания стрелка амперметра (миллиамперметра) начинаетсильно колебаться, то необходимо во избежание разрушения проводящего мостикарезко снизить ток до получения устойчивого режима прожигания и только через 3-5мин продолжить плавное увеличение тока.

схема прожигания кабеля

Рис. 10. Принципиальная схема установкиМКС Мосэнерго.

1 - рубильникоднополюсный 5А; 2 - заземляющий нож; 3 - амперметр на 80 А; 4 - трансформатор ВП-60 0,22/42,5 кВ, 6 кВА; 5 - регулировочный трансформатор напряжения250 В, 7 кВА; 6- трансформатор ВП-5/10, 7 кВА; 7 -генератор звуковой частоты АТО-8; 8 - трансформатор согласования 8 кВА, 1000/500/380/220/110 В; 9 - переключатель; 10 - переключатель ВП10/5;11- выпрямитель ВП-60; 12, 13- выпрямитель ВП-10/5.

При повреждениях вмуфтах прожигание зависит от соотношения мощности выпрямительной установки и длины кабеля. При неизменной мощностивыпрямительной установки с увеличением длины кабеля увеличивается время для заряда егоемкости до напряжения пробоя. По этой причине частота разрядов уменьшается, и местоповреждения успевает "заплывать". Прожигание длится намного дольше,чем в предыдущем случае. Переходное сопротивление колеблется в широких пределах. Прожиганиеможет оказаться не успешным. В этом случае для отыскания места поврежденияиспользуют метод колебательного разряда (определение участка повреждения) и акустическийметод (определение места повреждения).

При прожигании местаповреждения кабеля желательно прожечь изоляцию неповрежденной жилы с целью получения замыкания между жилами. Данноеповреждение относительно легко отыскивается известными методами. Для получениямежфазного замыкания к неповрежденным жилам прикладывается испытательноенапряжение, а по поврежденной жиле пропускают ток от понижающего трансформатора. При этомпро исходит разогрев изоляции в месте повреждения, что приводит к снижениюсопротивления изоляции неповрежденных жил и, как следствие, к пробою. Для защитыпонижающего трансформатора при пробое с неповрежденной жилы на поврежденную,между последней и землей устанавливается разрядник на напряжение 1,5-2 кВ.

б) Прожигание напеременном токе.

При прожиганииизоляции кабелей на переменном токе используется явление резонанса на частоте 50 Гц, что позволяет существенно снизить мощностьустановки и сократить время достижения необходимого переходного сопротивления.Особенно эффективны эти установки при прожигании мест повреждения в кабеляхзначительной длины (до 5 км) и в соединительных муфтах. Эффект достигается за счет того,что у резонансных установок после пробоя напряжение восстанавливается значительнобыстрее, чем у установок постоянного тока. Частота следования пробоев столь велика, чтоизоляция в месте пробоя не успевает восстанавливаться ( "заплывать") ивозникает устойчивый проводящий мостик.

В установкахпеременного тока применяют специальные резонансные трансформаторы, вторичная обмотка которых образует с емкостью кабеля резонансныйконтур (см. рис. 11а). При этом в резонансном контуре возбуждаетсяреактивная мощность до 200-300 квар при потребляемой активной мощности до 10 кВт. В представленной схемеиспользуется резонанс токов в контуре индуктивность (вторичная обмотка транс форматора) и емкость кабеля. Напряжение на резонансном контуререгулируют переключениемна соответствующие выводы вторичной обмотки трансформатора, а также изменением емкости за счет параллельного включения с поврежденной жилойдругих жил кабеля. Процесс прожигания проходит автоматически до достижениярежима короткого замыкания трансформатора (показание амперметра 1-2 А).

схемы резонансного метода прожигания мест повреждения изоляции силовых кабелей

Рис. 11. Принципиальные схемы резонансного метода прожигания мест поврежденияизоляции силовых кабелей.

а)- прожигание с помощью резонансного трансформатора типа РА-2; б)прожигание при параллельном включении дросселя; в) - прожигание при последовательном включении дросселя.

Резонансное прожигание осуществляется также регулируемыми установками,в которых роль индуктивного сопротивления выполняют вторичная обмоткатрансформа тора и регулируемый дроссель. Последний может включаться параллельно илипоследовательно емкости кабеля. При параллельном включении дросселя и кабеля(рис. 11б) в схеме возникает резонанс токов и для установки необходим повышающийтрансформатор с вторичным напряжением, равным максимально возможному напряжениюпробоя. При последовательном включениидросселя и кабеля (рис. 11в) в схеме возникает резонанс напряжений, что позволяет использовать источник питания спониженным напряжением.

На практикеиспользуется резонансный трансформатор типа РА-2 и его модификации ранее выпускавшийся Московским опытным заводом электромонтажнойтехники. Трансформатор состоит из двух катушек, сердечника и корпуса (см. рис.3.12).

Обмотка низкогонапряжения L1 намотана на бакелитовый каркасразмером 230х220х90 мм и содержит 320 витков из провода ПДС сечением 16 мм; между слоями намотки имеется воздушный зазор 3 мм (обеспечен с помощью деревянных клиньев). Обмотка высшего напряжения L2 намотана на бакелитовом каркасе размером 125х115х430 мм, содержит 10000 витков из провода ПЭВ диаметром 0,86 мм и состоит из трех последовательно соединенных катушек. Верхняя и средняя катушки содержат по 3200 витков с выводом Xl отначала обмотки верхней катушки. Нижняя катушка содержит 3600 витков с выводом Х2 от начала обмотки. Сердечник набран из трансформаторной стали 70х80х400 мм, а каркас — из немагнитного сплава на основе алюминия. Крышка и дно каркаса изготовлены из текстолита. Небольшие размеры и масса делают трансформатор удобным для транспортировки, а простота конструкции дает возможность изготовить его силами пусконаладочных иэксплуатационных организаций.

резонансный трансформатор РА-2

Рис. 12. Общий вид резонансного трансформатора РА-2.

1 - катушка L1; 2 - катушка L2; 3 - сердечник; 4-каркас; 5 - выводы 220-380 8; 6 -выводы заземления; 7- крышка; 8 - дно.

Основным недостаткомрезонансных трансформаторов является трудность настройки в резонанс инеуправляемость процессом прожигания. Для того чтобы по возможности свести до минимума негативное влияние указанных недостатков,необходимо, учитывать, что, напряжение, возбуждаемое на кабеле, зависит отнапряжения пробоя, емкости кабеля и переходного сопротивления в месте повреждения.

Таблица 16. Значение коэффициента схемы kсх в зависимости от схемы соединения жил и оболочки кабеля

При работе с резонансными трансформаторами типа РА-2 для успешногопрожигания изоляции в месте повреждения, необходимо определить напряжениепробоя, переходное сопротивление в месте повреждения и емкость кабеля. Сдостаточной степенью точности емкость кабеля можно определить по формуле

где kсх , Суд ,1- соответственно коэффициентсхемы (см. табл. 16); удельная емкость одной жилы, мкФ/км (см. табл. 17); длинакабеля, км.

Таблица 17. Емкость одной жилы трехжильногокабеля с секторными жилами и пропитанной бумажной изоляцией по отношению к двум другим жилам и металлической оболочке, мкФ/км

Сечение, мм2

Номинальное напряжение, кВ

до 1

0,36

0,33

0,45

0,53

0,58

0,63

0,19

0,20

0,24

0,28

0,33

0,37

0,15

0,18

0,20

0,21

0,22

0,23

120

150

185

240

0,67

0,70

0,78

0,85

0,40

0,41

0,47

0,52

0,27

0,29

0,32

0,36

По табл. 16 выбирают такую схему соединения жил и оболочки кабеля,при которой емкость кабеля будет достаточна для возбуждения напряжениярезонансного трансформатора большего чем напряжение пробоя. Зависимости возбуждаемогонапряжения резонансного трансформатора от емкости кабеля представлены на рис. 13. Приведенные зависимости справедливы для переходного сопротивления вместе повреждения более 30 Ом. При меньших сопротивлениях получить необходимоенапряжение не удается. В этом случае необходимо проводить дожигание на основномвыводе трансформатора (U2I=5,3 кВ).

Применение резонансного трансформатора нецелесообразно если напряжение пробоя близко к испытательному и составляет 25-30 кВ постоянного токаили 18-22 кВ действующего значения переменного тока. В этом случае возникаюттрудности с точной настройки в резонанс. Даже при успешной настройки происходят редкие, 2-3в секунду, пробои, что недостаточно для успешного прожига поврежденной изоляции.Кроме того, в режимах близких к резонансному трансформатор работает с большойперегрузкой и по условиям нагрева продолжительность работы должна быть ограничена до1-1,5 мин. По этому в таких случаях рекомендуется путем прожигания на постоянном токеснизить напряжение пробоя до 15-20 кВ (11-14 кВ действующего значения). При этихнапряжениях пробоя и диапазоне изменения емкости от 0,8 до 1,6 мкФ напряжениена емкости достигает напряжения пробоя за три - пять периодов и прожиганиепроисходит обычно в виде периодических разрядов.

При напряжении пробоя 8-10 кВ прожигание проводят в режимах, близких к резонансу токов на основном выводе 1 (рис. 11 a) при емкости кабеля С каб = 0,4 0,8 мкФ (см. рис. 13а) и на отпайке 11 при С каб = l 2 мкФ. При достижении напряжения пробоя до 5 кВ и ниже рекомендуется перейти на прямое (нерезонансное) дожигание. При необходимости дальнейшего уменьшения сопротивления дожигание можно проводить непосредственно от сети 220 В, используя первичную обмотку при закороченной вторичной в качестве реактора.

Во время прожигания изоляции необходимо контролировать ток вторичной обмотки по амперметру с номинальным током не менее 10 А и не допускать работу трансформатора по времени больше, чем указано в табл. 18. За величину тока следует брать среднее значение колебания стрелки амперметра при периодических разрядах.

Рис. 13. Зависимость тока в первичной цепи 11 и возбуждаемого на кабеле напряжения U2(II) от емкости кабеля для резонансного трансформатора PA-2M при использовании основного вывода (а) и отпайки (б).

Таблица 18. Длительно допустимое времянепрерывной работы резонансного трансформатора типа PA-2М в зависимости от токанагрузки

I2, А	12	8	6	5	4	3	2	1
tраб, мин	1	2,5	5	7	1 1	20	45	180

Напряжение,возбуждаемое на кабеле, можно оценить по формуле

Для прожигания изоляции в месте повреждения силового кабеля применяется также регулируемая резонансная установка РРУ-10. Процесс прожиганияведется по схеме рис. 11в и заключается в плавной подстройке индуктивностисердечником дросселя. Момент резонанса определяют по амперметру при максимуме тока.При появлении пробоев стрелка амперметра начинает колебаться, а в дросселеслышны характерные динамические удары. Напряжение, возбуждаемое на кабеле, практическине зависит от емкости (в диапазоне 0,25-0,75 мкФ) и может плавно изменяться от 1,2кВ до 25 кВ. При небольшой длине кабеля (емкость меньше 0,25 мкФ) параллельно кабелювключают балластную емкость 0,25-0,5 мкФ. При длине кабеля более 2 км (емкостьболее 0,75 мкФ) используют только часть обмотки дросселя при меньшемвозбуждаемом напряжении.

Появление устойчивого мостика сопротивления в месте повреждения (до нескольких сот Ом) соответствует уменьшению тока в контуре практически донуля.