Повреждения кабельных линий: причины, виды и их поиск

Почему повреждается кабель?

Процесс электроснабжения потребителей должен быть максимально непрерывным. Поэтому качество кабелей всегда высокое. Но после того как линия кабельного электроснабжения закопана и введена в эксплуатацию со временем так или иначе происходят аварии. Металлы, используемые в кабелях, такие как свинец, алюминий, медь пластичны. Изоляция так же относительно мягкая, поскольку кабель должен гнуться и накручиваться на катушку. При проседании грунта или при сдавливании кабеля, например, каменистым грунтом появляются деформации, нарушающие правильность расположения изоляции и токоведущих жил.

Коррозия покрытий, защищающих токоведущие жилы, тоже вносит свою лепту в процесс разрушения кабеля снаружи. Появляется возможность поступления влаги внутрь. Это существенно ухудшает свойства изоляции, и создаёт условия для замыканий. Но и мельчайшие трещины, не выявленные в процессе изготовления и отверстия в защитных покрытиях токоведущих частей, некачественные соединительные муфты, изменение со временем свойств изоляции тоже рано или поздно проявляются и становятся причиной аварий.

Статистика повреждений следующая:

• соединительные муфты – 14%;
• концевые муфты – 17%;
• тело кабеля – 69%.
• электрический пробой изоляции без механических воздействий на кабель – 40%;
• механические повреждения, которые приводят к пробою изоляции – 60%.

Обзор вариантов

Повреждение одной из фаз

Чаще всего аварии возникают в виде замыканий между одной из фазных жил и экраном – оболочкой кабеля. В кабельных электросетях 1 – 10 киловольт этот вид аварий случается наиболее часто. В месте повреждения между оболочкой и жилой появляется как бы резистор, сопротивление которого определяет тяжесть аварийной ситуации. Это так называемое «переходное сопротивление» классифицируется по одной из трёх групп:

• первая группа – величина сопротивления более нескольких десятков килоом;
• вторая группа – от нескольких Ом и до нескольких десятков килоом;
• третья группа – менее одного Ома.

 Повреждения между фазными жилами

По статистическим данным на замыкания между фазами приходится примерно двадцать процентов всех аварий в кабельных электросетях. Как и для однофазного замыкания, для замыкания между фазами применяется классификация по величине переходного сопротивления в месте аварии:

• первая группа – сопротивление меньше одного Ома;
• вторая группа – сопротивление больше нескольких килоом.

Междуфазные замыкания обычно являются развитием однофазных повреждений. Из-за небольших расстояний нагрев и разрушения происходят очень быстро и часто приводят к перегоранию кабеля или свариванию всех жил с экраном.

Растяжение или разрыв токоведущих жил

Этот вид повреждений наиболее характерен для подвижных грунтов, когда в месте смещения грунта оказывается кабельная муфта. Но кабельная линия может повредиться не только в муфте, но и в любом другом месте. Всё зависит от приложенной силы и качества изготовления кабеля.

Нарушение целостности наружного пластикового покрытия

Если по тем или иным причинам наружное пластиковое покрытие трескается, в трещину начинает поступать влага. Под пластиковой оболочкой расположена металлическая экранирующая оболочка, которая начинает реагировать с водными растворами на основе компонентов грунта и материала покрытия. Этот разрушительный процесс длится в зависимости от влажности грунта. Но обычно он протекает довольно быстро, поскольку тающий снег и дожди питают влагой этот процесс круглый год.

Кабели расположены под землёй. Чтобы устранить появившееся повреждение необходимо сначала найти его. Поиск повреждения выполняется по такой схеме:

1. Определение элемента с повреждением
2. Прожигание изоляции на повреждённом элементе
3. Дистанционное определение места повреждения
4. Топографическое определение места повреждения.

Поскольку в электросетях используется релейная защита, которая контролирует и отключает подконтрольные ей электрические цепи с нарушениями установленных режимов, первый пункт реализуется весьма просто. По срабатыванию защиты определяется участок, в пределах которого надо искать повреждение. Выполнение второго пункта поиска связано с необходимостью получения по возможности наименьшего по величине переходного сопротивления. Не больше нескольких сот Ом.

Это необходимо для эффективного выполнения последующих пунктов. В месте повреждения в ходе прожигания происходит обугливание изоляции с образованием углеродистых соединений. Поскольку они электропроводны, сопротивление уменьшается. Для большинства методов определения места повреждения необходимо сопротивление менее одного Ома. Поэтому надо наполнить место прожигания частицами металла для максимального уменьшения сопротивления.

Существует несколько способов прожигания, которые используются в различных установках, предназначенных для этого. Некоторые из таких устройств показаны далее:

Третий пункт даёт возможность быстро определить зону, в которой находится место повреждения кабельной линии. Это делается путём измерений расстояний на трассе кабельной линии на основе имеющейся документации. Применяется также и специальное оборудование. Четвёртый пункт позволяет определить повреждение в пределах круга диаметром 6 метров. При этом используется специальная аппаратура и методика определения места повреждения.

Методы определения места повреждения кабельной линии

В целом методику можно проиллюстрировать схемой, показанной далее:

Для кабельных электросетей применяются такие методы определения места повреждения:

• акустический;
• импульсный;
• индукционный;
• ёмкостный;
• колебательного разряда;
• петлевой.

Акустический метод является универсальным и одним из основных. С его помощью определяются почти все виды повреждений. Суть метода в том, что специальным генератором, подключенным к кабелю, создаются мощные импульсы. Они вызывают электрические разряды в повреждённом месте, которые создают звуковые колебания. Звук от этих разрядов распространяется от кабеля, находящегося под землёй к поверхности. Оператор со специальным микрофоном отыскивает по силе звука место повреждения кабельной линии.

Оборудование для акустического метода определения места повреждения
Генератор	Гарнитура с усилителем

Импульсный метод служит для определения различных замыканий и обрывов. Он основан на тестировании кабеля специальным импульсом. По отражению его от места повреждения и зная место отправления этого импульса можно вычислить расстояние до места повреждения.

Оборудование для импульсного метода определения места повреждения
Показания прибора	Прибор ИКЛ

Индукционный метод применяется для отыскания различных замыканий, а также для определения расстояния от поверхности земли до кабеля. Генератор звуковой частоты, который создаёт электрическую цепь от места присоединения к кабелю до места повреждения, использует её как излучатель электромагнитных волн звукового диапазона. С поверхности земли оператор улавливает эти волны при помощи рамки.

Ёмкостным методом отыскивается обрыв кабеля. Для этого измеряется ёмкость отрезка кабельной линии от места присоединения оборудования до места обрыва. Ёмкость зависит от площади поверхности, которая в линии зависит от длины и диаметра. Поэтому по величине ёмкости можно довольно точно просчитать по соответствующим формулам длину отрезка линии между присоединённым прибором и местом обрыва.

Методом колебательного разряда определяются повреждения в тех случаях, когда не получается прожигание изоляции. Тогда в месте повреждения появляется так называемый «заплывающий пробой». Для того чтобы расчётным путём по формулам вычислить расстояние от места подключения поискового оборудования до этого заплывающего пробоя по кабельной линии пропускается высоковольтный импульс. Из-за повреждения этот импульс имеет вид затухающих колебаний. Поэтому по его периоду можно рассчитать искомое расстояние.

Метод колебательного разряда при определения места повреждения кабельной линии
Показания прибора	Прибор ЦР0200 и его схема подключения

Петлевой метод применяется для поиска места замыкания. Обязательное условие для реализации этого метода – повреждение не более чем двух жил кабеля, которые создают петлю между точкой подключения прибора и точкой замыкания. Прибор измеряет сопротивление жил. После этого по формулам определяется расстояние до места повреждения.