Диагностика кабельных линий

Page 1

КАБЕЛЬ−news / № 9 / сентябрь 2009

Актуально

Целью диагностики технического состояния яв-

ляется оценка способности кабеля выполнять свои
функции  в  заданных  условиях  эксплуатации.  По-
скольку на предприятиях России в эксплуатации на-
ходится большинство кабелей с бумажно-масляной
изоляцией, проработавших 25 лет и более, то в дан-
ной  статье  рассматриваются  методы  диагностики
применительно к силовым кабелям на напряжение
6-10  кВ,  преимущественно  с  бумажно-масляной
изоляцией.  Для  оценки  состояния  кабелей  в  экс-
плуатации применяются методы разрушающей диа-
гностики  с  подачей  повышенного  испытательного
напряжения, а так же ведутся разработки неразру-

шающих методов, по результатам которых возмож-
но оценить состояние изоляции.

Повреждения в кабелях с бумажно-масляной изо-

ляцией при разрушающих испытаниях локализуют-
ся, главным образом, в концевых и соединительных
муфтах. На нашем предприятии эксплуатируется бо-
лее 300 кабельных линий общей протяженностью
около 250 км на напряжение 6-10 кВ. Выход из строя
кабельной арматуры зачастую связан с нарушением
технологии монтажа арматуры.

Из практики эксплуатации кабельных линий из-

вестно,  что  положительные  результаты  испытаний
повышенным напряжением отнюдь не гарантируют
последующую  безаварийную  работу  электрообо-
рудования.  Например,  после  успешных  испытаний
повышенным  напряжением  кабельных  линий  слу-
чается выход их из строя в ближайшие после этого
месяцы, и даже дни (табл. 1). Кроме того, испытания
повышенным выпрямленным напряжением кабелей
с изоляцией из резины и полиэтилена практически
бесполезны, так как такого типа изоляция обладает
малыми токами утечки и для нее не характерно раз-
витие теплового пробоя.

С другой стороны, гарантия того, что кабель вы-

держивает  какой-то  уровень  испытательного  на-
пряжения,  хозяину  кабельной  линии  не  очень-то
и  важно.  Ему  важнее,  чтобы  был  определен  оста-
точный  ресурс  кабеля,  либо,  чтобы  кабель  гаран-
тированно  проработал  до  следующего  испытания
(ремонта).

Здесь следует уточнить, что ресурс кабеля нель-

зя  путать  со  сроком  службы,  поскольку  ресурс
определяет  фактическую  наработку  кабеля,  зави-
сящую  от  нагрузки,  а  срок  службы  характеризует

Диагностика кабельных линий

В.А. Шабанов

, инженер-энергетик цеха сетей и подстанций

Уральского электрохимического комбината

Рис. 1. Поврежденная в работе соединительная муфта СС-100.
Авария произошла из-за увлажнения изоляции по причине
плохой пайки оболочки муфты к трубе

Рис. 2. Повреждение в концевой муфте «Райхем». Причина
выхода: повреждение изоляции в месте установки
заземляющего проводника при подготовке к монтажу
концевой муфты

Таблица 1. Повреждения на КЛ 6-10 кВ на УЭХК

Год

2006

2007

2008

Количество выходов из строя КЛ

на 6-10 кВ

Количество выходов из строя КЛ

при испытаниях

Количество выходов из строя КЛ

в работе

Количество повреждений

в кабельной арматуре

Page 2

КАБЕЛЬ−news / № 9 / сентябрь 2009

Актуально

календарное время работы кабеля. Зависимость ре-
сурса изоляции от напряженности поля

и темпе-

ратуры

выражается:

где

— постоянная Больцмана,

— энергия активации,

— постоянная,

— показатель степени, зависящей от

особенностей изоляционной конструкции, вида изоля-
ции, рода напряжения.

В кабельной изоляции могут происходить раз-

личные формы пробоя: тепловой, ионизационный
и электрический. При эксплуатации кабеля проис-
ходит либо тепловой, либо ионизационный пробой.
При  испытании  же  кабеля  высоким  напряжением
из-за ограниченного времени приложения напря-
жения  может  происходить  электрический,  либо
ионизационный  пробой.  Ионизационный  пробой
может  развиваться  при  приложении  напряжения
от нескольких минут до нескольких лет. При испы-
тании  повышенным  выпрямленным  напряжением
процессы ионизации усиливаются в несколько раз,
поэтому  за  нормируемое  время  испытания  (5  ми-
нут)  происходит  усиленное  старение  изоляции,
которое  совсем  не  обязательно  приводит  к  про-
бою и выявлению дефекта. Поэтому преимущество
неразрушающих  методов  испытаний  является  то,
что  в  момент  испытаний  кабель  не  подвергается
старению.

Можно сформулировать требования к идеально-

му методу диагностики кабелей:

• должен производить неразрушающую диагно

стику без ухудшения эксплуатационных характери-
стик КЛ,

• по результатам диагностики должна быть с до

статочной степенью вероятности гарантирована
безаварийная работа кабеля до следующего испы-
тания,

• должен быть простым в использовании в усло

виях эксплуатации, в том числе при обработке ре-
зультатов испытаний,

• диагностировать кабели с различными типами

изоляции и конструкцией,

• иметь минимальную стоимость использова

ния.

На сегодняшний день, метод, удовлетворяющий

вышеуказанные  требования  отсутствует,  но  рабо-
ты по выявлению соответствующего достоверного
браковочного  критерия  и  поиска  новых  методов
диагностики  производятся  многими  разработчи-
ками.

Можно указать возможные методы диагностики

изоляции кабелей 6-10 кВ в эксплуатации.

Рассмотрим неразрушающие методы диагно-

стики.

Измерение сопротивления изоляции

Измерение сопротивления изоляции (

из

) явля-

ется весьма чувствительным и недорогим методом
контроля однородности изоляции кабеля, которым
в настоящее время на большинстве предприятий
пренебрегают. При измерении

из

необходимо учи-

тывать явление поляризации и абсорбции. Так, для
нормального  кабеля  с  бумажно-масляной  изоля-
цией  сопротивление  изоляции  вначале  достаточ-
но низкое, а затем постепенно возрастает. Поэтому
браковочным критерием является не только абсо-
лютное  значение

из

, но коэффициент абсорбции

(соотношение сопротивления изоляции через
60 секунд (

) к сопротивлению изоляции через

15 секунд (

)). Кроме того, при измерении Rиз

важно учитывать различие измеренных значений
по фазам.

Измерение емкости изоляции С и тангенса

угла диэлектрических потерь tgδ

Измерения производят на различных частотах.

При  этих  испытаниях  необходимо  оценивать  при-
ращение  tgδ  при  увеличении  приложенного  на-
пряжения. По этой характеристике судят о наличии
газовых включений в изоляции кабеля. Измерение
емкости  изоляции  С  и  тангенса  диэлектрических
потерь  tgδ  аналогично

из

следует сравнивать по

Методы контроля кабелей в эксплуатации

Разрушающие методы

Неразрушающие методы

Испытание повышенным

выпрямленным напряжением

Измерение сопротивления

изоляции

Измерение характеристик

частичных разрядов

Снятие эхограмм кабеля

импульсным методом

Метод возвратного

напряжения

Испытание повышенным

напряжением промышленной

частоты

Испытание повышенным

напряжением сверхнизкой

частоты

Испытание повышенным

импульсным напряжением

Измерение емкости С и

диэлектрических потерь

изоляции tgδ

Page 3

КАБЕЛЬ−news / № 9 / сентябрь 2009

Актуально

фазам. Измерение

, tgδ,

из

, могут служить брако-

вочным критерием только в предпробойный пери-
од, когда дефект уже почти полностью развился.

Измерение характеристик частичных раз-

рядов (ЧР)

Один из прогрессивных методов, реализован-

ный в России в наибольшей мере в приборах ООО
«Тест» г. Пермь. При данном виде диагностики из-
меряется:

•  распределение и величина ЧР по длине КЛ,
•  количество ЧР в дефектных местах,
•  напряжение возникновения и напряжение га

шения ЧР.

По результатам измерений характеристик ЧР мо-

жет  быть  определено  расстояние  до  дефектного
места с перспективой замены аварийного участка.
Данный метод дает неплохие результаты для кабе-
лей  с  изоляцией  из  полиэтилена,  но  практически
не  фиксирует  дефекты  в  бумажно-масляной  изо-
ляции.

Снятие эхограмм КЛ

Для определения остаточного ресурса кабеля

и  эффективного  места  определения  поврежде-
ния  в  КЛ  в  службах  по  испытанию  необходимо
создавать  библиотеку  эхограмм  кабелей,  нахо-
дящихся  в  эксплуатации.  Тогда  при  диагностике
кабеля  полученная  эхограмма  сравнивается  с
эхограммой  из  архива,  и  место  дефекта,  если  он
прогрессирует,  может  быть  определено  по  по-
явлению  нелинейности  (различие  с  исходной
эхограммой).

Метод возвратного напряжения

Метод возвратного напряжения был разрабо-

тан  венгерским  ученым  Nemeth.  При  этом  методе
измеряются  зависимости  напряжения  самораз-
ряда  и  восстанавливающегося  напряжения  от
времени.

На нашем предприятии разрабатывается при-

бор,  в  котором  реализуется  несколько  моди-
фицированный  метод.  Прибор  позволяет  снять
четыре  зависимости,  по  которым  производится
оценка  остаточного  ресурса  кабеля  (рис.  1).  При
таком  виде  диагностике  к  исследуемому  кабелю
прикладывается  испытательное  постоянное  на-
пряжение  не  больше  рабочего  напряжения,  поэ-
тому  ускоренного  старения  изоляции  кабеля  не
происходит.

В первом опыте к образцу кабеля прикла-

дывается постоянное напряжение и выдержи-

вается определенное время для возбуждения
поляризационных процессов. Кривая самораз-
ряда

(

) (рис. 1,

) характеризуется двумя каса-

тельными

. Касательная

проводится

в момент времени снятия напряжения с образца
кабеля

и характеризуется углом к горизонта-

ли α1. Касательная

проводится через 2 секун-

ды после снятия напряжения (

) и фиксируется

угол α2.

Кривая

восстанавливающегося

напряжения

(рис. 1,

) измеряется после заряда постоянным

напряжением до времени

с последующим крат-

ковременным закорачиванием испытываемого
кабеля на время 3 секунды до момента

. Кривая

восстанавливающегося напряжения характери-
зуется касательной

(угол α3) в момент снятия

заземления (

) и через 2 секунды касательной

(угол α4) в момент

. Данная кривая характери-

зует степень поляризационных процессов, что
позволяет судить о степени старения изоляции
кабеля.

Кривая зависимости тока утечки от напряжения

при поднятии напряжения от нуля до испытатель-
ного с нормируемой скоростью подъема (рис.1,

Эта зависимость характеризуется касательными

при 0,8

исп

(угол α5) и в конце подъема при

исп

(угол α6).

Кривая зависимости тока утечки от времени

ут

(

) после приложения испытательного напря-

жения (рис. 1,

) характеризуется касательной

в момент

сразу же после подачи испытатель-

ного напряжения

исп

(угол α7) и после выдержки

времени 10 сек (

) (угол α8). Данная зависимость

должна  хорошо  соотноситься  с  кривой  самораз-
ряда,  поскольку  эти  кривые,  главным  образом,
говорят об увлажнении изоляции. Чем неоднород-
ней  полученные  кривые  (чем  больше  углы  α1,  α2,
α7,  α8),  тем  больше  увлажнена  изоляция  кабеля  и
тем  больше  вероятность  пробоя  кабеля.  Особен-
но  эффективны  данные  зависимости  при  опре-
делении  дефектов  концевых  и  соединительных
муфт.

В настоящее время ведется работа по определе-

нию граничных значений углов α1—α8 для опреде-
ления остаточного ресурса кабеля.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать

вывод  о  том,  что  разработка  неразрушающих  ме-
тодов  диагностики  кабелей  является  весьма  пер-
спективной  задачей,  которая  позволит  увеличить
надежность  электроснабжения  потребителей  —
основную  задачу  энергоснабжающих  организа-
ций.

Page 4

КАБЕЛЬ−news / № 9 / сентябрь 2009

Актуально

Литература

1. Боев М.А., Канискин В.А. и др. Эксплуатация си-

ловых  электрических  кабелей.  Часть  2.  Диагности-
ка  силовых  кабелей  и  определение  остаточного
ресурса  в  условиях  эксплуатации:  Учебное  пособие.  —
СПб.:  Издательство  Петербургского  энергетического
института  повышения  квалификации  руководящих  ра-
ботников и специалистов Министерства энергетики РФ,
2001.

2. Канискин В.А., Таджибаев А.И. и др. Эксплуатация си-

ловых электрических кабелей. Часть 7. Методы испытаний
и диагностики силовых кабелей: Учебное пособие. — СПб.:
Издательство Петербургского энергетического института
повышения квалификации руководящих работников и
специалистов Министерства энергетики РФ, 2003.

3. Шкляр А.С. Будущее кабельных линий — комплексная

диагностика // Кабель-News, 2009. — №5. — С. 21—23.

α1

α2

S d

α3

α4

0,8

исп

α5

α6

α7

α8

Рис. 3. Кривые, измеряемые прибором неразрушающего метода контроля кабелей

Оригинал статьи: Диагностика кабельных линий

Читать онлайн

Целью диагностики технического состояния является оценка способности кабеля выполнять свои функции в заданных условиях эксплуатации. Поскольку на предприятиях России в эксплуатации находится большинство кабелей с бумажно-масляной изоляцией, проработавших 25 лет и более, то в данной статье рассматриваются методы диагностики применительно к силовым кабелям на напряжение 6-10 кВ, преимущественно с бумажно-масляной изоляцией.