Надежность и безопасность электросетей под постоянным контролем

«КАБЕЛЬ-news», март 2010

78

Актуально

Такая система помогает эксплуа-

тационным организациям в решении 

следующих задач: 

• 

снижение количества пере-

боев в электроснабжении или си-

стемных аварий; 

• оперативное 

реагирование 

на возникающие перегрузки; 

• 

выявление скрытых резервов 

существующих мощностей (увеличе-

ние нагрузки без превышения допу-

стимой температуры) 

• 

прогнозирование срока экс-

плуатации и др.

Пропускная способность кабеля 

ограничивается допустимой темпе-

ратурой нагрева жилы. Однако влия-

ние на рабочие показатели системы 

оказывают и другие факторы, такие 

как условия прокладки (тепловое 

сопротивление грунта, температу-

ра грунта, расстояние до соседних 

кабелей и других источников тепла, 

находящиеся поблизости и т.д.). На 

разных участках трассы при проте-

кании одного и того же тока, темпе-

ратура токопроводящей жилы может 

отличаться. Ключевым элементом со-

временных систем распределенного 

измерения температуры кабеля стало 

оптическое волокно. 

В большинстве оптических во-

локон диаметр оболочки составляет 

125 мкм. Размер сердцевины в рас-

пространенных типах оптических во-

локон составляет 50 мкм и 62,5 мкм 

для многомодового оптоволокна и 

8мкм для одномодового оптоволокна. 

Световоды характеризуются соотно-

шением размеров сердцевины и обо-

лочки, например 50/125, 62.5/125 или 

8/125. 

Многомодовое и одномодовое опто-

волокна отличаются способом рас-

пространения оптического излучения. 

Самое простое отличие заключается в 

размерах сердцевины световода. Мно-

гомодовое волокно может передавать 

несколько мод (независимых световых 

путей) с различными длинами волн 

или фазами, однако больший диаметр 

сердечника приводит к тому, что веро-

ятность отражения света от внешней 

поверхности сердцевины повышается, 

а это приводит к модовой дисперсии 

(рассеиванию). Одномодовое волокно 

имеет очень тонкую сердцевину (диа-

метр — меньше 10 мкм). Из–за малого 

диаметра сердцевины световой пучок 

отражается от его поверхности реже, 

что приводит к меньшей модовой дис-

персии. В результате сигнал может 

передаваться на большие расстояния 

без повторителей. Термин «одномодо-

вый» означает, что такая тонкая серд-

цевина может передавать только один 

световой несущий сигнал (или моду). 

Пропускная способность одномодово-

го оптоволокна превышает 10 Гбит/с в 

свою очередь пропускная способность 

многомодового оптоволокна составля-

ет около 2,5 Гбит/с. Таким образом, 

становится очевидным, что дисперсия 

является отрицательным фактором 

для сетевых решений, идея которых 

заключается в передаче больших объ-

емов данных на большие расстояния, 

Надежность и безопасность 
электросетей под постоянным 
контролем

А.В. Якунин,

руководитель отдела 

телемеханики ООО «СистеК»

Один из способов обеспечения надежной работы кабельной системы в город-

ских условиях — это мониторинг температуры фаз кабеля по всей длине. Необ-

ходимость применения системы мониторинга распределенной температуры КЛ, 

подтверждается опытом западных коллег и требованиями к эксплуатации КЛ в 

современных мегаполисах. 

Оптоволокно — диэлектрический волновод, который проводит свет. Он 

состоит из сердцевины, оболочки и защитного внешнего слоя. Оболочка в ка-
честве отражающего слоя помогает удерживать световой сигнал в сердцевине. 
Оптические волокна изготовляются из легированного кварцевого стекла, ко-
торое состоит из двуокиси кремния (SiO

2

) с аморфной твердой структурой. 

Оптоволокно было изобретено в 70-х годах прошлого столетия и первона-

чально применялось в основном для передачи данных на дальние расстояния 
с высокой скоростью. 

ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÛÉ ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ

«КАБЕЛЬ-news», март 2010

79

Актуально

в которых сигналы оптического излу-

чения передаются через оптоволокно 

и принимаются электронным обору-

дованием на другом конце. С другой 

стороны, модовая дисперсия является 

положительным фактором для систем 

измерения температуры, принцип ра-

боты которых основан на приеме и 

анализе отраженных сигналов — чем 

больше размер сердцевины, тем боль-

ше информации о состоянии КЛ по-

лучает контроллер. При применении 

системы, использующей в качестве 

датчика одномодовое волокно, можно 

измерить температуру на более даль-

нем расстоянии, но с меньшим шагом 

дискретизации. 

Внешние факторы вызывают ко-

лебания в кристаллической решетке 

твердого тела. Внутримолекулярные 

вибрации, возникающие в оптоволок-

не под влиянием температуры, давле-

ния или растягивающих усилий, могут 

локально изменять характеристики 

пропускания света. В оптическом во-

локне происходит рассеивание света, 

состоящее из нескольких спектраль-

ных компонент: релеевского, рама-

новского и бриллюэновского рассеи-

вания. Для определения температуры 

наиболее важным параметром яв-

ляется рамановское рассеивание, 

которое в свою очередь имеет сток-

совую и антистоксовую компоненты, 

спектрально сдвинутые на величину, 

эквивалентную резонансной часто-

те колебаний молекулярной решет-

ки. Зная скорость распространения 

света (основного сигнала с несущей 

частотой) в однородном кварцевом 

стекловолокне, а также математиче-

скую зависимость его затухания во 

времени (уменьшение интенсивности 

отраженного пучка света по экспонен-

циальному закону) можно определить 

температуру в любой точке кабельной 

линии. Значение температуры и ме-

сто рассчитывается из соотношений 

между интенсивностями основного 

сигнала, антистоксовых и стоксовых 

компонент света.

Существует два способа примене-

ния оптоволокна в качестве датчика 

измерения распределенной темпера-

туры КЛ. Первый — металлический 

модуль с оптоволокнами находит-

ся в экране кабеля (интегрируется 

вместо одной из проволок экрана в 

процессе производства), второй — 

оптоволоконный кабель, с наимень-

шей толщиной изолирующего слоя, 

прокладывается вдоль кабельной 

трассы максимально близко к обо-

лочке силового кабеля. Существует 

критерий, используемый при измере-

нии температуры объекта: чем ближе 

температурный датчик расположен 

к исследуемому объекту, в данном 

случае — проводнику, тем быстрее и 

точнее будет измерена температура 

слоя, в котором расположен датчик. 

Для эксплуатации кабельной ли-

нии необходимо знать температуры 

жилы кабеля, в то время, как изме-

рение температуры производится в 

металлическом экране кабеля или на 

поверхности оболочки кабеля. Зная 

условия прокладки для различных 

участков кабельной линии можно вы-

вести математическую зависимость, 

позволяющую рассчитать темпера-

туру проводника в зависимости от 

распределенной температуры экрана 

кабеля. Сбор и анализ данных по тем-

пературе по всей длине кабельной ли-

нии дает полную картину процессов, 

происходящих в линии, что позволя-

ет более рационально использовать 

кабельные электросети при разных 

условиях и режимах работы. 

В течение 15 лет мировым лидером 

по производству систем мониторинга 

распределенной температуры являет-

ся компания LIOS Technology GmbH. 

В основе системы распределенного 

измерения температуры лежат разра-

ботанные компанией контроллеры се-

рии OTS. Область применения данных 

контроллеров обширна: 

- изучение нефтяных месторожде-

ний;

- мониторинг состояния нефте- и 

газохранилищ; 

- мониторинг утечек на нефтяных, 

газовых и водопроводах;

- мониторинг состояния КЛ;

- мониторинг состояния ЛЭП;

- мониторинг состояния процессов 

на плавильных заводах;

- обеспечение пожарной безопас-

ности в тоннелях;

- обеспечение пожарной безопас-

ности в метро и т.д.

На сегодняшний день число 

успешно реализованных компанией 

LIOS Technology GmbH проектов по 

всему миру составляет около 2000, 

количество контроллеров, применяе-

мых в этих проектах варьируется от 1 

до 10 шт. Среди реализованных про-

ектов: метро в г.Пекин, тоннель Мон 

Блан и др. 

Надежность и качество контролле-

ров серии OTS достигается за счет ис-

пользования стандартных телекомму-

ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÛÉ ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ

«КАБЕЛЬ-news», март 2010

80

Актуально

никационных компонентов. Например, 

срок работы применяемого источника 

лазерного излучения, в соответствии 

со стандартом Telcordia GR-468 состав-

ляет более 25 лет. Каждый образец 

продукции перед поставкой проходит 

длительные испытания, по результатам 

которых составляется отчет о работо-

способности данного прибора. 

Успех повсеместного распростра-

нения оборудования LIOS Technology 

GmbH определен политикой компании 

в стремлении к совершенствованию и 

разработке новых решений, возмож-

ностей и доработке оборудования по 

требованию Заказчика.

На российском рынке оборудова-

ние компании Lios Technology GmbH 

применяется с 2006 г. На сегодняшний 

день наибольшее распространение 

получило применение контроллеров 

серии OTS в области электроэнерге-

тики, а именно в мониторинге темпе-

ратуры кабельных линий. 

Контроллеры промышленной се-

рии OTS — устройства распределен-

ного измерения температуры, относят-

ся к последнему поколению приборов, 

использующих в качестве датчика 

оптоволокно, которые, благодаря сво-

им техническим характеристикам, иде-

ально подходят для измерений локаль-

но распределенных температур при 

мониторинге, обнаружении и анализе 

термических процессов.

Значения температур регистриру-

ются по всей длине сенсорного кабе-

ля, как непрерывный график. Высо-

кая точность измерения температур 

достигается даже на больших рас-

стояниях и с высокой скоростью. 

Контроллеры данной серии раз-

личаются по дальности измерения 

(от 2 до 16 км по многомодовому 

оптоволокну) и количеству каналов 

(от 2 до 8 измерительных каналов). 

Конкретный контроллер подбирается 

под нужды и возможности Покупате-

ля. Например, контроллер OTS160P 

имеет диапазон измерения — до 

16 км при одностороннем измере-

нии по многомодовому оптоволокну, 

а контроллер OTS300P-SM имеет 

диапазон измерения — до 30 км при 

одностороннем измерении по одно-

модовому оптоволокну. Шаг дискре-

тизации может достигать 0,5 м при 

температурной погрешности в 1 °С.

Система мониторинга температу-

ры может быть интегрирована в лю-

бые стандартно применяемые суще-

ствующие системы SCADA. 

Применительно к силовым КЛ вы-

сокого и сверхвысокого напряжения, 

компания LIOS Technology GmbH пред-

лагает программное обеспечение для 

расчета КЛ в реальном времени RTTR 

на базе программного обеспечения 

CYMCAP от компании CYME. Программ-

ное обеспечение рассчитывает режи-

мы работы КЛ по реальным данным 

температуры и тока, в соответствии со 

стандартами МЭК (для переходного и 

установившегося режимов работы). 

При применении данного ПО, на осно-

вании измеренной температуры экрана 

система рассчитывает распределен-

ную температуру проводника. 

Входными параметры для модуля 

RTTR являются:

•  Температура кабеля (измеряет-

ся контроллером)

• Температура 

окружающей 

среды (измеряется контроллером, 

дополнительный ОВК прокладывает-

ся вдоль трассы на расстоянии 0,5-1 

метр от кабеля).

•  Конструкция кабеля (сечение 

проводника, толщина изолирующего 

слоя, место положения оптоволокна 

и др.). 

•  Условия прокладки. В програм-

му вносятся данные об условиях про-

ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÛÉ ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ

«КАБЕЛЬ-news», март 2010

81

Актуально

кладки каждого участка с точностью 

5-10 м.

•  Величина тока. Информация 

с датчиков тока передается модулю 

RTTR по каналам связи. 

Основные функции:

•  отображение электросети в ге-

ографическом и схематическом виде; 

• анализ электросети, трех-, 

двух-, однофазной, смешанной, с не-

ограниченным числом узлов; 

• моделирование 

процессов 

электросети в различных состояниях; 

•  анализ надежности сети; 

•  определение участков сети с 

возможной перегрузкой и оптималь-

ное перераспределение нагрузки; 

• моделирование 

последова-

тельности действий по устранению 

отказов (в том числе в случае выхода 

из строя основных подстанций); 

•  координация работы защитных 

устройств; 

•  анализ поведения электросети 

во время пуска/самозапуска электро-

двигателей; 

•  оптимальное размещение кон-

денсаторов и определение их габа-

ритных размеров; 

•  анализ токов короткого замы-

кания; 

•  анализ устойчивости системы 

в переходных режимах; 

•  оценка устойчивости по напря-

жению.

Все данные, используемые в рас-

четах, сохраняются на жестком диске 

компьютера или могут быть записаны 

на внешний носитель для дальнейше-

го анализа. 

На сегодняшний день система 

CYME внедрена в свыше 1000 орга-

низациях — это более 5000 пользо-

вателей в 100 странах по всему миру. 

Система CYME является одним из наи-

более передовых и мощных средств 

управления процессами передачи 

и распределения электроэнергии. 

CYME поможет максимально исполь-

зовать возможности электросети, су-

щественно увеличив ее надежность и 

безопасность.

На российском рынке и в стра-

нах СНГ продукцию компании LIOS 

Technology GmbH представляет ком-

пания ООО «СистеК». 

На сегодняшний день реализо-

вано около 20 проектов с использо-

ванием системы мониторинга темпе-

ратуры на базе контроллеров серии 

OTS. Данное оборудование вызвало 

большой интерес эксплуатирующих 

компаний Москвы. 

Один из проектов, реализованный 

в 2008 г., — ПС «Магистральная», 

снабжающая электричеством район 

Сити, в котором производится изме-

рение 6 КЛ 110 и 220кВ при помощи 

контроллеров OTS160P-2 шт, OTS20P-

1шт. Данные от контроллеров OTS в 

реальном времени поступают на дис-

петчерский пункт.

Мониторинг температуры КЛ по-

средством оптоволокна является на 

сегодняшний день единственным 

способом диагностики КЛ на всей ее 

протяженности. 

Информация о состоянии КЛ, со-

бранная за определенные периоды 

времени (сезоны), позволяет более 

правильно и экономично эксплуати-

ровать КЛ, а также минимизировать 

возможные аварии в распределитель-

ных сетях мегаполисов. 

«Система CYME позволяет с минимальными затратами предска-

зывать поведение сети в различных ситуациях. Использование про-
граммного комплекса CYME стало решающим фактором в способ-
ности компании London Electricity эффективно предоставлять свои 
услуги и повышать конкурентоспособность.»

Cliff  Walton, Network Strategy Manager

London Electricity

Адрес:

 105037, РФ, 

г. Москва, ул. 3-я Парковая 

д. 29 а, офис 3

Телефоны:

+7 (495) 955-92-00

+7(499) 165-04-65

ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÛÉ ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ