СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для топографического определения места повреждения кабельных линий.

Известны различные способы (методы) определения места повреждения в электрических сетях и кабелях связи, которые разделяются на две группы: относительные, позволяющие приблизительно определить расстояние от места измерения до места повреждения (импульсный, колебательного разряда, волновой, петлевой, емкостной, высокочастотный), и абсолютные, указывающие место повреждения непосредственно на трассе (акустический, индукционный, индукционно-коммутационный, контактный и др.).

При этом обязательно применение не менее двух способов: относительного и абсолютного, так как первый обеспечивает быстроту определения зоны повреждения, куда должен отправиться оператор, а второй уточняет место раскопок на трассе [1, с. 8-9].

Общими недостатками известных способов определения места повреждения являются:
- зависимость результатов поиска от опыта и квалификации оператора;
- сложность и дороговизна применяемой аппаратуры и способов определения места повреждения;
- значительное время (3-5 ч) поиска неисправности;
- необходимость прожига изоляции жил кабеля до переходного сопротивления менее 100 Ом, что сокращает срок службы кабельных линий.

Наиболее универсален акустический способ, но его невозможно применить на кабелях, не имеющих отверстий в оболочке на месте повреждения, если кабель залегает на глубине полтора и более метров, если имеется звукопоглощающая среда в грунте над местом повреждения, при наличии прочного металлического мостика в месте повреждения, а также при высокой изоляции оборванных жил и при малой емкости, разряжаемой на поврежденный кабель.

Недостатками способов накладной рамки и индукционно-коммутационного являются требования:
- большого объема земляных работ по раскопке шурфов;
- наличия металлического замыкания между жилой и оболочкой кабеля;
- сложной подготовкой к измерениям и т.д.

Импульсно-индукционный способ сложен, неточен, несовершенен; контактные (потенциальные) способы ненадежны, приемлемы только для вскрытого кабеля, поэтому и тот и эти не получили распространения.

Наиболее близким техническим решением определения места повреждения кабельных линий к заявляемому (прототипом) принят индукционный способ, основанный на принципе улавливания изменений магнитного поля над кабелем, по которому пропускается ток от генератора звуковой частоты. При этом вокруг кабеля образуется переменное магнитное поле, напряженность которого пропорциональна величине тока в кабеле. На поверхности земли над кабелем при помощи индукционной рамки, усилителя и телефона можно проследить поле, которое распространяется по пути прохождения тока по кабелю [2, с. 247-266].

Способу, принятому за прототип, свойственны все вышеуказанные недостатки. Кроме этого, для его применения требуются определенные условия:
- во-первых, необходимо иметь две пробитые жилы с тем, чтобы ток звуковой частоты шел по одной жиле до места пробоя и возвращался к источнику (генератору) по второй жиле кабеля;
- во-вторых, иметь на месте пробоя небольшое (порядка 0,2-0,3 Ом) переходное сопротивление.

Но для достижения такого переходного сопротивления прожигом изоляции требуется затратить много времени и не всегда удается его достичь (например, при сильной увлажненности кабеля). В этом случае ток пойдет только частично через место пробоя и будет растекаться далеко за повреждением в виде емкостного тока. Следовательно, сигнал не будет резко обрываться у места пробоя, а будет прослушиваться с постепенным затуханием [3, с. 20].

Таким образом, индукционный способ дает положительные результаты только при замыкании между жилами, а наиболее часто встречаемый вид повреждения (97-98%) - это замыкание жилы на оболочку [1, с. 6].

Поэтому определение места повреждения кабельных линий остается сложной технической проблемой.

Целью изобретения являются:
- повышение ресурса кабеля за счет исключения вспомогательной операции прожига при определении места повреждения;
- сокращение времени поиска места повреждения;
- повышение точности измерений;
- упрощение применяемых методик поиска и аппаратуры;
- сокращение материальных затрат на определение места повреждения и восстановления энергоснабжения потребителей.

Цель достигается значительным упрощением картины растекания тока в месте повреждения за счет исключения емкостного тока за местом повреждения при применении высоковольтного генератора постоянного тока.

Сущность изобретения заключается в том, что при подключении поврежденной жилы кабеля к электростатической машине достаточной мощности протекающий по кабелю ток создает магнитное поле, которое улавливается по трассе с помощью индукционного датчика или иного прибора для измерения магнитных величин, и место повреждения определяют по изчезновению магнитного поля как для многофазного, так и для однофазного повреждения.

Проведенный патентный поиск показал отсутствие способов определения места повреждения кабелей с предлагаемой совокупностью признаков.

Таким образом, в данном случае известные операции и элементы объединены новыми последовательными связями, применяются по новому назначению и придают предлагаемому способу новые свойства, проявившиеся в положительных эффектах, вследствие чего решение может быть признано обладающим существенными отличиями.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема создания магнитного поля в кабеле при однофазном повреждении; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема создания магнитного поля в кабеле при многофазном повреждении.

Как видно на фиг. 1, при поиске однофазного повреждения однопроводное магнитное поле обусловлено протеканием тока от электростатической машины (ЭСМ), который сосредоточен в поврежденной жиле до места повреждения (МП), а за местом повреждения приобретает даже не распределенный, а рассеянный характер. Поскольку напряженность магнитного поля пропорциональна величине тока в кабеле за местом повреждения ввиду изменения его строго сосредоточенного характера на рассеянный из-за растекания во все стороны, магнитное поле уже не прослеживается прибором для измерения магнитных величин (например, индукционной рамкой), который имеет конечную чувствительность.

В принципе не важно, кодируем ли мы ток электростатической машины звуковой частотой или прослушиваем разряды пробоя через место повреждения. Это имеет значение только для изменения (повышения) чувствительности приборов, фиксирующих изменения напряженности магнитного поля над кабелем, в месте повреждения и за ним.

Как известно [2, с. 255], напряженность поля, создаваемая одиночным током, во много раз (30-100) превышает напряженность поля пары токов. Следовательно, гарантированный прием сигнала исчезновения поля за местом повреждения может быть обеспечен или кратно меньшей мощностью электростатической машины, или значительно меньшим усилением сигнала, воспринимаемого над кабелем прибором для измерения магнитных величин.

Электростатическая машина является не только источником высокого напряжения, обеспечивающим протекание тока через место повреждения при любом переходном сопротивлении без прожига изоляции, но и регулируемым источником, позволяющим выбирать наиболее эффективные режимы поиска.

Таким образом, в отличие от прототипа, где при однофазном коротком замыкании магнитное поле за местом повреждения не исчезает, а линейно убывает, следуя закону Био-Савара [1, с. 50, 51], при однопроводном питании поврежденной жилы от электростатической машины место повреждения может быть четко зафиксировано исчезновением магнитного поля.

При этом время поиска места повреждения будет определяться только временем передвижения оператора по трассе от места подключения электростатической машины до места повреждения даже при отсутствии возможности использования относительных методов определения места повреждения, а необходимость в дорогостоящем громоздком и пожароопасном оборудовании для прожига изоляции отпадает.

Следует иметь в виду, что при использовании предложенного способа есть принципиальная возможность двойного контроля результатов поиска (без изменения схемы подключения кабеля) при помощи стетоскопа (из-за наличия сопутствующего акустического эффекта высоковольтного разряда в месте повреждения) и датчиков электромагнитных импульсов любой конструкции со световой или звуковой индикацией.

Что касается поиска многофазных повреждений (фиг. 2), то схема включения электростатической машины в принципе может не отличаться от схемы включения генератора звуковой частоты [1, с. 48], используемой в прототипе, но надобность в подготовительной операции прожига изоляции, разумеется, отпадает, т.е. также более рациональная.

Вышеописанное относится к любым кабельным линиям, в том числе и линиям связи.

Источники информации:
1. В.С.Дементьев, В.К.Спиридонов, Г.М.Шалыт "Определение места повреждения силовых кабельных линий". Госэнергоиздат, Москва-Ленинград, 1962 г.

2. Г.М.Шалыт "Определение мест повреждения в электрических сетях". Энергоиздат, Москва, 1982 г.

3. И.М.Чиловский "Развитие индукционного метода отыскания места повреждения кабеля". Энергетик N 2, 1962 г.

Использование: для топографического определения места повреждения кабельных линий. Изобретение позволяет повысить точность измерений, снизить материальные затраты, сократить время поиска места повреждения, упростить методику поиска и применяемую аппаратуру. Отличительной особенностью предложенного способа является то, что в кабеле создают магнитное поле неизменной полярности током от электростатической машины, прослеживают это поле строго по трассе и фиксируют исчезновение магнитного поля над местом повреждения прибором для измерения магнитных величин, например феррозондовым тесламетром. 2 ил.

Способ определения места повреждения кабельных линий, согласно которому пропускают по кабелю ток, улавливают магнитное поле этого тока по трассе кабеля с помощью прибора для измерения магнитных величин и определяют место повреждения по исчезновению магнитного поля, отличающийся тем, что ток в кабеле создают путем подключения его поврежденной жилы к электростатической машине.