Способ определения места повреждения кабеля Российский патент 2020 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к способу определения места (района) повреждения силового кабеля на постоянном токе с количеством жил три и более, одинакового или разного сечения.

Известные методы определения места (района) повреждения силового кабеля на постоянном токе методом петли Варлея и петли Муррея (см., например: https://studopedia.ru/5_4385_metod-varleya.html) имеют низкую точность и требуют специальных кабельных мостов, которых зачастую на электростанциях не бывает. Низкая точность вышеназванных методов обусловлена и тем, что величины сечений жил, а, следовательно, и сопротивления жил кабелей и их соотношения определяются неэлектрическими методами. При этом правильно вычислить сечение кабельной жилы сегментного сечения весьма сложно.

Выпускаемый промышленностью прибор, входящий в комплект приборов «Рейс – 205» (см., например: https://www.eurostell.com/products/reis-205/), является наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому способу, но имеет тот недостаток, что примененный в нем метод использует 2-х проводную схему замера и не учитывает переходное сопротивление между жилами. Данный прибор хорошо подходит для кабелей связи, жилы которых имеют значительно большее сопротивление по сравнению с силовыми кабелями. При применении существующего метода на силовых кабелях ошибка значительна.

Предлагаемым способом решается задача устранения многих недостатков вышеназванных способов Варлея и Муррея и метода, примененного в комплекте с “Рейс 205”. Заявляемый способ предполагает хорошую точность и рассчитан на применение широко распространенных мостов Р-4833, МО-62 и других по 4-х проводной схеме.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом методе путем проведения группы замеров (количество замеров – максимально возможное или достаточное для вычисления значений всех сопротивлений схемы замещения поврежденного кабеля, включая переходные сопротивления мостиков между жилами или между жилой и металлической оболочкой силового кабеля), выполненных с достаточной точностью, с помощью вычислений определяются значения всех сопротивлений схемы замещения поврежденного кабеля, включая переходные сопротивления мостиков между жилами или между жилой и металлической оболочкой силового кабеля, и истинные значения сопротивлений жил от места повреждения до концов жил, это существенно повышает точность определения района места повреждения (до долей процента от длины кабеля).

Предлагаемый способ определения района повреждения кабеля рассчитан на следующее:

- диагностируемый кабель может иметь, как минимум, две поврежденные жилы (прожженные между собой, но целые) и одну исправную жилу или отдельный исправный провод.

- кабель может иметь любое количество жил и несколько повреждений, но таких, чтобы при разведенных жилах на концах кабеля и не подключенных измерительных проводах, в кабеле не образовалось бы ни одного замкнутого контура.

При указанных условиях во всех элементах схемы, по которым пойдет измерительный ток, он будет иметь одинаковую величину, равную току от измерительного прибора, которая в каждой схеме замера будет иметь своё значение. Повреждения могут находиться в одном месте или в разных местах. Сечения разных жил могут быть различны. Недлинные вставки кабеля другого сечения несколько снижают точность определения. Способ можно также использовать в том случае, если кабель состоит из нескольких кусков разных кабелей известных сечений, длин и материала.

Пример расчетного повреждения кабеля (для жил 1, 2, 3, …, n+5) показан на фиг. 1.

На фиг. 2 – 7 показаны, для примера, схемы замещения трех жил кабеля 6 кВ марки ААБ трансформатора 6/0,4 кВ и схемы замеров (две поврежденные жилы, прожженные между собой, характер повреждения определяется известным способом) Каждая стрелка от прибора Rz0-Rz5 – это два провода, соединенные с каждой жилой раздельно.

Схемы замера включают жилы 1, 2, 3 повреждённого кабеля; концы жил обозначены соответственно 0-1 и 1-1, 0-2 и 1-2, 0-3 и 1-3. В процессе замеров и вычислений необходим получить значения следующих сопротивлений:

R0 – сопротивление жилы 2 от конца 0-2 до места повреждения кабеля;

R1 – сопротивление жилы 2 от места повреждения до конца 1-2 кабеля;

R2 – сопротивление жилы 3 от конца 0-3 до места повреждения кабеля;

R3 – сопротивление жилы 3 от места повреждения до конца 1-3 кабеля;

R4 – мостик между жилами 2 и 3 в месте повреждения кабеля;

R5 – сопротивление неповреждённой жилы 1.

Проводятся следующие замеры:

1. Rz0 = R0+R4+R2 (фиг. 2).

2. Rz1 = R1+R4+R3 (фиг. 3).

3. Rz2 = R5+R1+R4+R2 (фиг. 4).

4. Rz3 = R5+R1+R0 (фиг. 5).

5. Rz4 = R5+R3+R2 (фиг. 6).

6. Rz5 = R5+R3+R4+R0 (фиг. 7).

Результаты замеров представлены в таблице 1 (численные значения представляют собой реальные результаты для конкретного повреждённого кабеля).

Таблица 1

Для вычисления сопротивлений участков на кабеле 6 кВ составляем систему уравнений. (аналогично можно вычислять и на кабеле 0,4 кВ с разным сечением жил).

Мы имеем 6 замеров и хотим определить 6 неизвестных (с № 0 по № 5).

Для замера № 0 запишем:

Rz0= R0+R4+R2

Или

Коэффициенты перед буквенным наименованием величин сопротивлений составят первую строку

матрицы А для вычисления величин сопротивлений участков жил кабеля. Первая строка матрицы А будет выглядеть так: (1 0 1 0 1 0 ).

Аналогично записываем коэффициенты для каждого из следующих замеров: (№ 1, № 2, № 3, № 4, № 5).

В результате получаем матрицу А.

Результаты замеров запишем в виде вектора-столбца матрицы Rz, начиная с замера № 0 и далее.

Составляем матричное уравнение:

Искомые значения сопротивлений участков жил кабеля обозначим как вектор-столбец R,где верхний элемент столбца имеет номер 0, второй № 1 и так далее.

В Маткаде (Mathcad), для предотвращения ошибки, сразу после объявления вектора или матрицы следует их элементам присвоить какое-либо значение, которое будет позже заменено на результаты вычислений.

В результате решения матричного уравнения R=A^-1 * Rz

(где A^-1 – обращенная матрица А. ( Маткад сам ее вычисляет) )

получаем вектор-матрицу искомых значений сопротивлений участков жил кабеля R.

Результаты вычислений сопротивления участков на кабеле трасформатора 6кВ представлены в табл. 2.

Таблица 2

Длина кабеля L__каб = 600.6 м.

Расстояние L_0-2 от конца 0-2 до места повреждения жилы 2:

Расстояние L_1-2 от конца 1-2 до места повреждения жилы 2:

Расстояние L_0-3 от конца 0-3 до места повреждения жилы 3:

Расстояние L_1-3 от конца 1-3 до места повреждения жилы 3.

Разница определения расстояния между местами повреждения кабеля, определенными

по 2 и 3-й жилам составляет:

ΔL2,3 = L_1-2 – L_1-3 = 68,2 – 67,6 = 0,6м

Разница определения расстояния между местом повреждения, определенным по предлагаемому способу замеров и досчета и фактическим местом повреждения:

- по жиле 2: расчетное значение L_1-2=68,2м, фактическое L_1-2 = 64,2м, разница (погрешность) – 4 м, или 0,67% от длины кабеля;

- по жиле 3: расчетное значение L_1-3р =67,6м, фактическое L_1-3 = 64,2м, разница (погрешность) – 3,4 м, или 0,57% от длины кабеля.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению места повреждения силового кабеля на постоянном токе, имеющего по меньшей мере две поврежденные прожженные между собой, но целые жилы и одну исправную жилу, при условии отсутствия в кабеле замкнутых контуров при разведенных жилах на концах кабеля и не подключенных измерительных проводах. Сущность: проводят замеры сопротивления между жилами с обоих концов кабеля при разомкнутых и закороченных концах жил противоположного конца кабеля. На основании замеров вычисляют значения всех сопротивлений схемы замещения поврежденного кабеля, включая переходные сопротивления мостиков между жилами. Полученные значения сопротивлений используют для расчета расстояния до места повреждения. 7 ил., 2 табл.

Способ определения места повреждения кабеля, имеющего по меньшей мере две поврежденные прожженные между собой, но целые жилы и одну исправную жилу, при условии отсутствия в кабеле замкнутых контуров при разведенных жилах на концах кабеля и не подключенных измерительных проводах, заключающийся в том, что проводят замеры сопротивления между жилами с обоих концов кабеля при разомкнутых и закороченных концах жил противоположного конца кабеля, на основании замеров вычисляют значения всех сопротивлений схемы замещения поврежденного кабеля, включая переходные сопротивления мостиков между жилами, и полученные значения сопротивлений используют для расчета расстояния до места повреждения.