Перспективный способ повышения точности определения мест повреждения кабельных линий электропередачи и устройство по его реализации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективный способ повышения точности определения мест повреждения кабельных линий электропередачи и устройство по его реализации

Кашин Яков Михайлович

Кириллов Геннадий Алексеевич

Сидоренко Вера Степановна

Гайдамашко Александр Иванович

Аннотация

Кашин Яков Михайлович, Кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, профессор кафедры авиационного радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова.

Кириллов Геннадий Алексеевич, Кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, доцент кафедры авиационного радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова.

Сидоренко Вера Степановна, Кандидат педагогических наук, профессор, преподаватель кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова.

Гайдамашко Александр Иванович, Преподаватель кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова.

Рассмотрены актуальные вопросы определения мест повреждения в силовых кабельных линиях, погрешности, возникающие при их использовании. Предложены способ повышения точности определения мест повреждения кабеля за счет учета скрутки его жил и устройство по его реализации.

Ключевые слава: кабель, укрутка, импульс, коэффициент скрутки, шаг скрутки.

Abstract

A promising method for improving accuracy of determining the damage location in cable transmission lines and a device for its implementation.

Kashin Yakov Mikhaylovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Professor of the Department of Aviation Radioelec- tronic Equipment, A.K. Serov Krasnodar Air Force Institute for Pilots.

Kirillov Gennadiy Alekseevich, Candidate of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Associate Professor of Department of Aviation Radioelectronic Equipment, A.K. Serov Krasnodar Air Force Institute for Pilots.

Sidorenko Vera Stepanovna, Candidate of Pedagogical Sciences, Professor, Lecturer, Department of Physics and Electrical Engineering, A.K. Serov Krasnodar Air Force Institute for Pilots.

Gaydamashko Aleksandr Ivanovich, Lecturer, Department of Physics and Electrical Engineering, A.K. Serov Krasnodar Air Force Institute for Pilots.

The current issues of determining failure points in power cable lines and imprecisions that arise when using it are considered. The authors propose a method of improving accuracy of cable damage location due to consideration of its strands twisting and device for its implementation.

Keywords: cable, twisting, pulse, twist coefficient, twist pitch.

Эксплуатация кабельных линий электропередачи предполагает поиск и устранение повреждений в кабельных линиях при их возникновении.

Известные способы определения места повреждения кабеля [1-3] имеют ряд существенных недостатков.

При реализации способа, известного из [1], во-первых, необходимо прикладывать по поверхности земли вспомогательную пару, сравнимую по длине с поврежденной кабельной линией, которая может достигать в длину от сотен метров до нескольких километров, что трудно выполнимо технически и невыгодно экономически.

Во-вторых, в технологии определения места повреждения кабеля, реализующей такой способ, не учитывается скрутка жил как поврежденного подземного кабеля, так и вспомогательной пары, имеющая достаточно большое различие и существенно влияющая на точность определения места повреждения подземного кабеля [4].

Более эффективным способом определения мест повреждения в кабельных линях является метод импульсной рефлектометрии [2, 4]. Его недостатком является погрешность, обусловленная тем, что при его реализации, определяя расстояния до места повреждения кабеля (неоднородности волнового сопротивления), учитывают только электрическую длину кабеля и не учитывают скрутку жил кабеля. Известно [5-7], что скрутка жил кабеля приводит к их укрутке, в результате чего геометрическая длина кабеля из скрученных жил будет меньше электрической длины скрученных жил. То есть геометрическая и электрическая длины кабеля, жилы которого скручены, не совпадают. Вследствие этого расстояние до места повреждения кабеля (неоднородности волнового сопротивления), определенное известным из [2, 3] методом, не совпадает с фактическим расстоянием до места повреждения кабеля (неоднородности волнового сопротивления).

В [4, 8] дано описание и теоретические положения, обосновывающие перспективный способ определения места повреждения кабеля, заключающийся в том, что сначала зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения, затем принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления, выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля, вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле:

Для реализации этого способа в измерители неоднородностей необходимо включать устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи. В ряде измерителей [3, 9] они есть. Например, в корпусе измерителя неоднородностей линий Р5-10 [9] установлены: потенциометр ввода коэффициента укорочения электромагнитной волны с аналоговым индикатором; потенциометр установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии, который установлен в схему задержки генератора зондирующего импульса измерителя неоднородностей линий Р5-10; потенциометр установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии с аналоговым индикатором, которые установлены в схему задержки развертки измерителя неоднородностей линий Р5-10, с возможностью подключения их к блоку развертки измерителя неоднородностей линий Р5-10.

В измерителе неоднородностей линий Р5-13 [3] имеется устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи, содержащее корпус, в котором установлены: потенциометр ввода коэффициента укорочения электромагнитной волны с аналоговым индикатором; потенциометр установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи; прецизионный потенциометр установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии с аналоговым индикатором, щетки которых выполнены с возможностью подключения к блоку развертки измерителя неоднородностей линий.

Однако измерители неоднородностей линий Р5-10 и Р5-13, в которых используются такие устройства ввода параметров кабельной линии электропередачи, не обеспечивают высокой точности определения расстояния до места повреждения кабельной линии. Это обусловлено тем, что используемые в известных устройствах потенциометры ввода коэффициента укорочения электромагнитной волны, потенциометры установки начала отсчета расстояния и установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи выполнены не прецизионными, а индикаторы ввода коэффициента укорочения электромагнитной волны и отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии выполнены аналоговыми, а не электронно-цифровыми. Это увеличивает погрешность измерения расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи и приводит к увеличению времени поиска места повреждения и, соответственно, к увеличению времени на устранение этих повреждений.

Кроме этого, высокая точность определения места повреждения кабельной линии электропередачи при использовании описанных выше измерителей не обеспечивается также вследствие того, что установленные в них устройства ввода параметров кабельной линии электропередачи измерителя неоднородности не учитывают скрутку жил кабеля, которая характеризуется коэффициентом укрутки K_Y [4, 8]. Это приводит к большим погрешностям, так, например, при одном и том же коэффициенте скрутки т_Т = 20 ошибка в измерении расстояния до места повреждения импульсным методом для кабеля сечением 25 мм² при длине кабельной линии, равной 7600 м, составляет 91,2 м, а для кабеля сечением 240 мм² при том же значении т_Т = 20 ошибка при длине кабельной линии, равной 12800 м, составляет 153 м [4]. повреждение кабельная линия электропередача

Кроме этого, основная погрешность измерителя составляет >±1%, а погрешность установки коэффициента укорочения - дополнительно еще >±1%, что дает при длине кабеля 1000 м погрешность 20 м, а при длине кабеля 10000 м - 200 м.

Таким образом, суммарная погрешность определения расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи значительно возрастает [4].

Оператор электролаборатории, которому известен способ из [8], может с целью повышения точности определения места повреждения кабельной линии электропередачи производить вычисления по приведенным выше формулам вручную, однако это увеличивает время и точность определения места повреждения кабельной линии электропередачи ввиду высокой вероятности ошибки оператора при выполнении расчетов.

Авторы для сокращения времени определения места повреждения кабельной линии электропередачи и повышения точности определения расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи за счет уменьшения погрешности определения этого расстояния усовершенствовали устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи (УВП КЛЭ).

На рисунке 1 представлена структурная схема разработанного устройства ввода параметров кабельной линии электропередачи УВП КЛЭ [10].

Рис. 1. Структурная схема устройства ввода параметров кабельной линии электропередачи

Устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи содержит (рис. 1): корпус 1, в котором установлены прецизионный потенциометр 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны с электронно-цифровым индикатором И1 3 значений коэффициента укорочения электромагнитной волны; прецизионный потенциометр 5 установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи; прецизионный потенциометр 10 установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии, щетки которых выполнены с возможностью подключения к блоку развертки БР 6 измерителя неоднородностей линий; прецизионный потенциометр 12 ввода значения коэффициента укрутки; электронно-цифровой индикатор ИЗ 7 отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи; электронно-цифровой индикатор 11 значения коэффициента укрутки; сумматор S 4 с первым и вторым входами.

Щетка прецизионного потенциометра 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны подсоединена к первому входу сумматора 4 и к входу электронно-цифрового индикатора И1 3 значений коэффициента укорочения электромагнитной волны. Щетка прецизионного потенциометра 12 ввода значения коэффициента укрутки подсоединена ко второму входу сумматора 4 и к входу электронно-цифрового индикатора И2 11 значений коэффициента укрутки. Выход сумматора S 4 выполнен с возможностью подключения к блоку развертки БР 6 измерителя неоднородностей линий.

Выход блока развертки БР 6 подключен к входу блоку генератора БГ 8, выход которого подключен к электронно-лучевой трубке ЭЛТ 9.

Потенциометры 2, 5, 10, 12 подключены к блоку питания измерителя неоднородностей линий (на рис. 1 не изображен).

Устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи УВП КЛЭ работает следующим образом.

При измерении расстояния до места повреждения кабеля измерителем неоднородностей линий, в котором установлено разработанное УВП КЛЭ, оператор электролаборатории ручкой прецизионного потенциометра 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны «УКОРОЧЕНИЕ» устанавливает по шкале электронно-цифрового индикатора И1 3 значение коэффициента укорочения электромагнитной волны (ЭМВ) K_Y , соответствующее измеряемому типу и марке кабеля, взятое из памяти измерителя или из справочника. При этом сигнал, снимаемый со щетки прецизионного потенциометра 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны «УКОРОЧЕНИЕ», поступает на первый вход сумматора S 4 и вход электронно-цифрового индикатора И1 3 коэффициента укорочения. При отсутствии в памяти измерителя и справочнике значения коэффициента укорочения ЭМВ K_Y оператор электро-лаборатории по известной методике сам определяет коэффициент укорочения ЭМВ K_Y и вводит его значение в УВП КЛЭ, как описано выше.

Затем оператор электро-лаборатории ручкой прецизионного потенциометра 12 ввода значения коэффициента укрутки «УКРУТКА» устанавливает по шкале электронно-цифрового индикатора И2 11 «УКРУТКА» значение коэффициента укрутки K_Y жил поврежденного кабеля, соответствующее измеряемому типу и марке поврежденного кабеля, взятое им из справочника. При этом сигнал, снимаемый со щетки прецизионного потенциометра 12 ввода значения коэффициента укрутки «УКРУТКА», поступает на второй вход сумматора S 4 и вход электронно-цифрового индикатора И2 11 коэффициента укрутки. При отсутствии в справочнике значения коэффициента укрутки K_Y оператор электро-лаборатории по известной из [10] формуле сам определяет коэффициент укрутки K_Y и вводит его значение в УВП КЛЭ, как описано выше.

В сумматоре S 4 происходит суммирование сигналов, поступивших со щеток прецизионного потенциометра 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны «УКОРОЧЕНИЕ» и прецизионного потенциометра 12 ввода значения коэффициента укрутки «УКРУТКА».

Результирующий сигнал с выхода сумматора S 4 поступает на вход блока развертки БР 6 измерителя неоднородностей линий, обрабатывается в соответствии с логикой работы блока развертки БР 6 и с его выхода поступает в блок генератора БГ 12, а затем - на экран электронно-лучевой трубки ЭЛТ 9.

Кроме того, на вход блока развертки БР 6 измерителя неоднородностей линий поступают сигналы, снимаемые со щеток прецизионных потенциометров 5 установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи и 10 установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии.

Отсчет расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи производится по шкале электронно-цифрового индикатора ИЗ 7 отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи, на вход которого поступает сигнал, снимаемый со щетки прецизионного потенциометра 10 установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии, и непосредственно по горизонтальной шкале электронно-лучевой трубки ЭЛТ 9.

При этом щетку прецизионного потенциометра 5 установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи необходимо переместить ручкой «УСТАН. ОТСЧЕТА» до совмещения переднего фронта зондирующего импульса с одной из рисок горизонтальной шкалы ЭЛТ 9, а щетку прецизионного потенциометра 10 установки отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии необходимо переместить ручкой «РАССТОЯНИЕ» до совмещения начала фронта отраженного импульса с отсчетной риской горизонтальной шкалы электронно-лучевой трубки ЭЛТ 9, с которой производилось совмещение фронта зондирующего импульса ручкой «УСТАН. ОТСЧЕТА» прецизионного потенциометра 5 установки начала отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи.

Затем по шкале электронно-цифрового индикатора ИЗ 7 отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи производится отсчет расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи.

Таким образом, измеренное расстояние до места повреждения кабельной линии электропередачи будет иметь значительно меньшую погрешность за счет того, что при определении этого расстояния учтено значение коэффициента укрутки K_Y жил кабеля путем дополнительной установки прецизионного потенциометра 12 ввода значения коэффициента укрутки «УКРУТКА», а также за счет выполнения потенциометром 5 установки начала отсчета до места повреждения кабельной линии электропередачи «УСТАН. ОТСЧЕТА» и потенциометром 2 ввода значения коэффициента укорочения электромагнитной волны «УКОРОЧЕНИЕ» прецизионными. Кроме того, инструментальная погрешность измерения уменьшается за счет дополнительной установки электронно-цифрового индикатора 11 значения коэффициента укрутки и выполнения индикатором З значения коэффициента укорочения электромагнитной волны и индикатором 7 отсчета расстояния до места повреждения кабельной линии электропередачи.

Вследствие того, что измеренное, благодаря установке в измерителе неоднородностей линий заявленного устройства, расстояние до места повреждения кабельной линии электропередачи будет точно совпадать с фактическим расстоянием до места повреждения кабельной линии электропередачи на местности, время на определение места повреждения кабельной линии электропередачи на местности существенно сократится.

Благодаря этому также уменьшатся объем и трудоемкость выполняемых работ по восстановлению кабельной линии электропередачи, а надежность электроснабжения потребителей электроэнергией повысится.

Список литературы

1. Кокарев В.В., Павлов С.Г. Способ определения места повреждения кабеля: А. с. № 1817044, опубл. 23.05.1993 г. в БИ № 19. URL: https://edrid.ru/rid/218.016.527c.html

2. Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий. URL: http://reis205.narod.ru/metod.htm (дата обращения 9.12.2016).

3. Измеритель неоднородностей линий Р5-13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва: Машприборторг, 1988.

4. Кашин Я.М., Кириллов Г.А. Энерго- и трудосберегающая технология определения места повреждения кабеля // Вестник Адыгейского государственного университета. Сер.: Естественно-математические и технические науки. 2019. Вып. 1 (236). С. 74-80. URL: http://vestnik.adygnet.ru

5. Превезенцев В.А., Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. Москва: Энергия, 1970. 245 с.

6. Кранихфельд Л.И., Рязанов И.Б. Теория, расчет и конструирование кабелей и проводов. Москва: Высш. шк., 1972. 284 с.

7. Белоруссов Н.И. Электрические кабели и провода. Москва: Энергия, 1971. 512 с.

8. Кашин Я.М., Кириллов Г. А. Способ определения места повреждения кабельной линии: патент на изобретение 2653583 RU, БИПМ, 13.04.2017, опубл. 11.05.2018. Бюл. № 8. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2653583C1_20180511

9. Измеритель неоднородностей линий Р5-10. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва: Машприборторг, 1982.

10. Кашин Я.М., Кириллов Г. А., Елфимов М.А. Устройство ввода параметров кабельной линии электропередачи: патент на изобретение 2692119 RU, БИПМ, 01.11.2018, опубл. 21.06.2019. Бюл. № 8. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2692119C 1_20190621

References

1. Kokarev V.V., Pavlov S.G. Method of determining of cable line failure point: Copyright certificate RUS No. 1817044. 23.05.1993 in BI No. 19. URL: https://edrid.ru/rid/218.016.527c.html

2. Tarasov N.A. Using pulse method for determination of scatterometry were introduced damage of cable lines. URL: http://reis205.narod.ru/metod.htm (access date 9.12.2016).

3. P5-13 line inhomogeneity meter. Technical description and operating instructions. Moscow: Mashpri- borintorg, 1988.

4. Kashin Ya.M., Kirillov G.A. Energy- and labor-saving technology of determining the cable line failure point // The Bulletin of the Adyghe State University. Ser.: Natural-Mathematical and Technical Sciences. 2019. Iss. 1 (236). P. 74-80. URL: http://vestnik.adygnet.ru

5. Prevezentsev V.A., Larina E.T. Power cables and high-voltage cable lines. Moscow: Publishing House Energiya, 1970. 245 p.

6. Kranikhfeld L.I., Ryazanov I.B. Theory calculation and design of cables and wires. Moscow: Publishing House High School, 1972. 284 p.

7. Belorussov N.I. Electrical cables and wires. Moscow: Publishing House Energiya, 1971. 512 p.

8. Kashin Ya.M., Kirillov G.A. Method of determining of cable line failure point: patent for Invention RUS 2653583, 13.04.2017, date of publication 11.05.2018. Bull. No. 8. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2653583C1_20180511

9. P5-10 line inhomogeneity meter. Technical description and operating instructions. Moscow: Mashpriborintorg, 1982.

10. Kashin Ya.M., Kirillov G.A., Elfimov М.А. Cable power line parameters input device: patent for Invention RUS 2692119, 01.11.2018, date of publication 21.06.2019. Bull. No. 18. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2692119C 1_20190621

Размещено на Allbest.ru