Методика прожига изоляции кабеля и приборная база устройств прожига

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ковровская государственная технологическая академия

им. В.А. Дегтярева

Методика прожига изоляции кабеля и приборная база устройств прожига

Милютин Дмитрий Анатольевич

г. Ковров

При работе электроустановок периодически возникают неисправности связанные как с электрооборудованием, так и с линиями питания. Изоляция со временем теряет свои изоляционные свойства, трескается или повреждается другим способом. В результате этого происходит утечка тока либо на экран, либо на другую жилу. Для поиска места неисправности отключают концы кабеля и прозванивают, проверяют сопротивление изоляции мегомметром. Если замер сопротивления дал неудовлетворительные результаты приходят к заключению, что необходим ремонт линии. Прожиг кабеля - ответственная и сложная технологическая задача. Главное - это не повредить исправную часть кабеля, т.к. тогда будет необходимо заменять его полностью. При правильном прожиге ремонт линии заключается в удалении неисправного участка и замещении его исправным кабелем при помощи соединительных муфт. При повреждении соединительной муфты также может потребоваться наращивание кабеля. Так как высоковольтный кабель проложен под землей,прожиг осуществляется так же на глубине залегания кабеля (60-70 см).

Актуальность данной статьи заключается в том что профилактические проверки кабельных линий являются необходимостью для бесперебойной работы электросети и избежания аварийных ситуаций. Для качественной, высокоточной и безопасной проверки необходим грамотный подбор и использование устройств прожига. Целью данной статьи является описание процессов прожига кабеля, и анализ установок для прожига, представленных на рынке РФ.

Выделяют два вида повреждений - обрыв кабеля или одной из его жил и замыкание. Однако, замыкание не столь однозначно, оно может быть низкоомным и высокоомным. В первом случае, обычная прозвонка покажет КЗ, во втором - нет. Для уменьшения сопротивления поврежденного места необходимо прожечь изоляцию до образования низкоомного замыкания или перевода однофазного замыкания в 2-3-фазное [1]. Начальный этап прожига кабеля происходит под высоким напряжением, но с низким током. Под действием высокого напряжения происходит пробой изоляции и начинает протекать ток. Постепенно напряжение пробоя изоляции снижается вместе с сопротивлением поврежденного участка. По мере роста тока и снижения сопротивления, понижают напряжение прожига и повышают ток. Так добиваются снижения сопротивления с десятков кОм до единиц-десятков Ом. Напряжение снижают для ограничения мощности прожига. Этот процесс проводят как при постоянном, так и при переменном токе, алгоритмы работы установки зависят от конкретной модели. Прожиг кабеля позволяет локализировать поврежденный участок, как визуально, так и по запаху гари и прочим последствиям процесса.

Среди типовых ситуаций можно выделить пробой в соединительной муфте. Тогда для прожига характерно снижение сопротивления в процессе выполнения работ и обратное повышение после его завершения. Другой случай, когда поврежденное место находится под водой и протекает практически постоянное значение тока, а сопротивление поврежденного участка остается в пределах 2-3 кОм. После прожига проводят поиск поврежденного места акустическим или индукционным методом [2, с. 83]. При прожиге кабелей под высоким напряжением происходят пробои, а после 5-10 минут повторения процедуры напряжение пробоя снижается, тогда установку переводят на другую ступень прожига. Если в процессе проведения прожига места повреждения силовых кабелей напряжение пробоя обратно повысилось, установку вновь переводят на большее напряжение и так, пока не добьются устойчивых низкоомных результатов и образования надежного металлического мостика между жилами.

Для разрушения металлического соединения, возникшего в результате пробоя, используют импульсные электродинамические воздействия, например, путем разряжения ёмкости двух исправных жил на третью и экран. Или используют ёмкость батареи конденсаторов заряженных до высокого напряжения (порядка 5 кВ) и ёмкости до 200 мкФ. От ёмкости прямо пропорционально зависит энергия разряда. При первичном высоковольтном прожиге токи составляют доли и единицы ампер, а при дальнейших понижениях напряжения ток возрастает до 102 А. На рис 1. изображена одна из схем прожига кабеля, где нижняя жила повреждена.

Рис.1. Схема прожига кабеля с поврежденной нижней жилой [1].

Установки для прожига и диагностики кабеля

Установки для прожига и диагностики кабеля весят достаточно много, а поврежденный кабель приходится искать где угодно: и в тоннеле, и под землей и в кабельной сборке. Поэтому электролаборатории обычно оборудуют передвижные установки на базе автомобилей или автобусов. Кроме установки автомобиль оборудуется бензиновым или дизельным генератором. Установки дляпрожига места повреждения силовых кабелей обычно не универсальны, рассчитаны под конкретный ряд напряжений, регулируемых ступенчато или не имеют ступеней регулировки. Приведем несколько примеров:

Установка АПУ 1-3М, выдаёт напряжение до 24 кВ, а ток до 30 А.

Установка ВУПК-03-25, напряжение 25 кВ, ток - 55А.

Установка ИПК-1, комбинированная, состоит из ВПУ-60 и МПУ-3 Феникс, прожигает напряжением до 60 кВ, выходные токи до 20А. Низковольтная дожигающая установка: УД-300 и ВП-300, выдает 250 Вольт с током до 300А [3, с. 3-4].

Другим известным решением является устройство для поиска мест замыканий в кабельных изделиях, которое содержит источник тока частотой 100 Гц, содержащий первичную обмотку, вторичную высоковольтную обмотку и обмотку дожига на стержне магнитопровода, двухполупериодный выпрямитель, амперметр, низковольтный тиристор, блок управления, реле с нормально замкнутым контактом, диод, высоковольтный выпрямитель, высоковольтный тиристор, блок управления высоковольтным тиристором, резистор, причем к обмотке дожига подключен двухполупериодный выпрямитель, положительный вывод которого через амперметр, низковольтный тиристор, реле и диод подключен к первому выводу выхода устройства, вход блока управления подключен между реле и низковольтным тиристором, а выход -- к управляющему электроду этого тиристора, к первому выводу выхода устройства подсоединены также блок управления высоковольтным тиристором, соединенный с управляющим электродом высоковольтного тиристора через нормально замкнутый контакт реле, и соединенные последовательно этот тиристор, резистор, высоковольтный выпрямитель и вторичная высоковольтная обмотка, которая соединена с отрицательным выводом двухполупериодного выпрямителя и вторым выводом выхода устройства [4].

Этапы процесса прожига

Первый этап -- предварительный высоковольтный прожиг, осуществляется с помощью высокого напряжения и низких токов до момента образования пробоя в кабеле. Стандартная прожигающая установка выдает максимальное напряжение порядка 20-25 кВ. Процесс высоковольтного прожига происходит следующим образом: на поврежденный кабель подается минимальное напряжение и затем происходит его плавный подъем до 20-25 кВ или до того значения, на котором удается добиться пробоя, после чего начинается процесс прожига.

Максимальное напряжение при прожиге не должно превышать 0,5-0,7 U исп., однако на практике такого напряжения не всегда хватает, чтобы осуществить предварительный прожиг. Если прожигающая установка, выдающая максимальное напряжение 20-25 кВ, не в состоянии обеспечить пробой кабеля, дополнительно в комплексе с ней используют установку с максимальным напряжением 60-70 кВ, но с меньшей мощностью [5, с. 178]. Оборудование данного типа называют установками для испытаний и прожига высоковольтных кабелей, они могут подключаться к прожигающей установке либо использоваться обособленно.

Второй этап -- прожиг, начинается с момента пробоя кабеля и возникновения короткого замыкания и осуществляется с помощью понижения напряжения и увеличения силы тока до момента преобразования однофазного замыкания в двух или трехфазное (сваривания жилы с жилой). Вначале источник высокого напряжения разрушает изоляцию кабеля минимальным током, затем, по мере того как осуществляется прожиг, значения напряжения постепенно снижаются, а значения тока увеличиваются. В случае дополнительного использования установки для испытания и прожига с максимальным напряжением 60-70 кВ, она производит процесс прожига напряжением от 60-70 кВ до 20-25 кВ, после чего в работу автоматически включается основная прожигающая установка, обладающая большей мощностью.

Третий этап -- дожиг, является завершающим этапом прожига и производится на низких напряжениях и высоких токах порядка 20-60 А в зависимости от модели прожигающей установки. Данный этап осуществляется с помощью низковольтного источника, который автоматически подключается при падении напряжения до определенных значений. В случае возникновения замыкания одной жилы на оболочку для разрушения проводящего мостика между жилой и оболочкой используют специальные достаточно мощные прожигающие установки, способные выдавать большие значения токов (300 А). Нужно отметить, что использование установок данного типа может приводить к снижению ресурса кабеля и его повреждению в иных, «слабых» местах.

Перечень основных характеристик

Основными показателями устройств прожига является выходное напряжение и ток. Не менее значимая характеристика - количество ступеней. Здесь необходимо дать пояснение. Дело в том, что рассчитывать на эффективность прожига прибором можно только в тех случаях, когда внутреннее сопротивление аппарата и значение переходного сопротивления в проблемном месте примерно одного порядка. То есть, на практике невозможен прибор, способный поддерживать пиковое напряжение при небольшом внутреннем сопротивлении [6]. Единственный выход из создавшегося положения - многоступенчатая методика [7]. Она заключается в переключении на источник с меньшим напряжением при понижении переходного сопротивления. Современные аппараты для прожига могут быть оснащены тремя-шестью ступенями прожига.

Ниже приведена таблица 1, с основными характеристиками различных многоступенчатых моделей:

Таблица 1.

Ниже представлена сравнительная таблица 2, стоимости устройств прожига кабеля на 2018год в соответствии с Госреестром [8].

Таблица 2.

Исходя из таблиц с характеристиками устройств и их стоимости, следует отметить, что в сравнении с другими устройствами, выгоднее всего для прожига изоляции высоковольтных кабелей использовать прибор ВУПК-04-25, так как его характеристики (выходное напряжение и ток, характеристики ступеней) в совокупности со стоимостью, наиболее оптимальны.

Для поиска повреждений и для прожига кабелей электрикам недостаточно переносных приборов и используется целая передвижная лаборатория на базе какого-либо автомобиля. Обычно в российском исполнении такой автомобиль имеет на кузове надпись ЛВИ, что расшифровывается как лаборатория высоковольтных испытаний. При этом оборудование лаборатории в основном состоит из жёстко закреплённых в кузове автомобиля установок. Учитывая, что в схеме ЛВИ используются большие напряжения и токи, некоторая часть оборудования выполняет защитные функции.

В данной статье я постарался охватить как можно больше факторов описывающих процесс прожига изоляции и могу сделать вывод, что на сегодняшний момент устройства прожига кабеля являются современным средством для проведения профилактических испытаний, которое будет использоваться на протяжении долгого времени как надежный и относительно простой метод проверки состояния изоляции.

При работе электроустановок периодически возникают неисправности связанные как с электрооборудованием, так и с линиями питания. Изоляция со временем теряет свои изоляционные свойства, трескается или повреждается другим способом. В результате этого происходит утечка тока либо на экран, либо на другую жилу. Для поиска места неисправности отключают концы кабеля и прозванивают, проверяют сопротивление изоляции мегомметром. Если замер сопротивления дал неудовлетворительные результаты приходят к заключению, что необходим ремонт линии. Прожиг кабеля - ответственная и сложная технологическая задача. Главное - это не повредить исправную часть кабеля, т.к. тогда будет необходимо заменять его полностью. При правильном прожиге ремонт линии заключается в удалении неисправного участка и замещении его исправным кабелем при помощи соединительных муфт. При повреждении соединительной муфты также может потребоваться наращивание кабеля. Так как высоковольтный кабель проложен под землей,прожиг осуществляется так же на глубине залегания кабеля (60-70 см).

Актуальность данной статьи заключается в том что профилактические проверки кабельных линий являются необходимостью для бесперебойной работы электросети и избежания аварийных ситуаций. Для качественной, высокоточной и безопасной проверки необходим грамотный подбор и использование устройств прожига. Целью данной статьи является описание процессов прожига кабеля, и анализ установок для прожига, представленных на рынке РФ. кабельный линия высоковольтный

Выделяют два вида повреждений - обрыв кабеля или одной из его жил и замыкание. Однако, замыкание не столь однозначно, оно может быть низкоомным и высокоомным. В первом случае, обычная прозвонка покажет КЗ, во втором - нет. Для уменьшения сопротивления поврежденного места необходимо прожечь изоляцию до образования низкоомного замыкания или перевода однофазного замыкания в 2-3-фазное [1]. Начальный этап прожига кабеля происходит под высоким напряжением, но с низким током. Под действием высокого напряжения происходит пробой изоляции и начинает протекать ток. Постепенно напряжение пробоя изоляции снижается вместе с сопротивлением поврежденного участка. По мере роста тока и снижения сопротивления, понижают напряжение прожига и повышают ток. Так добиваются снижения сопротивления с десятков кОм до единиц-десятков Ом. Напряжение снижают для ограничения мощности прожига. Этот процесс проводят как при постоянном, так и при переменном токе, алгоритмы работы установки зависят от конкретной модели. Прожиг кабеля позволяет локализировать поврежденный участок, как визуально, так и по запаху гари и прочим последствиям процесса.

Среди типовых ситуаций можно выделить пробой в соединительной муфте. Тогда для прожига характерно снижение сопротивления в процессе выполнения работ и обратное повышение после его завершения. Другой случай, когда поврежденное место находится под водой и протекает практически постоянное значение тока, а сопротивление поврежденного участка остается в пределах 2-3 кОм. После прожига проводят поиск поврежденного места акустическим или индукционным методом [2, с. 83]. При прожиге кабелей под высоким напряжением происходят пробои, а после 5-10 минут повторения процедуры напряжение пробоя снижается, тогда установку переводят на другую ступень прожига. Если в процессе проведения прожига места повреждения силовых кабелей напряжение пробоя обратно повысилось, установку вновь переводят на большее напряжение и так, пока не добьются устойчивых низкоомных результатов и образования надежного металлического мостика между жилами.

Для разрушения металлического соединения, возникшего в результате пробоя, используют импульсные электродинамические воздействия, например, путем разряжения ёмкости двух исправных жил на третью и экран. Или используют ёмкость батареи конденсаторов заряженных до высокого напряжения (порядка 5 кВ) и ёмкости до 200 мкФ. От ёмкости прямо пропорционально зависит энергия разряда. При первичном высоковольтном прожиге токи составляют доли и единицы ампер, а при дальнейших понижениях напряжения ток возрастает до 102 А. На рис 1. изображена одна из схем прожига кабеля, где нижняя жила повреждена.

Рис.1. Схема прожига кабеля с поврежденной нижней жилой [1].

Установки для прожига и диагностики кабеля

Установки для прожига и диагностики кабеля весят достаточно много, а поврежденный кабель приходится искать где угодно: и в тоннеле, и под землей и в кабельной сборке. Поэтому электролаборатории обычно оборудуют передвижные установки на базе автомобилей или автобусов. Кроме установки автомобиль оборудуется бензиновым или дизельным генератором. Установки дляпрожига места повреждения силовых кабелей обычно не универсальны, рассчитаны под конкретный ряд напряжений, регулируемых ступенчато или не имеют ступеней регулировки. Приведем несколько примеров:

Установка АПУ 1-3М, выдаёт напряжение до 24 кВ, а ток до 30 А.

Установка ВУПК-03-25, напряжение 25 кВ, ток - 55А.

Установка ИПК-1, комбинированная, состоит из ВПУ-60 и МПУ-3 Феникс, прожигает напряжением до 60 кВ, выходные токи до 20А. Низковольтная дожигающая установка: УД-300 и ВП-300, выдает 250 Вольт с током до 300А [3, с. 3-4].

Другим известным решением является устройство для поиска мест замыканий в кабельных изделиях, которое содержит источник тока частотой 100 Гц, содержащий первичную обмотку, вторичную высоковольтную обмотку и обмотку дожига на стержне магнитопровода, двухполупериодный выпрямитель, амперметр, низковольтный тиристор, блок управления, реле с нормально замкнутым контактом, диод, высоковольтный выпрямитель, высоковольтный тиристор, блок управления высоковольтным тиристором, резистор, причем к обмотке дожига подключен двухполупериодный выпрямитель, положительный вывод которого через амперметр, низковольтный тиристор, реле и диод подключен к первому выводу выхода устройства, вход блока управления подключен между реле и низковольтным тиристором, а выход -- к управляющему электроду этого тиристора, к первому выводу выхода устройства подсоединены также блок управления высоковольтным тиристором, соединенный с управляющим электродом высоковольтного тиристора через нормально замкнутый контакт реле, и соединенные последовательно этот тиристор, резистор, высоковольтный выпрямитель и вторичная высоковольтная обмотка, которая соединена с отрицательным выводом двухполупериодного выпрямителя и вторым выводом выхода устройства [4].

Этапы процесса прожига

Первый этап -- предварительный высоковольтный прожиг, осуществляется с помощью высокого напряжения и низких токов до момента образования пробоя в кабеле. Стандартная прожигающая установка выдает максимальное напряжение порядка 20-25 кВ. Процесс высоковольтного прожига происходит следующим образом: на поврежденный кабель подается минимальное напряжение и затем происходит его плавный подъем до 20-25 кВ или до того значения, на котором удается добиться пробоя, после чего начинается процесс прожига.

Максимальное напряжение при прожиге не должно превышать 0,5-0,7 U исп., однако на практике такого напряжения не всегда хватает, чтобы осуществить предварительный прожиг. Если прожигающая установка, выдающая максимальное напряжение 20-25 кВ, не в состоянии обеспечить пробой кабеля, дополнительно в комплексе с ней используют установку с максимальным напряжением 60-70 кВ, но с меньшей мощностью [5, с. 178]. Оборудование данного типа называют установками для испытаний и прожига высоковольтных кабелей, они могут подключаться к прожигающей установке либо использоваться обособленно.

Второй этап -- прожиг, начинается с момента пробоя кабеля и возникновения короткого замыкания и осуществляется с помощью понижения напряжения и увеличения силы тока до момента преобразования однофазного замыкания в двух или трехфазное (сваривания жилы с жилой). Вначале источник высокого напряжения разрушает изоляцию кабеля минимальным током, затем, по мере того как осуществляется прожиг, значения напряжения постепенно снижаются, а значения тока увеличиваются. В случае дополнительного использования установки для испытания и прожига с максимальным напряжением 60-70 кВ, она производит процесс прожига напряжением от 60-70 кВ до 20-25 кВ, после чего в работу автоматически включается основная прожигающая установка, обладающая большей мощностью.

Третий этап -- дожиг, является завершающим этапом прожига и производится на низких напряжениях и высоких токах порядка 20-60 А в зависимости от модели прожигающей установки. Данный этап осуществляется с помощью низковольтного источника, который автоматически подключается при падении напряжения до определенных значений. В случае возникновения замыкания одной жилы на оболочку для разрушения проводящего мостика между жилой и оболочкой используют специальные достаточно мощные прожигающие установки, способные выдавать большие значения токов (300 А). Нужно отметить, что использование установок данного типа может приводить к снижению ресурса кабеля и его повреждению в иных, «слабых» местах.

Перечень основных характеристик

Основными показателями устройств прожига является выходное напряжение и ток. Не менее значимая характеристика - количество ступеней. Здесь необходимо дать пояснение. Дело в том, что рассчитывать на эффективность прожига прибором можно только в тех случаях, когда внутреннее сопротивление аппарата и значение переходного сопротивления в проблемном месте примерно одного порядка. То есть, на практике невозможен прибор, способный поддерживать пиковое напряжение при небольшом внутреннем сопротивлении [6]. Единственный выход из создавшегося положения - многоступенчатая методика [7]. Она заключается в переключении на источник с меньшим напряжением при понижении переходного сопротивления. Современные аппараты для прожига могут быть оснащены тремя-шестью ступенями прожига.

Ниже приведена таблица 1, с основными характеристиками различных многоступенчатых моделей:

Таблица 1.

Ниже представлена сравнительная таблица 2, стоимости устройств прожига кабеля на 2018год в соответствии с Госреестром [8].

Таблица 2.

Заключение

Исходя из таблиц с характеристиками устройств и их стоимости, следует отметить, что в сравнении с другими устройствами, выгоднее всего для прожига изоляции высоковольтных кабелей использовать прибор ВУПК-04-25, так как его характеристики (выходное напряжение и ток, характеристики ступеней) в совокупности со стоимостью, наиболее оптимальны.

Для поиска повреждений и для прожига кабелей электрикам недостаточно переносных приборов и используется целая передвижная лаборатория на базе какого-либо автомобиля. Обычно в российском исполнении такой автомобиль имеет на кузове надпись ЛВИ, что расшифровывается как лаборатория высоковольтных испытаний. При этом оборудование лаборатории в основном состоит из жёстко закреплённых в кузове автомобиля установок. Учитывая, что в схеме ЛВИ используются большие напряжения и токи, некоторая часть оборудования выполняет защитные функции.

В данной статье я постарался охватить как можно больше факторов описывающих процесс прожига изоляции и могу сделать вывод, что на сегодняшний момент устройства прожига кабеля являются современным средством для проведения профилактических испытаний, которое будет использоваться на протяжении долгого времени как надежный и относительно простой метод проверки состояния изоляции.

Список литературы

1. Чащин Е.А., Метлина Н.А., Курикова Н.А., Бадалян Н.П. Электрические измерения. -- Ковров : Редакционно-издательский совет КГТА, 2015. -- С. 95.

2. Чащин Е.А., Балашова С.А., Митрофанов А.А, Молокин Ю.В. Общая энергетика и энергосбережение. -- Ковров : Редакционно-издательский совет КГТА, 2013. -- С. 255.

Аннотация

Силовые высоковольтные кабели используются практически на каждом промышленном объекте. Новая кабельная линия проверяется в обязательном порядке, кроме того, существует регламент по периодичности проверки кабеля. Самым простым способом проверки качества силового кабеля, является работа с прожигом изоляции.

Высоковольтные испытания кабеля должны проводиться уполномоченной организацией, имеющей оборудование, специалистов и опыт проведения подобных измерений.

Следует отметить, что прожигание также позволяет сравнительно просто выявлять повреждения в концевых заделках и на вскрытых кабелях по нагреву, появлению дыма и запаха гари. Прожигание может проводиться как на постоянном, так и на переменном токе.

Ключевые слова: прожиг, кабель, высоковольтные испытания, изоляция, надежность

Power high-voltage cables are used in almost every industrial facility. The new cable line is checked on a mandatory basis, in addition, there is a regulation on the frequency of cable testing. The easiest way to check the quality of the power cable is to work with insulation burning.

High-voltage cable tests should be conducted by an authorized organization that has equipment, specialists, and experience in conducting such measurements.

It should be noted that burning also makes it relatively easy to detect damage in the terminations and on exposed cables due to heating, smoke and the smell of burning. Burning can be carried out on both direct and alternating currents.

Keywords: burn, cable, high-voltage tests, insulation, reliability

Размещено на Allbest.ru