Кабели из сшитого полиэтилена

1. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ КАБЕЛЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

1.1 Кабели из сшитого полиэтилена.

     В настоящее время на российском рынке кабельно-проводниковой продукции наблюдается стабильное увеличение производства-потребления кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Технология изготовления высоковольтных силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена является одной из наиболее прогрессивных технологий в кабельной технике. Сшитый полиэтилен идеально подходит для изоляции высоковольтных кабелей. Массовое производство высоковольтных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена началось еще в 70-х годах прошлого столетия.
     Современные СПЭ-кабели благодаря своей конструкции, технологии изготовления и совершенным изоляционным материалам технически более совершенны и более экономичны по сравнению с маслонаполненными кабелями и в последние годы быстро вытесняют в новых проектах кабели с бумажной изоляцией.
     Основным преимуществом использования кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена является более высокая надежность КЛ, что связано как с улучшенным качеством кабеля, так и с технологией монтажа концевых и соединительных муфт. Кроме того, СПЭ - кабели имеют меньший диаметр и легче, чем кабели с бумажно-масляной изоляцией, и поэтому они могут прокладываться большими длинами, что уменьшает число соединений и увеличивает надежность линий. Отсутствие жидких компонентов в изоляции позволяет использовать СПЭ - кабели в широком диапазоне окружающих температур и без ограничений по разности высот прокладки.
     Основные типы повреждений кабелей:
     * внешние повреждения изоляции, которые возникают в результате нарушения технологии прокладки. Такие повреждения составляют 70% общего количества регистрируемых повреждений кабеля;
     * внутренние повреждения изоляции, которые являются результатом несоблюдения правил эксплуатации (испытанием постоянным напряжением), а также вызываются естественным устареванием (появление триингов, водных деревьев);
     * различные повреждения имеющегося защитного экрана кабеля;
     * разнотипные повреждения кабельных жил.
Основные типы повреждений кабелей указаны на рисунке 1.


Рисунок 1 – повреждение кабеля из сшитого полиэтилена

Классификация кабелей с изоляцией на базе сшитого полиэтилена:
* Напряжение для силового кабеля (измеряется в киловольтах) – 6, 10, 15, 20, 30 и 35 кВ (первая группа); 45, 60, 110, 132 и 150 кВ (вторая группа); 220 и 330 кВ (третья группа);
* площадь сечения токопроводящей жилы – от 35 до 1600 мм2 для первой группы; от 70 до 2000 мм2 для второй группы; от 400 до 2000 мм 2 для третьей группы;
* количество токоведущих жил может быть 1 или 3 (третья и вторая группы высоковольтных кабелей имеет только одну жилу, первая группа может иметь одну либо три жилы для трёхфазных линий электропередач);
* материалом токоведущей жилы может выступать медь либо алюминий (первая буква «А» в маркировке);
* оболочка выполняется из ПВХ пластиката, полиэтилена, полимерной композиции;
* бронирование осуществляется стальными лентами, стальной проволокой, алюминиевой проволокой.
     Условные буквенно-цифровые обозначения (маркировка) кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена:
     * А — алюминиевая токоведущая жила, нет обозначения — медная токоведущая жила,
     * Пв — материал изоляции — сшитый (вулканизированный) полиэтилен,
     * П или В — оболочка из полиэтилена или ПВХ-пластиката,
     * у — усиленная полиэтиленовая оболочка увеличенной толщины,
     * нг — оболочка из ПВХ-пластиката пониженной горючести,
     * нгд — оболочка из ПВХ-пластиката пониженного дымогазовыделения,
     * г — продольная герметизация экрана водоблокирующими лентами,
     * 1 или 3 — количество токоведущих жил,
     * 50—800 — сечение токоведущей жилы, мм2,
     * гж — герметизация токоведущей жилы, 
     * 16—35 — сечение экрана, мм2,
     * 1—500 — номинальное напряжение, кВ.
Пример обозначения: АПвПг 1x240/35—10 — кабель с алюминиевой жилой (А), СПЭ - изоляцией (Пв), полиэтиленовой оболочкой (П), герметизацией экрана (г), одножильный (1), сечение жилы 240 мм2, сечение экрана 35 мм2, номинальное напряжение 10 кВ.
     При современной технологии изготовления кабелей в процессе вулканизации (сшивки) полиэтиленовой изоляции происходит изменение молекулярной структуры полиэтилена и образуются новые межмолекулярные связи, что приводит к улучшению электрических и механических свойств изоляции. Процесс вулканизации (сшивки) особо чистого полиэтилена при пероксидной технологии производится химическим способом в “вулканизационной трубе” в среде нейтрального газа (азота) при высоком давлении (8-9 атмосфер) и высокой температуре (285-400 ?) с использованием в качестве реагента пероксида дикумила. При высокой температуре сшивка происходит равномерно по всей толщине изоляции без пустот и посторонний включений. Эта технология применяется в вертикальных (наклонных) экструзионных линиях. Для улучшения электроизоляционных свойств и исключения возможности образования дефектов в изоляции используется также более совершенный процесс “сухой” сшивки или. При использовании этого метода на жилу, которая подается с барабана, немедленно накладывается изоляционный компаунд, не содержащий влаги и посторонних включений. Далее жила сразу поступает в “вулканизационную трубу”, где производится сшивка изоляции посредством нагрева “вулканизационной трубы” постоянным током, т.е. изолированная жила не подвергается воздействию азота. Необходимо отметить, что экструзия электропроводящего экрана по жиле, слоя изоляции и электропроводящего экрана по изоляции осуществляется одновременно, т.е. происходит трехслойное экструдирование. Такая технология обеспечивает хорошую адгезию между экранами и изоляцией, а также отсутствие газовых включений в изоляции и на границе с экранами. 
     Токопроводящие медные или алюминиевые жилы СПЭ - кабелей изготавливаются уплотненными и герметизированными, а при сечении жилы более 1000-1200 мм2 сегментированными для уменьшения поверхностного эффекта.
     Внутренний полупроводящий слой, изоляция и внешний полупроводящий слой выпресовываются одновременно из композиций сшиваемого полиэтилена высокой частоты. При этом толщина и эксцентриситет слоев непрерывно контролируются приборами лазерного контроля.
     Металлический экран кабеля состоит из медных проволок и спирально наложенной медной ленты. Сечение экрана выбирается по условию протекания токов короткого замыкания. Для обеспечения продольной герметизации используется слой водонабухающего материала. 
Для надежной защиты изоляции кабелей от влаги используется оболочка из алюмополимерной ленты, сваренной c полиэтиленовой или ПВХ оболочкой, для радиальной герметизации. Элементы конструкции СПЭ - кабелей с пластмассовой оболочкой представлен на рисунке 2 
     


Рисунок 2 – Элементы конструкции СПЭ - кабелей с пластмассовой оболочкой
     
     Помимо оболочки из полиэтилена или ПВХ-пластиката (стандартный вариант для кабелей, проложенных в земле), может использоваться усиленная полиэтиленовая оболочка с продольными ребрами жесткости (для сложных трасс).Элементы конструкции представлены ниже на рисунке 3.
     


Рисунок 3 – Элементы конструкции СПЭ - кабелей со свинцовой оболочкой

     Также может использоваться свинцовая оболочка или гофрированная алюминиевая оболочка. Поверх внешней оболочки может накладываться слой, защищающий кабель от возгорания. Для измерения температуры нагрева кабеля по всей трассе и для передачи данных в кабель (между проволоками экрана или под свинцовой оболочкой) могут быть интегрированы оптоволоконные нити. Кабели со свинцовой оболочкой представлен на рисунке 4
       
     
     
Рисунок 4 – Элементы конструкции СПЭ-кабелей с алюминиевой оболочкой

     К настоящему времени рядом ведущих зарубежных фирм разработаны и выпускаются одножильные СПЭ - кабели напряжнение до 420–550 кВ с сечением токопроводящей жилы до 2500-3000 мм2 и с пропускной способностью до 1000 МВА.
     В последние годы за рубежом находят применение также трехжильные кабели с СПЭ - изоляцией в стальной трубе.  Кабели специально были разработаны для возможности использования уже существующих труб при реконструкции старых линий. Конструкция трехжильных кабелей представлена на рисунке 5
     


     Рисунок 5 – Элементы конструкции трехжильных СПЭ-кабелей 132 кВ в стальной трубе
     Ведущими зарубежными производителями высоковольтных СПЭ-кабелей являются компании ABB, NEXANS, Pirelli, NKT Cable, корпорация Sumitomo Electric.
     В России освоен выпуск кабелей c с изоляцией из сшитого полиэтилена на номинальное напряжение 110 кВ (производитель – ЗАО “АББ Москабель”) c использованием новейших технологий (по лицензии фирмы АВВ Energiekabel). 
     Конструктивно кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена напряжением 110 кВ (марок ПвП, ПвПу, АПвП, АПвПу) состоит из круглой многопроволочной медной или алюминиевой жилы сечением от 185 до 800 мм2, полупроводящего слоя по жиле, изоляции из сшитого полиэтилена толщиной 15-16 мм, полупроводящего слоя по изоляции, полупроводящей ленты, экрана из медных проволок и медной ленты, полупроводящей ленты, оболочки из полиэтилена или ПВХ пластиката. Для обеспечения продольной герметизации в кабелях индексом “г” используется слой водонабухающего материала. При контакте с водой этот слой разбухает и формирует продольный барьер, предотвращая распространение влаги при повреждении наружной оболочки. Кабели имеют оболочку из черного полиэтилена. Кабели с индексом “у” имеют усиленную полиэтиленовую оболочку с продольными ребрами жесткости (используются при прокладке на сложных участках кабельных трасс).
     Все кабели комплектуются соответствующей кабельной арматурой, состоящей из элементов заводской сборки (изолирующие части и конуса изготавливаются из силиконовой резины), включая концевые муфты наружной установки, муфты для ввода в элегазовые КРУ и трансформаторы, соединительные муфты.
     В последние годы КЛ высокого и сверхвысокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена широко применяются при организации глубоких вводов в центральные районы крупнейших городов мира, так как они помимо надежного электроснабжения, обеспечивают минимальный землеотвод и максимальное сохранение окружающей среды.
      
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     1.2 Методы диагностики.

     Электрические кабели при работе подвергаются воздействию различных эксплуатационных факторов: рабочей напряженности, перенапряжениям, повышенным температурам, влажности, механическим нагрузкам и т.д. Эти воздействия приводят к старению электрической изоляции, к пробоям и выходу из строя кабельных изделий. В связи с возрастающими требованиями к надежности и бесперебойному питанию потребителей возникает необходимость определения наработанного ресурса кабелей в условиях эксплуатации и остаточного ресурса.  Особое значение имеют неразрушающие методы контроля состояния и прогнозирования надежности кабелей. В основе неразрушающего метода используется подход, основанный на определении корреляционной зависимости характеристик изоляции кабелей с характеристиками, прямо связанными с ресурсом кабелей. Корреляция значений этого параметра с наработкой устанавливается экспериментально. Известно, что основной причиной выхода из строя кабелей с полиэтиленовой изоляцией (ПЭ), находящихся при длительном воздействии повышенных температур и механических нагрузок при рабочих напряжениях, является растрескивание оболочек и изоляции кабелей.
     Диагностика кабелей – это определение состояния изоляции и гарнитур кабельных линий. На основании этого принимается решение по продолжению эксплуатации, ремонта или замены кабелей. По сравнению с испытаниями кабели почти не подвергаются нагрузке, и поэтому не возникает пробоя кабеля возможных слабых мест. Основные преимущества диагностики кабелей: 
      Возможность избежать затраты при выходе из строя кабелей, если имеется информация, основанная на диагностике, о состоянии кабеля. 
     Определение остаточного срока службы более старых участков кабелей. Благодаря этому можно избежать новой прокладки кабеля, в которой нет необходимости. 
     Экономия затрат благодаря частичной замене участков кабелей на протяженных кабельных линиях. Как показывает опыт, сильное или критическое старение часто имеет место на более протяженных кабельных линиях. Надежность эксплуатации и энергоснабжения могут определяться методами диагностики и испытаний при соответствующей комбинации.
     Качественное выполнение нового монтажа или ремонт муфт и концевых заделок можно проконтролировать при вводе в эксплуатацию.
     Существуют такие методы диагностики кабелей из сшитого полиэтилена как: измерение тока релаксации в изоляции, измерение частичных разрядов, измерение тангенса угла диэлектрических потерь. Рассмотрим каждый из них.
     
     1.2.1 Метод изменения тока релаксации
     
     Предназначен для диагностики изоляции из сшитого полиэтилена. Это метод измерения разрядного тока, метод амперметра. Проводится после предварительного заряда изоляции напряжением 1 кВ или 2кВ от источника постоянного напряжения и формируется более 30 минут, для равномерного заряда всех элементов емкости кабеля c измерением величины напряжения заряда. Через 5 сек разрядки в течение 30 минут измеряется идущий из кабеля ток релаксации. Характеристика этого тока несет информацию о состоянии старения и повреждения кабеля. Этот ток разлагается на характерные компоненты и обрабатывается при помощи нейрональной оценки. Полная IRC-диагностика трехфазного кабеля продолжается 1 час. 15мин. Кривые разрядного тока в изоляции приведены на рисунке.
     Далее вторая фаза - кратковременный разряд геометрической емкости кабеля (в течение нескольких секунд) через разрядное сопротивление. В этой фазе происходит разряд основной емкости кабеля, а заряд, содержащийся в «поляризационной емкости», характеризующей состояние изоляции кабеля, сохраняется из-за очень большой постоянной времени разряда. Измерение временных характеристик тока релаксации в процессе перезаряда емкости кабеля после окончания кратковременного разряда кабеля. По окончании процесса измерения тока релаксации кабель разряжается через разрядное сопротивление до полного стекания остаточного заряда. В дальнейшем по полученным кривым тока релаксации I=f(t) строятся кривые Себа I*t=f(t),характеризующие состояние и степень старения изоляции диагностируемого кабеля, иопределяются следующие характеристики: максимальная величина I*tmax кривой Себа; время достижения максимальной величины I*tmax кривой Себа. 
     Первый график показывает изменение разрядного тока после отключения источника испытательного тока и разряда геометрической емкости кабельной линии. Он показан на рисунке 6. Хорошо видно, что такой график трудно поддается анализу, так как не имеет характерных точек.
     
     
Рисунок 6 – Изменение разрядного тока после отключения источника испытательного тока
     
     На втором графике для того же сигнала по вертикальной оси отложено произведение величины разрядного тока на время от момента начала регистрации. С физической точки зрения площадь этой кривой пропорциональна величине заряда, накопленной в изоляции. При помощи этой кривой можно легко сравнивать между собой изоляцию нескольких объектов. Второй график представлен на рисунке 7 
     
     
Рисунок 7 – Произведение величины разрядного тока на время от момента начала регистрации

     В соответствии с многослойной схемой замещения изоляции, чем раньше на графике будет наблюдаться пик, тем хуже состояние изоляции и больше ее загрязнение и увлажнение, тем меньшим остаточным ресурсом обладает изоляция контролируемого объекта.
     Следует понимать, что само значение амплитуды пика на этом графике не несет большого физического смысла, обычно график следует рассматривать как безразмерный, сравнивая только времена достижения пика. Из двух одинаковых высоковольтных объектов худшим является тот, в котором амплитудное значение на графике достигается раньше. Аналогично можно говорить и о сравнении изоляции фаз одного объекта. Результат такой диэлектрической диагностики кабелей – это классификация степени старения кабеля, разделенная по группам:„новый“, „состарившийся“, „старый“ или „критический“. Дополнительно выдается прогноз о типичной остаточной электрической прочности актуального объекта измерения на основании сравнения результатов измерения с банком данных, полученным опытным путем. 
     К достоинству метода можно отнести возможность при исследовании дефектных участков кабелей дополнительно оценить, следует заменить весь кабель или его отдельный участок.

     1.2.2 Диагностика методом измерения тангенса угла диэлектрических потерь
     
     Диэлектрические потери имеют важное значение для изоляционных материалов, которые используются в установках высокого напряжения, в высокочастотных аппаратах. В высоковольтных, высокочастотных устройствах это имеет особое значение, т.к. большие диэлектрические потери в электроизоляционном материале вызывают сильный нагрев изготовленного из него изделия и могут привести к его тепловому разрушению.
     Одной из информативных характеристик, чувствительной к состоянию изоляции силовых кабелей является величина тангенса угла диэлектрических потерь (tg?) в изоляции. Абсолютные значения  tg?, измеренные при напряжениях, близких к рабочему, а также его приращения при изменении испытательного напряжения и температуры, характеризуют качество исходных диэлектрических материалов и процесса производства кабелей. По результатам измерения tg? изоляции кабелей в условиях эксплуатации при разных испытательных напряжениях и частотах также можно судить о состоянии и степени старения изоляции эксплуатирующихся  кабелей. С помощью данной методики можно различать новые, слегка и сильно поврежденные кабели. Тангенс угла диэлектрических потерь (также известный как коэффициент мощности) представляет собой отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости. Другими словами тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты, рассеиваемой в диэлектрике во время тестирования или при подаче рабочего напряжения. Величина, обратная tg(б), называется добротностью изоляции. Градация состояния кабельных линий относительно уровня диэлектрических характеристик представлена на рисунке 8 

Рисунок 8 – Градация состояния кабельных линий

     Измерение тангенса угла диэлектрических потерь позволяет:
     * Выявить наиболее проблемные кабели, требующие повышенного внимания;
     * Разработать оптимальную стратегию модернизации кабельного хозяйства сетевых предприятий
     Тем не менее, на значения тангенса угла диэлектрических потерь оказывает влияние локальная интенсивность частичных разрядов в кабеле. Поэтому, получая неудовлетворительные результаты измерений тангенса угла, нельзя констатировать непригодность кабеля к дальнейшей эксплуатации. Данный метод позволяет быстро и без негативного влияния на кабель получить общую картину состояния изоляции и в дальнейшем проблемные кабели взять под контроль.
     Измерение тангенса угла диэлектрических потерь является широко зарекомендовавшим себя методом быстрого, точного и надежного определения состояния изоляции кабеля или любого другого высоковольтного устройства или оборудования. Данная процедура незаменима для обнаружения «водных триингов» в кабелях с изоляцией из сшитого полиэтилена.
      
     1.2.3 Измерение частичных разрядов
     
     Частичный разряд (ЧР) – электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами [ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов]. Единица измерения частичного разряда – пико Кулон (пКл). Физические процессы в изоляции силовых кабелей под воздействием ЧР, т.е.  микроразрядов, возникающих  в местах неоднородности изоляции,  к настоящему времени изучены достаточно хорошо.
     В силовых кабелях основными причинами снижения электрической прочности изоляции в процессе длительной эксплуатации (т.е. старения изоляции) являются  воздействие частичных разрядов (ЧР). Развитие ЧР приводит к интенсивному износу электрической изоляции в области воздушного включения, и к последующему пробою всей изоляции. Однако воздействие ЧР может быть различным, и во многом зависит от интенсивности ЧР. Термин интенсивность отражает количественные характеристики ЧР, например ток или мощность. Разрушающая способность ЧР связана с тем, что они вызывают:
      • повышение локальной напряженности в зоне ЧР;
      • эрозию стенок включения за счет бомбардировки ионами и электронами, образующимися при ЧР;
      • повышение локальной температуры в зоне ЧР за счет выделения энергии;
      • окисления за счет образования активных продуктов.
     Основная опасность частичных разрядов связана со следующими факторами:
     * невозможностью их выявления методом обычных испытаний повышенным выпрямленным напряжением;
     * риском их быстрого перехода до состояния пробоя и, как следствие, создание аварийной ситуации на кабеле.
     Частичные разряды разрушают изоляцию кабеля, медленно и незаметно выводят сам кабель из строя. Его полное разрушение – всего лишь вопрос времени, это может занять и несколько часов, и несколько дней, и даже несколько лет. Наиболее частые источники частичных разрядов – это разделки концевых и соединительных муфт.
     Измерение частичных разрядов и определение их источника позволяет существенно повысить достоверность диагностики изоляции кабелей тем, что выявляет места и участки с явно выраженной дефектностью изоляции. Метод измерения частичных разрядов, в свою очередь, обеспечивает получение достоверной информации об ошибках монтажа или изменениях электрических свойств какого-либо участка изоляции кабеля, которые еще не привели к пробою.
     Вовремя определив место образования частичных разрядов, возможно, отремонтировать кабель прежде, чем он станет совершенно непригодным для использования и повлечет аварию и перебой в электроснабжении.
     Характеристиками ЧР являются: значение кажущегося заряда, частота следования ЧР, средний ток ЧР, средняя мощность ЧР, квадратичный параметр. Графически сигналы частичных разрядов представлены на рисунке 9.




Рисунок 9 – Сигналы частичных разрядов
     Пики на графике – всплески активности частичных разрядов. Далее происходит анализ каждый из выявленных частичных разрядов с выделением явно выраженных. После чего определяется расстояние на кабеле до его источника.
     Результат – графическое отражение количественно-интенсивного состояния частичных разрядов на кабеле представленное на рисунке 10.
     


Рисунок 10 – Графическая локализация частичных разрядов в изоляции кабеля

     Где по оси ОХ откладывается интенсивность частичных разрядов, а по оси ОУ – значение их электрического заряда, на основании которого уже делаются выводы об общем состоянии изоляции кабеля и его отдельных фрагментов.
     Внешними проявлениями процессов развития ЧР являются электрические и акустические явления, выделение газов, свечение,  нагрев изоляции. 
     Существуют различные методы регистрации ЧР: оптические (с помощью фотоэлектронного умножителя); акустические (с помощью акустических датчиков); электрические (регистрация электрических импульсов ЧР).
     Для условий эксплуатации наиболее эффективными являются электрические методы измерений характеристик ЧР, которые и получили наиболее широкое распространение.
     Для регистрации частичных разрядов в различном высоковольтном оборудовании могут быть использованы первичные датчики и регистрирующая аппаратура, работающие втрех различных диапазонах частот:
      - Акустический и ультразвуковой диапазон частот US, до 300 кГц.
      - Высокочастотный диапазон частот HF (ВЧ), от 150 кГц до 30 МГц.
      - Сверхвысокочастотный диапазон частот UHF (СВЧ), от 100 до 1500 МГц.
     При проведении диагностики КЛ методом измерения характеристик ЧР существует два основных подхода: диагностика КЛ под рабочим напряжением и диагностика КЛ, отключенной от питающей сети, т.е. со снятием напряжения. Диагностика под рабочим напряжением может осуществляться как дистанционно (например, c использованием ультразвуковых локаторов), так и с помощью датчиков, К настоящему времени различные способы измерения характеристик ЧР как на отключенных от сети КЛ,  так и под рабочим напряжением без отключения КЛ от сети, реализованы  в  зарубежных   и отечественных приборах и установках  разных конструкций. 
     
     1.2.4  Анализ методов диагностики изоляции из сшитого полиэтилена
     
     Проанализировав описанные ранее методы диагностики кабелей из сшитого полиэтилена, можно прийти к выводу что наиболее оптимальный метод диагностики – метод частичных разрядов. В отличие от других диагностических методов, основанных на измерениях электрических характеристик (диэлектрических потерь, абсорбционных характеристик и т.д.), регистрация характеристик ЧР может выявлять локальные дефектные области и идентифицировать наиболее опасные типы ЧР, что обуславливает преимущество этого метода. Данный метод позволяет оценить качество изоляционной продукции, с определенной долей вероятности определить остаточный ресурс кабеля, вероятность появления повреждений в кабеле. Самым главным критерием выбора именно метода частичных разрядов является возможность мониторинга состояния кабельных линий в режиме  «on-line» т. е. контроль состояния изоляции в режиме реального времени, под рабочим напряжением, без вывода кабеля из работы. Как известно большинство возникающих дефектов в изоляции с СПЭ развиваются за сравнительно короткий период времени, в результате чего периодические испытания, проводимые через определенные промежутки времени с выводом кабеля из работы малоэффективны и не обеспечивают необходимого уровня надежности кабельных линий.
     Снижение аварийности работы кабельных линий возможно только за счет внедрения в эксплуатацию систем непрерывного мониторинга, которые могут контролировать состояние изоляции кабельных линий в режиме реального времени. Только такие системы могут своевременно выявлять быстро развивающиеся дефекты на самых ранних стадиях, тем самым оперативно предотвращать возможные аварийные ситуации с высоковольтным кабельными линиями. Так же возможен вариант контроля с использование систем периодического мониторинга состояния кабельных линий, в которых измерения параметров производится
также на работающей линии в режиме «on-line», но не непрерывно, а через определенные интервалы времени. Поэтому такой мониторинг называется периодическим. При проведении периодического мониторинга обязательно должно выполняться условие, что интервал времени между проведением замеров должен быть, минимум, в два – три раза меньше стандартного времени развития дефекта, от момента его возникновения до достижения критического уровня. Только в этом случае сводится до минимума возможность пропуска быстро развивающихся опасных дефектов. Следовательно, для реализации поставленной задачи наиболее подходящий – метод частичных разрядов.









2.  Обзор диагностических систем и оборудования

     2.1 VMD-10 – универсальный прибор контроля тангенса угла потерь и частичных разрядов в изоляции высоковольтных трансформаторов, кабельных линий, элегазового оборудования. Данный прибор производится отечественной фирмой «DIMRUS», стоимостью – 650000 рублей. 
     «VMD-10» (Vector Measurement Device) предназначен для измерения параметров изоляции различного высоковольтного оборудования – силовых и измерительных трансформаторов, кабельных линий, электрических машин. 
     

Рисунок

     Прибор «VMD-10» обладает уникальным набором функций и возможностей. В нем органично объединены несколько приборов, используемых для проведения измерений параметров высоковольтной изоляции в рабочих (on-line) и тестовых (off-line) режимах.
     Прибор «VMD-10» включает в себя:
     1. Универсальный цифровой трехфазный векторный мост - измеритель диэлектрических параметров высоковольтной изоляции (тангенс угла потерь и емкость изоляции).
     2. Трехканальный измеритель и анализатор частичных разрядов в изоляции трансформаторов и кабельных линий, работающий в «HF» диапазоне частот, от 0,5 до 15,0 МГц.
     3. Трехканальный измеритель частичных разрядов в элегазовом оборудовании (КРУЭ), и внутри баков маслонаполненного оборудования, работающий в «UHF» диапазоне частот, от 100 до 1000 МГц.
     4. Прибор оперативной локации источников частичных разрядов на высоковольтных ОРУ и ЗРУ, в КРУ и кабельных сборках.
     5. Регистратор высокочастотных грозовых и коммутационных импульсов в энергосистеме.
     6. Цифровой регистратор трехфазных токов, напряжений, мощностей.
     Переносной прибор марки «VMD-10», в основном, предназначен для проведения разовых и периодических измерений параметров изоляции. Тем не менее, благодаря наличию большой встроенной памяти он может быть использован и как стационарный прибор, предназначенный для проведения измерений параметров в режиме временного мониторинга.
     В приборе «VMD-10» имеется 6 входов для подключения датчиков частичных разрядов, три входа рассчитаны на подключение датчиков, работающих в высокочастотном  диапазоне, от 0,5 до 15,0 МГц. Это универсальный диапазон частот, в котором можно регистрировать частичных разряды в большинстве типов высоковольтного оборудования.

Рисунок
     При помощи прибора «VMD-10», и входящих в комплект его поставки датчиков, можно синхронно зарегистрировать импульсы по трем каналам ВЧ, и сохранить в памяти для просмотра и дальнейшего анализа. При использовании дополнительного программного обеспечения доступна экспертная диагностическая система экспертная диагностическая система «PD-Expert». «PD Expert», используя базу «фазо-частотных образов дефектов» (PRPD - распределение) и «время – частотное распределение импульсов» (TTI-Map), определить тип возникшего дефекта, что позволяет, в конечном итоге, объективно оценивать степень его опасности.
     Три измерительных канала прибора, предназначенные для подключения датчиков частичных разрядов ВЧ диапазона, объединены с тремя каналами, предназначенными для измерения токов проводимости изоляции. Объединение осуществлено «на гальваническом уровне», в результате чего они используют общие входные разъемы на боковой панели прибора.
     Это очень удобно, например, при комплексном контроле параметров высоковольтных вводов трансформаторов, когда при использовании одних и тех же датчиков, установленных на измерительном выводе, можно одновременно измерить и токи проводимости изоляции, и зарегистрировать частичные разряды.
     В ряде высоковольтных объектов, в которых датчики частичных разрядов монтируются в непосредственной близости от возможной зоны возникновения дефектов в изоляции, регистрацию частичных разрядов необходимо производить в СВЧ (UHF) диапазоне частот. Этот диапазон обычно захватывает частоты от 100 до 1000 МГц. Наиболее часто измерение частичных разрядов в UHF диапазоне частот производится в КРУЭ.
     Для реализации возможности регистрации частичных разрядов в высоковольтном оборудовании такого типа в приборе «VMD-10», дополнительно к трем измерительным каналам HF диапазона частот, предусмотрены три сверхвысокочастотных измерительных канала, к которым можно подключать различные СВЧ – антенны и датчики, адаптированные для измерений в КРУЭ, внутри силовых трансформаторов, и в других типах высоковольтного оборудования.
     Наличие каналов регистрации частичных разрядов в сверхвысокочастотном диапазонепозволяет проводить оперативную диагностику состояния изоляции высоковольтного оборудования ОРУ и ЗРУ. Эта диагностика эффективна при проведении массовых обследований высоковольтного оборудования.
     Экспресс - диагностика производится при помощи направленной логопериодической антенны, входящей в состав поставки «VMD-10». Антенна последовательно направляется на различное оборудование, а затем производится сравнение интенсивности электромагнитного излучения от разных объектов ОРУ.
      Таблица 1 – Характеристики
Параметр
Значение
Диапазон измеряемых токов, А
0,000005 ? 5,0
Диапазон измеряемых напряжений, В
0,1 ? 250,0
Погрешность измерения тангенса угла потерь
0,01 x tg? + 0,0001
Диапазон рабочих температур комплекта, град
-20 ? 45
Размеры измерительного прибора, мм
240 x 240 x 140
      
      
      
      
      
      
      
      
      


     2.2 BAUR – мировой лидер в области оборудования для высоковольтных испытаний и измерений. BAUR Liona – универсальный прибор позволяющий исследовать и находить источники частичных разрядов на работающем оборудовании, тем самым предотвращать потенциально опасные отказы.
      Используя передовую технологию DeCIFer для работы в условиях высокого уровня помех, устройство идеально подходит для надежного и эффективного обнаружения ЧР. Данный прибор  делает возможным полный анализ данных и составление чёткой картины актуального состояния кабеля. Встроенная система отчетности сопоставляет необходимые данные и информацию для последующего детального анализа.
     


Рисунок 

Цена: 2 836 500 руб
     BAUR Liona дает возможность тестирования ЧР без вывода участка из эксплуатации (как правило, от 5 до 10 минут на один кабель): Позволяет выполнять испытание нескольких средневольтных и высоковольтных систем на наличие ЧР. Стоимость данного прибора  - 2836 500 рублей.
     Позволяет с помощью транспондера iPD распознать местоположение источника ЧР при нормальной эксплуатации кабельного участка. Мониторинг ЧР активности в течение 24-часового пусконаладочного испытания средне- и высоковольтных кабелей при нормальном рабочем напряжении Регулярный мониторинг ЧР активности на критических кабельных участках (например, в промышленных системах), доступ к которым в процессе нормальной эксплуатации невозможен, с помощью стационарно устанавливаемых датчиков
     Таблица 2
Типы датчиков
Высокочастотные трансформаторы тока – HFCT
Емкостные соединители – TEV CC

Диапазон ЧР
5 пКл ... 1.000 нКл

Входное напряжение
90 ... 264 В, 47 ... 63 Гц
Температура окружающей среды (рабочая)
-10 ... + 45 С
Частота дискретизации
100 МГц
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      
      

      
КМК-500 – комплексная система мониторинга технического состояния высоковольтных кабелей 110?500 кВ

       Система мониторинга марки «КМК-500» предназначена для комплексного непрерывного контроля технического состояния кабельных линий:
       * Контроль режимов работы линии на основании анализа профиля температуры с использованием оптоволоконных датчиков.
       * Контроль состояния кабеля по результатам измерения частичных разрядов с использованием высокочастотных датчиков.
       * Контроль состо.......................