Реферат на тему контроль температурного режима кабельных линий электропередачи

Обновлено: 05.07.2024

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ МОНИТОРИНГ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ НА ОСНОВЕ КАБЕЛЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Попов Евгений Владимирович
Кузбасский государственный университет имени Т.Ф. Гордачева
магистрант кафедры электроэнергетики

Аннотация
В данной статье рассмотрен метод температурного контроля кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена в реальном режиме времени.

В современной жизни энерговооруженность потребителей, несмотря на быстроразвивающиеся энергосберегающие технологии с каждым годом возрастает. В настоящее время широкое применение приобрели кабельные линии высокого и низкого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE- кабели), которые имеют ряд преимуществ по отношению к кабелям из бумажной пропитанной изоляции [1]. Однако для безаварийной работы данного кабеля на весь период эксплуатации в связи с часто меняющейся нагрузками, кабельной линии необходим постоянный контроль за термодинамическим процессами, происходящими внутри силовой кабельной линии. Это связано, с тем, что даже превышение температурное воздействия сверх допустимых параметров даже на короткий период времени на сшитый полиэтилен приводит к кардинальному изменению изолирующих свойств сшитого полиэтилена. Периодические испытания, как диктуют правила [2 п. 1.8.40], а также рекомендации заводов изготовителей по испытанию кабельной продукции повышенным напряжением, не являются гарантом безаварийной работы кабеля на весь срок службы. И одним из современных решений контроля состояния кабельной продукции из сшитого полиэтилена является использование системы мониторинга, основанного на обратном рассеянии света в оптическом волокне [3 стр. 8]. Открытия этого явления, широко начали применять в настоящее время, как средство передачи информационных потоков. Однако существует возможность использования оптических волокон в качестве распределённого датчика для контроля температурного режима эксплуатации СПЭ-кабелей. Оптические волокна позволяют мониторить изменение температурного режима по всей трассе кабельной линии. По конструктивному исполнения оптические волокна, либо встраиваются непосредственно оболочку силового кабеля, либо прикрепляются к кабелю снаружи вдоль всей длины кабельной трассы.

Рисунок 1. Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена с оптоволоконной системой мониторинга.

Причем встраиваемый способ прокладки оптического волокна в оболочку кабеля более предпочтителен, так как имеет существенно большую точность мониторинга менее подвержен влиянию внешних факторов воздействия. Сущность физических законов и работы состоит в том, что в оптический световод излучается мощный лазерный импульс, а затем измеряется спектр обратного рассеяния (Рамановского) [4 стр.1141], при изменении свойств стекловолокна под воздействием локальной температуры для каждого места определяется температура изменения. Конструктивно система мониторинга выполнена в виде металлической стойки, в которой размещены блоки излучения и измерения, включая систему обработки сигнала, длок хранения данных, источник питания, монитор, клавиатура, устройство для присоединения оптических волокон, идущих от кабельной линии.

Рисунок 2. Схема системы мониторинга ПТС-1000

Система мониторинга температурных режимов в режиме реального времени отечественных разработок имеют достаточно высокую производительность и надёжность, (наработка на отказ не менее 11 лет). Ещё одним положительным моментом данных систем является адаптация к системам передачи данных с учётом отечественных условий. Удобный интерфейс взаимодействия выполнен на русском языке. При разработке программных продуктов комплекса использовано лицензионное программное обеспечение. И все системы имеют государственный сертификат.

Заключение

Система мониторинга температурных изменений в режиме реального времени позволяет решить ряд основных достаточно проблемных вопросов при эксплуатации подземных кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые в основной степени определяют длительность срока службы кабельной линии. Это такие вопросы, как: было, ли превышение номинальной рабочей температуры, в какой период времени, и в коком месте; происходило ли превышение максимально допустимой температуру кабеля; определять максимально допустимую токовую нагрузку на кабель, в зависимости от максимальной расчётной температуры кабельной линии. В результате этого эксплуатирующая организация, обладая данной информацией, имеет возможность с большой вероятностью оценить остаточный срок службы кабеля. В целом, говоря о системах мониторинга, хотелось подчеркнуть, что использование эксплуатирующей организацией систем мониторинга позволяет, эффективно управлять своими капиталовложениями, при этом существенно увеличить безопасность эксплуатации высоковольтных кабельных линий.

Тепловизионная диагностика силовых кабельных линий обеспечивает возможности оценки их теплового состояния, что важно при установлении наибольших токовых нагрузок (см. пп. 5.8.2, 5.8.3 ПТЭ), решения вопроса о пожароопасности кабельных прокладок, определения их термической стойкости, оценки эффективности работы вентиляционных устройств и т.п.

Тепловизионный контроль силовых кабелей по их длине позволяет выявить участки с повышенными значениями tgδ, что важно для кабелей с большим перепадом высот прокладки и значительным сроком службы, а у маслонаполненных кабелей оценивать степень циркуляции масла от маслоподпитывающих устройств. ИК-контроль позволяет выявить на начальной стадии развития очаги разрушения изоляции в сухих разделах кабелей, а у кабелей типа ААШв(ож) утоньчение оболочки в местах их изгиба, повреждение гофры, изломы, порывы алюминиевой оболочки и т.п.
В целях решения проблемы пожарной безопасности кабельных хозяйств электростанций были предложены специальные огнестойкие уплотнения Применение таких уплотнений, обладающих низкой теплопроводностью, приводило в ряде случаев к перегреву кабелей.
Повышение начальной температуры кабелей и окружающего воздуха приводит к уменьшению времени зажигания кабелей (при наличии пожарной опасности), к увеличению размеров повреждений и скорости распространения горения. С помощью тепловизора в потоке кабелей могут быть выявлены кабели с повышенной температурой нагрева.
По зафиксированной температуре нагрева оболочки кабеля может быть определена температура жилы кабеля и проведен соответствующий расчет по проверке его нагрузочной способности.
Температура нагрева жилы кабеля, определяется по результатам тепловизионного измерения:
где to б — температура на оболочке (броне) кабеля, °С; At— разность температур между оболочкой (броней) кабеля и жилами кабеля, °С.
Разность температур At для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами с различной степенью старения может быть определена с помощью известных термограмм.

Ремонт кабельных линий

Эксплуатация кабельных линий имеет свои особенности, так как обнаружить дефекты в ней простым осмотром не всегда удается. Поэтому осуществляются проверки состояния изоляции, контроль за нагрузкой и температурой кабеля.

Кабели с точки зрения проверки изоляции являются наиболее трудным элементом электрооборудования. Это связано с возможной большой длиной кабельных линий, неоднородностью грунта по длине линии, неоднородностью изоляции кабеля.

Для выявления грубых дефектов в кабельных линиях производят измерение сопротивления изоляции мегаомметром на напряжение 2500 В. Однако показания мегаомметра не могут служить основанием для окончательной оценки состояния изоляции , поскольку они в значительной степени зависят от длины кабельной линии и дефектов концевых заделок.

Связано это с тем, что емкость силового кабеля велика и в течение времени измерения сопротивления она не успевает полностью зарядиться, поэтому показания мегаомметра будут определяться не только установившимся током утечки, но и зарядным током, а измеренное значение сопротивления изоляции будет значительно занижено.

Основным методом контроля состояния изоляции кабельной линии является испытание ее повышенным напряжением. Цель испытаний состоит в выявлении и своевременном устранении развивающихся дефектов изоляции кабеля, муфт и концевых заделок, с тем чтобы предупредить возникновение повреждений в процессе работы. При этом, кабели напряжением до 1 кВ повышенным напряжением не испытывают, а измеряют сопротивление изоляции мегаомметром напряжением 2500 В в течение 1 мин. Оно должно быть не ниже 0,5 МОм.

Проверка коротких кабельных линий в пределах одного распределительного устройства выполняется не чаще 1 раза в год, т. к. они меньше подвержены механическим повреждениям и их состояния чаще контролируется персоналом. Испытание повышенным напряжением кабельных линий более 1 кВ проводят не реже одного раза в 3 года.

Основным способом испытания изоляции кабельных линий является проверка повышенным напряжением постоянного тока . Это объясняется тем, что установка на переменном токе при равных условиях имеет гораздо большую мощность.

В состав испытательной установки входят: трансформатор, выпрямитель, регулятор напряжения, киловольтметр, микроамперметр.

При проверке изоляции напряжение от мегаомметра или испытательной установки подводится к одной из жил кабеля, при этом остальные его жилы надежно соединяют между собой и заземляют. Напряжение плавно повышается до нормируемого значения и выдерживается требуемое время.

Состояние кабеля определяется по току утечки . При удовлетворительном его состоянии подъем напряжения сопровождается резким возрастанием тока утечки за счет зарядки емкости, затем снижается до 10 - 20 % максимального значения. Кабельная линия считается пригодной к эксплуатации, если при испытаниях не произошло пробоя или перекрытия по поверхности концевой муфты, не наблюдается резких толчков тока и заметного роста тока утечки .

Перегрузки кабеля, носящие систематический характер , приводят к ухудшению изоляции и сокращению длительности работы линии. Недогрузки связаны с недоиспользованием проводникового материала. Поэтому при эксплуатации кабельной линии периодически проверяют, чтобы токовая нагрузка в них соответствовала установленной при вводе объекта в эксплуатацию. Максимально допустимые нагрузки кабелей определяются требованиями ПУЭ.

Контролируют нагрузки кабельных линий в сроки, определяемые главным энергетиком предприятия, но не реже 2 раз в год. При этом один раз указанный контроль производится в период осенне-зимнего максимума нагрузки. Контроль осуществляется наблюдением за показаниями амперметров на питающих подстанциях, а при отсутствии их — с помощью переносных приборов или токоизмерительных клещей.

Допустимые токовые нагрузки для длительного нормального режима работы кабельных линий определяются с помощью таблиц, приводимых в электротехнических справочниках. Эти нагрузки зависят от способа прокладки кабеля и вида охлаждающей среды (земля, воздух).

Для кабелей, проложенных в земле, длительно допустимая нагрузка принимается из расчета прокладки одного кабеля в траншее на глубине 0,7 - 1 м при температуре земли 15°С. Для кабелей, проложенных на открытом воздухе, температура окружающей среды принимается равной 25°С. Если расчетная температура окружающей среды отличается от принятых условий, то вводится поправочный коэффициент.

За расчетную температуру земли принимается наивысшая среднемесячная температура из всех месяцев года на глубине прокладки кабеля.

За расчетную температуру воздуха принимается наибольшая среднесуточная температура, повторяющаяся не менее трех раз в году.

Длительно допустимая нагрузка кабельной линии определяется по участкам линий с наихудшими условиями охлаждения, если длина этого участка не менее 10 м. Кабельные линии до 10 кВ при коэффициенте предварительной нагрузки не более 0,6 - 0,8 могут кратковременно перегружаться. Допустимые нормы перегрузок с учетом их длительности приводятся в технической литературе.

Для более точного определения нагрузочной способности, а также при изменении температурных условий эксплуатации осуществляется температурный контроль кабельной линии . Контролировать непосредственно температуру жилы на работающем кабеле невозможно, т. к. жилы находятся под напряжением. Поэтому одновременно производят измерение температуры оболочки (брони) кабеля и тока нагрузки, а затем пересчетом определяют температуру жилы и максимально допустимую токовую нагрузку.

Измерение температуры металлических оболочек кабеля, проложенного открыто, проводят обычными термометрами, которые укрепляются на броне или свинцовой оболочке кабеля. Если кабель проложен в земле, измерение производится с помощью термопар. Рекомендуется устанавливать не менее двух датчиков. Провода от термопар укладываются в трубу и выводятся в удобное и безопасное от механических повреждений место.

Температура токопроводящей жилы не должна превышать:

для кабелей с бумажной изоляцией до 1 кВ — 80° С, до 10 кВ — 60° С;

для кабелей с резиновой изоляцией — 65° С;

для кабелей в поливинилхлоридной оболочке — 65° С.

В том случае, когда токоведущие жилы кабеля нагреваются выше допустимой температуры, принимают меры по устранению перегрева — уменьшают нагрузку, улучшают вентиляцию, заменяют кабель на кабель большего сечения, увеличивают расстояние между кабелями.

При прокладке кабельных линий в почве, агрессивной по отношению к их металлическим оболочкам (солончаки, болота, строительный мусор), возникает почвенная коррозия свинцовых оболочек и металлического покрова . В подобных случаях периодически проверяют коррозийную активность грунта, беря пробы воды и грунта. Если при этом будет установлено, что степень почвенной коррозии угрожает целостности кабеля, то принимают соответствующие меры — устраняют загрязнение, заменяют грунт и т. д.

Определение мест повреждения кабельной линии

Определение мест повреждения кабельных линий представляет довольно сложную задачу и требует применения специальной аппаратуры. Работы по ликвидации повреждений кабельной линии начинаются с установления вида повреждения . Во многих случаях это удается сделать с помощью мегаомметра. Для этой цели с обоих концов кабеля проверяют состояние изоляции каждой жилы по отношению к земле, исправность изоляции между отдельными фазами, отсутствие обрывов в жилах.

Определение места повреждения обычно проводят в два этапа — сначала определяют зону повреждения с точностью 10 - 40 м, а после этого уточняют место возникновения дефекта на трассе.

При определении зоны повреждения учитываются причины его возникновения и последствия отказа. Наиболее часто наблюдается обрыв одной или нескольких жил с заземлением их или без него, возможно также сваривание токоведущей жилы с оболочкой при длительном протекании тока короткого замыкания на землю. При профилактических испытаниях чаще всего возникает замыкание токоведущей жилы на землю, а также заплывающий пробой.

Для определения зоны повреждения используется несколько методов: импульсный, колебательного разряда, петлевой, емкостной.

Импульсный метод применяется при однофазных и междуфазных замыканиях, а также при обрыве жил. К методу колебательного разряда прибегают при заплывающем пробое (возникает при высоком напряжении, исчезает при низком). Петлевой метод используется при одно-, двух- и трехфазных замыканиях и наличии хотя бы одной неповрежденной жилы. Емкостной метод находит применение при обрывах жил. В практике эксплуатации наибольшее распространение получили первые два метода.

При использовании импульсного метода применяются достаточно простые приборы. Для определения зоны повреждения от них в кабель посылаются кратковременные импульсы переменного тока. Дойдя до места повреждения, они отражаются и возвращаются обратно. О характере повреждения кабеля судят по изображению на экране прибора. Расстояние до места повреждения можно определить, зная время прохождения импульса и скорость его распространения.

Применение импульсного метода требует снижения переходного сопротивления в месте повреждения до десятков и даже долей ома. С этой целью изоляцию прожигают за счет преобразования электрической энергии, подводимой к месту повреждения, в тепловую. Прожиг осуществляют постоянным или переменным током от специальных установок.

Метод колебательного разряда заключается в том, что поврежденная жила кабеля заряжается от выпрямительного устройства до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает колебательный процесс. Период колебаний этого разряда соответствует времени двукратного пробега волны до места повреждения и обратно.

Продолжительность колебательного разряда измеряется осциллографом или электронным миллисекундомером. Погрешность измерений данным методом составляет 5 %.

Уточняют место повреждения кабеля непосредственно на трассе с использованием акустического или индукционного метода.

Акустический метод основан на фиксации колебаний грунта над местом повреждения КЛ, вызываемых искровым разрядом в месте нарушения изоляции. Метод используется при повреждениях типа "заплывающий пробой" и обрыве жил. При этом определяется повреждение в кабеле, находящемся на глубине до 3 м и под водой до 6 м.

В качестве генератора импульсов обычно используют установку высокого напряжения постоянного тока, от которой посылаются импульсы в кабель. Колебания грунта прослушиваются специальным прибором. Недостаток метода заключается в необходимости использовать передвижные установки постоянного тока.

Индукционный метод отыскания мест повреждения кабеля базируется на фиксации характера изменений электромагнитного поля над кабелем, по жилам которого пропускается ток высокой частоты. Оператор, продвигаясь вдоль трассы и используя рамочную антенну, усилитель и наушники, определяет место повреждения. Точность определения места повреждения достаточно высока и составляет 0,5 м. Этот же метод может быть использован для установления трассы кабельной линии и глубины заложения кабелей.

Ремонт кабельных линий производится по результатам осмотров и испытаний. Особенностью выполнения работ является то обстоятельство, что кабели, подлежащие ремонту, могут находиться под напряжением, и кроме того они могут располагаться близко к действующим кабелям, находящимся под напряжением. Поэтому необходимо соблюдать личную безопасность, нельзя повреждать близлежащие кабели.

Ремонт кабельных линий может быть связан с раскопками. Во избежание повреждений близлежащих кабелей и инженерных коммуникаций на глубине более 0,4 м земляные работы выполняются только лопатой. При обнаружении каких-либо кабелей или подземных коммуникаций работы прекращаются и ставится в известность ответственный за выполнение работ. После вскрытия необходимо позаботиться о том, чтобы не повредить кабель и муфты. С этой целью под него подкладывается прочная доска.

Основными видами работ при повреждении кабельной линии являются: ремонт броневого покрова, ремонт оболочек, муфт и концевых заделок.

При наличии местных разрывов брони концы ее в месте дефекта обрезают, спаивают со свинцовой оболочкой и покрывают антикоррозийным покрытием (лак на битумной основе).

При ремонте свинцовой оболочки учитывается возможность попадания влаги внутрь кабеля. Для проверки поврежденное место погружают в парафин, нагретый до 150°С. При наличии влаги погружение будет сопровождаться потрескиванием и выделением иены. Если установлен факт наличия влаги, то поврежденный участок вырезают и монтируют две соединительные муфты, в противном случае восстанавливают свинцовую оболочку путем наложения на поврежденное место разрезанной свинцовой трубы и последующей ее запайки.

Для кабелей до 1 кВ раньше применялись чугунные муфты. Они отличаются громоздкостью, дороговизной, недостаточной надежностью. На кабельных линиях 6 и 10 кВ в основном используются эпоксидные и свинцовые муфты. В настоящее время, при проведении ремонта кабельных линий активно используются современные термоусаживаемые муфты . Существует хорошо разработанная технология установки кабельных муфт. Работа выполняется квалифицированным персоналом, прошедшим соответствующее обучение.

Концевые муфты разделяются на муфты, устанавливаемые внутри помещения и на открытом воздухе. В помещениях чаще делают сухую разделку, она более надежна и удобна в эксплуатации. Концевые муфты на открытом воздухе выполняют в виде воронки из кровельного железа и заливают мастикой. При проведении текущего ремонта проверяют состояние концевой воронки, отсутствие утечки заливочной массы, проводят доливку ее.