PRZEGLĄD METOD LOKALIZACJI USZKODZEŃ KABLI ENERGETYCZNYCH
Spis treści:
Zastosowania
Systemy elektryczne często stwarzają problem dokładnego
lokalizowania miejsca uszkodzenia w kablu. Tego typu uszkodzenia często występują w
najmniej korzystnym czasie oraz powodują maksymalne niedogodności dla odbiorcy energii.
Służby techniczne muszą w szybko znaleźć i zaizolować miejsce uszkodzenia w celu
przywrócenia dostaw energii. Dostępnymi metodami lokalizacji miejsca uszkodzenia są:
wskaźniki uszkodzeń, generatory udaru, radary, detektory akustyczne lub kombinacja
powyższych. Prowadzone badania wykazały, że badanie starszych systemów kablowych
nadmiernymi udarami skraca ich czas życia. Rzeczywiście, często są słyszane
anegdotyczne opowieści, że starsze kable, które są nadmiernie "dopalane"
stają się pewnym kandydatem do uszkodzenia w przeciągu następnego roku. W odpowiedzi
na potrzebę bardziej delikatnych metod lokalizacji, rozwinięto
bardziej wymyślne metody, które redukują narażenie starszych systemów izolacyjnych.
Podstawowym osiągnięciem jest zredukowanie ilości udarów koniecznych do zlokalizowania
miejsca uszkodzenia z równoczesnym zredukowaniem napięcia wymaganego do wykonania
zadania.
Metoda radaru używana w nowych przyrządach jest związana z
wykorzystaniem reflektometrów (TDR od słów Time Domain Reflectometry) i z metodą
stanów nieustalonych, które zostały opracowane w latach 70. Metoda radaru zdecydowanie redukuje narażenia kabla dzięki szybkiemu
lokalizowaniu miejsca uszkodzenia. Dodatkowym zyskiem jest skrócenie czasu lokalizowania
uszkodzenia.
Jak tylko wstępna lokalizacja miejsca uszkodzenia zostanie
określona dzięki technice radarowej, obsługujący musi sprecyzować dokładne miejsce
lokalizacji uszkodzenia. Najszerzej stosowaną w praktyce techniką jest słuchanie
małych eksplozji w miejscu uszkodzenia, w czasie, gdy wysoka energia jest rozładowywana
przez miejsce uszkodzenia tzw. "udary". Zakres stosowanych metod: od
słuchania za pomocą tuby megafonowej, aż do wyrafinowanych przyrządów zawierających geofony. Nie tylko techniki radarowe zostały gwałtownie rozwinięte, ale również
metody punktowej lokalizacji. Kiedy wysoka energia generatora udarów przebija miejsce
uszkodzenia, emitowana jest fala akustyczna. Ponieważ kable energetyczne są typowo
zakopane na głębokości 0,9m pod powierzchnią ziemi, akustyczna emisja może nie zawsze
być słyszana bez pomocy akustycznych przyrządów wzmacniających.
Techniki
wstępnej lokalizacji
uszkodzeń oparte na pomiarach odbicia
Reflektometry
TDR (Time Domain Reflectometry)
Reflektometry, będące pewną odmianą aktywnych radarów,
wysyłają impulsy o dużej częstotliwości i niskim napięciu do badanego kabla. Kiedy
te impulsy napotykają punkt gdzie zmienia się impedancja falowa kabla, na skutek zmian
struktury kabla, część lub cała energia impulsu odbija się z powrotem do TDR gdzie na
ekranie wyświetlana jest charakterystyka impedancji kabla.
TDR dokonuje pomiaru czasu jaki potrzebuje impuls na dotarcie do
miejsca zmiany impedancji plus czas potrzebny na powrót impulsu. Znając prędkość z
jaką impulsy przemieszczają się w kablu, przyrząd automatycznie oblicza odległość
od miejsca wystąpienia zmiany impedancji.
TDR wyświetla informację graficznie w formie wykresu. Czytanie
tych wykresów jest podobne do czytania mapy.
Zalety:
- łatwe i szybkie lokalizowanie miejsca uszkodzenia
- bezpieczne, niskie napięcie pomiarowe
- wykresy TDR mogą być archiwizowane dla późniejszego użycia, jako
narzędzie diagnostyczne (przez porównanie nowego wykresu z wcześniejszym) lub do
lokalizacji miejsca uszkodzenia
Ograniczenia:
- TDR nie może lokalizować miejsc uszkodzeń o dużej impedancji,
wymagających wysokich napięć do wykreowania stanu awarii - dla tego typu uszkodzeń zalecaną metodą jest "odbicie od
łuku"
Cyfrowe
odbicie od łuku (DAR od Digital Arc Reflection)
Uszkodzenie kabla, które daje się przebijać, czasami nazywane
uszkodzeniem błyskającym, jest zasadniczo uszkodzeniem z rezystancją zerową w czasie
trwania palenia się łuku. Aby móc wykorzystać to zjawisko został skonstruowany filtr, który
umożliwia wysyłanie przez reflektometr (TDR) impulsów do uszkodzonego kabla w tym samym
czasie gdy generator udarów wysyła impuls napięcia przebijający badany kabel.
Impulsy reflektometru odbijają się od łuku powstającego w miejscu uszkodzenia
kabla i są następnie wyświetlane na ekranie przyrządu.
Zalety pomiaru:
- mogą być zlokalizowane wszystkie uszkodzenia, które podtrzymują
palący się łuk podczas udaru
- liczba udarów wymaganych do lokalizowania miejsca uszkodzenia jest
minimalizowana
- napięcie wyjściowe podawane do kabla jest automatycznie regulowane
przez filtr odbicia od łuku
Ograniczenia:
- niemożność lokalizacji uszkodzeń powyżej 15000m
- brak możliwości lokalizacji uszkodzeń, które nie podtrzymują
łuku (tj. uszkodzenia nasycone wodą lub olejem)
- zalecaną techniką dla tego typu uszkodzeń jest "odbicie
impulsu udaru"
Odbicie
impulsu udaru
Kiedy rozładowuje się generator udaru w uszkodzonym kablu, fala
napięcia wytwarzana przez generator udaru przemieszcza się wzdłuż kabla. Impuls
najpierw przechodzi obszar uszkodzenia następnie odbija się od końca kabla wracając w
kierunku uszkodzenia. Prąd w miejscu uszkodzenia powoduje ustalenie małej rezystancji
łuku i generuje nowe czoło fali. To nowe czoło fali przemieszcza się z powrotem w
kierunku generatora udaru. Kiedy nowe czoło fali osiąga generator udaru, widzi
pojemność generatora jako zwarcie obwodu i odbija się ponownie w kierunku uszkodzenia,
które również okazuje się zwarciem obwodu podczas przebicia. Czoło fali będzie
kontynuowało przemieszczanie się w tą i z powrotem pomiędzy generatorem udaru i
miejscem uszkodzenia, z powoli malejącą amplitudą. Wynikiem tej przemieszczającej się
fali są chwilowe prąd oraz napięcie. Sprzęg indukcyjny lub bocznik prądowy są
używane do przechwycenia, a następnie wyświetlania tych chwilowych wartości na ekranie
analizatora.
Zalety:
- lokalizuje uszkodzenia, w sytuacji gdy łuk nie może być
podtrzymywany podczas udaru
Wady:
- napięcie wyjściowe dokładane do kabla nie jest automatycznie
regulowane.
- nieznacznie większe błędy są otrzymywane przy pomiarach
odległości w porównaniu z metodą odbicia od łuku.
Konfiguracja systemu pomiarowego
System do pomiaru uszkodzeń w kablach energetycznych składa się z
kilku przyrządów pracujących razem. Typowy system, w minimalnej konfiguracji,
wykorzystuje następujące komponenty:
- generator udaru
- przełącznik potwierdzenia uszkodzenia/dopalanie
- filtr odbicia od łuku
- sprzęg impulsu udaru
- analizator kabla
Copyright (c) 1998. By Tomtronix on May the 18th, 1999.