Jak určit místo přerušení vodiče v kabelu?
Výroba a údržba kabelů a kabelových sítí je známý a dobře zavedený proces. K poškození kabelu však stále dochází i mezi profesionály. Pro eliminaci a preventivní lokalizaci škod je proto velmi důležité mít nejen kvalifikovaný personál, ale i profesionální vybavení.
Druhy poškození kabelových vedení
Kabelová vedení jsou pravidelně vystavována nepříznivým vlivům rozmarů přírody. Nejčastěji však dochází k potížím kvůli lidskému zavinění. Například při těžbě nebo přemisťování zeminy patří mezi nejčastější příčiny poškození následující: stárnutí nebo konec projektované životnosti, přepětí, tepelné přetížení, koroze, nesprávná instalace kabelů, výrobní vady a vady vzniklé během přepravy a skladování. Odborníci se často ptají, jak určit místo přerušení kabelu a jaké nástroje jsou potřeba k nalezení míst poškození. Z článku se dozvíte o metodách a vybavení pro vyhledávání a diagnostiku kabelových vedení.
K jakému poškození kabelu může dojít?
- Zkrat
Poškozená izolace má za následek nízkoimpedanční zkrat mezi dvěma nebo více vodiči v místě poruchy. - Zemní spojení/zkrat na kostru
K poruchám může dojít v důsledku zemního spojení (nízkoimpedanční připojení k zemnímu potenciálu) indukčně uzemněné sítě nebo izolované sítě a/nebo v důsledku zemního zkratu uzemněné sítě. Dalším typem poruchy je dvojitý zemní zkrat, charakterizovaný dvěma zemními spojeními na různých vodičích s odděleným původem. - Přerušení kabelu
Mechanické poškození a pohyb zemského povrchu může způsobit přerušení jednoho nebo více vodičů. - Plovoucí poškození
Poškození často není stabilní, je epizodické a závisí na zatížení kabelu. Příčinou může být vysychání olejově izolovaných kabelů při nízké zátěži. Dalším důvodem je částečný výboj v důsledku stárnutí nebo elektrického stromování v kabelech s polymerovou izolací. - Poškození pláště kabelu
Poškození vnějšího pláště kabelu nevede vždy k okamžitému selhání kabelového vedení, ale časem může způsobit poškození kabelu, zejména v důsledku pronikání vlhkosti a poškození izolace.
Jeden úsek může sestávat z úseků různých typů kabelů, zejména v hustě obydlených oblastech s velkou koncentrací inženýrských sítí. Používají se kabely s polymerovou izolací nebo impregnovanou papírovou izolací. V praxi musí být závady kabelů zjišťovány na všech napěťových úrovních – jak v nízkonapěťových, tak i ve středních a vysokonapěťových systémech. Proto se pro každodenní použití doporučuje používat zařízení pro detekci poruch kabelů navržené pro střední a vysoké napětí, ale stejně dobře by se dalo použít v nízkonapěťových systémech.
Zjištění poškození kabelu v neobvyklých situacích
Metoda vyhledávání poškození kabelu zahrnuje následující logické pořadí akcí ve čtyřech fázích: Při analýze poškození se stanoví charakteristiky závady a určí se další akce. Při předběžné lokalizaci závady se místo závady určí s přesností na jeden metr. Dále se provádí přesná lokalizace místa poškození, aby se co nejvíce omezil objem výkopu zeminy a minimalizovala se doba opravy.
- analýza poškození;
- předběžná lokalizace
- identifikaci kabelu
- přesnou lokalizaci
Poškození kabelu je nutné rychle a přesně lokalizovat, aby byly zajištěny podmínky pro následné opravy a uvedení linky do provozu. Co nejrychleji a nejpřesněji: hlavní věcí je zvolit správnou metodu měření!
Při práci s dlouhými kabelovými vedeními se může stát, že metoda běžné pulzní reflektometrie je nevhodná z důvodu příliš velkého útlumu měřícího pulzu nebo jeho odrazu. Zde může pomoci metoda pulzního proudu (ICM). K vyhledávání plavců, tzn. nepravidelné a na napětí závislé poškození – ideální je metoda Decay.
Pokud nejběžnější metody pro lokalizaci poruch kabelů, jako je reflektometrie v časové oblasti (TDR) nebo metoda sekundárního impulsu/vícenásobného pulsu (SIM/MIM), nejsou účinné, může to být způsobeno tím, že měřicí signál se na dlouhé vzdálenosti příliš rozpadá, mnohem obtížnějším impulsem. Dalším důvodem může být to, že vysoká kapacita kabelu zabraňuje pulznímu vybíjení používanému v metodě SIM/MIM, protože kapacita pulzního kondenzátoru musí být při provádění měření SIM výrazně větší než kapacita kabelu. Proto se v případě velmi dlouhých kabelů doporučuje použít jinou metodu, a to ICM (Impulse Current Method).
První možností je použít pulzní generátor s uzavřeným pulzním spínačem pro nabíjení kabelu stejnosměrným proudem na průrazné napětí, což umožní využít vlastní kapacitu kabelu. Tím se zvýší potenciální kapacita pulsu. Energie pulsu pak sama o sobě nepokryje vzdálenost od generátoru pulsů k poškození, ale bude „transportována“ kapacitou kabelu. Navíc není nutné počítat s dobou ionizace, jako je tomu u pulzů.
Detekce závad pomocí proudových impulsů
Při použití metody pulzního proudu je na kabel aplikován napěťový pulz, který vyvolá poruchu v místě poškození. Tento průraz má za následek přechodnou vlnu, která několikrát přejde mezi poruchou a koncem kabelu. Navíc v každém bodě odrazu mění svou polaritu, protože v obou případech mluvíme o nízkoodporových spojích.
Na základě časového intervalu, se kterým se tento odraz opakuje, lze určit vzdálenost k poruše (l=t*v/2 – měřící kabel). Tato metoda je nejvhodnější pro dlouhé kabely, protože pulz šířící se po kabelu je velmi široký (vysoká energie pulzu).
U krátkých kabelů se vícenásobné odrazy vzájemně překrývají, takže není možné určit časový interval. Při použití s dlouhými kabely však metoda pulzního proudu poskytuje dobré výsledky při předběžné lokalizaci defektů.
K analýze přechodového pulsu se používá indukční snímač, který zaznamenává proud v plášti kabelu. Signály senzoru jsou zobrazovány pomocí reflektometru v časové oblasti (přístroje řady BAUR IRG). Na základě časového intervalu mezi druhým a třetím nebo mezi třetím a čtvrtým pulzem lze vypočítat vzdálenost. K tomu uživatel potřebuje pouze označit dva po sobě jdoucí vrcholy nebo fronty přechodové vlny zobrazené přístrojem IRG. Vzdálenost od generátoru pulzního napětí k místu poškození se rovná rozdílu vzdáleností v metrech vypočítaných zařízením k oběma špičkám (viz obrázek níže).
Vzdálenost k poškození je jasně určena z grafu softwaru reflektometru v časové oblasti. Aby bylo zajištěno, že se na obrazovce zobrazí co nejvíce vrcholů této přechodové vlny, měl by být rozsah vzdálenosti IRG nastaven na několikanásobek délky kabelu.
Metoda klesajícího signálu
Pro těžko zjistitelné poruchy a především pro poruchy vznikající při vysokém napětí je vhodná metoda tlumeného signálu.
Většinu poruch na kabelech středního a dokonce vysokého napětí lze detekovat pomocí standardních pulzních napětí do 32 kV. V případě periodicky se vyskytujících poruch (plovoucích poruch) se však může stát, že toto napětí je nedostatečné k tomu, aby způsobilo poruchu a neumožňuje spolehlivě určit místo poruchy. Pak vám metoda rozpadajícího se signálu (Metoda rozkladu) umožní dosáhnout vašeho cíle.
Při použití této metody se kabel připojí ke zdroji testovacího napětí a jeho kapacita se „nabíjí“, dokud přivedené napětí nepovede k průrazu.
V případě použití metody tlumeného signálu vyhodnocuje reflektometr v časové oblasti napěťovou vlnu oscilující po průrazu mezi zdrojem napětí a místem poruchy. Jako snímač je použit kapacitní dělič napětí.
Vyhodnocení získaných dat je stejně jednoduché jako pomocí metody ICM a provádí se pomocí IRG reflektometru v časové oblasti. Ve vyhodnocovacím diagramu uživatel označí dvě po sobě jdoucí kladné napěťové špičky, čelo napěťové křivky nebo například dva nulové body křížení křivky a odečte vzdálenost. Rozdíl mezi těmito dvěma hodnotami dělený 2 mínus délka měřicího kabelu tvoří vzdálenost k poruše.
Vzhledem k tomu, že zdroj generátoru má vysokou výstupní impedanci, napětí se odráží pouze v místě poruchy, přístroj samostatně vypočítá zobrazenou vzdálenost pomocí daného vzorce.
Stejně jako u metody pulzního proudu musí být nastavení zobrazení výsledku provedeno tak, aby zobrazovací plocha byla několikanásobkem délky kabelu. To ukáže více oscilací.
Metoda diferenciálního srovnání
Další osvědčenou metodou pro stanovení poškození kabelového vedení je metoda diferenciálního srovnání.
Metoda diferenciálního srovnání nebo diferenciální metoda se týká metod předběžné lokalizace poškození kabelu. Používá se v rozvětvených energetických sítích, kde standardní reflektometrické metody nemohou poskytnout požadované výsledky. Tato metoda umožňuje předběžnou lokalizaci vysokoodporových a plovoucích poruch. Název “metoda diferenciálního srovnání” pochází ze skutečnosti, že se provádí srovnání dvou paralelních ICM grafů, které se objeví po aplikaci pulzní vlny. K tomu je generátor pulzních vln současně připojen k poškozené a dobré fázi. Metoda pulzního proudu se měří jednou bez propojky a podruhé s propojkou instalovanou na konci kabelu mezi dobrou a poškozenou fázi.
Pokud se porucha nachází na hlavním jádru mezi generátorem a propojkou, měřící zařízení udává vzdálenost od propojky k místu poškození. Pokud je však porucha umístěna na větvi, pak měření ukazuje vzdálenost od propojky k začátku této větve.
Vzhledem ke složitosti a pracnosti procesu implementace této metody se používá poměrně zřídka – pouze v případě zřídka se vyskytujících rozvětvených sítí vysokého napětí.
Zařízení BAUR využívá všechny moderní měřicí metody s nejvyšší podporou v procesu detekce poruch.