АНАЛИЗ НЕДЕСТРУКТИВНЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Для проведения анализа неразрушающих методов контроля кабельной изоляции рассмотрим следующие методики, применяемые в эксплуатирующих организациях:

• Метод измерения тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ);
• Метод измерения и анализа возвратного напряжения и тока релаксации;
• Метод рефлектометрии;
• Тепловизионный метод;
• Метод измерения частичных разрядов.

Очевидно, каждый из приведенных методов контроля изоляции обладает рядом преимуществ и недостатков. Однако, для выявления наиболее оптимального способа необходимо осуществление сравнения методик, характеризующихся различными принципами определения состояния изоляции кабельных линий, согласно следующим критериям эффективности:

• Безопасность применяемого метода для персонала;
• Влияние помех и паразитных токов;
• Необходимость проведения многократных измерений в цикле диагностирования;
• Наличие нормативной базы;
• Характер оценки состояния изоляции (дискретный/интегральный);
• Возможность проведения диагностического исследования под нагрузкой;
• Длительность периода диагностического испытания;
• Вид диагностической аппаратуры для описываемого метода.

Сопоставляя специфические особенности каждого неразрушающего метода диагностики изоляции кабельных линий, необходимо отметить следующее. Указанные методы являются безопасными для оперативного персонала при условии соблюдения методик проведения исследования, отраженных в соответствующих нормативных документах, а также в технической сопроводительной документации заводов-изготовителей диагностирующего оборудования.

На погрешность измерений данными методами в разной степени воздействует наличие источников импульсных сигналов (высокочастотных и низкочастотных помех) разного рода [1, 5]. Помехами частотой до 10 МГц сопровождаются коммутационные перенапряжения при переключении контактов РПН, выключателей смежных соединений; сигналы высокочастотной связи и телемеханики, которые несмотря на ослабление их ВЧ-фильтрами, устанавливаемых на подходах воздушных линий  к подстанции, попадают в систему регистрации ЧР кабельных линий, отходящих от электрических подстанций (диапазон частот до 800 кГц); перенапряжения различного рода (коммутационные, атмосферные); система телемеханики; дефектные изоляторы шин 10 кВ); коронные разряды на ошиновке и различных частях силового первичного оборудования подстанций.

Наличие помех определяет неэффективность использования методов измерения коэффициента мощности, возвратного напряжения и тока, а также рефлектометрии в диагностических целях даже на выведенном в ремонт оборудовании. Применение перечисленных методов применительно к кабельным линиям под рабочим напряжением оказалось неэффективным [5]. Тепловизионный метод контроля такого недостатка не имеет, так как диагностирующий параметр в большей степени зависит от действующего значения рабочего тока, чем от частоты. Метод измерения частичных разрядов весьма зависим по принципу своего действия от внешних помех, главным образом помех, находящихся в частотном диапазоне коронных разрядов на токоведущих частях высоковольтного оборудования.

 Применительно к методу измерения ЧР, данная проблема решается с помощью применения различных методов селекции сигнала [2]. Отделение внешних помех от собственно сигналов ЧР, возникающих внутри изоляции контролируемого объекта, делает возможным применение данного метода в режиме on-line, что сокращает время на вывод КЛ в ремонт для проведения диагностики и не влияет на надежность схемы электроснабжения.

Наиболее длительное пребывание на объекте диагностирования предполагает метод измерения возвратного напряжения и тока релаксации. Только на снятие остаточного заряда, необходимого для обеспечения качественного измерения, затрачивается не менее 2 часов, что делает данный метод неэффективным для осуществления комплекса диагностических мероприятий на предприятиях с большим количеством КЛ, таких, например, как городские распределительные сети. Для эффективного выполнения графика диагностических исследований процесс измерения должен занимать не более 2 часов, что присуще остальным методам диагностики, за исключением тепловизионного контроля – измерения производятся моментально и не требуют проведения технических мероприятий, сопровождающих отключения в электроустановках.

При всех положительных эффектах метода тепловизионного контроля: отсутствии необходимости в многократных измерениях и влияния паразитных токов и помех на результат измерения, компактности измерительного устройства, к тому же, это единственная методика, для которой регламентированы значения диагностического параметра (температура) [3], данный метод обладает двумя существенными недостатками. Во-первых, диагностике методом ТВК поддаются видимые участки кабельных линий, измерение температуры КЛ для участков, проложенных в траншее, не представляется возможным. Во-вторых, оценка состоянию изоляции дается общая, в целом метод является неточным и дает интегральную оценку состояния изоляции. То же самое следует отметить для методов измерения tgδ и тока релаксации. Методы высокочастотной  и импульсной рефлектометрии способны локализовать место обрыва КЛ и короткое замыкание на линии, однако в силу ограничения линии по длине и сильному влиянию помех различного рода исключается возможность локализации дефекта изоляции и оценки степени разрушения  изоляции.

Измерение характеристик частичных разрядов (ЧР) позволяет локализовать неоднородности и опасные включения в толще изоляции. Значительные отклонения от нормы фиксируются не только в предпробивной период, когда началось интенсивное разрушение изоляции, а на ранней стадии развития разрушения.

Реализация методов диагностики обуславливает приобретение эксплуатирующей организацией дополнительного комплекта диагностического оборудования с прилагаемым программным обеспечением. Таким образом, встает вопрос об обучении персонала испытательной лаборатории навыкам работы с новым типом оборудования. Затраты на обучение персонала, закупку оборудования при реализации метода измерения ЧР оправданы в силу общей информативности метода. В состав диагностического оборудования могут быть интегрированы функции интегральной оценки изоляции (измерение tgδ, коэффициента абсорбции, определение электрической рабочей емкости жил) для комплексной оценки состояния изоляции кабельной линии.

В таблице 1 приведены результаты сравнения наиболее распространенных методов диагностики по критериям, указанным выше.

Таблица 1

Анализ неразрушающих методов диагностики КЛ

^* - без учета времени, затраченного на выписку наряда-допуска, проведение инструктажей.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод о том, что наиболее оптимальным методом диагностики кабельных линий является метод измерения частичных разрядов. Наличие ЧР является первым тревожным сигналом, способным предупредить о надвигающейся угрозе выхода кабельной линии из строя. Важнейшими преимуществами данного метода являются возможность локализации развивающегося дефекта и мониторинга состояния изоляции КЛ в динамике, селекция сигналов ЧР позволяет произвести отстройку от внешних помех и производить диагностику под рабочим напряжением. Данный метод, используемый совместно с испытанием оболочки кабеля, является на сегодняшний день наилучшим методом контроля качества работ по прокладке и монтажу кабельной линии.

 В настоящее время существует необходимость активизации работы по созданию современной нормативно-технической базы применительно к методу регистрации частичных разрядов, так как ее отсутствие является тормозом для качественного развития качества эксплуатации распределительных сетей.

Список литературы:

1. Коржов А.В. Влияние электрического и магнитного полей силовых кабельных линий напряжением 6 (10)кВ  на интенсивность частичных разрядов в изоляции при различных режимах эксплуатации // Кабели и Провода. М., 2012. № 1(332). С. 16-21
2. Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования / под ред. А. И. Таджибаева. - Санкт-Петербург : ПЭИПК, 1996- (ООО Политехника-сервис). - 21 см. Вып. 22: Современные конструкции, диагностика, испытание и продление ресурса кабельных линий / [редкол. : В. А. Канискин и др. ]. - 2004 (ООО "Политехника-сервис"). - 241 с. : ил., табл.; ISBN 5-7187-0641-7
3. РД 34.45-51.300-97 «Объем и нормы испытаний электрооборудования» : Утв. Департаментом науки и техники РАО «ЕЭС России» 08.05.97; Разраб. АО «Фирма ОРГРЭС», АО ВНИИЭ, АО «Уралтехэнерго»: 6-е изд., с изменениями и дополнениями по состоянию на 01.10.2006. – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2006. – 255 с.
4. Kovrigin L.A. Simulation of Partial discharges in the Insulation of Medium-voltage cables – Elektrotekhnika, 2013, No. 11, pp 49-51
5. Morshuis P.H. Degradation of Solid Dielectrics due to Internal Partial Discharges: Some thoughts on progress made and where to go now. – IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2005, vol. 12, No. 5.