Локализация частичных разрядов в кабелях сети электроснабжения метрополитена

Зачем проводить измерение частичного разряда (ЧР)?

Наличие ЧР является индикатором зарождающегося повреждения высоковольтной изоляции. Анализ активности ЧР широко признается лучшим средством раннего предупреждения ухудшения состояния высоковольтной изоляции.

Типичные причины возникновения ЧР

• Низкое качество изготовления (кабельных принадлежностей)
• Механические повреждения, вызванные небрежностью или применением неправильных методов монтажа (включая повреждение оболочки кабеля во время протяжки и несоблюдение минимально возможного радиуса изгиба кабеля)
• Низкое качество или производственные дефекты кабелей и кабельных принадлежностей

Регистрация ЧР в кабеле.

Как представлено на рисунке ниже, ЧР может возникать как в концевой и соединительной муфтах, так и в теле изоляции кабеля. Образовавшиеся в разных местах фидера ЧР порождают электромагнитное излучение, акустические сигналы и химические реакции которые можно зарегистрировать различными методами.

Последствия активности ЧР

• Электрический триинг и трекинг на поверхности соединения
• Локальное воздействие тепла/влаги на кабель (причиной которого является повреждение брони/внешней оболочки)
• Выход изоляции из строя в начальный период эксплуатации и преждевременное разрушение в течение первых трех лет эксплуатации

Особенности ЧР в кабеле

• В случае возникновения сигналы от ЧР распространяется по кабелю в обе стороны
• ЧР возникают при подаче на кабель высокого напряжения.
• Импульсы ЧР имеют небольшую длительность (нс – мкс) и распространяются по кабелю между жилой и оболочкой в обоих направлениях от места возникновения ЧР
• Импульсы ЧР можно обнаружить как на жиле, так и на заземленном экране (обычно на концевых заделках кабеля)

Снимая сигнал либо с жилы, либо с экрана кабеля, можно получить данные о месте возникновения ЧР.

ЧР возникает в определенный момент относительно приложенного переменного напряжения. На диаграмме слева представлено распределение импульсов ЧР за период синусоидального напряжения 20 мс. Как видно на диаграмме, наибольшая активность ЧР в кабеле наблюдается на пиках синусоиды в обеих полярностях. Еще одной характерной чертой ЧР в кабеле является форма импульса сигнала. ЧРв кабеле представляется как эквивалентный разряд, выраженный в пикокулонах (пкл). Также учитывается количество импульсов ЧР за период питающего напряжения и накопительная активность ЧР (измеряется в нкл/цикл).

Определение местоположения ЧР в силовых кабелях

Появившийся сигнал распространяется в обе стороны.

Кабели являются волноводами и фильтрами нижних частот. По мере распространения по кабелю импульсы ослабляются и расширяются, как представлено на рисунке.

Датчик фиксирует прямой и обратный импульсы ЧР, которые отражаются от каждого из концов кабеля, поэтому мы видим несколько отражений.

ΔT = Разница по времени между прямым и отраженным импульсами.
L = Время возврата для кабеля (импульс дошел до дальнего конца кабеля и вернулся к месту его регистрации - к датчику)

Вычисление местоположения

Кейс. ТЕСТИРОВАНИЕ ЧР В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧР В КАБЕЛЯХ СЕТИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Компания HVPD получила запрос на тестирование ЧР в сети 33 кВ легкорельсового метро. Запрос поступил после возникновения трех неисправностей подряд. Кабельная инфраструктура находилась в эксплуатации немногим более 12 месяцев. Первая же неисправность привела к аварийному отключению сети электропитания и нарушению работы всего транспортного предприятия.

Методика и техника измерений

Для оценки состояния всей кабельной сети 33 кВ без отключения нагрузки использовалась функция локализации ЧР в рабочем режиме тестера HVPD Longshot™.

Датчики HFCT были установлены на жилы кабеля, как представлено на рисунке.

Работа началась с проверочного испытания, в ходе которого через датчики HFCT подавались импульсы для измерения скорости распространения сигнала в конкретных кабелях. Затем последовали измерения ЧР в рабочем режиме и локализация.

Результаты измерений

На одном фидере (синяя фаза) были обнаружены высокие уровни ЧР, достигающие значения 6000 пкл, с некоторым перекрестным воздействием на два других фидера (красная и желтая фазы).

Анализ данных с помощью ПО прибора Longshot™ показал локализацию а ЧР в муфте № 2 (Jt 2).

Из более чем 50 протестированных цепей серьезный уровень ЧР был обнаружен в кабельной арматуре еще на шести из них (11%), что отмечено красным цветом в таблице ниже.

Уровень обнаруженных разрядов позволил отнести эти кабели к категории «серьезная проблема, найдите место ЧР, замените или проведите ремонт ».

Выводы

• Поврежденная концевая муфта “была заменена, а повторное тестирование с использованием прибора HVPD Longshot™ показало, что ремонт проведен успешно.
• Даны рекомендации провести более тщательный мониторинг активности ЧР на “красной” фазе.
• Для определения состояния изоляции кабелей целесообразно проводить тестирование ЧР в рабочем режиме.