Генератор высоковольтных импульсов для поиска повреждений

Генератор высоковольтных импульсов для поиска повреждений

При схожести принципов поиска повреждений в силовых кабелях для поиска повреждений удобнее использовать другие приёмы и методы. Стоит заметить, что электрикам во многом искать дырки в своих кабелях проще, ибо многие «ребусы» типичные для поиска повреждений кабелей связи здесь решать не нужно. Например, электрики-кабельщики практически не используют мостовых схем измерения и контактный метод поиска (штыри), да и рефлектометр после хорошего прожига показывает не «кофейную гущу». Связано это с тем, что силовые высоковольтные кабеля выдерживают напряжение около 30 кВ и ток в сотни Ампер, соответственно могут быть использованы методы прожига и удара, описанные далее.

Для поиска повреждений и для испытаний кабелей и оборудования электрикам недостаточно переносных приборчиков и используется целая передвижная лаборатория на базе какого-либо автомобиля. Обычно в российском исполнении такой автомобиль имеет на кузове надпись ЛВИ, что расшифровывается как лаборатория высоковольтных испытаний. При этом оборудование лаборатории в основном состоит из жёстко закреплённых в кузове автомобиля установок. Учитывая, что в схеме ЛВИ используются большие напряжения и токи, некоторая часть оборудования выполняет защитные функции.

Высоковольтный отсек лаборатории высоковольтных испытаний

Пульт управления лаборатории высоковольтных испытаний

Работа ЛВИ начинается с большого количества количество защитных мер. Шутки, описанные в приколе «самый контактный метод поиска» здесь смертельно опасны. Работая с электриками, начинаешь понимать смысл многих пунктов из ПУЭ.

Высоковольтные испытания кабеля

Любопытно, что зачастую поиск повреждения начинается даже без проверки кабеля мегомметром. Начинают с подачи в кабель испытательного напряжения. Подобное начало не соответствует описанному в методиках порядку работ, но во многом оправдано. Изоляция «выстрелившего» кабеля может быть более 10 Мом, что, в общем-то, соответствует норме и всё решает именно проверка кабеля повышенным напряжением.

Напряжение постепенно поднимают до 30-50 кВ. Как правило, в повреждённом кабеле возникает пробой и срабатывает защита блока высоковольтных испытаний. Лабораторию переключают в другой режим — режим прожига.

Прожиг высоковольтного электрокабеля

Подключается установка прожигающая. На фотографии пульта управления это большой блок кубической формы слева внизу. Установка выдаёт в кабель высокое напряжение, но уже без отключения при пробое. Установка прожигающая имеет переключатель напряжений, и оператор может изменять соотношение ток-напряжение в мощности установки. Начинают с большого напряжения и при возникновении устойчивого пробоя напряжение уменьшают в пользу тока, добиваясь полного сплавления жилы кабеля в месте повреждения.

Химия и физика этого процесса заключается в образовании плотной угольной корки в месте пробоя кабеля. Подобным методом добиваются того, что сопротивление между повреждённой жилой и «землёй» снижается до 1-5 Ом. Если кабель лежит не в грунте, а проложен по эстакаде, то поиск повреждения на этом этапе может быть закончен. Кабель при прожиге в месте повреждения начинает дымить и трещать, и повреждение легко находится внешним осмотром.

Измерение ВВ кабеля измерителем неоднородности линий

После удачного прожига измерение линии рефлектометром не вызывает затруднений с определением расстояния до повреждения. Место повреждения определяется как плотное «короткое» и на рефлектрограмме отображается очень отчётливо. Коэффициент укорочения на высоковольтном кабеле выставляют независимо от марки кабеля в 1,87.

Кстати штатная комплектация ЛВИ предусматривает наличие рефлектометра или измерителя неоднородности линий. В советские времена в комплектацию входили знакомые до боли измерители неоднородности линий Р5-10, а в настоящее время это импульсный рефлектометр РИ-10М.

Акустический метод поиска повреждений

Для поиска повреждения кабеля проложенного в грунте используется ещё один блок — генератор высоковольтных импульсов — ГВИ (на фото пульта управления внизу справа). В ГВИ напряжение в кабель подаётся последовательностью коротких импульсов с довольно большой мощностью (используется накоплении энергии конденсатором). Вся энергия импульса выделяется в месте повреждения изоляции, создавая при этом громкий сухой щелчок (удар). Щелчки настолько громкие, что их звук иногда слышен даже сквозь 70 см грунта как негромкие хлопки.

Вместе с блоком ГВИ используется ещё один метод называемый акустическим. Суть его в прослушивании грунта специальным микрофоном (тоже иногда входит в комплектацию ЛВИ в составе поискового прибора). Как уже отмечалось, иногда щелчки пробоя при работе ГВИ слышны без какого-либо оборудования, но не всегда трасса проходит в тихих местах и не всегда кабель лежит на глубине 60-70 см. Для таких случаев и применяется акустический метод, то есть прослушивание грунта микрофоном.

Для определения трассы и места повреждения электрического кабеля используется также индукционный метод. Собственно суть метода описана на странице Поиск трассы кабеля кабелеискателем. Применительно к высоковольтным кабелям не используются котактный метод поиска (штыри). Как правило, кабель дожигается до такой степени, что повреждения легко локализируются одной антенной. В месте повреждения сигнал не фиксируется (не затухает) и слышен очень отчётливо, поиск проводится на вертикальной катушке (по минимуму).

Использовать подобные технологии для кабелей связи, увы, рискованно. Частенько подача высокого напряжения, например, в ПРППМ может «дожечь» повреждение (Поиск повреждений методом прожигания напряжением фазы (220 Вольт)) и уменьшить сопротивление повреждения до нескольких кОм, и нередки случаи, когда длительное использование связки ГИС-УМГИС снижало сопротивление повреждения. Но использовать подобные методы следует очень осторожно по двум причинам:

1. Жилы и изоляция кабелей связи не рассчитаны на прохождение больших токов. Ток протекающий по отдельно взятой жиле может настолько её разогреть, что оплавится весь полиэтилен в кабеле, причём по всей длине, закоротив все пары между собой.

2. Те киловольты, что не всегда легко прожигают высоковольтные кабели, могут пробить изоляцию кабелей типа ТПП и ПРППМ в неповреждённом месте, ведь кабели связи не предназначены для большого напряжения.

Источник

Генератор высоковольтных импульсов для поиска обрыва в линии электропередачи

Прибор, описание которого представлено в данной статье, позволяет определить место разрыва линии электропроводки,например, в доме. В основе его работы используется метод, который в электротехнике называют акустическим. Он основан на прослушивании в месте повреждения звуковых колебаний (хлопков), вызванных искровым разрядом.

Обычно разрыв в электропроводке колеблется в пределах 0,5. 2 мм. Такой разрыв легко пробивает напряжение 1 . 3 кВ постоянного тока. Упрощенная схема устройства приведена на рис. 1, где Uu — источник повышающего напряжения до пробоя, Ru — внутреннее сопротивление источника напряжения.

Рис. 1. Упрощенная схема устройства.

Если в месте пробоя будет низкое сопротивление, хлопка не будет. Источник будет разряжаться, и напряжение не повысится. Во избежание этого нужно в цепь схемы поставить разрядник (искусственный разрыв около 1 мм). А для того, чтобы пробой был хорошо слышен и виден, необходимо добавить высоковольтный конденсатор.

Рис. 2. Структурная схема устройства.

Структурная схема устройства приведена на рис. 2. Обычно обрыв проводки находится на глубине 1 . 2 см в штукатурке или в соединительной коробке. Место повреждения легко обнаруживается по световой вспышке и по звуку хлопка разряда. Перед поиском места обрыва на участке электросети нужно отключить все электропотребители.

Принципиальная схема

Высоким напряжением аппарата можно повредить изоляцию обмоток электродвигателей и других электронных устройств. И обязательно нужно соблюдать технику электробезопасности [1]. Полезно перед этим воспользоваться генератором высокой частоты и искателем и приблизительно определить место повреждения [2, 3].

Рис. 3. Принципиальная схема генератора высоковольтного напряжения.

Также надо замерить ёмкость проводки до места повреждения кабеля, ёмкость 1 м провода АППВ 2*2,5 примерно равна 80. 100 пФ. Для поиска места обрыва необходимо подключить к высоковольтному прибору (см.схему устройства на рис. 3) питание -220 Вик выходным клеммам “0” и “1” или “2” — линию с обрывом. Затем нажать кнопку SA1 и держать около 3 сек. до разряда.

Если кнопку держать дольше, разряды будут повторяться по мере накопления напряжения на конденсаторе С2. Само устройство прибора не содержит дефицитных деталей.

Трансформатор Тр1 — от строчной развертки чёрно-белого телевизора. Разрядник Р35 можно заменить самодельным. Он изготовлен из кусочка фольгированного стеклотекстолита размерами 30*30 с круглым отверстием в центре диаметром 15 мм. По середине фольга удалена, по краям предусмотрены два отверстия для подключения проводов, см. рис. 4.

Рис. 4. Самодельный разрядник для замены Р35.

С каждой площадки навстречу друг другу припаяны два кусочка медного провода диаметром 1 мм с зазором 3 мм. В зазоре будет происходить пробой, с расчетом 1 мм = 1 кВ.

Такой разрядник Р1 установлен в схеме для предохранения высоковольтного трансформатор Тр1. При разряде в заводском разряднике Р35 звук очень слабый и не мешает слушать разряд в электропроводке в доме.

Конденсатор С2 К75-53 1 мФ на напряжение 5 кВ. Его можно заменить несколькими конденсаторами меньшей ёмкости, но сумма всех ёмкостей должна быть около 1 мФ, рабочее напряжение — не меньше 5 кВ.

Схема управления симистором ST1 взята из [4]. Номиналы деталей устройства указаны на принципиальной схеме. Неоновая лампа Л1 нужна для сигнализации напряжения сети 220 В на питание прибора.

Прибор собран в небольшом пластиковом кейсе. Теперь приведу два примера применения прибора из моей практики:

1. Снижение кабеля от УКВ антенны. Сопротивление между экраном и центральной жилой по показанием тестера 100 Ом. Должно быть около 5. 10 Ом. При подключении прибора к кабелю один человек нажимал на кнопку SA1, а я наблюдал за антенной и кабелем вечером. Под правым болтом подключения кабеля к шлейфу антенны были видны искры. Правый болт был сильнее подтянут. Переходное сопротивление упало до 8 Ом.
2. Потухла электролампа освещения в комнате. Лампа цела и исправна. Лампу вывернул. Концы в патроне закоротил. К отдельной линии, идущей к патрону лампы, подключил провода, отходящие от клемм “0” и “1” прибора. При нажатии на кнопку SA1 прибора в месте разрыва в проводке, выходящей с потолка, раздавались разряды. Ликвидация разрыва была легко устранена.

Б. Марченко. Приморский край, п.Кавалерово. РМ-02-17.

1. Осторожно! Электрический ток! — Радио, 2015, №5, стр. 54.
2. Б.Марченко. Приборы для определения места повреждения кабеля. — Радиолюбитель, 1997, №2, стр. 24-25.
3. Б.Марченко. Приборы для измерения малых емкостей. — Радиомир, 2014, №7, стр. 27; Радиомир, 2014, №9, стр. 32.
4. А. Просянов. Блок питания и киловольтметр для “люстры Чижевского”. — Радио, 2008, №1, стр. 27-28.

Источник

Акустический метод определения места повреждения кабельной линии

Акустический метод поиска повреждений кабеля практически универсален. Он позволяет находить повреждения различного типа: «заплывающие» пробои, однофазные и междуфазные повреждения с различными переход­ными сопротивлениями, обрывы одной или нескольких жил. При этом полное замыкание с маленьким переходным сопротивлением не дает искрового разряда и не может быть определено данным методом. В ряде случаев с помощью акустического метода поиска возможно найти несколько повреждений на одной кабельной линии.

Общий принцип

Сущность акустического метода обнаружения повреждений кабельных линий видна из самого его названия. Ин­формативным параметром является уровень кратковременного звукового сигнала — щелчка, удара, возникающего одновременно с электрическим искровым или дуговым разрядом, происходящим в месте повреждения (МП) кабеля в момент подачи на него высо­ковольтного импульса электрического напряжения. Для контроля и индикации сигнала используется высокочувствительный аку­стический датчик (микрофон), преобразующий звуковой сигнал в электрический. Датчик подключен к >переносному приемно-уси­лительному устройству, снабженному звуковой и визуальной ин­дикацией. Оператор, пошагово перемещая по поверхности вдоль трассы кабеля датчик, в направлении увеличения сигнала находит точку с максимальным сигналом, которая находится непосред­ственно над МП. Таким образом, локализуют место повреждения (рис.).

Определение точного местонахождения повреждения в кабельной линии

Акустический сигнал в грунте

Акустический сигнал в грунте довольно быстро затухает и область обнаружения МП акустическим методом при стандартной глу­бине прокладки кабеля ограничивается несколькими десятками метров. В самом лучшем случае это сотня метров. Ограничения связаны с характеристиками грунта, энергией разряда и чувстви­тельностью применяемой аппаратуры.

Виды повреждений

Очевидно, что необходимым условием для возникновения элек­трического пробоя является наличие достаточно большого элек­трического сопротивления в МП кабеля. Есть сопротивление — есть «предмет для пробоя». Нет сопротивления (короткое за­мыкание) — при подаче импульса напряжения будет импульс тока, но электрического разряда, а значит и акустического сигнала, не будет. Практика показывает, что сопротивление должно быть не меньше нескольких десятков Ом. Такое ограничение определя­ет виды повреждений, которые можно обнаруживать, используя акустический метод, т.е. область применения метода. Это утечки в изоляции, «заплывающие» пробои, однофазные и междуфазные повреждения с различными переходными сопротивлениями, об­рывы одной, двух или всех жил.

Схемы подключения генератора к кабелю

Для создания разряда необходимо специальное оборудование.Это импульсные, т.н. ударные генераторы, способные создать мощный электрический разряд. Энергия необходимая для создания разря­да накапливается в достаточно большой электрической емкости и через коммутатор или разрядник подается на кабель. Длительный опыт использования ударных генераторов показал, что в боль­шинстве случаев достаточно энергии до 2000 Дж. Использование генераторов с энергией более 3000 Дж может быть опасным для кабеля, поскольку очень большие импульсные токи в момент раз­ряда порождают очень сильные магнитные поля, сопровождаю­щиеся мощными механическими воздействиями на элементы кон­струкции кабеля.

Схема определения места повреждения зависит от вида поврежде­ния КЛ. Если произошел «заплывающий» пробой (как правило, в муфтах), то сопротивление в месте повреждения большое — единицы и десятки мегаом. При этом с помощью генератора напряже­ние доводится до пробоя. При устойчивых замыканиях, имеющих переходное сопротивление в месте повреждения от единиц Ом до десятков килоом, используется генератор, разрядник и накопи­тельная (зарядная) емкость или емкость неповрежденных жил. Через разрядник высоковольтный импульс посылается в повре­жденную жилу кабеля, в месте повреждения которой происходит пробой, вызывающий акустический сигнал.

Способы подключения генератора к кабелю в зависимости от вида повреждения изображены на рисунках:

Схемы подключения генератора к кабелю

Сочетание с индукционным методом поиска

Вариант акустического метода определения места повреждения кабельной линии в сочетании с индукционным методом мо­жет быть эффективным в сложных случаях, когда акустический сигнал слаб и имеет «размытую» характеристику без четкого мак­симума уровня. Это затрудняет локализацию МП, сильно умень­шает точность его определения. Для реализации этого метода не­обходимо акустический приемник дополнить электромагнитным каналом, состоящим из магнитной антенны и усилителя. Магнит­ное поле, возникающее при разряде, достигает магнитной антенны практически мгновенно, поскольку скорость его распространения сравнима со скоростью света (300 000км/сек). Скорость распро­странения звука в грунте измеряется сотнями метров в секунду. Принимая оба сигнала и измеряя время запаздывания звуково­го сигнала относительно магнитного можно оценить расстояние до места повреждения. При приближении к МП задержка будет уменьшаться и непосредственно над ним будет минимальна. По­следовательность действий при проведении поиска такая же, как и для акустического метода, но кроме (или вместо) контроля уров­ня акустического сигнала, увеличивающегося с приближением к МП, контролируется величина задержки, уменьшающаяся по мере приближения к МП.

Нестандартный вариант акустического метода

Нестандартный вариант акустического метода определения повреждений кабеля может использоваться, когда в МП сопротивление равно нулю, т.е. имеет место короткое замыкание, а использование индукци­онного метода невозможно. Как уже упоминалось выше, при про­хождении большого тока по близко расположенным проводникам возникают мощные силы, притягивающие или отталкивающие эти проводники. Поскольку любая изоляция, разделяющая эти проводники, обладает определенной упругостью, она сжимается или растягивается (в зависимости от направления силы). Если ток носит импульсный характер механические взаимодействия меж­ду элементами конструкции кабеля — жилами, или жилой и обо­лочкой — тоже носят импульсный, взрывной характер. Жилы или жила-оболочка «хлещут» друг по другу. При этом возникают и звуковые щелчки – «шлепки». В отличие от «классического» случая с локальным разрядом и локальным же акустическим «щелчком» в описываемом случае звук порождается на всей протяженности кабеля, где протекает ток, т.е. до места КЗ. Это обстоятельство и позволяет локализовать МП. Если оператор слышит щелчки, он находится до МП. После прохождения МП звук постепенно уменьшается и исчезает, т. к. ток в кабеле отсутствует и соответ­ственно отсутствует механическое взаимодействие порождающее звук. Место, где начинает уменьшаться уровень звукового сигнала и является МП. Естественно уровень акустического сигнала в рас­сматриваемом случае значительно меньше, чем в случае мощного разряда происходящего в МП, практически в одной точке и для успешной реализации метода требуется наличие высокочувстви­тельного оборудования.

Источник