Способ определения места повреждения кабельной линии

Изобретение относится к области электротехники и электроники, а именно к эксплуатации кабельных линий электропередачи и связи, и может быть использовано при определении мест повреждения в них импульсным методом с помощью импульсных рефлектометров.

Известен способ определения места повреждения кабеля (а.с. №1817044 А1, авторы В.В. Кокарев и С.Г. Павлов), при котором в поврежденную цепь подземного кабеля посылают импульсный сигнал, фиксируют отраженный сигнал на импульсной характеристике поврежденной цепи, запоминают местоположение сигнала на импульсной характеристике поврежденного кабеля, затем посылают зондирующий сигнал во вспомогательную пару проводов, проложенных по поверхности Земли вдоль подземного кабеля, с искусственно выполненным первым повреждением в этой паре, запоминают отраженный сигнал от этого искусственно созданного повреждения и сравнивают с отраженным сигналом от повреждения в подземном кабеле, в случае несовпадения передних фронтов названных отраженных сигналов процесс зондирования искусственно выполненных второго, третьего и т.д. повреждений на вспомогательной паре и сравнения отраженных сигналов от этих повреждений и повреждения в подземном кабеле продолжают до тех пор, пока передние фронты отраженных импульсов от повреждения во вспомогательной паре и повреждения в подземном кабеле не совпадут, по месту расположения последнего искусственного повреждения определяют расположение места повреждения подземного кабеля.

Однако при реализации такого способа необходимо прокладывать по поверхности земли вспомогательную пару, сравнимую по длине с кабельной линией, которая может достигать от сотен метров до нескольких километров, что трудно выполнимо технически и невыгодно экономически.

Кроме того, такой способ не учитывает скрутку жил как подземного кабеля, так и вспомогательной пары, имеющих достаточно большое различие, влияющее на точность определения места повреждения подземного кабеля.

Кроме этого, известный способ не учитывает разницу в коэффициентах укорочения γ (γ=c/ν - коэффициент укорочения электромагнитной волны в кабельной линии, где ν - скорость распространения электромагнитной волны в кабельной линии, м/мкс; с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме (с=299,79 м/м)) в подземном кабеле и во вспомогательной паре, а в связи с тем, что диэлектрическая проницаемость материалов, из которых изготовлены жилы подземного кабеля и вспомогательной пары, различна, скорость распространения электромагнитной волны в них также различна, следовательно, погрешность определения места повреждения кабеля известным способом возрастает.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является метод импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий (Техническое описание и инструкция по эксплуатации измерителя неоднородностей Р5-13, 1987, С. 3-8, Тарасов Н.А. Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий. http://reis205.narod.ru/metod.htm. найдено 9.12.2016 г.), при котором зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения, принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления, выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля, вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле:

где L_x - расстояние до неоднородности волнового сопротивления, принимаемое равным расстоянию до места повреждения кабеля, м; ν - скорость распространения электромагнитной волны (ЭМВ) в кабельной линии, м/мкс; t_з - время задержки отраженного сигнала относительно зондирующего, мкс; с - скорость распространения ЭМВ в вакууме (с=299,79 м/мкс); γ=c/ν - коэффициент укорочения электромагнитной волны в кабельной линии.

Скорость ν распространения ЭМВ в кабельной линии зависит от материала изоляции жил кабеля, а точнее от диэлектрической проницаемости материала изоляции ε.

Импульс распространяется в кабеле со скоростью сигнала ν, которая является характеристикой кабеля. Эта скорость может быть примерно описана через относительную диэлектрическую проницаемость материала изоляции и вычислена по формуле:

где с - скорость распространения ЭМВ в вакууме (с=299,79 м/мкс), ε - диэлектрическая проницаемость материала изоляции.

Недостатком такого способа определения места повреждения кабельной линии является высокая погрешность, обусловленная тем, что в способе при определении расстояния до неоднородности волнового сопротивления (места повреждения кабеля) учитывается только электрическая длина кабеля и не учитывается скрутка жил кабеля. Известно (Превезенцев В.А., Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. М.: изд-во «Энергия», 1970, с. 245), что скрутка жил кабеля приводит к их укрутке, в результате чего геометрическая длина скрученных жил будет меньше их электрической длины. То есть геометрическая и электрическая длины кабеля, жилы которого скручены, не совпадают. Вследствие этого расстояние до неоднородности волнового сопротивления (места повреждения кабеля), определенное известным способом, не совпадает с фактическим расстоянием до неоднородности волнового сопротивления (места повреждения кабеля).

Скрутка жил кабеля характеризуется такими показателями, как шаг скрутки Н (длина одного полного витка скрученной жилы, измеренная вдоль оси кабеля), коэффициент скрутки m, диаметр кабеля D и коэффициент укрутки К_у.

Коэффициент скрутки определяется по формуле:

где m - коэффициент скрутки, Н - шаг скрутки, D - диаметр кабеля.

Если сделать развертку витка любой из скрученных жил измеренного вдоль оси кабеля, то его длина L₁ определяется по формуле (Превезенцев В.А., Ларина Э.Т. Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. М.: изд-во «Энергия», 1970, с. 245):

где L₁ - длина одного полного витка скрученной жилы, m - коэффициент скрутки, Н - шаг скрутки.

Укрутка (приращение длины L₁ к шагу Н скрутки) равна:

Коэффициент укрутки К_у равен отношению длины L₁ одного полного витка скрученной жилы к шагу скрутки H:

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование способа определения места повреждения кабельной линии, обеспечивающее повышение точности определения места повреждения кабельной линии.

Технический результат заявленного изобретения состоит в уменьшении погрешности определения места повреждения кабельной линии с одновременным уменьшением объема выполняемых работ по устранению повреждения кабеля.

Технический результат достигается тем, что в способе определения места повреждения кабельной линии, заключающемся в том, что зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения, принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления, выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля, вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле (1):

где L_x - расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, м; ν - скорость распространения электромагнитной волны в кабельной линии, м/мкс; t_з - время задержки отраженного сигнала относительно зондирующего, мкс; с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме (с=299,79 м/мкс); γ=c/ν - коэффициент укорочения электромагнитной волны в кабельной линии, дополнительно вычисляют коэффициент укрутки, с учетом которого вычисляют уточненное расстояние до места повреждения кабеля по формуле:

где L_xт - уточненное расстояние до места повреждения кабеля; К_у - коэффициент укрутки, L_x - расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, м; при этом коэффициент укрутки вычисляют по формуле (6):

где L₁ - длина одного полного витка скрученной жилы, m - коэффициент скрутки, Н - шаг скрутки, - укрутка (приращение длины L₁ к шагу H скрутки).

Повышение точности определения места повреждения кабельной линии достигается за счет уточнения расстояния до места повреждения кабеля, вычисленного по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, путем вычисления его с учетом коэффициента укрутки по формуле (6).

Уменьшение объема выполняемых работ (а именно земляных работ) по устранению повреждения кабеля обусловлено повышением точности определения места его повреждения.

Заявляемый способ определения места повреждения кабельной линии реализуется следующим образом:

- зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения,

- принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления,

- выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля,

- вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле (1),

- вычисляют коэффициент укрутки по формуле (6),

- вычисляют с учетом коэффициента укрутки уточненное расстояние до места повреждения кабеля по формуле (7).

Например, при сечении кабеля 240 мм²:

а) при реализации способа по прототипу - L_x=9087,52 м:

- зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения,

- принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления,

- выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля,

- вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле (1):

б) при реализации заявляемого способа - L_xт=8979,76 м:

- зондируют измеряемую кабельную линию импульсами напряжения,

- принимают импульсы, отраженные от неоднородностей волнового сопротивления,

- выделяют отраженные от неоднородностей волнового сопротивления импульсы на индикаторе с временной разверткой луча, соответствующие месту повреждения кабеля,

- вычисляют расстояние до места повреждения кабеля по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего по формуле (1):

- вычисляют коэффициент укрутки по формуле (6):

и сводят коэффициенты скрутки и соответствующие им коэффициенты укрутки в таблицу 1.

На практике при изготовлении кабелей напряжением 6-10 кВ коэффициент скрутки m для круглых жил принимается равным 20-60. В таблице 1 приведены значения коэффициента укрутки Кy круглых жил, рассчитанные по формуле (6), в зависимости от коэффициента скрутки m [РД-16. 405-87, табл. 8].

- вычисляют с учетом коэффициента укрутки уточненное расстояние до места повреждения кабеля по формуле (7), которое оказалось равным

Тогда погрешность определения места повреждения кабеля, устраняемая предлагаемым способом, равна: ΔL=9087,52-8979,76=107,76 м.

В таблице 2 показаны расстояния до места повреждения кабеля сечением 240 мм², определенные при коэффициенте скрутки m=20 и соответствующем ему коэффициенте укрутки К_у=1,012, определенные известным из прототипа способом (L_x=9087,52 м) и заявленным способом (L_xт=8979,76 м). Погрешность определения места повреждения кабеля, устраняемая предлагаемым способом, равна ΔL=107,76 м.

Таким образом, из приведенного примера, сведенного в таблицу 2, видно, что предлагаемый способ позволяет более точно обнаружить место повреждения кабельной линии. Более точное обнаружение места повреждения кабельной линии позволяет в свою очередь уменьшить объем работ, выполняемых по устранению повреждения (а именно уменьшить объем земельных работ: уменьшение объема извлекаемого грунта, в котором уложена кабельная линия, и, соответственно, уменьшение объема работ по засыпке кабеля извлеченным грунтом после устранения повреждения).