Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения опасных зон в изоляции трёхжильных трёхфазных кабельных линий электропередач

Способ относится к дефектоскопии изоляции трехжильных трёхфазных кабельных линий номинальным напряжением 6 кВ и выше при обследовании методами неразрушающего контроля. В частности при обследовании изоляции кабельных линий методом частичных разрядов (ЧР).

Аналогом может являться способ контроля изоляции кабельного изделия (Патент РФ №2491562 от 27.08.2013 г.). К участку поверхности изоляции движущегося кабельного изделия при заземленных электропроводящих элементах посредством электрода непрерывно прикладывают высокое (до 40 кВ) гармоническое напряжение измеренных уровня и частоты, одновременно с этим идет процесс измерения уровня тока через изоляцию. Используя полученные значения тока и напряжения, рассчитывают значения полного сопротивления и его комплексных составляющих. Дефектный участок изоляции вызывает изменение этих параметров, а в случае со "сквозными" дефектами - электроискровой пробой и скачкообразное повышение уровня тока. По изменению электрических параметров изоляции и повышению уровня тока судят о физических свойствах диэлектрика и о наличии дефектов.

Аналогом является устройство для определения расстояния до места обрыва кабеля, изобретение относится к контрольно-измерительной технике (Патент РФ №2399926 от 20.09.2010 г.). Сущность способа определения расстояния до места обрыва кабеля заключается в подключении трёхфазной трёхжильной кабельной линии к источнику осциллирующего напряжения путём всех трёх жил трёхфазного трёхжильного кабеля и нахождении резонансной частоты с целью определения места дефекта или обрыва в радиальном направлении. Для этого используется устройство, содержащее колебательный LC-контур, соединенный с генератором регулируемой частоты колебаний. Генератор через переключатель подключен к двум блокам памяти резонансных частот, соответствующих мерной и искомой длинам кабеля. Блоки памяти резонансных частот соединены с вычислителем искомой длины кабеля по функционалу: где fo - собственная частота LC-контура, f₁ - резонансная частота, соответствующая мерной длине кабеля, f_x - резонансная частота, соответствующая искомой длине кабеля до места обрыва. Искомая длина l_x рассчитывается вычислителем по формуле: l_x=l₁·F, где l₁ - мерная длина кабеля, соответствующая резонансной частоте f₁. Вычислитель подключен к индикатору длины кабеля.

К недостаткам вышеперечисленных аналогов можно отнести отсутствие учёта конструкции кабельной линии, в особенности применительно к трёхфазным трёхжильным кабельным линиям, где геометрия испытаний с точки зрения электрического поля будет иметь ключевое значение. На фиг. 1 представлены варианты подключения датчика ЧР, электродов высокого напряжения и цепей заземления к образцу кабеля.

Прототипом является способ измерения характеристик частичных разрядов (Патент №2374657опубл. 27.11.2009).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения характеристик частичных разрядов (ЧР) при испытаниях высоковольтного трехфазного оборудования. Технический результат: повышение помехоустойчивости и достоверности измерения. Сущность: проводят циклы измерения в заданные дискретные моменты времени амплитудных значений импульсных сигналов ЧР в области наибольшего значения напряжения промышленной частоты в отрицательных его полупериодах с помощью датчиков ЧР, подключенных к трем фазам и к нейтрали. Для каждого дискретного момента времени измерения регистрируют только наибольшее измеренное значение сигналов ЧР, полученных с помощью датчиков ЧР, подключенных к трем фазам, без учета случая, когда равны измеренные значения сигналов ЧР, а также случая, когда максимальное измеренное значение имеет сигнал ЧР, полученный с помощью датчика ЧР, подключенного к нейтрали. Определяют максимальное значение кажущегося заряда как наибольшее значение зарегистрированных сигналов ЧР с учетом коэффициента повторения или регулярности сигналов. Коэффициент повторения определяют как отношение числа периодов воздействующего напряжения промышленной частоты в одном цикле измерения ЧР, в которых зарегистрированы сигналы ЧР заданной амплитуды, к общему числу периодов в этом цикле измерения ЧР.

Недостатком данного способа является то, что совершенно не учитывается геометрия испытаний изоляции высоковольтного электрооборудования, например при испытании трёхфазных трёхжильных кабельных линий. Это в свою очередь будет вносить существенные искажения при диагностике подобных объектов и приведёт к неверной интерпретации результатов контроля и анализа электрической прочности изоляции трёхфазных трёхжильных кабельных линий.

Таким образом, необходимо разработать способ определения опасных зон в изоляции трёхжильных трёхфазных кабельных линий электропередач, в котором учитывается геометрия испытаний изоляции трёхфазных трёхжильных кабельных линий.

Задачей является разработка способа определения опасных зон в изоляции трёхжильных трёхфазных кабельных линий электропередач на основании распределения электрических полей и на различных способах подключения измерительных устройств, высоковольтных и заземлённых электродов.

Техническим результатом является повышение достоверности и информативности контроля состоянии изоляции высоковольтных трёхжильных трёхфазных кабельных линий электропередач и обеспечения энергетической эффективности и безопасности эксплуатации испытуемых объектов методом частичных разрядов, а также другими методами контроля и испытания изоляции кабельных линий за счет учета распределения электрического поля при подаче испытательного напряжения на отдельные участки поясной и жильной изоляции трёхфазных трёхжильных кабельных линий.

Технический результат достигается тем, что в способе определения опасных зон в изоляции трёхжильных трёхфазных кабельных линий электропередач, включающему циклы измерения в заданные дискретные моменты времени амплитудных значений импульсных сигналов ЧР, согласно настоящему изобретению, производят сравнение таких характеристик частичных разрядов (ЧР), как максимальная амплитуда ЧР с числом повторений более 10 раз, частота следования ЧР, средний ток ЧР, мощность ЧР, измеренных за одинаковые промежутки времени от 1 до 60 секунд, при различных способах подачи высоковольтного испытательного напряжения на одну, две и все три токопроводящие жилы кабеля при установке датчика частичных разрядов в цепь заземления экрана кабеля, что позволяет выделять наиболее повреждённые зоны поясной и жильной изоляции за счёт того, что в каждом из вариантов схем подключения задействованы различные участки изоляции, далее определяют тип вероятного аварийного повреждения: однофазное, двухфазное или трёхфазное короткое замыкание.

Для получения экспериментальных данных был использован электрический контактный метод регистрации электромагнитных импульсов от ЧР по схеме «Включение сигнального сопротивления в ветвь заземления объекта испытаний» [ГОСТ 20074-83 Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов. М: Изд-во стандартов, 2008.]

Сущность способа определения опасных зон изоляции трёхфазных трёхжильных кабельных линий заключается в поочередном подключении высоковольтных электродов, цепей заземления трёхфазных трёхжильных кабельных линий при выведении линии из работы. В результате приложения высоковольтного испытательного напряжения к токоведущим жилам кабеля по различным схемам условия возникновения частичных разрядов в отдельных частях изоляции значительно изменяются, что и позволяет выявлять зоны с наибольшим износом изоляции. На фиг. 1 представлено три способа подключения датчика ЧР, когда на жилы поочерёдно подаётся высокое испытательное напряжение, а экран включают в цепь заземления через датчик ЧР.

На фиг. 1 рис. а) представлено распределение электрического поля, когда жиле 7 подключен высоковольтный электрод, а остальные жилы 8 и 9, а также экран заземлены через датчик ЧР. В этом случае возможно три подварианта при переключении высоковольтного электрода поочерёдно к жилам 8 и 9. В данном варианте подключения по отдельности контролируются зоны поясной изоляции, примыкающей к жиле, находящейся под напряжением.

На фиг. 1 рис. б) одновременно к двум жилам 7 и 8 подключен высоковольтный электрод, а экран и жила 9 заземлены через датчик ЧР. В этом случае при попарном подключении жил также возможно три подварианта: жилы 7 и 8; жилы 8 и 9; жилы 9 и 7.

На фиг. 1 рис. с) показано подключение трёх жил к высоковольтному электроду, а экран при этом заземлён через датчик ЧР.

На фиг. 2 представлена схема лабораторной установки для регистрации импульсов частичных разрядов.

Для более подробного пояснения сечение кабеля условно разбито на 6 зон. Цифрами на фиг. 1, 2 обозначены:

1 – зона поясной изоляции около жёлтой жилы

2 – зона поясной изоляции около чёрной жилы

3 – зона поясной изоляции около красной жилы

4 – зона междужильной изоляции между чёрной и красной жилами

5 – зона междужильной изоляции между чёрной и жёлтой жилами

6 – зонамеждужильной изоляции между красной и жёлтой жилами

7 – черная жила;

8 – красная жила;

9 – желтая жила;

10 – регулятор напряжения;

11 – испытательный трансформатор;

12 – защитное ограничивающее сопротивление;

13 – объект испытаний;

14 – датчик частичных разрядов.

В испытательной установке переменное напряжение 220В через регулятор напряжения 10 (0-250 В) подаётся на испытательный трансформатор 11. С высоковольтного вывода испытательного трансформатора 11 через защитное ограничивающее сопротивление 12 напряжение подаётся на объект испытаний 13. Каждая из токоведущих жил с помощью переключателей может либо соединяться с высоковольтным выходом испытательной установки, либо заземляться, что обеспечивает возможность проведения измерений частичных разрядов по схемам фиг. 1. Датчик ЧР ставится в цепь заземления экрана кабеля. Сигнал с датчика подаётся на регистратор ЧР, выполненный на базе компьютера.

При способе определения опасных зон изоляции трёхфазных трёхжильных кабельных линий, показанном на фиг. 1, возможно выявление частичных разрядов в различных зонах при изменении способа подключения высоковольтных электродов.

В варианте а) на фиг. 1 на жилы 7 подано высокое переменное напряжение, действующее значение которого составило 4,5 кВ, жилы 9 и 8 имеют потенциал земли, а экран включен в цепь заземления по схеме указанной на фиг. 2, где переменное напряжение 220В через регулятор напряжения 10 (0-250 В) подаётся на испытательный трансформатор 11. С высоковольтного вывода испытательного трансформатора 11 через защитное ограничивающее сопротивление 12 напряжение подаётся на объект испытаний 13.

Очевидно, что при данном способе подключения, в основном будут диагностироваться зоны, которые окружают жилу, к которой подключен высоковольтный электрод. Для случая а) фиг. 1 это зоны 2, 4, 5 и регистрируемые сигналы предположительно будут двух типов: сигналы, которые характеризуют только лишь зону 2, 4, 5 внутренней изоляции кабеля, а также сигналы поверхностных частичных разрядов (ПЧР) или сигналы короны, которые будут характеризовать процесс, происходящий вне интересуемого изоляционного промежутка. Для описанного случая зоны 1, 3, 6 просматриваться на дефекты не будут, так как в данном случае электрическое поле в этих зонах равно нулю.

В варианте б) (фиг. 1) показан способ подключения, при котором можно получить информацию из зон 2, 3, 5, 6. При этом в зонах 1 и 4 электрическое поле будет отсутствовать, а значит и ЧР из этих промежутков не будут зафиксированы.

В варианте с) (фиг. 1) получение информации о ЧР происходит уже по трём зонам 1, 2, 3.

Таким образом, можно заключить, что, во-первых, при наличии дефектов в каждой зоне уровень ЧР будет увеличиваться с увеличением количества диагностируемых зон. Во-вторых, путём переключений при диагностике, можно выделять те участки, которые наиболее интересны, с точки зрения анализа повреждения. Иными словами такой способ может позволить диагностировать тип возможного короткого замыкания, которое является неизбежным следствием в конечной фазе развития ЧР.

Варианты а) и б) на фиг. 1 содержат в себе подварианты, если подключать каждую жилу поочерёдно, как, например, в варианте а), или поочерёдно каждые две как в варианте б). Это значительным образом увеличивает количество способов подключения, что позволит максимально информативно производить диагностику и контроль изоляции трёхжильных трёхфазных кабельных линий.

Поэтому предлагается использовать комплекс способов для выявления дефектов в интересующих зонах.

Нужно отметить, что данный способ не позволяет выявлять опасные или дефектные участки вдоль длины кабельной линии, т.е. в радиальном направлении.