Методы обнаружения повреждения кабельных линий. Определение мест повреждений кабельных линий

Основная масса электрических соединений потребителей электрической энергии с ее источниками выполняется кабельными линиями. Большая их часть прокладывается в земле , так как этот способ:

• не требует сооружения громоздких и дорогостоящих металлоконструкций, портящих внешний вид;
• обеспечивает защиту от доступа посторонних лиц (кроме несанкционированных земляных работ);
• позволяет экономить длину кабелей, так как прокладка производится по кратчайшему расстоянию между источником и потребителем.

Но существуют и недостатки прокладки кабельных линий в земле. Главный из них – сложность поиска повреждений в кабелях.

Повреждения возникают в результате воздействия таких факторов, как:

• сезонные подвижки грунта, возникающие обычно в весенний период при его оттаивании;
• нарушений условий эксплуатации кабельных линий (перегрузки по току);
• прохождение по кабельной линии токов внешнего (транзитного) короткого замыкания;
• выполнение работ вблизи кабельной линии;
• нарушение технологии при установке соединительных кабельных муфт.

Кабельная линия, проложенная открытым способом, тоже может быть повреждена. Но такое происходит реже, а поиск повреждения облегчается возможностью визуального осмотра. Иногда, правда, приходится использовать и специальные методы, о которых поговорим позднее.

Виды повреждения кабельных линий

От характера повреждения зависит выбор метода поиска его расположения. Вот основные из них:

• Полный обрыв кабеля. Встречается редко. Основная причина возникновения: земляные работы с применением экскаваторов, короткие замыкания в кабельных муфтах.
• Замыкание фазной жилы кабеля на землю (для кабелей, напряжением выше 1000 В).
• Замыкание между жилами.
• Низкая изоляция или пробой при плановых испытаниях повышенным напряжением. Характеризуется тем, что кабельная линия может оставаться в работе, но гарантировать, что в ней не произойдет короткое замыкание в любой момент нельзя.
• Комбинации замыканий «фаза-фаза-земля».

Определение кабельной трассы

Результатом поиска места повреждения является точное указание на местности участка с повреждением. А поскольку кабельная линия скрыта в земле, то для начала уточняют трассу, по которой она проходит.

На всех предприятиях, в городских и сельских электрических сетях есть планы местности, на которых указаны трассы прокладки всех кабельных линий. Но для поиска повреждения этого недостаточно. Нужно знать трассу с максимальной точностью. Для ее определения используется прибор, называемый трассоискателем .

Трассоискатели способны работать в нескольких режимах:

• определение нахождения кабельной линии, находящейся под напряжением . Чем больше нагрузка (ток) линии, тем лучше она прослушивается;
• определение трассы отключенной линии . Для этого в комплект к трассоискателю входит генератор звуковых сигналов. Он подключается между двумя жилами линии на одном из ее концов, на другом конце эти жилы закорачиваются. Сигнал, подаваемый в линию, представляет собой последовательность модулированных звуковых импульсов, с небольшой частотой следования.
• определение места замыкания двух жил между собой . Для этого с одного из концов линии на эти жилы подается сигнал. Кабель излучает его до места повреждения, за ним сигнал пропадает.

Приемник сигнала очень похож на миноискатель. Так как включает в себя штангу с приемной катушкой на конце, и блоком управления посередине, к которому подключены наушники. В блок управления входит: дисплей или стрелочный индикатор, на котором отображается уровень принимаемого сигнала, переключатель режимов, гнезда для подключения катушки и наушников. Отсек источников питания или аккумуляторная батарея.

Принцип поиска тоже схож с мино- или металлоискателями. С одной лишь оговоркой: движение катушки происходит поперек предполагаемого места прохождения кабеля . По максимуму сигнала определяется точное место ее расположения. Затем оператор отмечает обнаруженное место, проходит 5 – 10 метров по трассе и повторяет поиск. В результате трасса отмечается на земле либо колышками, либо подручными предметами.

Подготовка кабеля к поиску повреждения

Все методы указания места повреждения кабельной линии успешно работают только в случае, когда сопротивление между поврежденными жилами равно нулю . Наличие сопротивления изоляции в сотни Ом уже делает невозможным измерение расстояния до повреждения или применение акустического метода поиска. В случае обрыва жил без замыкания между ними задача еще более затрудняется.

Поэтому, как ни странно это звучит, но повреждение необходимо развить до такой степени, чтобы оно было полным. Мультиметр, подключенный между поврежденными жилами, должен показать ноль. А между оборванными жилами нужно создать контактное соединение.

Для этого используются установки прожига . Работают они так: в кабель между поврежденными жилами подается высокое напряжение (порядка 4 – 10 кВ). в результате возникает пробой изоляции, через место повреждения протекает ток, а напряжение на выходе установки автоматически снижается. При этом ток, выдаваемый установкой прожига, автоматически (или вручную) увеличивается. В месте повреждения плавится изоляция, разогревается и плавится металл. Процесс продолжают до тех пор, пока ток не достигнет максимальной величины.

При повреждениях в эпоксидных кабельных муфтах или в случае пробоя изоляции при высоких напряжениях (больших, чем рабочее напряжение линии) прожиг затруднен. Расплавленная изоляция после остывания вновь заливает междуфазный промежуток.

Измерение дистанции до места повреждения

Для реализации этого метода используют приборы, называемые рефлектометрами . Принцип их работы основан на подачу в кабельную линию электрического импульса, отражающегося от всех неоднородностей, встреченных им на своем пути. Отсюда второе название прибора: измеритель неоднородностей в кабельных линиях . На дисплее прибора отображается прямая линия, на которой в начале отсчета виден стартовый импульс. За ним отображаются импульсы, отраженные от мест с изменением характера изоляции. Это повороты линии, переходы из земли на воздух, кабельные муфты, места замыканий и обрывов. На неповрежденных жилах виден конец линии, что используется для измерения ее полной длины.

Совмещая место расположения импульса с измерительной меткой прибора, определяют расстояние до неоднородности. Сравнивая показания прибора на поврежденных и неповрежденных фазах, убеждаются в том, что выбранная метка соответствует месту повреждения.

Затем по чертежу трассы ориентировочно определяют зону, где находится повреждение, и приступают к его окончательной локализации.

Акустический метод поиска повреждения

Простейшее устройство для акустического метода – источник высокого напряжения (испытательная установка), с подключенным к ее выходу высоковольтным конденсатором . Поврежденная жила подключается к конденсатору через разрядник .

Установка заряжает конденсатор. Как только напряжение на нем превысит пробивное напряжение разрядника, происходит его пробой на поврежденную жилу. В кабель устремляется акустическая волна, доходящая до места повреждения. В результате в нем возникает сильный звуковой эффект (щелчок).

Современные установки на выходе имеют контакторы, работающие от блока управления. С его помощью задается как выходное напряжение, так и частота следования импульсов.

Для прослушивания акустических сигналов в месте повреждения используются пьезоэлектрические датчики, устанавливаемые на землю, или те же трассоискатели. Двигаясь по трассе и прослушивая сигнал, ищут место его максимума. Оно соответствует месту повреждения.

После завершения поиска кабельную линию раскапывают на участке 5 – 10 м от предполагаемого повреждения. Затем акустическим методом убеждаются в его наличии непосредственно на кабеле. После этого место повреждения вырезается, кабельная линия испытывается повышенным напряжением с обеих сторон. При успешном испытании приступают к ее ремонту. При неуспешном – ищут место следующего повреждения.

После фиксирования факта повреждения кабеля , первоначально определяется предварительная зона, с последующим уточнением конкретного места и характера возможных дефектов.

Для этого применяют следующие методы дефектоскопии :

- акустический . Применяется для определения повреждений непосредственно на трассе с помощью искусственно созданного акустического удара, с последующей его регистрацией соответствующими приборами;

- индукционный . Основан на принципе детектирования радиосигнала, который возникает в месте пробоя изоляции при прохождении через кабель импульса частотой от 800 до 1000 Гц с силой тока 15-20 А;

- емкостной . Позволяет определять с помощью соответствующих формул определить расстояние до места повреждения в том случае, когда происходит обрыв жил кабельных линий в соединительной муфте;

- петлевой . Используется в случаях, когда у одной из неповрежденных токоведущих жил нарушена изоляция, в то время как с соседними неповрежденными проводниками сопротивление в месте повреждения не должно быть более 5 кОм. Место повреждения определяется путем дожигания специальной газовой установкой или кенотроном с последующим применением соответствующих методик;

- импульсный . Предполагает использование специального прибора ИКЛ, который фиксирует интервал времени от посылки импульса вдоль кабеля до его отражения, с последующей обработкой результатов;

- колебательный разряд . Используется для выявления пробоев изоляции, которые возникают в кабельных муфтах. Расстояние до места пробоя определяется с помощью подачи напряжения от кенотронного аппарата, с фиксацией результатов соответствующими приборами типа ЭМКС-58.

Основные причины повреждения кабельных линий

К главным недостаткам, которые существенно влияют на надежность кабелей, относятся такие показатели, как осущение, электрическое старение и высыхание изоляции. Это связано, прежде всего, с естественным разложением (кристаллизацией) пропиточного состава.

Проведение профилактических испытаний повышенным постоянным напряжением постоянного тока далеко не всегда позволяет выявлять не только естественное старение изоляции, но и другие, более существенные дефекты. В частности, такие исследования неэффективны, если изолятор в данный момент не отсырела. Поврежденный участок можно обнаружить лишь в том случае, если у оставшейся неповрежденной части изоляция не превышает 15-20 % .

Как правило, при аварии кабелю наносятся и вторичные повреждения (обжиг дугой, деформация за счет созданного внутреннего давления, поглощение влаги в поврежденном месте и т. д.).

Главным конструктивным элементом является внешняя оболочка, т. к. высокие диэлектрические характеристики силового кабеля обеспечиваются при отсутствии активного воздействия на него влаги и воздуха. Основной материал - свинец и алюминий.

Помимо заводского брака, который со временем может привести к повреждению кабеля, существуют и другие причины выхода его из строя :

Механические повреждения при прокладке или других строительных работах;

Вспучивание в виде спирали (иногда с образованием трещин) в результате воздействия в течение длительного времени периодических циклов нагревания и охлаждения, а также при значительных сетевых перегрузках;

Разрушение внешней оболочки под воздействием внешних механических факторов;

Естественная химическая коррозия из-за воздействия различных реагентов, содержащихся в почве;

Разрушение внешнего защитного слоя благодаря блуждающим токам от электрифицированного транспорта.

Визуально механическое повреждение наружной оболочки легко определяется по внешнему виду: как, правило, в этом случае деформирована как стальная броня, так и джутовая оплетка. При этом обычно резко снижаются и диэлектрические характеристики кабеля.

При локальных повреждениях делается специальная вставка, и линия готова к дальнейшей эксплуатации.

Свинцовая оболочка часто подвергается межкристаллическому разрушению, что визуально выражается в появлением на первом этапе сетки из мелких трещин. В дальнейшем это приводит к увеличению их размеров с последующим разрушением отдельных фрагментов.

При наличии в составе продуктов коррозии двуокиси свинца, можно смело утверждать о ее электрическом происхождении за счет блуждающих токов. Такой окисел имеет характерный коричневый тон. В то же время в результате химической коррозии образуются продукты белого цвета, которые иногда имеют бледно-желтый или бледно-розовый оттенок.

При монтаже следует обратить особое внимание на влажность изоляторов, правильной укладке пропиточного материала и выделения необходимого объема канифоли.

Одним из самых слабых элементов изоляции являются воздушные включения. В них развиваются такие опасные процессы, как ионизация и частичные разряды. Именно с этим связано жесткое регламентирование совпадение бумажных лент. При несоблюдении этого регламента слой необходимой изоляции становится неустойчивым к изгибу.

В высоковольтных кабелях (20-35 кВольт) даже при незначительном нарушении изоляции из-за высокого напряжения начинается ионизация воздуха с появлением частичных разрядов.

При визуальном осмотре токопроводящих жил кабеля, прежде всего необходимо обратить внимание на такие характерные дефекты, как:

Неправильная форма секторной или круглой жилы;

Западание или, наоборот, выпирание отдельных элементов проволакивания;

Наличие заусениц на токопроводящих жилах.

Все эти дефекты способствуют искривлению напряженности электрического поля с образованием местных флуктуаций, что является уже серьезной проблемой при напряжении в сети более 10 кВольт.

Также возможны и другие, более грубые дефекты в жилах, которые могут быть связаны, в частности, что в результате неаккуратного проволакивания изоляция может быть повреждена механически. При этом могут быть и грубые дефекты в жилах, например, при возможных пересечениях в процессе укладки.

В такой ситуации токопроводящий провод может принять неправильную форму, а в изоляции возможно образование глубоких складок. Такой кабель нельзя использовать для прокладки.

При замене дефектных участков сети также необходимо учитывать весь комплекс изменений, который может возникнуть при горении дуги, а также образованию избыточных внутренних давлений.

Профилактические испытания, в связи с малой мощностью, не предполагают возникновение в сетевых сетях каких-либо дефектов.

Страница 8 из 8

Методы, с помощью которых отыскивают непосредственно место повреждения кабеля, носят название абсолютные и к ним относятся: индукционный метод; метод накладной рамки; акустический метод; метод измерения потенциалов.

Как правило, применению абсолютных методов предшествует отыскание участка повреждения кабеля с помощью относительных методов.

Данный метод применяется при определении места повреждения кабеля с замыканием жил между собой и при переходном сопротивлении в месте замыкания не более 10 Ом, а также для определения трассы и глубины залегания неповрежденного кабеля и места расположения кабельных муфт.

Метод основан на фиксации характера изменения электромагнитного поля над кабелем с помощью приемного устройства при пропускании по кабелю тока звуковой частоты. В качестве приемного устройства выступает антенна, в которой под действием переменного электромагнитного поля наводится э.д.с., усиливаемая усилителем и воспроизводящая звуковые сигналы с помощью телефона (см. рис. 20). В качестве источника тока используют генератор звуковой частоты 800-1200 Гц напряжением 100-200 В и током до 20 А (например, генератор ОП-2).

Определение места замыкания между жилами осуществляется по схеме рис. 20. Выводы генератора присоединяют к поврежденным жилам кабеля и подается ток звуковой частоты. Одновременно по трассе кабеля проходит оператор, прослушивающий через телефон звучание наведенных от кабеля в антенне электромагнитных волн. Звучание периодически изменяется в соответствии с шагом скрутки жил кабеля (1-2,5 м). В месте нахождения муфт звучание усиливается при одновременном уменьшении периодичности. При подходе к месту повреждения звучание сигнала усиливается, а на расстоянии примерно 0,5 м за повреждением прекращается.

Рис. 20. Схема определения повреждения кабеля индукционным методом (а) и характер изменения э.д.с. антенны вдоль кабеля.

При определении места повреждения полезно знать распределение магнитного поля при прохождении тока звуковой частоты по жилам кабеля и характер изменения э.д.с. наводимой в антенне (см. рис. 21). Наводимая в антенне э.д.с. существенно за висит от расположения антенны над кабелем. Так при вертикальной ориентации магнитной оси антенны максимальное значение э.д.с., а следовательно, максимальное звучание, будет иметь место непосредственно над кабелем. В этом положении витки антенны будут пересекаться максимальным магнитным потоком. Интенсивность звучания будет уменьшаться при перемещении антенны поперек кабеля (см. рис. 21 кривая 1). При горизонтальной ориентации магнитной оси антенны минимальное звучание будет иметь место непосредственно над кабелем (см. рис. 21 кривая 2), а интенсивность звучания увеличивается при поперечном перемещении антенны относительно кабеля.

Для повышения достоверности определения места повреждения рекомендуется осуществлять поиск включая генератор поочередно с одного и другого конца кабеля. При наличии повреждения звучание будет прекращаться в одном и том же месте.

Наводимая в антенне э.д.с. уменьшается пропорционально квадрату расстояния от оси кабеля. Для того чтобы звучание не пропадало необходимо, как можно точнее, выставлять антенну над осью кабеля. Для повышения уровня звучания увеличивают ток пропускаемый по жилам кабеля.

Рис. 21. Характер изменения э.д.с., наводимой в антенне для вертикального (1) и горизонтального (2) положений оси антенны и распределение магнитного поля пары токов при горизонтальном (а) и вертикальном (б) расположения жил кабеля.

Определение места однофазного замыкания на оболочку кабеля изложенным методом теоретически возможно, но практически осуществить трудно даже при наличии большого практического опыта. Это вызвано тем, что в месте повреждения ток растекается по оболочке кабеля в обе стороны и, следовательно, звучание за местом повреждения не прекращается в отличие от случая рассмотренного выше. Для отыскания таких повреждений применяют метод накладной рамки, который является разновидностью индукционного метода.

Представленный метод используется также для определения трассы кабеля. На рис. 22 представлены схема включения генератора, характер изменения э.д.с. наводимой в антенне и распределение магнитного поля. В данном случае при горизонтальной ориентации магнитной оси антенны наводимая э.д.с. имеет максимальное значение над кабелем (кривая 2), так как витки обмотки антенны пересекаются максимальным магнитным потоком. Обратная картина наблюдается при вертикальной ориентации оси, так как витки обмотки антенны в данном случае не пересекаются магнитным потоком.

Рис. 22. Схема определения трассы индукционным методом (а), характер изменения э.д.с. вдоль оси кабеля (б), характер изменения э.д.с. при перемещении антенны поперек оси кабеля (в) и распределение магнитного поля тока одной жилы (г).

б) Метод накладной рамки.

Участок повреждения определяется одним из методов, изложенных в п. 13.4.2.

Накладная рамка выполняет роль антенны и состоит из прямоугольной катушки, изогнутой по форме оболочки кабеля и закрытой стальным ярмом для усиления э.д.с. пары токов. Обмотка содержит 1000 витков провода ПЭВ диаметром 0,1 мм К рис. 23).

Рис. 23. Схема определения замыкания методом накладной рамки.

1 - стальное ярмо; 2 - обмотка; 3 - оболочка кабеля.

Генератор звуковой частоты подключают к жиле и оболочке поврежденного кабеля. Если рамка находится до места повреждения со стороны генератора, то при вращении рамки вокруг оси кабеля в телефоне за один оборот рамки будут прослушиваться два максимума и два минимума звучания. Это свидетельствует о том, что в кабеле существует поле пары то ков протекающих по жиле и оболочке. Если же рамка находится за местом повреждения, то при ее вращении вокруг оси кабеля будет прослушиваться только монотонное звучание, обусловленное полем одиночного тока протекающего по оболочке. Таким образом, по изменению характера звучания находят место повреждения.

Данный метод позволяет достаточно эффективно отыскивать место повреждения кабеля при переходном сопротивлении не более единиц Ом и длине кабеля за местом повреждения до 1 км. В других случаях отыскание места повреждения с помощью накладной рамки затруднительно.

Данный метод предполагает создание в месте повреждения мощных электрических разрядов, которые сопровождаются звуковыми колебаниями. Последние фиксируются на поверхности земли с помощью стетоскопа или пьезоэлемента с усилителем. Место повреждения определяется по наибольшему звучанию, вызванному разрядами.

Акустический метод применяется для определения места повреждения, носящий характер "заплывающего" пробоя, а также при обрыве жил кабеля.

Для создания разрядов в месте повреждения используется электрическая энергия, накапливаемая в конденсаторах или в самом кабеле путем заряда от выпрямительной установки (рис. 24).

Рис. 24. Схемы определения места повреждения акустическим методом.

а - при устойчивом замыкании жилы на оболочку кабеля; б - при "заплывающем" пробое; в - использованием емкости неповрежденных жил; г - при обрыве жилы кабеля.

Энергия, накапливаемая в конденсаторе или кабеле, пропорциональна заряжаемой емкости и квадрату приложенного напряжения и составляет 100 Дж и более. При достижении напряжения пробоя эта энергия расходуется за очень короткое время и в месте повреждения происходит мощный удар, сопровождаемый соответствующим звуковым эффектом.

Страница 4 из 5

Несмотря на периодический осмотр кабельных трасс и проведение профилактических испытаний, при эксплуатации имеют место повреждения (случайные отказы) КЛ. Как правило, это пробой изоляции, реже - разрыв фаз.

Поврежденный кабель отсоединяется с обоих концов от оборудования и с помощью мегаомметра определяется характер повреждения: измеряется сопротивление изоляции между каждой фазой и заземленной металлической оболочкой и между каждой парой фаз. Измерения проводят с одного конца кабеля. Фазные жилы другого конца кабеля разомкнуты (для определения замыканий) или замкнуты и заземлены (для определения обрывов).

Результаты измерений могут не выявить характер повреждения, поскольку переходное сопротивление в месте повреждения может быть достаточно высоким, в частности, из-за затекания места пробоя изоляции маслоканифольным составом (заплывающий пробой) в кабелях с бумажной пропитанной изоляцией.

Для снижения переходного сопротивления изоляция кабеля в месте повреждения прожигается. Для этого на кабель подается напряжение, достаточное для пробоя изоляции в месте повреждения. После некоторого времени повторения пробоев переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается, разрядное напряжение снижается, а ток разряда увеличивается. Изоляция прожигается этим током, переходное сопротивление в месте повреждения уменьшается.

После определения характера повреждения выбирается способ и аппаратура для определения места повреждения кабеля.

По точности определения места повреждения различают относительные и абсолютные методы. Относительные методы имеют определенную погрешность и позволяют определить лишь зону повреждения. Это импульсный, петлевой и емкостной методы.

Точное место повреждения позволяют найти абсолютные методы такие, как индукционный и акустический.

Импульсным методом определяется зона однофазного или многофазного замыкания, зона обрыва любого количества фазных жил.
В поврежденную линию посылается эталонный электрический импульс. По экрану измерительного прибора, проградуированному в мкс, измеряется интервал времени tx между моментом подачи импульса и моментом прихода импульса, отраженного от места повреждения (рис. 3).

Скорость распространения электромагнитных волн в силовых кабелях практически не зависит от сечения и материала жил и составляет 160+3 м/мкс. Расстояние до места повреждения вычисляется как Iх= 80tх, м.

Для случая, приведенного на рис. 8.3, зона повреждения находится на расстоянииIх= 80 * 3,5 = 280 м от места измерения.

Рис. 3. Экран прибора при определении зоны повреждения кабеля импульсным методом: а - при замыкании; б - при обрыве

По знаку отраженного импульса судят о характере повреждения. Если посланный и отраженный импульс разного знака - повреждение типа замыкание (рис. 3,а), если одного знака - повреждение типа обрыв (рис. 3,б).

Петлевой метод применяется для определения зоны однофазных и двухфазных замыканий на землю. Этот метод основан на измерении омического сопротивления жил кабеля до места повреждения.

На одном конце кабеля замыкаются нормальная и поврежденная жилы (образуется петля). Измерения проводятся с другого конца кабеля (см. рис. 4). Для измерения сопротивлений R .2 и R 4 может использоваться, например, мост постоянного тока.

Рис. 4. Схема определение зоны повреждения петлевым методом

В одну диагональ моста включается источник постоянного напряжения - U , в другую - измерительный прибор, например милливольтметр mV . Регулируемыми сопротивлениями R 1 и R 3, достигается равновесие моста - нулевое показание милливольтметра.

Известно, что равновесие моста будет достигаться при выполнении соотношения

где R2 - сопротивление нормальной жилы и участка поврежденной жилы от конца кабеля до места повреждения;

R4 - сопротивление участка поврежденной жилы от начала кабеля до места повреждения.

Поскольку сопротивление жилы кабеля пропорционально его длине, зона повреждения после достижения равновесия моста определяется несложными вычислениями

где / - длина кабеля.

Емкостной метод позволяет определить зону обрыва фазных жил кабеля. Метод базируется на измерении емкости между каждой жилой и заземленной металлической оболочкой кабеля.

Пусть измеренная емкость оборванной жилы составляет Сх, а измеренная емкость целой жилы - С. Расстояние до места обрыва составляет

При обрыве трех фазных жил емкость кабеля рассчитывается по известному выражению

где b 0 - удельная емкостная проводимость кабеля, определяемая по справочным данным.

Индукционный метод позволяет определить место многофазных замыканий в кабеле после успешного прожига изоляции в месте повреждения. Метод основан на улавливании магнитного поля, создаваемого вокруг кабеля протекающим по нему током. Улавливание поля производится с помощью специальной поисковой катушки, имеющей магнитный сердечник для концентрации поля.

По двум поврежденным жилам кабеля пропускается ток высокой частоты (800... 1000 Гц) от звукового генератора G (рис. 5). Вокруг кабеля образуется магнитное поле высокой частоты. Поместив в это поле поисковую катушку, соединенную через усилитель с наушниками, можно прослушивать звуковой сигнал. Обслуживающий персонал, продвигаясь по трассе КЛ, прослушивает этот звуковой сигнал.

Рис. 5. Иллюстрация индукционного метода отыскания повреждения

Слышимость сигнала вдоль кабельной линии будет периодически изменяться от max до min. Это объясняется спиральным повивом жил кабеля. Преобладание над поверхностью земли магнитного поля одной жилы периодически меняется на преобладание противоположного магнитного поля другой жилы.

В месте короткого замыкания ток от генератора G меняет свое направление, интенсивность магнитного поля и, следовательно, слышимость сигнала в этом месте усиливаются. За местом повреждения звукового сигнала не будет.
Использование тока высокой частоты необходимо для отстройки звукового сигнала от фона промышленной частоты 50 Гц соседних кабелей.

Акустический метод позволяет определить место однофазных и многофазных замыканий в кабеле при заплывающем пробое.

В поврежденную жилу (в поврежденные жилы) периодически подаются импульсы постоянного напряжения, например, от накопительного конденсатора. В месте повреждения возникают разряды, вызывающие акустический шум. Уровень этого шума прослушивается с поверхности земли, например, с помощью стетоскопа или прибора с пьезодатчиком-преобразователем механических колебаний в электрические.

При практическом поиске мест повреждения КЛ используется сочетание относительных и абсолютных методов. С помощью относительного метода определяется зона повреждения, а затем в этой зоне отыскивается место повреждения абсолютным методом.

Повреждения в трехфазных кабельной линии могут быть следующих видов:

• замыкание одной жилы на землю; замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой;
• обрыв одной, двух или трех жил без заземления или заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
• заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении, и исчезает (заплывает) при номинальном напряжении.

Характер повреждения определяют с помощью мегаомметра. Для этого с обоих концов линии проверяют:

• сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция),
• сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);
• целостность токоведущих жил.

Во многих случаях для определения места повреждения кабеля необходимо, чтобы сопротивление в месте повреждения между жилами или между жилой и оболочкой было как можно меньше. Снижение этого переходного сопротивления до необходимого предела выполняют прожиганием изоляции кенотроном, генератором высокой частоты, трансформатором. Процесс прожигания протекает по разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15-20 сек. сопротивление снижается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается снизить только до 2000 – 3000 Ом. Процесс прожигания в муфтах проходит длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко изменяется, то снижаясь, то снова возрастая, пока не установится процесс и сопротивление не начнет снижаться.

При повреждении кабельной линии предварительно определяют зону повреждения (относительные методы), и после этого различным методами (абсолютные или картографические) уточняют на трассе непосредственно место повреждения. Для более точного определения зоны повреждения желательно выполнять с одного конца кабельной линии несколькими методами, если такая возможность отсутствует, более точный результат дает измерение одним методам с обоих концов кабеля.

Для определения зоны повреждения используют такие основные методы:

• метод петли;
• емкостной метод.

Импульсный метод

Этот метод применяется для определения зоны повреждения кабеля в любых случаях, кроме заплывающего пробоя, при переходном сопротивлении до 150 Ом

Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в кабельных линиях высокого и низкого напряжения величина постоянная и равна 160 м/мкс. Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно определяют расстояние до точки повреждения кабеля.

Lx = Nx х V/2 = 80 Tx

Измерения производятся приборами ИКЛ (ИКЛ – 4, ИКЛ – 5, Р5 – 5, Р5 -1А). На экране электронно–лучевой трубки прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при коротких замыканиях и положительное при обрыве жил.

Метод колебательного разряда

Этот метод применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу подается от кенотронной испытательной установки напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как скорость электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерение выполнятся электронным микросекундомером ЭМКС-58, шкала которого отградуирована в километрах.

Метод петли

Этот метод основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и наличии одной здоровой жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко соединяют с целой с одной стороны кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяю регулируемые сопротивления моста.

Равновесие моста будет при условии:

R1 / R2 = Lx / L + (L - Lx)

Так как сопротивление жилы прямо пропорционально ее длине, то

Lx = 2L х R1 /(R1 +R2),

где R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, (Ом);

L – длина трассы;

Lx – расстояние до точки повреждения, (м).

К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени на измерение, меньшую точность измерения, необходимость установки закороток. Поэтому петлевой метод сейчас вытесняется импульсным методом и методом колебательного разряда.

Емкостной метод

Этот метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины.

При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считая, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2 имеем

С1 / Lx = С2 / L – Lx,

где Lx – расстояние до места обрыва;

L – полная длина линии.

Lx = Д х С1 / (С1 + С2)

После определения зоны повреждения в этот район направляется оператор для определения места повреждения. Для этого используют акустический, индукционный или метод накладной рамки.

Акустический метод

Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе вызванных этим разрядом звуковых колебаний, возникающих над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.

Слышимость звука с поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения кабеля и мощности разрядного импульса. Глубина прослушивания колеблется в пределах от 1 до 5 м. Применение этого метода на открыто проложенных кабелях, кабелях в каналах, туннелях не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.

В качестве генератора импульсов применяется кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов можно использовать емкость неповрежденных жил кабеля. В качестве акустического датчика используют датчики пьезо – или электромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой частоты. Над местом повреждения сигнал наибольший.

Индукционный метод

Этот метод применяют для непосредственного отыскания на трассе кабеля мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на земле, обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле, для определения трассы и глубины залегания кабеля, для определения местоположения соединительных муфт.

Сущность метода заключается в фиксации с поверхности земли с помощью приемной рамки характера изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока звуковой частоты (800 – 1200 Гц) от долей ампера до 20 А в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке зависит от токораспределения в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно при соответствующей ориентации рамки определить трассу и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи “жила – жила”, для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух и трехфазные или создают искусственную цепь “жила – оболочка кабеля”, разземляя последнюю с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.

Силовые линии поля тока “жила – земля” представляют собой концентрические окружности, центром которых является ось кабеля. (после одиночного тока).

При использовании цепи “жила – жила” ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил, то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трасс кабеля будут индуцироваться ЭДС, изменяющаяся от минимума при вертикальном расположении жил, до максимума при горизонтальном расположении жил.

При отыскании повреждения необходимо помнить, что сигнал за местом повреждения затухает на расстоянии не более половины шага. Используя этот метод определяют трассу кабеля, место расположения соединительных муфт по усилению звучания в телефоне из-за увеличенного расстояния между жилами, защитную металлическую трубу по резкому уменьшению уровня звука, так как труба является экраном и глубину прокладки кабеля. Для определения глубины прокладки кабеля сначала находят линию трассы кабеля и проводят черту. Затем, располагая ось рамки под углом 45 градусов к вертикальной плоскости, проходящей через ось кабеля, до момента отсутствия в рамке индуцированного ЭДС. Расстояние от этого места до трассы, отмеченной чертой, равно глубине залегания кабеля.

Метод накладной рамки

Этот метод применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод удобен при открытой прокладке кабеля; при прокладке в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения. Метод основан на том же принципе, что и индукционный. Генератор подключают к жиле и оболочке или между двумя жилами. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, обусловленный магнитным полем одиночного тока.