Uszkodzenia kabli SN zlokalizowane przez wóz pomiarowy ważący 30 kg- czy to możliwie?

Klasyczne podejście do lokalizacji uszkodzeń kabli SN od zawsze wymagało zastosowania ciężkiej aparatury o dużych gabarytach. Lokalizacja wstępna, a następnie punktowa pociągały za sobą konieczność zastosowania zespołu urządzeń o stosunkowo dużej mocy, które zwyczajowo zabudowywane były na pojazdach dostawczych. Takie rozwiązanie pozwalało na zachowanie spójności systemu oraz ułatwiało transport na miejsce wykonywania pomiarów. Pierwsze tego typu samochody, które pojawiły się w polskiej energetyce, produkowane były przez NRD-owski konglomerat Robotron i nawet jeszcze zupełnie niedawno można je było spotkać w spółkach dystrybucyjnych, czy na dużych zakładach przemysłowych.

Rys. 1  Wóz kablowy z zabudowanym systemem kablowym Robotron

Reflektometr - jak działa i jego wykorzystanie na kablach SN

Aby zmierzyć wstępnie odległość do uszkodzenia trzeba było tak zmniejszyć w tym punkcie rezystancję izolacji, aby miejsce zwarcia mogło zostać zaobserwowane na wyświetlaczu reflektometru (TDR – time-domain reflectometer). Reflektometr jest często nazywany radarem jednowymiarowym, ponieważ umożliwia obserwację odbić impulsu sondującego od zmian impedancji w jednym kierunku – na długości kabla. Aby pomiar był możliwy, urządzenie należy podłączyć pomiędzy dwie żyły (kable wielożyłowe) lub pomiędzy żyłę i ekran (kable pojedyncze). 

Rys. 2  Reflektometr Megger Teleflex SX

W zależności od rodzaju uszkodzenia impuls reflektometryczny odbija się ze znakiem dodatnim (koniec kabla, przerwa, zwiększona rezystancja wzdłużna) lub ujemnym (zwarcie, zmniejszona rezystancja poprzeczna). TDR umożliwia wykrycie zwarć niskoomowych (przyjmuje się, że jest to < 100 Ω), tak więc rezystancja uszkodzenia wykluczająca dalszą eksploatację kabla, ale wynosząca np. 50 k Ω jest w dalszym ciągu zbyt duża, aby wykonać skuteczny pomiar.

 

Wykorzystanie reflektometrów na kablach SN

Klasyczne wykorzystanie reflektometrów na kablach SN wiązało się z koniecznością zastosowania przed samym pomiarem innego urządzenia – dopalarki, umożliwiającej przepuszczenie przez uszkodzoną izolację prądu o dużej wartości, celem jej maksymalnej degradacji. Dopiero po tym procesie przybliżoną odległość do uszkodzenia można było odczytać przy pomocy TDR (zwarcie na przebiegu reflektometrycznym rejestrowane jest jako odbicie impulsu „w dół”).

Takie podejście nie pozostaje jednak bez wpływu na stan całego kabla i osprzętu. Długie dopalanie uszkodzenia bardzo często przyczynia się do powstawania kolejnych uszkodzeń w jego najsłabszych miejscach. Trwałe niskoomowe połączenie, jakie wskutek dopalania uzyskuje się w miejscu uszkodzenia, stanowi kolejny problem, tym razem dla sejsmiczno-akustycznej lokalizacji punktowej. Impuls z generatora udarowego (przy odpowiednio wysokim napięciu) powoduje zapalenie się w miejscu uszkodzenia łuku elektrycznego, któremu towarzyszy odpowiednio głośny impuls akustyczny. Warunkiem jest jednak, aby rezystancja w tym punkcie była na tyle duża, aby powstał swego rodzaju iskiernik. Jak się już łatwo domyślić, rezystancja uszkodzenia bliska zeru nie jest pożądana.

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 3 Lokalizacja punktowa uszkodzenia kabla przy pomocy generatora udarowego i digifonu

Metoda ARM

Rozwiązaniem problemu okazało się opracowanie precyzyjnej  wysokonapięciowej metody lokalizacji – ARM (arc reflection method – metoda odbicia od łuku). Generator udarowy jest połączony z reflektometrem za pomocą specjalnego filtra stabilizującego łuk elektryczny oraz stanowiącego układ sprzęgający dla niskonapięciowych impulsów sondujących TDR. Palący się łuk elektryczny ma rezystancję równą zeru, co dla reflektometru stanowi stan identyczny jak przy zwarciu – w miejscu uszkodzenia wykres odchyli się silnie w dół.

Rys. 4  Metoda ARM, przebieg czerwony wyraźnie wskazuje miejsce zapalenia się łuku

Metoda odbicia od łuku szybko zdobyła uznanie i jest obecnie podstawowym trybem pomiarowym większości systemów lokalizacji uszkodzeń. Z uwagi na zdecydowanie mniej destrukcyjny wpływ na stan kabli (niż dopalanie) jest ona preferowana nie tylko przez samych pomiarowców, ale również przez właścicieli majątku sieciowego. Wszystkie obecnie produkowane wozy kablowe mają ją zaimplementowaną na pokładzie.

Rys. 5  System Centrix 2.0 zabudowany na samochodzie Mercedes Sprinter

System lokalizacji uszkodzeń EZ-Thump

Postępujący rozwój technologiczny pomógł stopniowo zmniejszać gabaryty urządzeń oraz integrować wiele funkcji w ramach jednego instrumentu. Bardzo szczególnym tego przykładem jest kompaktowy system lokalizacji uszkodzeń kabli EZ-Thump.

Rys. 6  System lokalizacji uszkodzeń EZ-Thump 

Pomimo swojej niewielkiej masy 32 kg urządzenie umożliwia wykonanie próby napięciowej (przebicia izolacji) napięciem stałym do 12 kV, lokalizację wstępną miejsca uszkodzenia metodą odbicia od łuku (ARM), lokalizację punktową metodami: sejsmiczno-akustyczną oraz napięcia krokowego. Przy tym nie wymaga nawet podłączenia do sieci, poniewaź wbudowany akumulator zapewni możliwość pracy z pełną mocą przez ok. pół godziny (jeśli okaże się to zbyt krótkim czasem – zawsze można oczywiście zasilić się z sieci).

Sercem systemu jest wysokiej klasy reflektometr o próbkowaniu 100MHz, który poprzez układ sprzęgający z generatorem udarowym (w zależności od wersji może to być 3, 4 lub 12 kV) o energii 500J umożliwia precyzyjną lokalizację wstępną uszkodzeń żyła-żyła i żyła-ekran. W trybie półautomatycznym EZ-Thump podpowiada użytkownikowi kolejne kroki, co wymiernie ułatwia pracę, zwłaszcza, jeśli urządzenie jest wykorzystywane sporadycznie. Do dyspozycji mamy 12 kV napięcia stałego. Możemy wykonać również próbę powłoki kabli SN/WN (odpowiednio 5 lub 10 kV).

Rys. 7 „Gabaryty” systemu lokalizacji uszkodzeń EZ-Thump

EZ-Thump jak wóz pomiarowy! 

EZ-Thump’a z powodzeniem nazwać można „małym wozem pomiarowym”. Większość uszkodzeń kabli energetycznych nie wymaga zastosowania dużej, ciężkiej oraz niejednokrotnie bardzo drogiej aparatury instalowanej na mobilnych laboratoriach kablowych. Oczywiście trzeba mieć świadomość, że pewna część uszkodzeń zawsze będzie wymagała szczególnego podejścia i zastosowania energochłonnych metod lokalizacji, włączając w to dopalanie dużym prądem, czy zastosowanie generatorów udarowych o większym napięciu i energii. EZ-Thump sprawdzi się natomiast wszędzie jako bardzo mobilne uzupełnienie większej aparatury. Dzięki niewielkim rozmiarom łatwo może zostać przetransportowany na miejsce pomiarów autem osobowym, a także przeniesiony w trudnodostępne miejsce, gdzie większa aparatura ma utrudniony dostęp (tereny górskie, rozdzielnie podziemne czy w budynkach).

Dowiedz się więcej o Ez -Thump kliknij tutaj

Przygotował mgr inż. Tomasz Sozański, tel. +48 601 755 393; tomasz.sozanski@megger.com