Высоковольтные кабели: как обнаружить повреждения через датчик влаги?

Высоковольтные кабели: как обнаружить повреждения через датчик влаги?

Как правило, срок службы на подземные высоковольтные кабели исчисляется периодом больше 40 лет. Однако при этом должны соблюдаться условия содержания проводника сухим в течение этого периода. Чтобы обеспечить выполнение условия, проводник высокого напряжения снабжают металлической оболочкой, защищающей сердцевину от проникновения влаги, в том числе от паров воды.

Причины снижения долговечности высоковольтных кабелей

Несмотря на, казалось бы, надёжно защищённую подземную прокладку, нет 100% гарантий сохранения целостности проводника высокого напряжения в период всего срока службы.

Дефект внешней оболочки изделия по причине неподходящего материала или случайное повреждение третьими лицами в результате строительных работ, нередко приводят к повреждениям металлической оболочки.

В зависимости от количества присутствующих грунтовых вод, не исключается проникновение влаги внутрь изделия через место повреждения. Немедленное обнаружение пробитого участка, а также обнаружение наличия влаги под экраном высоковольтного кабеля выполняется системой контроля.

Устройство мониторинга проникновения влаги — это необходимое условие для эффективной эксплуатации и ремонта проводников высокого напряжения.

Высоковольтные кабели + системы мониторинга наличия влаги

Структура системы контроля проникновения влаги внутрь проводника содержит:

  • датчики влаги, встроенные непосредственно в оболочку проводника;
  • измерительное устройство;
  • коммутационные коробки;
  • коммутационные линии сенсоров.

Датчики воды — это специальные изолированные провода, сопротивление изоляции которых изменяется на несколько порядков в случае, если сенсор оказывается во влажной среде.

ДАТЧИК ВОДЫ

Высоковольтные кабели + встроенные датчики влаги для контроля повреждений
Так выглядит встроенный в оболочку высоковольтного кабеля датчик влаги. На картинке показано увеличение в несколько раз относительно реального размера сенсора

Измерительное устройство – модуль, непрерывно измеряющий сопротивление изоляции датчиков воды через значения постоянного тока. Изменение значений является показателем проникновения влаги.

Кроме того, определяется местонахождение неисправности с помощью напряжения на датчиках в случае повреждения кабельной линии. Измерение постоянного тока с фильтрацией всех шумов переменного тока гарантирует высокую точность определения места, где повреждён высоковольтный кабель.

Результаты измерений оцениваются автоматически, с последующим распознаванием любой неисправной фазы и вычислением места неисправности.

Как датчик воды монтируется внутри высоковольтного кабеля?

Датчик воды высоковольтного кабеля состоит из небольшого отрезка специального провода, внедрённого в состав изоляции. Устройство простое и не требует дополнительного места в кабельной структуре. Для варианта высоковольтных кабелей, имеющих:

  • изоляцию на основе сшитого полиэтилена,
  • оболочку из ламинированного полиэтиленом алюминия,
  • медные проволочные экраны,

электрические датчики воды встраиваются непосредственно в структуру экрана (картинка ниже). В целом, высоковольтные кабели с различными конструкциями оболочки подходят для интеграции датчиков воды.

Измерительный прибор системы мониторинга высоковольтного кабеля

Измерительное устройство функционирует автоматически — подаёт постоянный ток через регулируемые интервалы времени в промежуточно-заземленные контуры датчиков. Устройство поддерживает одновременный контроль до пяти трёхфазных кабельных систем.

ГРУНТОВЫЕ

Высоковольтные кабели + устройство мониторинга повреждений проводников
Системный модуль, через который осуществляется функция мониторинга за состоянием электрических высоковольтных кабелей, контролируемых датчиками влаги

Измеритель, по сути, может функционировать от любого источника питания. Снижение уровня изоляции датчиков воды ниже предварительно настроенных пороговых значений срабатывания сигнализации вызывает срабатывание. При этом автоматически выполняется определение места повреждения.

Результаты измерений рассчитываются внутри устройства и отображаются непосредственно на дисплее. Например, в виде расстояния от здания подстанции до конкретного места повреждения.

Схемой устройства предусмотрено использование контактов реле, предназначенных для внешней индикации состояния проводника. Измерительное устройство допустимо интегрировать в компьютерную систему типа RTTR (Real Time Thermal Rating) для достижения максимального удобства в эксплуатации.

Вспомогательная система мониторинга на высоковольтный кабель

На обоих концах высоковольтный кабель имеет датчики внутрисхемной коммутации, подключаемые через аксессуарные компоненты. Вспомогательные аксессуарные компоненты закрепляются в соединительных коробках со специальными ограничителями напряжения на корпус.

Эти ограничители активно заземляют наведенную энергию в случае перенапряжения. С перекрёстно-связанными экранами высоковольтного кабеля также применим мониторинг влаги.

СЕНСОРНЫЙ

Высоковольтные кабели и устройство перекрёстной коммутации датчиков влаги
Пример организации перекрёстной коммутации датчиков влаги через специально создаваемый модуль – то есть организация контроля состояния целостности сразу нескольких проводников высокого напряжения

В этом случае коммутационные коробки датчиков влаги устанавливаются дополнительно к соединительным коробкам экрана рядом с соответствующими соединениями.

Эти аксессуары позволяют подключать датчики влаги в той же последовательности, что и заземляющие цепи. Так удаётся избежать разницы наведённых напряжений между двумя электрическими компонентами.

Монтаж кабельной сети с датчиками влаги

Датчик влаги не оказывает отрицательного воздействия на любые свойства проводника высокого напряжения:

  • продольную водонепроницаемость,
  • радиусы изгиба,
  • условия прокладки и т. д.

Однако имеются в виду свойства, не требующие специальных методов установки, не ограничивающие длину протяжки или условия прокладки. Кабели высоковольтные можно прокладывать в земле или внутри воздуховодов в любом строении.

В соединениях и заделках датчики подключаются к обычным монтажным кабелям с высокими изоляционными оболочками. Все типы аксессуаров вполне подходят с некоторой адаптацией в установке.

 

После установки обычно проводится испытание оболочки проводника 5кВ постоянным током, чтобы продемонстрировать целостность. Этот тест также актуален для всех электрических свойств системы мониторинга. Например, пробивное напряжение коммутационных коробок.

Обычные испытания напряжения оболочки кабельной системы в течение срока службы утрачивают актуальность, поскольку система контролирует герметичность оболочки посредством сопротивления изоляции.

Тесты системы мониторинга влаги

Испытания в условиях лаборатории и в полевых условиях показали надёжность всей системы мониторинга воды при эксплуатации на смоделированной трёхфазной кабельной системе высокого напряжения.

Была продемонстрирована возможность обнаружения отказов и локализации, уже через несколько минут и часов после попадания влаги в область экранирования проводника высокого напряжения. Зафиксирована высокая точность (отклонение менее 1%) локализации повреждения даже в условиях шума переменного тока.


При помощи информации: CableJoints