ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7812| Title: | Дослідження ефективності використання систем температурного моніторингу стану високовольтних кабельних ліній |
| Authors: | Протасов, Сергій Юрійович Ганжа, Василь Миколайович |
| Keywords: | кабелі з ізоляцією зі зшитого поліетилену;маслонаповнені кабелі;високовольтні кабельні лінії;моніторинг кабельних ліній |
| Issue Date: | Dec-2024 |
| Abstract: | У роботі проведено аналіз маслонаповнених кабелів та кабелів із зшитого поліетилену (XLPE), оцінено їхні переваги та недоліки, а також розглянуто застосування систем моніторингу для підвищення надійності експлуатації. Виконано порівняння існуючих систем моніторингу високовольтних кабельних ліній і встановлено, що ефективним є комплексний підхід, який поєднує декілька підсистем для оперативної діагностики. Обґрунтовано використання комплексних систем моніторингу, включно з обладнанням та програмним забезпеченням, для забезпечення надійної експлуатації високовольтних кабельних ліній. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7812 |
| Appears in Collections: | 141 Електрична інженерія (Електротехнічні системи електроспоживання) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| ВКРМ_Ганжа.pdf Restricted Access | 2.88 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
(назва факультету)
Кафедра електротехнічних систем
(повна назва кафедри)
«До захисту допущено»
Завідувач кафедри ЕТС
Олександр СИТНИК
______________________
“_____” _________2024 р.
Кваліфікаційна робота
на здобуття ступеня вищої освіти магістра
на тему:
«Дослідження ефективності використання систем температурного
моніторингу стану високовольтних кабельних ліній»
Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи мЕСЕ–34
Спеціальності: 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Ганжа Василь Миколайович ____________
(прізвище, ім’я, по-батькові здобувача вищої освіти ) (підпис)
Науковий керівник к.т.н., доцент Сергій ПРОТАСОВ_____ ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)
Нормоконтроль к.т.н., доцент Костянтин КЛЮЧКА ____________
(наук. ступінь, вчене звання Власне ім’я ПРІЗВИЩЕ) (підпис)
Засвідчую, що у цій кваліфікаційній роботі немає запозичень з праць інших
авторів без відповідних посилань.
Здобувач вищої освіти ______________
(підпис)
Черкаси 2024 р.
3
РЕФЕРАТ
По структурі робота складається зі вступу, трьох розділів основної
частини та висновків основних результатів дослідження. Загальна кількість
сторінок – 92, рисунків – 45, таблиць – 21, використаних літературних
джерел – 17.
Метою роботи. Аналіз ефективності застосування кабелів з ізоляцією
із XLPE у поєднанні зі системою температурного моніторингу у складі
системи комплексного моніторингу високовольтних кабельних ліній.
На основі мети дослідження, сформульовані такі завдання:
1. Зробити порівняльний аналіз МНК та кабелів із ізоляцією з XLPE.
2. Обґрунтувати застосування кабелів із ізоляцією з XLPE в системі
температурного моніторингу стану високовольтних кабельних ліній.
3. Розглянути принцип роботи розподільчого датчика температур,
місця розміщення та можливість застосування в системі безперервного
моніторингу високовольтних кабельних ліній.
4. Обґрунтувати доцільність використання комплексного підходу до
моніторингу високовольтних кабельних ліній.
5. Розглянути організацію комплексного моніторингу високовольтних
кабельних ліній, обладнання та програмні забезпечення, що входять до нього.
У першому розділі зроблений порівняльний аналіз маслонаповнених
кабелів і кабелів з ізоляцією із зшитого поліетилену, розглянута ефективність
застосування кабелів з ізоляцією зі XLPE з урахуванням усіх їх переваг і
недоліків, а також застосування системи моніторингу для вирішення
проблем, що виникають при їх експлуатації.
У другому розділі було проведено аналіз та порівняння існуючих
систем моніторингу високовольтних кабельних ліній. Встановлено, що для
моніторингу застосування однієї системи температурного моніторингу
недостатньо. Найбільш ефективною для цих цілей є комплексна система
4
оперативного моніторингу та діагностики стану високовольтних кабельних
ліній, яка включає декілька підсистем.
У третьому розділі розглядається та обґрунтовується використання
комплексного підходу до моніторингу високовольтних кабельних ліній,
обладнання та програмного забезпечення, що входять до нього.
Ключові слова: кабелі з ізоляцією зі зшитого поліетилену,
маслонаповнені кабелі, високовольтні кабельні лінії, моніторинг кабельних
ліній, системи температурного моніторингу.
5
ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ ................................................................................................................ 6
ВСТУП ..................................................................................................................... 7
РОЗДІЛ 1. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ПЕРЕВАГ ТА НЕДОЛІКІВ МНК ТА
КАБЕЛІВ З ІЗОЛЯЦІЄЮ ЗІ ЗШИТОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ ............................... 10
1.1. Загальна характеристика МНК ............................................................. 10
1.2. Загальна характеристика кабелів із ізоляцією з XLPE ....................... 22
РОЗДІЛ 2. СИСТЕМИ ТЕМПЕРАТУРНОГО МОНІТОРИНГУ...................... 43
2.1. Принцип роботи розподіленого датчика температури ...................... 43
2.2. Види систем температурного моніторингу ......................................... 46
2.3. Комбінована системи температурного моніторингу система TDS NT
................................................................................................................................. 50
РОЗДІЛ 3. КОМПЛЕКСНИЙ ПІДХІД ДО МОНІТОРИНГУ СТАНУ
ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ ..................................................... 62
3.1. Організація комплексного моніторингу кабельних ліній .................. 62
3.2. Програмне забезпечення комплексної системи моніторингу
технічного стану енергетичного обладнання Datakom ..................................... 80
3.3. Класифікація експлуатаційних та діагностичних параметрів
обладнання ............................................................................................................. 84
ВИСНОВКИ ........................................................................................................... 89
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ............................................................. 91
6
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, СКОРОЧЕНЬ І
ТЕРМІНІВ
АПП – автоматичний підживлювальний пристрій
АСУ-ТП – автоматизована система управління технологічним процесом
АЦП – аналого-цифровий перетворювач
КЛ – кабельна лінія
КМК – комплексний моніторинг кабельних ліній
КР – комбінаційне розсіювання
КТС – контроль технічного стану
ЛЕП – лінії електропередач
МНК – маслонаповнені кабелі
ЧР – часткові розряди
XLPE – ізоляція зі зшитого поліетилену
7
ВСТУП
Для передачі та розподілу електроенергії використовуються повітряні
та кабельні лінії електропередач. Вартість кабельних ліній вища, але вони
знаходять широке застосування на промислових підприємствах та у великих
містах, де щільність навантаження та рівень електроспоживання досить
значні, а також у місцях, де застосування повітряних ліній неможливо
(наприклад, при переходах траси лінії через водні перепони). В даний час при
будівництві кабельних ліній широко використовуються силові кабелі
сучасних конструкцій високої напруги 110–500 кВ [1]. Для прокладки
кабельних ліній високої напруги раніше застосовувалися маслонаповнені
кабелі (МНК), але останнім часом найбільшого поширення отримали силові
кабелі з ізоляцією зі зшитого поліетилену (XLPE).
Основною експлуатаційною відмінністю кабелів із ізоляцією з XLPE
від МНК є те, що більшість дефектів, які виникають у них є небезпечними та
розвиваються за порівняно короткий період часу, від кількох днів до
декількох місяців [2]. Проведення періодичних діагностичних випробувань
кабельних ліній із XLPE ізоляцією не забезпечує необхідного рівня
надійності електропостачання споживачів, тому що такі випробування є
доцільними тільки при введенні кабельних ліній в експлуатацію і після
проведення ремонтних робіт Зниження аварійності роботи кабельних ліній
можливе лише за рахунок впровадження в експлуатацію систем
безперервного моніторингу, який може контролювати стан ізоляції
кабельних ліній у режимі реального часу [3]. Тільки такі системи можуть
вчасно виявляти дефекти, що швидко розвиваються, на ранніх стадіях, тим
самим оперативно запобігати можливим аварійним ситуаціям з
високовольтними кабельними лініями.
Актуальність дослідження. Враховуючи розвиток та появу нових
«малих» та «середніх» промислових підприємств в Україні, доцільно
передбачати можливість спільного розміщення низки суміжних підприємств
8
на одному районі [1]. У зв'язку з цим в умовах міста необхідно враховувати
та вирішувати низку вимог:
- розміщення живлячих ліній електропередач (ЛЕП) на максимально
менших земельних ділянках;
- підвищені вимоги до надійності, економічності, зручності та безпеки
експлуатації, якості електроенергії, енергозбереження.
Рішенням розміщення живлячих ЛЕП з урахуванням найменшого
землевідведення є прокладання кабельних ліній високої напруги замість
повітряних ліній 110 – 220 кВ [1]. Наприклад, при будівництві повітряної
ЛЕП 110 кВ довжиною 1 км та охоронної зони 20 м по обидві сторони лінії,
необхідна ділянка землі, яка складає 4 Га, коли при прокладанні кабельної
лінії – 0,30 Га.
Метою роботи. Аналіз ефективності застосування кабелів з ізоляцією
із XLPE у поєднанні зі системою температурного моніторингу у складі
системи комплексного моніторингу високовольтних кабельних ліній.
На основі мети дослідження, сформульовані такі завдання:
1. Зробити порівняльний аналіз МНК та кабелів із ізоляцією з XLPE.
2. Обґрунтувати застосування кабелів із ізоляцією з XLPE в системі
температурного моніторингу стану високовольтних кабельних ліній.
3. Розглянути принцип роботи розподільчого датчика температур,
місця розміщення та можливість застосування в системі безперервного
моніторингу високовольтних кабельних ліній.
4. Обґрунтувати доцільність використання комплексного підходу до
моніторингу високовольтних кабельних ліній.
5. Розглянути організацію комплексного моніторингу високовольтних
кабельних ліній, обладнання та програмні забезпечення, що входять до нього.
Об'єкт дослідження – кабельні лінії електропередач.
Предмет дослідження – теплові процеси в кабельних лініях.
Методи досліджень. Аналіз, класифікація, порівняння, узагальнення,
структурно-функціональний метод; системний підхід.
9
Наукова новизна. На підставі аналізу кабелів із XLPE та різних систем
температурного моніторингу, було доведено, що для моніторингу
високовольтних кабельних ліній застосування одних лише систем
температурного моніторингу недостатньо. Найбільш ефективною для цих
цілей є комплексна система оперативного моніторингу та діагностики стану
високовольтних кабельних ліній, яка включає кілька підсистем.
Практична цінність. Використання системи комплексного
моніторингу високовольтних кабельних ліній дозволяє:
- контролювати температуру кабельної лінії за допомогою системи
температурного моніторингу, яка дозволяє не лише оцінювати
температурний режим роботи, а й визначати можливість збільшення
навантаження на лінію;
- виявляти дефекти ізоляції кабелю та муфт за частковими розрядами
на ранніх стадіях виникнення та розвитку, визначати тип та небезпеку
виявленого дефекту;
- локалізувати місце виникнення дефекту в ізоляції на працюючій
кабельній лінії;
- проводити оперативний контроль ємнісних та зрівняльних струмів,
що протікають по броні кабельної лінії.
Апробація роботи. Основні аспекти наукового дослідження
магістерської роботи були обговорені на студентській науково-практичній
конференції ЧДТУ, яка відбувалася 23-24 квітня 2024 р.
10
РОЗДІЛ 1
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ПЕРЕВАГ ТА НЕДОЛІКІВ МНК ТА
КАБЕЛІВ З ІЗОЛЯЦІЄЮ ЗІ ЗШИТОГО ПОЛІЕТИЛЕНУ
1.1. Загальна характеристика МНК
МНК є силові кабелі високої напруги, у яких паперова ізоляція
просочена мінеральним маслом під тиском. МНК з паперово-масляною
ізоляцією в Україні залишаються поки що найбільш поширеними кабелями
високої напруги. МНК в Україні та країнах Західної Європи застосовуються
для електропостачання міст і великих споживачів електричної енергії, для
виведення потужності з теплових станцій та гідроелектростанцій, а також для
передачі електроенергії через важкопрохідні місцевості (гірські райони, водні
перешкоди тощо). При цьому чим вищий клас номінальної напруги кабелів,
тим більше питома вага МНК серед усіх кабелів високої напруги. Дуже часто
МНК замінюються на кабелі з ізоляцією XLPE під час проведення нових
робіт через значні експлуатаційні витрати [4, 5].
Основні типи конструкцій силових МНК – кабелі низького тиску (до 3-
5 атмосфер) у свинцевій або алюмінієвій оболонці на номінальну напругу
110, 150 і 220 кВ (рис. 1.1) та кабелі високого тиску (10-15 атмосфер) в
сталевому трубопроводі на номінальну напругу 110, 220, 330 та 500 кВ.
Підвищення тиску масла призводить до збільшення електричної міцності
паперово-масляної ізоляції та до можливості застосування силових
маслонаповнених кабелів при вищій робочій напруженості електричного
поля в ізоляції кабелів (до 15 кВ/мм та більше) [5].
У МНК низького тиску застосовується малов'язке дегазоване масло
(марки МН-3, МН-4 або їх аналоги) для просочування паперової ізоляції. При
виготовленні кабелів сушіння та просочення ізоляції здійснюють за
технологією, що виключає появу газових та повітряних включень в ізоляції.
У процесі експлуатації та монтажу масло в ізоляції кабелю постійно
11
перебуває під надлишковим тиском, який підтримується в заданих межах
автоматично, що унеможливлює утворення газових включень в ізоляції
навіть при різкому падінні навантаження. Тиск масла підтримується
встановленими уздовж кабельної лінії баками тиску, які віддають його при
охолодженні кабелю і приймають надлишок масла при нагріванні [6, 7].
Рис. 1.1. Елементи конструкції МНК низького тиску
Струмопровідні жили кабелю перерізом до 800 мм2 складаються з
одного або кількох повивів фасонних дротів. Внутрішній повив жили
скручується з z-подібний провід, що утворює центральний маслопровідний
канал діаметром 12-14 мм, яким відбувається переміщення масла при зміні
температури нагрівання кабелю. Жили перерізом 1000 мм2 і вище
скручуються з чотирьох або шести ізольованих один від одного сегментів для
12
зменшення опору жили змінному струму за рахунок ефекту близькості та
зниження впливу поверхневого ефекту. Жили виготовляються із луджених
мідних проводів, які є слабким стимулятором старіння масла.
Струмопровідна жила, а також ізоляція кабелів високої напруги екрануються
напівпровідним папером для згладжування поверхні жили або оболонки. При
цьому масляні плівки між жилою та ізоляцією, а також між ізоляцією і
металевою оболонкою, яка володіє меншою електричною міцністю в
порівнянні з просоченим папером, виявляються в зоні з нульовою
напруженістю електричного поля [6, 7].
Екран по жилі має наступну конструкцію: три стрічки паперу марки
КП-080 товщиною 0,08 мм або дві стрічки КП-120 товщиною 0,12 мм, одна
стрічка двоколірного паперу марки КПДУ-080, що накладається
напівпровідним шаром до жили. Загальна товщина екрану – 0,35 мм [6, 7].
Екран по ізоляції має таку конструкцію: одна стрічка паперу марки
ККД-120 товщиною 0,12 мм, що накладається ізоляційним шаром до ізоляції,
одна стрічка паперу КП-120, мідна стрічка товщиною 0,1 мм, що
накладається із зазором 3-5 мм, просочена напівпровідна паперова стрічка
марки КП-120. Загальна товщина екрану – 0,45 мм [6].
Напівпровідні стрічки екранів накладаються із зазором 0,5-2,0 мм, а
двошарові – з перекриттям 2-3 мм [6].
Ізоляція жил виконується з паперу різної товщини та щільності
(градування ізоляції), для чого застосовуються стрічки кабельного паперу
(марки КВ, КВУ, КВМУ) завтовшки 0,08 та 0,12 мм. При цьому
безпосередньо у жили шар ізоляції виконується з тоншого ущільненого
паперу. Стрічки кабельного паперу накладаються на жилу із зазором 0,5-2,0
мм методом обмотки і просочуються малов'язким мінеральним маслом МН-3
або МН-4 (або їх аналогом) [6].
Розрахунок товщини ізоляції проводиться у разі напруги промислової
частоти і за імпульсній напрузі. Товщина ізоляції для кабелів різних перерізів
13
жил дорівнює 9,6-11 мм для кабелів 110 кВ та 18-20,8 мм для кабелів 220 кВ
(робоча напруженість - трохи більше 8 кВ/мм) [6].
Для захисту ізоляції від зволоження та від механічних пошкоджень, а
також для забезпечення роботи під надлишковим тиском поверх ізоляції
накладається свинцева чи алюмінієва (гладка чи гофрована) оболонка
завтовшки 2,5-4 мм [6].
Металеві оболонки мають зміцнювальні та захисні покриви. Зміцнюючі
покриви у вигляді кількох синтетичних стрічок і двох стрічок немагнітного
матеріалу накладаються лише поверх свинцевої оболонки. Алюмінієві
оболонки зміцнювальних покривів немає, оскільки алюміній не текучий та
його механічна міцність у 2-2,5 рази вища порівняно зі свинцем. Захисні
покриви кабелів у свинцевій оболонці складаються із шарів, що чергуються
бітумом, стрічок полівінілхлоридного пластикату, стрічок попередньо
просоченого кабельного паперу, кабельної пряжі та крейдяного покриття.
Для механічного захисту на свинцеву оболонку може накладатися броня з
сталевих дротів. У разі застосування алюмінієвої оболонки
використовуються захисні покриви підвищеної вологостійкості Фактично, це
суцільний шланг із поліетилену або полівінілхлоридного пластикату. Для
з'єднання МНК низького тиску з кабелями з ізоляцією із XLPE на напругу
110-220 кВ використовують перехідні муфти типу МПМНП-М-110 [7].
Перехідні муфти типу МПМНП-М.
Область застосування: Для з'єднання МНК - кабелів (низького та
високого тиску) та кабелів з ізоляцією із XLPE з перерізом жили до 2000 мм2
на напругу 110-200 кВ [7].
Особливості конструкції: Перехідна сполучна муфта складається із
трьох частин: центральної частини 2, укладеної в кожух з нержавіючої,
немагнітної сталі, кожуха 16 для підготовленого кінця маслонаповненого
кабелю та кожуха 8 для підготовленого кінця кабелю з ізоляцією зі зшитого
поліетилену. Така конструкція забезпечує максимальну заводську готовність,
оскільки центральна частина збирається в умовах цеху та поставляється на
14
місце монтажу у зібраному вигляді, заповненій кабельною олією під баком
тиску. Наявність в центральній частині стрижневого штекерного елемента 4
спрощує складання та розбирання муфти. Елементи конструкції представлені
рис. 1.2.
Рис. 1.2. Перехідна сполучна муфта типу МПМНП-М: 1 - епоксидний
армований ізолятор; 2 – центральна частина перехідної муфти; 3 -
посилююча паперова просочена маслом ізоляція; 4 – штекерний з'єднувач; 5 -
центральний електрод; 6 – клема заземлення; 7 - електрод регулювання
електричного поля; 8, 16 - кожухи кінцевих ділянок; 9 – МНК; 10 -
підсилювальна ізоляція МНК; 11 - кабель із пластмасовою ізоляцією; 12 -
підсилювальна ізоляція пластмасового кабелю; 13 - вузол ущільнення; 14 -
наконечник заземлення; 15 - заглушка
Кабелі низького тиску призначені для прокладання в кабельних
каналах та тунелях (кабелі марок МНС, МНСШв, МНАШв, МНАгШв), у
землі при умові, що кабель не схильний до розтягуючих зусиль і захищений
від механічних пошкоджень (кабелі марок МНСШв, МНАШву), а також
болотистій місцевості та під водою, де потрібен його додатковий захист та де
кабель піддається зусиллям (кабель марки МНСК) [7].
Досвід експлуатації МНК низького тиску становить близько 80 років та
свідчить про їхню досить високу надійність. Питома пошкоджуваність
кабельної лінії низького тиску на напругу 110 та 220 кВ становить приблизно
0,02 на 100 км. на рік [7]. При цьому більшість відмов обумовлено
механічними ушкодженнями.
15
Кабельна лінія високого тиску містить три одножильні кабелі, які
затягнуті у сталевий трубопровід. Для просочення паперової ізоляції МНК
високого тиску та заповнення трубопроводу застосовується в'язке масло типу
С-220 (або його аналог), що забезпечує велику імпульсну міцність кабелів.
Компенсація зміни обсягу масла в кабельній лінії, а також підтримання
надлишкового тиску в заданих межах здійснюється за допомогою
автоматичного підживлювального пристрою (АПП), який розміщується на
одному з кінців кабельної лінії [7].
Струмопровідні жили кабелів високого тиску мають круглу форму (без
центрального маслопровідного каналу) та скручуються з луджених мідних
дротів. Жили перерізом понад 700 мм2 скручуються із чотирьох секторів
ізольовані шари напівпровідного паперу. Екран по жилі складається із трьох
напівпровідних стрічок паперу КП-080 товщиною 0,08 мм або двох стрічок
КП-120 завтовшки 0,12 мм; при цьому одна стрічка із двоколірного паперу
марки КПДУ-080. Екран із ізоляції має наступну конструкцію: одна стрічка
двоколірного паперу марки ККД-120; одна стрічка напівпровідного паперу
КП-120 для кабелів 110-220 кВ або три стрічки для кабелів 330-500 кВ; одна
напівпровідна металізована перфорована стрічка завтовшки 0,14 мм; одна
мідна перфорована стрічка завтовшки 0,15 мм з прошарком стрічки
напівпровідного паперу завтовшки 0,12 мм [7].
Ізоляція жил також виконується з паперу різної товщини та щільності,
для чого застосовуються стрічки кабельного паперу товщиною 0,08 та 0,12
мм для кабелів 110 кВ і товщиною 0,08, 0,12 та 0,17 мм для кабелів на
напругу 220 кВ та вище. Стрічки паперу накладаються на жилу із зазором
0,5-2,0 мм методом обмотки і просочуються маслом C-220 [7].
Товщина ізоляції для кабелів різних перерізів дорівнює 9,6-12,4 мм
кабелів 110 кВ, 17,5-20,7 мм для кабелів 220 кВ (робоча напруженість – не
більше 9 кВ/мм) та 30-31 мм для кабелів 500 кВ (робоча напруженість - не
більше 15 кВ/мм) [7].
16
На екран із ізоляції накладаються (з кроком 100-300 мм) не менше двох
напівкруглих дротів ковзання з немагнітного матеріалу (бронзові дроти або
мідні луджені) розміром 2,5-5 мм, що оберігають його та ізоляцію від
пошкодження при затягуванні кабелю у трубопровід [7].
МНК високого тиску випускаються двох марок: МВДТ -
маслонаповнений кабель у свинцевій оболонці, що знімається на місці
прокладки при протягуванні кабелю в трубопровід, і МВДТк -
маслонаповнений кабель, що доставляється до місця прокладки в контейнері
з маслом [7].
Для прокладання кабельних ліній в Україні застосовуються в
основному сталеві катані труби із зовнішнім діаметром 219 або 273 мм та
товщиною стінки 10 мм. Для захисту кабелів від механічних пошкоджень
використовують сталевий трубопровід, який є надійним захистом [7].
МНК високого тиску в сталевому трубопроводі можуть прокладатися
у тунелях, у землі та під водою. Відмови маслонаповнених кабельних ліній
високого тиску номінальною напругою 110-500 кВ носять одиничний
характер і обумовлені в основному попередніми механічними
пошкодженнями.
Збереження маслом високих діелектричних властивостей, таких як
висока електрична міцність, малі діелектричні втрати дуже важливо для
забезпечення вимог електричної міцності та надійності маслонаповнених
кабельних ліній. Для маслонаповнених кабельних ліній масло піддається
глибокій дегазації для запобігання розвитку іонізаційних властивостей та
забезпечення стабільності діелектричних властивостей ізоляції. [6, 7]
При експлуатації маслонаповнених кабельних ліній особлива увага
приділяється герметичності всієї системи для уникнення попадання в кабель
повітря та послідуючому запобіганню утворенню газу через розкладання
масла і спостереженням за якістю та станом масла в кабельних лініях [5].
Для запобігання корозійному руйнуванню оболонок кабелів
маслонаповнених кабельних ліній особливо на лініях високого тиску
17
(сталевих трубопроводів) рекомендується проводити заходи щодо їх
запобігання [5].
За рахунок діелектричних втрат відбувається додаткове нагрівання
ізоляції з їх урахуванням здійснюється раціональне використання пропускної
спроможності ліній високого тиску. Кабельні лінії низького тиску не
потребують урахування впливу струмів, що наводяться в оболонках, оскільки
вони виготовляються із однофазних кабелів [5].
Допустима температура тривалого нагрівання струмопровідних жил
дорівнює 70 оC, вона встановлена для будь-яких умов прокладання (під
водою, в грунті та в повітрі) для всіх типів маслонаповнених кабельних ліній
напругою до 500 кB включно. Якщо коефіцієнт навантаження не перевищує
0,8 від максимального розрахункового значення та для засипання траншей з
кабелями застосовується спеціальний ґрунт з покращеними тепловими
характеристиками і за наявності відомостей про охолодження кабелів по всій
довжині траси допустима температура нагрівання струмопровідних жил
кабелів прокладених (під водою, в грунті та в повітрі) рекомендована до 75
оC для кабелів на напруги 330, 380, 500 кB, і марок кабелів МНСА, МНСК, а
для кабелів на напруги 110, 150 і 220 кB до 85 оC (крім кабелів марок МНСА
та МНСК) [5].
При проектуванні кабельних ліній для маслонаповнених ліній тривало
допустимі струмові навантаження визначаються розрахунком з урахуванням
результатів пошуків, виконаних на трасі проектованої лінії за умови
прокладки, числа паралельно прокладених кабелів та конструкції кабелю.
Для кожної лінії окремо та за конкретних умов їх прокладання при
проектуванні встановлюються тривало допустимі струмові навантаження для
маслонаповнених кабельних ліній на напругу 150, 330 та 500 кB [5].
За допомогою амперметрів здійснюють контроль за навантаженнями
кабельних ліній, допустимий струм можна визначити за ризиками червоного
кольору на шкалі амперметра. Якщо коефіцієнт навантаження більше 0,8, то
безперервне навантаження маслонаповнених кабельних ліній в аварійних
18
режимах рекомендується тривалістю 50 годин на рік та 100 годин на рік,
якщо коефіцієнт лежить у межах 0,8. Контроль температури кабельних ліній
рекомендується здійснювати в аварійних режимах та при їх перевантаженні.
Для кожної конкретної лінії рекомендується визначати навантаження для
умов, які мають середньорозрахункові або допустимі аварійні навантаження
[5].
Якщо у кабельній лінії або окремій секції було перевищено допустимий
тиск масла, лінія відключається до усунення причин підвищення тиску та
включається після [5].
Для кабелів високого тиску з просоченням синтетичним маслом та для
кабелів низького тиску з просоченням нафтовим маслом під час експлуатації
допустима мінімальна температура не нижче -20 оC [5].
У таблиці 1.1 наведено мінімальні значення температури повітря для
кабельних ліній та їх елементів.
Таблиця 1.1
Мінімальна температура навколишнього середовища
Температура навколишнього Лінія низького тиску з Лінія високогоо тиску з
середовища маслом марок маслом марок
МН-3,МН-4 МПНК-2 С-110,С-220 ВК-21
Мінімально допустима по
всій довжині кабельної лінії, 0 -20 0 -5
не нижче,оС
Мінімально допустима
температура повітря для
відкритої (без підігріву) -25 -45 -15 -20
установки кінцевих муфт і
баків, що підживлюють, оС
Термодатчики для контролю за нагріванням маслонаповнених
кабельних ліній низького та високого тиску рекомендується встановлювати
на повітряних та підземних ділянках лінії, при прокладанні в ґрунті – на
ділянках з найгіршими умовами охолодження, тобто мало теплопровідних
грунтах (кам'янистий ґрунт, насипні) і містять найменшу кількість вологи.
19
На рис. 1.3 представлені криві для вибору таких ділянок [5].
Рис.1.3. Залежність зовнішнього теплового опору кабелю
від його діаметру
На повітряних ділянках кабельних ліній високого тиску установка
термодатчиків призначена для [8]:
- температурного контролю розгалужувальних пристроїв;
- температурного контролю вертикальних ділянок кабелів, які
розташовані у шахтах та ділянках з крутим нахилом сталевого
трубопроводу;
- моніторингу пропускної спроможності кабельної лінії у теплу пору
року.
Температурний контроль нагрівання маслонаповнених кабельних ліній
рекомендується виконувати спільно зі спостереженнями за роботою
підживлювальних пристроїв із реєстрацією тиску при зміні температури.
Споруди та траси маслонаповнених кабельних ліній оглядаються у
встановлені відповідними правилами технічної експлуатації терміни [1, 2].
При нормальних умовах роботи кабельної лінії підживлювати маслом
лінії доцільно у певних розрахункових точках, для підтримки заданого тиску
масла. У таблиці 1.2 наведено вид підживлюючого пристрою та параметри
20
тисків масла для всіх типів маслонаповнених кабелів. На рис. 1.4
представлена схема підживлення кабельних ліній низького тиску за
допомогою баків тиску підживлювальних пунктів.
За допомогою маслопідживних агрегатів зі сторін для підживлення
лінії, нагнітальними насосами, сильфонними вентилями, масляними
колекторами для групового підживлення ліній та іншої апаратури
відбувається автоматична підживлення кабельних ліній високого тиску [8].
Рис.1.4. Підживлюючий пункт у колодязі стопорних муфт: 1 –
азбоцементні труби; 2 – баки тиску; 3 – вхідні люки; 4 – баки живлення; 5 –
манометри; 6 – шина заземлення; 7 – вентиляційні отвори; 8 – стопорні
муфти; 9 – насос для відкачування води з колодязя
Таблиця 1.2
Вид підживлювального пристрою та параметри тиску масла
Параметри тиску, МПа (кгс/см2) Вид
Конструкція кабелю Довготривалий Короткочасний тиск Тиск при підживлювального
допустимий при перехідних аварійному пристрою
тиск режимах вимкненні
Низького 0,0245 - 0,147 0,0148 - 0,294 0,0102 Баки живлення
тиску: (0,25 - 1,5) (0,15 - 3,0) (0,11) Баки тиску
у свинцевій 0,0245 - 0,294 0,0148 - 0,590 0,0102
оболонці (0,25 - 3,0) (0,15 - 6,0) (0,11) Баки тиску
в алюмінієвій 0,0245 - 0,49 0,0148 - 0,980 0,0102
оболонці (0,25 - 5,0) (0,15 - 10,0) (0,11) Баки тиску
Середнього 0,0245 - 0,294 0,0148 - 0,590 0,0102
тиску (0,25 - 3,0) (0,15 - 6,0) (0,11) Баки тиску
21
Постійний контроль за характеристиками масла доцільний протягом
процесу експлуатації.
Перевірка кабельної лінії на вміст розчиненого та нерозчиненого газу в
маслі, характеристики проб масла, що відбираються з різних елементів лінії є
основними показниками при оцінці стану ізоляції маслонаповненої кабельної
лінії. Крім окислення та полімеризації масла (старіння масла) причиною
діелектричних втрат є додаткове нагрівання ізоляції. Додаткове нагрівання
ізоляції також є причиною зниження пропускної спроможності кабельних
ліній на напругу 110 кВ, 220 кВ та вище [7].
Відбір проб масла та поповнення його втрат проводиться в різних
елементах кабельної лінії з дотриманням необхідних заходів, що запобігають
попаданню повітря в лінію. В експлуатації відбір проб масла здійснюється у
відповідності до встановлених нормами терміни. При невідповідності проб
масла встановленим нормам – проводиться повторний відбір проб масла.
Якщо при повторному відборі проб масла його якість не відповідає нормам,
то слід вирішується питання виведення лінії з експлуатації [1, 2].
Під час експлуатації маслонаповнених кабельних ліній в наявності
повинні бути:
- установка для генерації масла (очищення);
- установка для дегазації масла;
- ємності для зберігання кабельних масел;
- пристосування та обладнання для заповнення маслом окремих
елементів лінії;
За допомогою манометрів проводиться вимірювання падіння тиску
масла (втрати масла). За отриманими даними будуються графіки зміни тиску
у функції часу. Місцезнаходження витоку масла можна визначити шляхом
порівняння графіків двох випробуваних ділянок.
22
1.2. Загальна характеристика кабелів із ізоляцією з XLPE
Сучасні кабелі зі XLPE економічніші та технічно вдосконалені в
порівнянні з МНК завдяки своїй технології виготовлення, конструкції та
ізоляційним матеріалам. В останні роки кабелі з ізоляцією із XLPE частіше
використовуються в нових проектах, ніж кабелі з паперовою ізоляцією.
У таблиці 1.3 наведено порівняльні характеристики кабелів з ізоляцією
з XLPE та МНК [6, 7].
Таблиця 1.3
Порівняльні характеристики XLPE та МНК – кабелів
Характеристики кабелів XLPE -кабель МНК-кабель
Довготривала допустима температура жили, оС,
оС 90 85
Допустима температура в аварійному режимі, оС 130 90
Максимально допустима температура жили при
протіканні струму короткого замикання, ОС 250 200
Допустима густина
−
1секундного струму короткого замикання, оС 144 101
− для мідної жили для алюмінієвої жили 93 67
Відносна діелектрична проникність
при температурі 20 оС 2,4 3,3
Тангенс кута діелектричних втрат при
температурі 20 оС 0,001 0,004
При використанні в системах електропостачання кабелів із ізоляцією з
XLPE основною їх перевагою є вища надійність кабельної лінії. У багато в
чому це пов'язано з вищою якістю кабелю та технологією монтажу
сполучних і кінцевих муфт [7]. Крім цього, кабелі зі XLPE легші і мають
менший діаметр порівняно з МНК, тому вони можуть прокладатися
великими довжинами. Це дозволяє зменшити число з'єднань, що підвищує
надійність ліній. В ізоляції кабелів із XLPE відсутні рідкі компоненти, що
дозволяє їх використовувати при різній температурі навколишнього
середовища та без обмеження різниці рівнів прокладки. Також кабельні лінії,
виконані зі зшитого поліетилену не потребують постійного обслуговування
23
та контролю у процесі експлуатації. Сучасні технології виготовлення кабелів
дозволяють покращити механічні та електричні властивості ізоляції, в
процесі вулканізації поліетиленової ізоляції молекулярна структура
змінюється і утворюються нові міжмолекулярні зв'язки за рахунок чого
відбувається поліпшення. Для покращення електроізоляційних властивостей
та виключення можливості появи дефектів в ізоляції використовується більш
досконалий метод MDCV, процес "сухої" зшивки або вулканізації. Суть
цього методу полягає в тому, що на жилу, яка подається з барабана, відразу
накладається ізоляційний компаунд , який не містить вологи та сторонніх
включень. Далі жила надходить у «вулканізаційну трубу», де під впливом
постійного струму, відбувається нагрівання "вулканізаційної труби" в
результаті чого і проводиться зшивання ізоляції [7].
Екструзія електропровідного екрана та шару ізоляції, а також
електропровідного екрану по жилі відбувається одночасно, тобто
відбувається тришарове екструдування. Ця технологія забезпечує відсутність
газових включень на границі між екранами та в ізоляції, а також забезпечує
відмінну адгезію між ізоляцією та екранами [6]. Алюмінієві або мідні
струмопровідні жили кабелів із XLPE виготовляються герметизованими та
ущільненими, а якщо переріз жили складає понад 1000-1200 мм2, то
сегментними, що дозволяє зменшити поверхневий ефект [9]. Зовнішній
напівпровідний шар, ізоляція та внутрішній напівпровідний шар одночасно
випресовуються з композицій поліетилену, що зшивається високою
частотою. Також за допомогою приладів лазерного контролю безперервно
контролюється ексцентриситет та товщина шарів. Металевий екран кабелю
складається з спірально накладеної мідної стрічки та мідних дротів. Переріз
екрана обирається з умови протікання струмів короткого замикання. Шар
водонабухаючого матеріалу використовується для забезпечення поздовжньої
герметизації, а оболонка з алюмополімерної стрічки використовується для
більшого та надійного захисту ізоляції кабелів від вологи. Алюмополімерна
24
оболонка зварена з ПВХ або поліетиленової оболонки, забезпечує радіальну
герметизацію (рис. 1.5) [7].
Рис. 1.5. Конструкція XLPE -кабелів із пластмасовою оболонкою
Крім стандартного варіанта кабелів, прокладених у землі (оболонка з
ПВХ-пластику або поліетилену), для складних трас може використовуватись
посилена поліетиленова оболонка з поздовжніми ребрами жорсткості, а
також свинцева оболонка (рис. 1.6) або гофрована алюмінієва оболонка (рис.
1.7). Для захисту кабелю від займання поверх зовнішньої оболонки може
накладати захисний шар. Для передачі даних та для вимірювання
температури нагрівання кабелю по всій трасі можуть бути інтегровані
оптоволоконні нитки під свинцевою оболонкою або між дротом екрану [6, 7].
25
Рис. 1.6. Конструкція XLPE-кабелів зі свинцевою оболонкою
Рис. 1.7. Конструкція XLPE-кабелів з алюмінієвою оболонкою
Останнім часом за кордоном застосовують трижильні кабелі в трубі з
ізоляцією із XLPE (рис. 1.8). Такі кабелі використовуються для реконструкції
старих ліній за можливості використання вже існуючих труб [6].
26
Рис. 1.8. Конструкція XLPE-кабелів у стальній трубі
У таблиці 1.4 представлені перспективні характеристики кабелів із
ізоляцією з XLPE. Одножильні XLPE-кабелі з пропускною здатністю до 1000
МВА та площею поперечного перерізу струмопровідної жили до 2500-3000
мм2 та напругою до 500 кВ [6].
Таблиця 1.4
Основні характеристики XLPE- кабелів на напругу до 500 кВ
Струм Потужність,
Номінальна Переріз Толщина Вага,т/к навантаження під що передається
напруга, кВ мідної ізоляції, мм м час прокладання, в при
жили, мм2 землі (на повітрі), прокладанні в
А землі (на
повітрі),МВА
1 2 3 4 5 6
64/110 185-1000 15-16 4,6-21 450-1050 50-200
(600-1500) (100-250)
(132) 1000-1600 14-16 15-28 1050-1450 200-280
(1500-2000) (250-350)
27
Продовж. табл. 1.4
1 2 3 4 5 6
127/220 500-1000 23-26 12-26 650-1000 250-380
(800-1400) (300-550)
(245) 1000-1600 20-23 16-32 1000-1400 380-500
(1400-1900) (500-700)
230/400 630-1000 28-32 17-30 750-1000 500-650
(900-1300) (600-800)
Провідні компанії, що виготовляють високовольтні кабелі з ізоляцією з
XLPE за кордоном: NKT Cable, NEXANS, Pirelli, ABB, Sumitomo Electric.
Виробниками кабелів з ізоляцією із XLPE на номінальну напругу до 330 кВ в
Україні є ТОВ «Завод Південкабель», ПАТ «Одескабель» [6, 7]. Конструкція
кабелю з ізоляцією із XLPE (напруга 110 кВ) марок ПвП, АПвП, ПвПу,
АПвПу:
- кругла багатопровідна алюмінієва або мідна жили (перерізом 185-800
мм2);
- ізоляція із XLPE (15-16 мм);
- напівпровідний шар ізоляції;
- напівпровідна стрічка;
- екран з мідної стрічки та мідних дротів;
- напівпровідна стрічка;
- оболонка із ПВХ пластику або поліетилену.
Поздовжня герметизація в кабелях з індексом «г» забезпечується за
допомогою водонабухаючого шару матеріалу, шар набухає при контакті з
водою і формує поздовжній бар'єр, який унеможливлює пошкодження
зовнішньої оболонки та поширенню вологи. На складних ділянках кабельних
трас для прокладення використовують кабелі з індексом "у", які мають
посилену поліетиленову оболонку із поздовжніми ребрами жорсткості.
Кабельною арматурою, яка складається із елементів заводського складання,
комплектуються всі кабелі в неї входять ізолюючі частини та конуса
(виготовлені з силіконової гуми), включаючи муфти (кінцеві зовнішньої
установки, для вводу в елегазові КРУ та трансформатори тощо) [6].
28
Кінцеві муфти у полімерному корпусі типу OHVT-С [6]
Область застосування: Призначені для роботи у будь-яких кліматичних
умовах. Муфти можуть встановлюватися на кабелі із полімерною ізоляцією
та при будь-яких конструкціях металевих оболонок та броні.
Особливості та переваги конструкції:
− легкий та герметичний композитний корпус з можливістю вибору
різних довжин шляху витоку (до 50 мм/кВ);
− болтовий механічний наконечник зі зривом головки;
− легкий монтаж навіть без застосування спеціальних монтажних
пристроїв;
− перед заливкою в муфту відсутнє нагрівання масла;
− встановлення можливе під кутом 45 градусів;
− можливість встановлення на всі існуючі конструкції кабелю з
використанням системи вводу та герметизації на основі
термоусаджуваних компонентів;
− комплексне рішення щодо захисту кабельної лінії спільно з
оптоволоконними кабелями виробництва Тайко;
− муфти комплектуються додатковими оптоволоконними наборами для
кабелю з інтегрованим оптоволокном;
− випробувані відповідно до стандартів МЕК 60840 та IEEE 48.
Елементи конструкції (рис. 1.9) [6]:
1. Конус вирівнювання напруженості електричного поля із силіконової
гуми, його еластичність дозволяє проводити легкий монтаж без використання
спеціальних інструментів.
2. Полімерний ізолятор, виготовлений на основі скловолоконної
технології (GFR) із зовнішньою ізоляцією з силіконової гуми накладеної
безпосередньо на циліндр.
3. Простір між кабельною ізоляцією, КВНЕП та ізолятором
заповнюється зверху силіконовим маслом.
4. Кришка ізолятора із корозійностійкого сплаву.
29
5. Подвійна система герметизації, що збільшує монтажні допуски та
зберігають високий рівень ущільнення.
6. Болтовий механічний наконечник із зривом головки, який
застосовується для багатопровідних та цільнотягнутих алюмінієвих та мідних
жил. Монтаж наконечника не потребує спеціальних інструментів.
7. Плита основи з корозійностійкого сплаву та опорні ізолятори для
секціонування з можливістю проведення випробування оболонки.
8 Система вводу та герметизації, що фіксує екран кабелю та броню.
Система адаптована до кабелів з різними типами екрану, оболонки та броню.
Рис. 1.9. Кінцева муфта в полімерному корпусі типу OHVT-C
У таблиці 1.5 представлені технічні характеристики муфт [6].
Таблиця 1.5
Технічні характеристики муфт типу OHVT-С
Опис Параметр OHVT-145C OHVT-170C
(-2A) (-3A) (-4A) (-4B) (-4C) (-1A) (-3A) (-4A) (-4B) (-4C)
1 2 3 4
Найбільша робоча
напруга, Um кВ 145 170
Амплітуда
грозового кВ 650 750
імпульса
Максимальний
діаметр мм 97 108
ізоляції кабелю
30
Продовж. табл. 1.5
1 2 3 4
Макс. переріз
звичайного кабеля мм2 2500 2500
Максимальний кут о
нахилу 45 45о
Діаметр, G мм 294 308 345 355
Довжина шляху
витоку мм 3392 3829 4684 6100 8047 3829 4273 5272 5746 9436
Висота, L мм 1871 2051 1796 2180 2708 2128 2324 2714 2156 2954
Приблизний об’єм
силіконового масла л 37 42 35 46 60 64 69 85 64 103
Приблизна вага кг 105 115 119 130 165 259 270 292 264 318
Максимальне
зусилля на згин кН 5 3 3,6 3 2,4 4 4 4 4 4
Сухі кінцеві муфти типу OHVT-D [6].
Область застосування: Призначені для роботи у важких кліматичних
умовах. Конструкція муфти не містить ізоляційних рідин. Муфти призначені
для кабелів з пластмасовою ізоляцією та різними типами екранів, броні та
оболонок.
Особливості та переваги конструкції:
− легкий та герметичний композитний корпус;
− легкий монтаж без використання спеціальних монтажних пристроїв;
− суха конструкція без використання масла;
− самонесуча конструкція, яка не вимагає додаткових підтримуючих
ізоляторів;
− болтовий механічний наконечник зі зривом головки;
− швидкий та легкий монтаж, що поєднує роз'ємну технологію з
полімерним корпусом;
− штекерна частина може бути змонтована на кабелі, а потім встановлена
у приймальному ізоляторі, що полегшує встановлення як кабелю так і
ізолятора,
− потребує меншої обробки кабелю у порівнянні з маслонаповненими
муфтами;
31
− можливість встановлення на всі існуючі конструкції кабелю з
використанням системи вводу та герметизації на основі
термоусаджуваних компонентів;
− муфти комплектуються додатковими оптоволоконними наборами для
кабелю з інтегрованим оптоволокном;
− випробувані відповідно до стандартів МЕК 60840 та IEEE 48.
Елементи конструкції (рисунок 1.10) [6]:
1. Контактний фітинг, виготовлений із корозійностійкого сплаву.
2. Болтовий механічний наконечник із зривом головки. Застосовується
для багатопровідних та цільнотягнутих алюмінієвих та мідних жил. Його
монтаж не потребує спеціальних інструментів.
3. Полімерний корпус із вбудованим мультиконтактним роз'ємом.
Корпус фіксується на підтримуючій конструкції за допомогою металевої
основи.
4. Конус вирівнювання напруженості електричного поля з силіконової
гуми. Його еластичність дозволяє легко виконати монтаж без використання
спеціальних інструментів.
5. Металеве пружне компресійне кільце для створення необхідного
контактного зусилля та щільного прилягання конуса до ізолятору.
6. Плита основи з корозійностійкого сплаву та опорні ізолятори для
секціонування та можливості проведення випробування оболонки.
7. Опорний ізолятор основи.
8. Система вводу та герметизації, що фіксує екран кабелю та броню.
Система адаптована до кабелів з різними типами екрану, оболонки та броню.
У таблиці 1.6 представлені технічні характеристики муфт.
32
Рис.1.10. Сухі кінцеві муфти типу OHVT-D
Таблиця 1.6
Технічні характеристики муфт типу OHVT-D
Опис Параметр OHVT-145D
Найбільша робоча напруга, Um кВ 145
Амплітуда грозового імпульсу кВ 650
Максимальний діаметр по ізоляції мм 78
Максимальний переріз кабелю мм2 1200
Довжина шляху витоку мм 4680
Висота мм 1883
Приблизна вага кг 130
Максимальне зусилля на згин кН 5
Штекерні муфти сухого виконання типу PHVS, PHVT [7].
Область застосування: Компактні штекерні муфти сухого виконання
призначені для підключення кабельних ліній до елегазових розподільчих
пристроїв (PHVS) та трансформаторів (PHVT). Муфта легко роз'єднується і
складається зі штекерної частини та епоксидного ізолятора. Ізолятор
встановлюється в КРУН або трансформатор на заводі-виробнику обладнання.
У разі коротких кабельних довжин КЛ, через невелику вагу кабелю та
штекерної частини, вони можуть бути поставлені на монтажний майданчик
зібраними, що у свою чергу знижує час монтажу.
Особливості та переваги конструкції:
- легкий монтаж без використання спеціальних монтажних пристроїв;
- принцип «сухого» з'єднання без використання масла;
- болтовий механічний наконечник зі зривом головки;
33
- герметизація кабелю на основі термоусаджуваної технології;
- герметичний епоксидний ізолятор розрахований на підключення до
КРПН;
- муфти розраховані для роботи в ізоляційних рідинах та середовищі
елегаза;
- розміри епоксидного ізолятора відповідають МЕК 62271-209;
- монтаж ізолятора та кабелю легший, а простір для монтажу менший,
ніж для маслонаповнених штекерних муфт;
- штекерна частина монтується на кабелі;
- встановлення в ізолятор може проводитись пізніше, за умови захисту
штекерної частини спеціальними захисними пристроями від вологи та
механічних пошкоджень;
- муфти комплектуються додатковими оптоволоконними наборами для
кабелю з інтегрованим оптоволокном;
- штекерна частина та ізолятор випробувані на відповідність стандарту
МЕК 60840.
Елементи конструкції (рисунок 1.11) [7]:
1. Антикоронний екран легко встановлюється на муфті для
використання в ізолюючих рідинах (надається за запитом для муфт PHVT).
2. Адаптер для забезпечення розмірів відповідно до МЕК 62271-209 для
маслонаповнених штекерних муфт (постачається за запитом).
3. Болтовий механічний наконечник із зривом головки. Застосовується
для багатопровідних та цільнотягнутих алюмінієвих та мідних жил. Для
монтажу не потрібні спеціальні інструменти.
4. Епоксидний ізолятор із вбудованим струмопровідним електродом
забезпечує газо- та маслонепроникне підключення муфти до обладнання.
Ізолятор утримується за допомогою фіксуючого кільця (7).
5. Конус вирівнювання напруженості електричного поля з силіконової
гуми. Його еластичність дозволяє проводити легкий монтаж. без
використання спеціальних інструментів.
34
6. Металеве пружне компресійне кільце для створення необхідного
контактного зусилля та щільного прилягання конуса до ізолятору.
7. Металеве фіксуюче кільце для кріплення корпусу епоксидного
ізолятора до розподільного пристрою або трансформатора.
8. Система вводу та герметизації виконана у вигляді кабельного
сальника для різних типів екрану та броні. Система також забезпечує
фіксацію оболонки кабелю.
Рис. 1.11. Штекерні муфти сухого виконання типу PHVS, PHVT
У таблиці 1.7 представлені технічні характеристики муфт [7].
Таблиця 1.7
Технічні характеристики муфт сухого виконання типу PHVS, PHVT
Опис Параметр КРПН Трансформатор
PHVS-145 PHVT-145
Найбільша робоча напруга, Um кВ 145 145
Амплітуда грозового імпульсу кВ 650 650
Довжина (довжина з адаптером) мм 470 (757) 470 (757)
Вага ізолятора (вага штекерної
частини) кг 35 (24) 37 (24)
Діючий тиск елегазу (SF6) бар 3,5 – 8,5 нет
Максимальний діаметр ізоляції
кабелю мм 78 78
Максимальний переріз кабелю мм2 1200 1200
35
Сполучні та транспозиційні муфти типу EHVS [7].
Область застосування: Сполучні муфти типу EHVS мають
трикомпонентну конструкцію, що має переваги при обробці кабелю та
монтажі. Конструкція муфти транспозиційної типу EHVS-SB може бути
застосована для різних схем транспозиції та додаткового заземлення. Муфти
призначені для кабелів із пластмасовою ізоляцією різної конструкції з
оптоволокном та без нього, різними типами екранів, броні та оболонок.
Особливості та переваги конструкції:
- легкий монтаж без використання спеціальних монтажних пристроїв;
- болтовий механічний з'єднувач зі зривом головки;
- інтегрований захист від проникнення вологи з використанням
термоусаджувальної технології;
- одна й та ж конструкція використовується для прямого з'єднання
екранів, розриву екранів та транспозиції;
- для кабелю з інтегрованим оптоволокном муфти комплектуються
додатковими оптоволоконними наборами;
- коротка довжина оброблення кабелю та встановленої муфти;
- відсутня необхідність зняття додаткової ділянки оболонки для
паркування корпусу муфти;
- можливість з'єднання кабелів різних перерізів та конструкцій;
- муфти випробувані відповідно до МЕК 60840 та IEEE 404.
Елементи конструкції (рис. 1.12-1.13) [6]:
1. Болтовий механічний з'єднувач із зривом головки. Використовується
для багатопровідних алюмінієвих та мідних жил, можливо модифікований
для цільнотягнутих жил. Не потрібно спеціального інструменту для
встановлення з'єднувача.
2. Кабельний адаптер із силіконової гуми. Призначений для
використання на різних діаметрах ізоляції кабелю, створюючи ділянку
з'єднання з однаковим діаметром за довжиною. Завдяки високій еластичності
не потрібні спеціальні монтажні пристрої для натягування адаптерів при їх
36
встановленні. Вбудований провідний конус з точно певною геометрією
забезпечує вирівнювання електричного поля в адаптерів.
3. Силіконовий корпус з високим ступенем еластичності може бути
встановлений без спеціальних монтажних пристроїв. Завдяки
трикомпонентній конструкції є можливість з'єднання кабелів з різними
перерізами. Корпус та адаптери створюють клітину Фарадея у зоні
з'єднувача.
4. Внутрішній екран (клітка Фарадея).
5. Конус вирівнювання напруженості електричного поля.
6. Напівпровідний шар на силіконовому тілі муфти, що відновлює
напівпровідний екран кабелю.
7. Мідна сітка, що відновлює металевий екран кабелю.
8. З'єднання проводів екрана.
9. Герметик.
10. Ізоляційна трубка, що забезпечує теплоізоляцію та герметизацію
змонтованої муфти.
11. Термоусаджувана манжета з інтегрованим захистом від
проникнення вологи.
Рис. 1.12. Сполучна муфта
37
Рис.1.13. Транспозиційна муфта
У таблиці 1.8 подано технічні характеристики муфт [7].
Таблиця 1.8
Технічні характеристики сполучних та транспозиційних
муфт типу EHVS
Сполучна муфта Транспозиційна муфта
Опис Параметр EHVS- EHVS- EHVS- EHVS-
145TWI 170TWI 145TWS 145TWS
Максимальна тривала
напруга, Um кВ 145 170 145 170
Амплітуда грозового
імпульсу кВ 650 750 650 750
Довжина мм 2000 2000 2000 2000
Довжина основного
корпусу разом із мм 1150 1150 1150 1150
адаптерами
Діаметр мм 200 250 200 250
Приблизний вага кг 40 50 40 50
Максимальний діаметр
ізоляції. мм 83 110 83 110
Максимальний переріз 2
кабелю мм 1600 2500 1600 2500
Кабельні лінії із XLPE забезпечують надійне електропостачання,
мінімальне землевідведення та максимальне збереження навколишнього
середовища, тому останнім часом кабельні лінії високої та надвисокої
напруги з XLPE широко використовуються при організації глибоких вводів
центральні райони великих міст світу. Побудова кабельних ліній потребує
менших капітальних вкладень за рахунок удосконалення технології
38
виготовлення кабелів, їх монтажу та прокладання. В даний час витрати на
прокладання підземних високовольтних кабельних ліній у рази перевищують
витрати на будівництво повітряних ліній, але виходячи з обліку
експлуатаційних та економічних факторів (менші витрати на технічне
обслуговування, висока надійність, мінімальне землевідведення) перевага
суттєво збільшується на користь кабелів з ізоляцією з XLPE [7, 9].
Таким чином, можна зробити висновок, що заміна маслонаповнених
кабельних ліній (МНК) на кабельні лінії з ізоляцією зі XLPE актуальна у
зв'язку з наступними перевагами [9]:
- більша пропускна здатність за рахунок більш високої допустимої
температури жили (у кабелів з ізоляцією зі XLPE, залежно від умов
прокладки, допустимі струми навантаження більші на 150 %, порівняно
з МНК);
- найменший радіус вигину, діаметр та вага, що дозволяє легко
прокладати кабель на складних трасах та в кабельних спорудах;
- менші витрати під час експлуатації, у порівнянні з МНК високого
тиску, при експлуатації яких потрібен обслуговуючий персонал та
складна система контролю масла;
- високий струм термічної стійкості при короткому замиканні;
- використання полімерних матеріалів для оболонки та ізоляції надає
можливість вести прокладку кабелю за негативних температура без
попереднього підігрівання;
- при монтажі кабелів із ізоляцією зі XLPE не потрібне заморожування
масла рідким азотом, що знижує трудовитрати та вартість робіт;
- відсутність шкідливого впливу масла на довкілля;
- тверда ізоляція полегшує прокладку на трасах із великою різницею
рівнів, у вертикальних та похилих колекторах;
- пожежна безпека;
39
- відсутність рідких компонентів (масла під тиском) для підживлення
яких потрібне дороге обладнання, отже, це знижує експлуатаційні
витрати;
- низька питома пошкоджуваність (на 2-3 порядки нижче, ніж у МНК);
- забезпечення глибокого вводу електроенергії до міст, де спорудження
повітряний ліній електропередач неможливий або ускладнений.
При будівництві кабельних ліній велике значення має будівельна
довжина кабелю, переважно залежить від ваги кабелю. У таблицях 1.9 – 1.11
представлено характеристики XLPE та МНК – кабелів [6, 7].
Таблиця 1.9
Номінальний зовнішній діаметр та розрахункова маса МНК [6]
Номінальний зовнішній діаметр кабелю,
мм, марка Розрахункова маса кабелю, кг/км, марок
МНАШв МНАШву МНС МНАШв МНАШву МНС
120 50,2 56,8 54,2 4435 4899
150 54,4 59,2 56,6 5004 5488
185 55,0 59,8 57,2 5454 5944
240 56,9 61,7 59,1 6053 6599
270 56,8 61,6 59,0 6441 6946
300 64,0 68,8 59,8 7264 7829
350 65,6 70,4 61,4 8049 8626
400 66,6 71,4 62,2 8651 9238
500 69,6 74,4 65,4 9962 10575
550 72,0 76,8 67,6 10534 11168
625 72,4 77,2 68,0 11434 12089
800 85,4 85,4 75,0 14024 14730
Таблиця 1.10
Номінальний переріз та розрахункова маса XLPE -кабелів [7]
Номінальний Розрахункова маса, кг/км
переріз, мм2 АПвЭВ, АПвЭВнг, АПвЭВнгд,
АПвЭгВ АПвЭгВнг АПвЭгВнгд АПвЭгаВ АПвЭгаВнг
1 2 3 4 5 6
240 3980 3990 4570 4130 4140
300 4470 4490 4960 4620 4640
350 4670 4690 5290 4820 4840
40
Продовж. табл. 1.10
1 2 3 4 5 6
400 4980 5010 5650 5150 5180
500 5520 5550 6230 5680 5710
630 5920 5940 6680 6090 6110
800 6880 6920 7690 7060 7100
Таблиця 1.11
Зовнішній діаметр XLPE -кабелів [7]
Зовнішній діаметр кабелів, мм
АПвЭВнг,
АПвЭВнгд,
АПвЭгВнг, АПвЭгаВ,
Номінальний Зовнішній АПвЭгВнгд, АПвЭгаВнг,
переріз діаметр, мм, АПвЭП, АПвЭгаВнгд, АПвЭПу,
струмопро- кабелів АПвЭгП, АПвЭгаП, АПвЭгПу, АПвЭгаПу,
відної жии, марок ПвЭВ, ПвЭгВ, ПвЭгаВ, ПвЭПу, ПвЭгаПу
мм2 ПвЭВнг, ПвЭгаВнг, ПвЭгПу
ПвЭВнгд, ПвЭгаВнгд,
ПвЭгВнг, ПвЭгаП
ПвЭгВнгд,
ПвЭП, ПвЭгП
240 18,3 64 65 67 68
300 20,6 67 68 70 71
350 22,1 68 69 71 72
400 23,7 70 71 73 74
500 26,5 74 75 76 77
630 30,0 75 76 77 78
800 34,0 80 81 83 84
Зіставляючи дані таблиць, можна дійти невтішного висновку, що вага
кабелю з ізоляцією з XLPE майже вдвічі менше, ніж вага МНК при
однаковому зовнішньому діаметрі. Таким чином, будівельна довжина кабелю
з ізоляцією з XLPE майже вдвічі більше, ніж довжина МНК (таблиця 1.12).
Таблиця 1.12
Розрахункова довжина кабелю з ізоляцією зі XLPE на барабані [7]
Номер барабана Розрахункова довжина кабелю на барабані, м при зовнішньому діаметрі кабелю
65мм 70мм 75мм 80мм 85мм
22а 545 - - - -
22б 300 260 225 195 175
25 790 680 590 520 460
26 1040 895 780 685 605
41
Для МНК будівельна довжина складає 200-800 м.
Радіус внутрішньої кривої вигину кабелю з ізоляцією зі XLPE при
прокладанні має бути не менше 16D, а МНК – 30D [2]. При дослідженні
основних параметрів кабелю, таких як:
- радіус вигину при прокладці, вага та діаметр;
- цільність односекундного струму короткого замикання;
- експлуатаційні витрати та вартість будівництва;
- допустиме нагрівання в післяаварійному режимі;
- простота монтажу;
- відносна діелектрична проникність.
На підставі вищезазначеного, можна провести порівняльний аналіз
кабелів з ізоляцією зі XLPE та МНК. Їх переваги та недоліки наведені в
таблицях 1.13 – 1.14.
Таблиця 1.13
Переваги та недоліки МНК
Переваги Недоліки
Відносно невисока вартість Низька екологічна безпека
Стійкі до старіння Пожежонебезпека
Складність монтажу та ремонту
Підвищені вимоги до експлуатації
Великі витрати на експлуатацію
(необхідність встановлення додаткових
підживлювальних пристроїв)
Наявність рідких компонентів
Таблиця 1.14
Переваги та недоліки кабелів із ізоляцією зі XLPE
Переваги Недоліки
Велика пропускна спроможність Більш висока вартість
Низька вага, найменший діаметр Обов'язковий температурний контроль з
метою збереження експлуатаційних
характеристик
Можливість застосування великих
будівельних довжин
Більш широкий діапазон температур
Екологічно безпечніші
Зменшення витрат на експлуатацію
Низька питома пошкоджуваність
42
Таким чином, можна зробити висновок, що при необхідності передачі
великої потужності, кабелі з ізоляцією із XLPE мають велику перевагу,
порівняно з МНК. Кабелі з ізоляцією із XLPE досить активно застосовуються
на ринку електротехнічної продукції протягом останніх років. На даний час є
дуже мало статистичних даних про аварії та їх пошкодження, що говорить
про високу надійності XLPE-кабелю.
43
РОЗДІЛ 2
СИСТЕМИ ТЕМПЕРАТУРНОГО МОНІТОРИНГУ
2.1. Принцип роботи розподіленого датчика температури
При розподіленому волоконно-оптичному методі вимірювання кабель
являє собою лінійний датчик, що є безперервним розподіленим чутливим
елементом. Напівпровідниковий лазер в оптоволоконному кабелі
використовується для визначення місця зміни температури, а метод
ґрунтується на ефекті Рамана [11]. При зміні температури змінюється
структура оптоволокна. Коли світло від лазера потрапляє в область зміни
температури, він взаємодіє зі зміненою структурою оптоволокна і крім
прямого розсіювання світла, з'являється відбите світло.
Блок обробки вимірює швидкість поширення і потужність як прямого
так й відбитого світла та визначає місце зміни температури. При довжині
хвилі 1550 нм використовують імпульсний режим генерації з обмеженням
потужності лазера 10 мВт. Завдяки тому, що властивості оптичного
світловоду можна варіювати в широких діапазонах, існує безліч типів
волокон, кожен з яких за своїми властивостями відповідає певним вимогам,
залежно від застосування. Фізичний вплив на волокно мають величини, такі
як тиск, деформація, температурна зміна, які впливають на властивості
світловода в місці впливу, що можна виміряти при зміні властивостей
волокна в даній точці, шляхом обчислення параметрів навколишнього
середовища. У загальному випадку волоконний світловод складається з двох
концентричних шарів: ядра (серцевина) та оптичної оболонки. Оптична
світловідна частина може захищатися шаром із акрилату, пластику,
армованої оболонки залежно від застосування даного кабелю [10].
Переваги волоконно-оптичних датчиків [12]:
- невеликі розміри;
44
- висока швидкість відгуку зміну параметрів середовища;
- невелика вага;
- можливість одночасної реєстрації одним датчиком декількох
параметрів;
- надійність;
- широкий температурний робочий діапазон;
- невелика ціна за одиницю довжини вимірювальної лінії;
- висока чутливість;
- довгий час експлуатації;
- високий просторовий дозвіл;
- стійкість до хімічного впливу та агресивних середовищ;
- не схильні до впливу електромагнітного збурення;
- чутлива частина сенсора не вимагає підключення до ліній
електропередач.
Використання ефекту комбінаційного розсіювання (КР) світла (чи
ефект Рамана) один із способів вимірювання температури вздовж оптичного
волокна, який було відкрито ще наприкінці 1920-х незалежно один від
одного фізиками Ландсбергом і Мандельштамом та індійським фізиком
Раманом [11]. Відповідно до теорії КР світла, цей процес супроводжується
помітною зміною частоти спектра, що розсіюється, тобто якщо джерело
випускає монохроматичне світло, то в спектрі розсіяного випромінювання
виявляються додаткові лінії, число і розташування яких тісно пов'язане з
молекулярною будовою речовини. При КР перетворення первинного
світлового потоку зазвичай супроводжується переходом розсіювальних
молекул на інші обертальні та коливальні рівні енергії, причому частоти
нових ліній у спектрі розсіювання є комбінаціями частоти падаючого світла
та частот коливально-обертальних переходів розсіювальних молекул. Якщо
молекула речовини перейшла з основного стану в збуджений, тоді спектр КР
проявляються лінії, що мають значно більшу довжину хвилі в порівнянні з
45
джерелом світла (стокс). Також можливий і зворотний процес, коли молекула
в результаті КР переходить зі збудженого в основний стан (антистокс) [11].
Таким чином, якщо в оптоволокно входить лазерний імпульс з несучою
частотою ����0, то в спектрі зворотного розсіяного світла буде спостерігатися
центральний пік на незміщеній частоті ����0 та два додаткових піка, зміщених
на частоту: �������� = ����0 − ���� (стокс) та ����а���� = ����0 − ���� (антистокс). При цьому
заселеність збудженого рівня безпосередньо залежить від температури
речовини, отже, і інтенсивність антистоксової компоненти виявлятимуть
температурну залежність. На рис. 2.1 представлений спектр комбінаційного
розсіювання [11].
Рис.2.1. Спектр комбінаційного розсіювання
В основному інформація про температуру міститься в антистоксовій
компоненті, проте через слабку інтенсивність цю лінію розсіювання ледве
видно. Прийнятні характеристики датчика досягаються за допомогою
потужного імпульсного джерела опитування, високочутливої системи
реєстрації та складних методів обробки сигналу [12]. В даний час існує
багато систем розподіленого контролю температури, які активно
виготовляються у світі.
На рис. 2.2 представлено спрощену схему температурного датчика на
основі КР. Лазерні імпульси із частотою кілька кілогерців заводяться в
46
оптоволоконну довгу лінію, що складається з одномодового або
багатомодового волокна. Місце, де конкретно відбулося розсіювання можна
визначити за допомогою реєстрації часу прибуття зворотного розсіяного
випромінювання, так як у кожній точці оптоволоконного кабелю
відбувається КР світла. КР у зворотному напрямку, проходячи через
спектральний фільтр, поділяється на стоксову та антистоксову компоненти і
перенаправляється на два високочутливі фотодіоди, дані з яких надходять на
аналого-цифровий перетворювач (АЦП) і далі на комп'ютер, де ці сигнали
обробляються і обчислюється температура [13].
Рис. 2.2. Схема реєстрації комбінаційного розсіювання: 1 - імпульсний
лазер; 2 - система фільтрації оптичного сигналу; 3 – чутливе волокно, 4 -
фотодіоди, що реєструють відповідні компоненти розсіювання, 5 - АЦП, 6 -
блок обробки та індикації
2.2. Види систем температурного моніторингу
В даний момент на технологічному ринку представлені системи
температурного моніторингу наступних компаній.
Omnisens DITEST (Швейцарія) [13]. Принцип роботи аналізатора
заснований на вимірюванні частотних характеристик вимушеного
розсіювання Брілюена імпульсного лазерного випромінювання, що
47
розповсюджується в оптичному волокні. Частота розсіяного випромінювання
зрушена щодо частоти вихідного випромінювання на величину, пропорційну
швидкості акустичних хвиль, що поширюються в оптичному волокні, яка
лінійно залежить від температури та механічної деформації середовища
розповсюдження. При використанні одномодових оптичних волокон зі
спеціальним покриттям можливий діапазон вимірювань температури може
становити від -200 до +700 °C з роздільною здатністю 0,1 °C. Вимірювання
розподілу температури та деформації здійснюються з використанням
часового аналізу, подібного до радіолокаційного аналізу. В оптичне волокно
запускається лазерний імпульс, і потужність розсіяного випромінювання, що
повернувся та записується як функція часу. Таким чином, визначаються
температура та деформація у кожній точці оптичного волокна по всій його
довжині. У таблиці 2.1 наведено технічні характеристики системи DITEST
[13].
Таблиця 2.1
Технічні характеристики системи DITEST
Найменування характеристики Значення характеристики
Технічні параметри:
Діапазон вимірювань температури, °С от -273 до +700
Точність вимірювання температури, °С 0,1
Час вимірювання температури, сек от 10
Просторовий дозвіл, м 0,1
Максимально можлива довжина лінії, км до 50
Волоконно-оптичний кабель датчика Single mode (одномодове)
Робочі умови експлуатації:
Температура навколишнього повітря, °С от 0 до +40
Відносна вологість оточуючого не більше 90
повітря, %
Габарити, мм (довжина × ширина × висота) 449 × 500 × 266
Маса, кг 21
LIOS DTS (Німеччина) [14]. Розроблений компанією "LIOS Technology"
температурний датчик Рамана Optical Frequency Domain Reflectometry
(OFDR) працює в частотному діапазоні, а не в часовому, як техніка Raman
48
Optical Time Domain Reflectometry (OTDR). При методі OFDR отримують
інформацію про локальну зміну температури, якщо сигнал зворотного
розсіювання, виявлений протягом усього часу вимірювання, вимірюється як
функція частоти та в комплексі (комплексна передатна функція), а потім
перетворюється на Фур'є. Значно більш високе відношення сигнал/шум (ніж
за використання імпульсної техніки) досягається за допомогою режиму
квазінеперервного випромінювання лазера та вузькосмугового виявлення
оптичного сигналу зворотного розсіювання, які є суттєвими перевагами
техніки OFDR. Дана технічна перевага дозволяє використовувати недорогі
електронні блоки для передачі сигналів та недорогі напівпровідникові
лазерні діоди. До недоліків можна віднести технічно складний вимір
комбінаційного світла, що розсіюється (комплексний вимір відповідно до
величини і фази) і висока витратна частина через блок перетворення Фур'є,
необхідного для обробки сигналу і з більш високими вимогами до лінійності
електронних блоків і компонентів. У таблиці 2.2 наведено технічні
характеристики системи LIOS DTS [14].
Таблиця 2.2
Технічні характеристики системи LIOS DTS
Найменування характеристики Значення характеристики
Технічні параметри:
Діапазон вимірювань температури, °С от -30 до +350
Точність вимірювання температури, °С 1
Час вимірювання температури, сек от 10
Просторовий дозвіл, м 1
Максимально можлива довжина лінії, км до 40
Волоконно-оптичний кабель датчика Multi mode (багатомодове)
Робочі умови експлуатації:
Температура навколишнього повітря, °С от -10 до +60
Відносна вологість навколишнього не більше 95
повітря, %
Габарити, мм (довжина × ширина × висота) 131 × 483 × 338
Маса, кг 13
49
BARTEC RedGuard (Німеччина) [15]. В системі для вимірювання
температури використаний сенсорний кабель типу SD у поліуретановій
оболонці. Такий кабель вимірює температуру електронного обладнання,
робить адресацію датчиків та передає дані на обчислювальні блоки. Між
датчиками можна вибирати різні фіксовані відстані від двох до двадцяти
метрів. Один блок обробки результатів може контролювати сенсорний кабель
завдовжки до 2 км. Сенсорний кабель типу SD складається з плоского 8-
полярного стрічкового дроту. Кабель має два запасні дроти для передачі
даних, адресації, маси і живлення. Плоскі стрічкові кабелі захищають дві
додаткові оболонки. Зовнішні поліуретанові оболонки оптимізують хімічну
та механічну стійкість, внутрішні оболонки кабелів із термопластичних
еластомерів створюють бар'єр для вологи. У таблиці 2.3 наведено технічні
характеристики системи RedGuard [15].
Таблиця 2.2
Технічні характеристики системи BARTEC RedGuard
Найменування характеристики Значення характеристики
Технічні параметри:
Діапазон вимірювань температури, °С від -55 до +125
Точність вимірювання температури, °С 2
Час вимірювання температури, сек від 5
Просторовий дозвіл, м 2
Максимально можлива довжина лінії, км до 2
Волоконно-оптичний кабель датчика SD (поліуретан)
Робочі умови експлуатації:
Температура навколишнього повітря, °С от -25 до +65
Відносна вологість навколишнього не більше 90
повітря, %
Габарити, мм (довжина × ширина × висота) 241 × 160 × 90
Маса, кг 7
50
2.3. Комбінована системи температурного моніторингу система
TDS NT
Для організації температурного контролю кабельної лінії
використовується волокнооптичний датчик, який може бути інтегрований в
зону екрана кабелю ще на етапі виробництва (рис. 2.3) [16].
Рис. 2.3. Принцип вимірювання температури за допомогою DTS NT
Переваги: датчик знаходиться максимально близько до жили,
температура якої найбільш важлива і сам датчик максимально захищений від
пошкодження.
Недоліки: неможливість демонтажу волокна при його пошкодженні, а
також те, що кожне з'єднання оптичного волокна вносить загасання в сигнал.
При розміщенні оптоволоконного датчика зовні він фіксується до
кабельної лінії по всій довжині силового кабелю. При прокладанні фаз
силового кабелю трикутником, оптоволоконний датчик зазвичай
розташований посередині, усередині фаз. Максимальна довжина
високовольтного кабелю, який контрольований системою температурного
моніторингу залежить від типу використовуваного датчика - оптичного
волокна та потужності лазера. При багатомодовому оптичному волокні
51
максимальна довжина контрольованої кабельної лінії становить до 16 км, при
використанні одномодового волокна – контрольована довжина кабельної
лінії збільшується до 90 км. Недоліком використання одномодового волокна
є те, що при його застосуванні погіршується просторовий дозвіл системи
моніторингу. Якщо у першому він складає 1 метр, то для одномодового
волокна довжина елементарної ділянки складає вже до 5 м. Також потрібний
лазер підвищеної потужності [15].
Для розширення експлуатаційних можливостей комбінованої системи
DTS NT та зниження витрат на систему моніторингу, прилад може
постачатися із вбудованим оптичним мультиплексором, що має у своєму
складі до 16 перемикаючих оптичних входів Це дає можливість
контролювати одним приладом декілька кабельних ліній. Різні модифікації
системи DTS NT представлені у таблиці 2.3.
Таблиця 2.3
Модифікації системи DTS NT [15]
Марка Волокно Каналів, шт Довжина, км
Е540 Мультимодове 1 8
Е543 Мультимодове 8 8
Е544 Мультимодове 16 8
Е580 Мультимодове 1 16
Е583 Мультимодове 8 16
Е584 Мультимодове 16 16
Е581 Одномодове 2 90
Існують різні методи монтажу системи DTS NT для кабельних ліній
різної довжини. Якщо контрольована кабельна лінія має порівняно невелику
довжину до кількох кілометрів, то оптичні датчики температури всіх трьох
фаз можуть бути включені послідовно, і вимірювання температур всіх
фазних кабелів будуть проводитися одночасно. За допомогою програмного
забезпечення моніторингу профілі температур окремих фаз
відображатимуться на графіках та у звітах реально. Якщо довжина кабельної
лінії більше 2…3 км, то система DTS NT повинна бути поставлена з
52
вбудованим оптичним мультиплексором, і тоді оптичний датчик температури
кожної фази кабельної лінії може бути підключений до окремого входу
вимірювального приладу системи, що підвищить точність вимірювань, але
водночас час збільшить проведення вимірювань температури. Якщо довжина
контрольованої кабельної лінії перевищує максимально можливі 16 км, то в
цьому випадку два незалежні вимірювальні прилади DTS NT можна
встановлювати на різних кінцях кабельної лінії, і тоді довжина
контрольованої лінії може досягати до 32 км. На рис. 2.4 представлені
способи монтажу системи DTS NT [15].
Рис. 2.4. Способи монтажу системи DTS NT
Моніторинг стану ізоляції кабельної лінії здійснюється за методом
реєстрації та аналізу часткових розрядів, тому що він є найбільш ефективним
методом оперативного контролю стану та діагностики дефектів ізоляції
кабельних ліній та муфт під робочою напругою. Часткові розряди
«перекривають лише частину робочого ізоляційного проміжку», тому
найчастіше даний підхід дає можливість визначити не аварійний дефект, але
у багатьох випадках попереджує пошкодження ізоляції кабельних ліній. Час
53
від моменту виникнення часткових розрядів до моменту переходу часткового
дефекту в дуговий розряд зазвичай достатній для прийняття персоналом
керуючих дій при експлуатації кабельної лінії [15].
Переваги систем моніторингу часткових розрядів у кабельних лініях:
- висока чутливість методу діагностики за частковими розрядами до
більшості дефектів в ізоляції кабельної лінії;
- можливість визначення типу виявленого дефекту, ступеня його
розвитку та небезпеки для подальшої експлуатації кабельної лінії;
- проведення оперативної локації місця виникнення виявлених дефектів
під робочою напругою в режимі on-line на працюючій кабельній лінії;
Недоліки використання систем моніторингу часткових розрядів у
кабельних лініях:
- високий рівень високочастотних імпульсних шумів у кабельних
лініях, за параметрами відповідних імпульсів часткових розрядів, що
ускладнює коректну оцінку технічного стану та виявлення дефектів в
ізоляції;
- необхідність використання спеціалізованої експертної діагностичної
системи з метою оцінки стану кабельної лінії, оскільки ручна діагностика по
частковим розрядам вимагає спеціальної підготовки персоналу.
Вимірювання часткових розрядів у різному високовольтному
устаткуванні може здійснюватися датчиками трьох типів, що працюють у
різних діапазонах частот [12, 13]:
- ультразвукові мікрофони та п'єзодатчики (U);
- високочастотні трансформатори струму та конденсатори зв'язку (HF);
- надвисокочастотні електромагнітні антени (UHF).
Що стосується вимірювання часткових розрядів у високовольтних
кабельних лініях оптимальним є використання датчиків високочастотного
діапазону, особливо високочастотних трансформаторів струму з феритовими
осердями. Такі датчики RFCT (HFCT) легко монтуються на провідниках
заземлення екранів кабельних ліній та в муфтах. Найважливішим є те, що
54
такі датчики контролюють часткові розряди не тільки в самій муфті, а й у
ділянці кабелю, що відходить від муфти. При цьому довжина контрольованої
ділянки кабельної лінії становить не менше ± 2000 метрів від місця
встановлення датчика, і залежить від типу кабелю та кількості сполучних
муфт [13]. У таблиці 2.4 представенно типи датчиків вимірювання часткових
розрядів.
Таблиця 2.4
Датчики для вимірювання часткових розрядів
Діапазон частот Тип датчиків Спосіб монтажу Просторовий
розподіл, м
U (ультразвук) П'єзодатчики, Контактно та
мікрофони безконтактно ± 1
HF На земляних та
HF (високочастотні) трансформатори, струмоведучих
конденсатори зв'язку шинах ± 2000
UHF Електромагнітні
(зверхвисокочастотні) антени Безконтактно ± 20
Ефективність роботи системи моніторингу технічного стану ізоляції
кабельної лінії за частковими розрядами найбільше залежить від того,
наскільки надійно вдається захиститися від зовнішніх перешкод. Усі методи,
які використовуються в обладнанні реєстрації часткових розрядів діляться
дві групи – апаратні і алгоритмічні. Апаратні засоби відбудови від перешкод
реалізовані в електронних схемах реєструючих приладів. Вже після
використання апаратних засобів відбудови від перешкод проводиться
перетворення імпульсів часткових розрядів з аналогової до цифрової форми.
Найчастіше застосовувані апаратні засоби – це «розбирання» імпульсів на
вході каналів приладів за часом приходу, і порівняння амплітуд сигналів у
різних точках контрольованого устаткування. Згідно з рис. 2.5, якщо першим
приходить імпульс від датчика 1, який змонтованого на кабельній лінії, то
імпульс реєструється, як виникнення дефекту в кабельній лінії. Якщо все
навпаки, то частковий розряд виник усередині КРПН. Чим більше в системі
55
датчиків реєстрації часткових розрядів та використано засобів відбудови від
перешкод, тим вища ефективність її застосування [14].
Рис. 2.4. Апаратні засоби під час реєстрації часткових розрядів
Під час реєстрації та аналізі часткових розрядів використовуються
алгоритмічні засоби боротьби з перешкодами. Значну частину зовнішніх
імпульсних високочастотних перешкод вдається ефективно видалити з усієї
інформації, що реєструється завдяки наявності прямого зв'язку моменту
виникнення імпульсів часткових розрядів з фазою високої напруги живлення.
Реальні імпульси часткових розрядів виникають завжди в моменти зростання
синусоїдальної напруги мережі, коли відбувається постійне підвищення
взаємних потенціалів між елементами діелектрика в ізоляції кабельної лінії.
Імпульси високочастотних перешкод (наприклад, перешкоди від
зварювальних робіт), «схожі» на імпульси часткових розрядів та не пов'язані
з синусоїдою мережі живлення, і на діаграмі будуть представлені у вигляді
рівномірної шумової смуги, і від якої можна легко відбудуватися за
56
допомогою нескладного алгоритму. На рис. 2.6 представлені перешкоди під
час реєстрації та аналізі часткових розрядів [15].
Рис. 2.5. Перешкоди під час реєстрації та аналізу часткових розрядів
Визначення типу дефекту в ізоляції відбувається на підставі зв'язку
розподілу часткових розрядів з фазою напруги живлення. Кожному
конкретному типу дефекту в ізоляції практично однозначно відповідає його
образ, отриманий на амплітудно-фазовому розподілі імпульсів часткових
розрядів щодо фази напруги. Такий розподіл імпульсів часткових розрядів у
літературі зазвичай називається PRPD. Кожна автоматизована експертна
діагностична система має у своєму складі бібліотеку (базу) образів дефектів в
ізоляції, представлену у вигляді стандартних PRPD. Зазвичай, база включає
дефекти, виникнення яких можливе в даному устаткуванні. Порівнюючи
отриманий PRPD розподіл із бібліотекою образів можна досить точно
57
визначити тип дефекту, що генерує часткові розряди кабельної лінії. На рис.
2.7 при розподілі часткових розрядів у кабельній лінії є ознаки двох джерел
часткових розрядів – невеликої корони та «провідник під плаваючим
потенціалом». Обидва вони не становлять небезпеки для подальшої
експлуатації кабельної лінії [15].
Рис. 2.7. Розподіл часткових розрядів
На основі аналізу параметрів імпульсів часткових розрядів відбувається
розподіл на декілька дефектів в ізоляції. Існують і складніші способи
графічного і аналітичного уявлення розподілів імпульсів часткових розрядів,
які призначені для фільтрації перешкод і поділу дефектів за типами і місцями
виникнення. Це широко відомий розподіл типу TF-Map, розроблений
італійською фірмою Tech Imp, і порівняно новий розподіл типу PD-Cloud. Ці
два графічні розподіли імпульсів (2D і 3D типу), призначені для
використання в тих випадках, коли в контрольованій лінії може бути два і
більше дефектів в ізоляції, що відрізняються типом та місцем виникнення.
58
Всі зареєстровані імпульси часткових розрядів за допомогою цих розподілів
за часовими та частотними параметрами поділяються на групи, після чого
кожна група імпульсів діагностується на тип дефекту за допомогою
стандартного розподілу PRPD. На рис. 2.8 представлені розподіли типу TF-
map та PD-cloud [15].
Рис. 2.8. Розподіл типу TF-map та PD-cloud
Усі алгоритмічні рішення, призначені для відбудови від перешкод,
діагностики наявності дефектів та визначення їх типів для систем
моніторингу та діагностики кабельних ліній реалізовані в автоматизованій
експертній системі PD-Expert.
За допомогою цієї системи, без прямої участі людини-діагноста,
виконуються всі процедури обробки та аналізу результатів вимірювань
часткових розрядів в ізоляції кабельних ліній. Результати роботи системи
подаються у вигляді готових звітів. Алгоритми діагностики дефектів, що
59
враховують особливості конструкції та експлуатації кабельних ліній,
поставляються у готовому вигляді.
З появою у обслуговуючого персоналу достатньої діагностичної
кваліфікації та практичного досвіду ці алгоритми можуть бути уточнені, тому
що вони не є закритими.
Визначення місця виникнення дефекту в кабельної лінії може бути
проведено методом рефлектографії (під робочою напругою), і за різницею
часу приходу імпульсів часткових розрядів до кінців лінії. Відмінність
методу часткових розрядів рефлектографії від стандартного полягає в тому,
що в якості тестуючого імпульсу використовується не імпульс від
вбудованого в прилад тестового генератора, а імпульс часткового розряду,
що виникає в зоні дефекту ізоляції [9].
Рис. 2.9. Способи визначення локації місця виникнення дефектів ізоляції
У місці наявності дефекту кабельної лінії виникає частковий розряд,
імпульс від якого починає поширюватися кабельною лінією в обидві
сторони, у напрямку кінцевих обробок кабельної лінії (рисунок 2.9).
60
Прямий імпульс буде одразу зареєстровано приладом системи
моніторингу. Протилежний імпульс, наблизившись до правого кінця кабелю
відобразиться, а відбитий імпульс, у якого менша амплітуда рухатиметься у
зворотному напрямку. У той момент, коли імпульс прийде до лівого кінця
кабелю, він також буде зареєстрований вимірювальним приладом. Різниця у
часі приходу імпульсу до приладу дорівнює подвоєному часу руху від місця
дефекту до протилежного кінця кабельної лінії [9].
Рис. 2.10. Визначення місця виникнення дефекту за різницею часу
приходу імпульсів часткових розрядів до кінців лінії
Для досить довгих кабельних ліній, у яких неможливо зареєструвати
відбитий на протилежному кінці імпульс через його загасання, визначення
місця виникнення дефекту в кабельної лінії здійснюється за різницею часу
приходу імпульсів часткових розрядів до кінців лінії (рисунок 2.10). На двох
61
кінцях кабельної лінії встановлюють два реєструвальні прилади системи
моніторингу, які працюють синхронно.
Місце виникнення дефекту розраховується за різницею часу
надходження імпульсів до вимірювальних приладів. Для забезпечення
необхідної точності локації місця виникнення дефекту обидва реєструвальні
прилади повинні бути синхронізовані з дуже високою точністю. Для
кабельних ліній, у яких є "вільне" вбудоване оптичне волокно, синхронізацію
можна здійснити за допомогою цього волокна. Якщо така можливість
відсутня, синхронізувати прилади можна за сигналами системи точного часу
GPS. Для цього у кожному вимірювальному приладі має бути відповідний
приймач сигналів [15].
Використання датчиків для вимірювання часткових розрядів у
системах моніторингу технічного стану ізоляції кабельної лінії дозволяє
своєчасно подавати сигнал тривоги про аварійну ділянку кабельної лінії, що
дає можливість вжити необхідних заходів щодо усунення дефектів, таких як
пошкодження кабелю, обрив волокна та виникнення аварійного струму в
екрані, що можуть призвести до вагомих витрат.
62
РОЗДІЛ 3
КОМПЛЕКСНИЙ ПІДХІД ДО МОНІТОРИНГУ СТАНУ
ВИСОКОВОЛЬТНИХ КАБЕЛЬНИХ ЛІНІЙ
3.1. Організація комплексного моніторингу кабельних ліній
Найбільш ефективним є комплексний підхід до діагностики, в якому
інформація з декількох методів об'єднується в єдиному діагностичному
висновку. Фірма Seba KMT (Німеччина) постачає комплексну систему
моніторингу, призначену для контролю високовольтних кабельних ліній, яка
включає в себе [16]:
-контроль температури кабельної лінії за допомогою комбінованої
системи DTS NT з оптичним волокном (рис. 3.1). Вона дозволяє не тільки
оцінювати температурний режим роботи, проводити діагностику зони
кабелю за підвищеним нагріванням, але і визначати можливість збільшення
навантаження на лінію;
- виявлення дефектів ізоляції кабелю та муфти за частковими
розрядами на ранніх стадіях виникнення та розвитку, визначення типу та
небезпеки виявленого дефекту. Для цього використовуються діагностичні
прилади марок CDR (контроль стану ізоляції кабелю), і ADM (контроль
стану ізоляції кінцевих і проміжних муфт);
- локалізація місця виникнення дефекту в ізоляції на працюючій
кабельній лінії на підставі аналізу форми і часу приходу «прямих» і
«відражених» імпульсів часткових розрядів (системи CDR і CDM);
- проведення оперативного контролю ємнісних та зрівняльних струмів,
які протікають по броні кабельної лінії за допомогою CLM. Знання струмів
дозволяє контролювати стан оболонки, коригувати режими роботи
контрольованої кабельної лінії.
63
Рис. 3.1. Комбінована система TDS NT
Для більш ефективного контролю кабельних ліній, при експлуатації в
режимі реального часу, використовується дванадцятиканальна система
CDU-12 [8]. Вона призначена для постійного контролю технічного стану
ізоляції до 12 кабельних ліній під робочою напругою, які розташовані на
одному об'єкті (КРП). При необхідності система моніторингу марки CDU-12
може бути поставлена з великою кількістю вимірювальних каналів. В якості
датчиків часткових розрядів в системі CDU-12 найчастіше використовуються
високочастотні трансформатори струму марки LO-HF-60, хоча можуть бути
використані датчики інших типів [8]. У системі моніторингу марки CDU-12
здійснюється контроль стану ізоляції високовольтної кабельної лінії на
основі реєстрації та аналізу рівня часткових розрядів, а також проводиться
автоматична локалізація місць виникнення дефектів в ізоляції, виявлених
системою за частковими розрядами, як у муфтах, так і в самому кабелі.
Вбудовані в систему сучасні алгоритми відлаштування від завад реалізованих
на апаратному рівні, дозволяють зменшити вплив до 95% і більше від
зовнішніх високочастотних імпульсів. Основна функціональна відмінність
64
системи моніторингу марки CDU-12 полягає в тому, що в CDU-12
вимірювання часткових розрядів в кабельних лініях по всім 12
вимірювальним каналам здійснюється безперервно, в режимі реального часу.
Використання постійного контролю дозволяє підвищити надійність і
ефективність роботи систем моніторингу, встановлених на найбільш
відповідальних кабельних лініях. На рисунку 3.3 представлена система CDU
для моніторингу стану кабельних ліній за частковим розрядам.
Рис. 3.2. Система CDU для моніторингу стану кабельних ліній за
частковими розрядами
Прилад марки CDR (рис. 3.3) призначений для організації моніторингу
високовольтних кабельних ліній з робочою напругою до 500 кВ. Основні
можливості системи [8]:
- здійснюється непереривний контроль стану ізоляції високовольтної
кабельної лінії на основі методу реєстрації та аналізу рівня та розподілу
часткових розрядів. Визначається тип дефекту в ізоляції та ступінь його
розвитку;
- здійснюється автоматична локалізація місця виникнення дефектів в
ізоляції, виявлених системою за частковими розрядами, як у муфтах, так і в
самому кабелі. Унікальність цієї важливої діагностичної функції в системі
65
полягає в тому, що вона реалізована для кабельної лінії, що знаходиться під
робочим напругою;
- проводиться безперервне контактне вимірювання робочої
температури фази кабельної лінії (кінцевої муфти), розташованих поруч з
вимірювальним приладом системи моніторингу;
- контроль величини витоку фазних струмів, що протікають по екрану
кабельної лінії. Поява рівномірних струмів, що негативно вказує на
навантажувальну здатність лінії через підвищену температуру навантаження
на ізоляцію.
Рис. 3.3. Система CDR для моніторингу стану кабельних ліній до 500 кВ
за частковими розрядами
З системою CDR можна використовувати датчики двох типів, вибір
залежить від конструкції та умов монтажу лінії [8]:
- Датчики марки CDR-S [8]. Ці комплексні датчики часткових розрядів
та температури сполучних муфт монтуються безпосередньо на поверхні
кабелю (рис. 3.4). Датчик марки CDR-S зазвичай є гнучким металізованим
кільцем шириною до 200 мм, якими обертається зовнішня поверхня кабелю,
поруч із кінцевою або сполучною муфтою. Завдяки такій роз'ємній
66
конструкції монтаж датчика на кабелі не становить великої складності.
Датчик працює в UHF (надвисокочастотному) діапазоні частот, тому має
максимальну чутливість до рядів дефектів. Тобто він добре реєструватиме
часткові розряди в муфті, на якій він встановлений, але до «віддалених
дефектів» його чутливість знижена. Це пов’язано з інтенсивним загасанням
високочастотних імпульсів у кабельної лінії.
Рис. 3.4. Датчик типу CDR-S
- Датчики марки LO-HF-60 [8]. Це датчики трансформаторного типу,
призначені для реєстрації високочастотних імпульсів у проводі, що заземлює
броню кабелю. Конструктивно датчик LO-HF-60 має дві роз'ємні половинки,
які легко монтуються на провідниках заземлення екрану кабелю або корпусі
сполучної муфти (рис. 3.5). Завдяки роз'ємній конструкції встановлення
датчика LO-HF-60 проводиться без розриву ланцюгів заземлення. Датчик
працює в HF (високочастотному) діапазоні частот, тому він чутливий до
дефектів, які можуть розташовуватися від нього на відстані до декількох км.
При цьому чутливість до «близьких» дефектів у LO-HF-60 буде нижчою, ніж
у датчика CDR-S.
Особливості реєстрації та аналізу імпульсів часткових розрядів у
кабельних лініях, реалізовані у системі CDR. Як пристрій реєстрації та
аналізу параметрів кабельних ліній у системі моніторингу CDR використано
універсальний шестиканальний вимірювальний прилад. Це сучасний та
67
ефективний прилад реєстрації часткових розрядів. Його функціональними
особливостями є:
- Можливість реєстрації імпульсів часткових розрядів у широкому
діапазоні частот, від 50 кГц до 1 ГГц. Використання такого діапазону частот
пов'язане з тим, що імпульси часткових розрядів, переміщуючись по лінії,
зменшуються амплітудою і збільшуються по довжині. Якщо імпульс виник
поруч із датчиком, його частота буде дуже високої, рівної сотням МГц.
Частота віддаленого імпульсу може становити "всього" сотні кГц. Чим довша
лінія, тим більші низькочастотні імпульси часткових розрядів можуть бути
зареєстровані у ній.
Рис. 3.5. Датчик типу LO-HF-60
- У систему моніторингу марки CDR вбудовано два сучасні методи
локації місця виникнення дефекту в ізоляції кабельної лінії. Один працює
незалежно на основі аналізу рефлектограм розподілу імпульсів часткових
розрядів у лінії, а другий аналізує різницю за часом приходу
високочастотного імпульсу від дефекту до кінців контрольованої кабельної
лінії.
68
- У системі CDR реалізовано експертну діагностичну систему PD-
Expert, що дозволяє в автоматичному режимі визначати тип дефекту в
ізоляції та ступінь його розвитку. Для реалізації такого унікального набору
функціональних можливостей у системі CDR використано специфічні
технічні рішення:
По-перше, це те, що реєстрація імпульсів часткових розрядів у всіх
шести вимірювальних каналах приладу CDR здійснюється повністю
синхронно. Тільки в цьому випадку можлива реалізація всіх перерахованих
вище діагностичних алгоритмів.
По-друге, якщо система моніторингу створюється для контролю
декількох кабельних ліній, то її доводиться створювати використовуючи
декілька приладів марки CDR. Тому вирішення завдання синхронізації
вимірювання часткових розрядів стає глобальним.
Така синхронізація процесів реєстрації часткових розрядів у віддалених
один від одного приладах може бути здійснена двома способами. На відстані
до 1 км синхронізація здійснюється за допомогою оптичних ліній зв'язку.
Цими лініями будуть надсилатися синхронізуючі імпульси, а також
проводитися обмін інформацією. Якщо довжина лінії більше одного
кілометра, або відсутня можливість прокладання оптичної лінії, то
вимірювання можна синхронізувати за сигналами системи GPS. Для цього в
усі пристрої вбудовані приймачі сигналів GPS.
На рис 3.6 представлено структурну схему системи моніторингу
кабельної лінії з двома сполучними муфтами в кожній фазі. Повністю
система моніторингу складається з 4 приладів марки CDR та комп'ютера із
спеціальним програмним забезпеченням [16]. Оскільки відстань не дуже
значна, то існує технічна можливість прокладання оптичної лінії зв'язку, що
використовується для синхронізації процесу вимірювання.
69
Рис. 3.6. Система моніторингу з оптоволоконною синхронізацією
приладів між собою
Система моніторингу кабельної лінії із синхронізацією за сигналами
GPS представлена на рис 3.7. У ній контролю стану довгих кабельних ліній і
локалізації місць виникнення дефектів використовуються сигнали системи
глобального позиціонування GPS [15, 16]. Передача інформаційних потоків
здійснюється по звичайним інформаційним каналам, які рисунку 3.7 не
показані. Це доступні локальні мережі підприємств, глобальні мережі та
будь-які інші альтернативні канали передачі інформації.
Рис. 3.7. Система моніторингу із синхронізацією приладів за сигналами
системи GPS
70
Для здійснення загального моніторингу та діагностики як однієї лінії,
так і декількох, у комплекті з приладами поставляється програмне
забезпечення «Rainbow+» від Datakom [17].
У таблиці 3.1 наведено технічні дані системи CDR для моніторингу
стану кабельних ліній.
Таблиця 3.1
Технічні дані системи CDR
Параметр Значення
Робоча напруга контрольованих кабельних ліній, кВ 10 - 500
Спосіб контролю стану ізоляції Часткові розряди
Кількість контрольованих системою кабелів (фаз) до 6
Довжина контрольованих кабельних ліній одним
приладом, м 6000
Діапазон реєстрованих часткових розрядів, МГц 0,1 – 1000
Інтерфейс зв'язку з АСУ-ТП, RS-485 Оптоволокно
Синхронізація кількох приладів GPS, оптоволокно
Діапазон робочих температур без системи підігріву, °С от -40 до +60
Габаритні розміри приладу моніторингу, мм 400 × 230 × 110
Вага приладу, кг 2,4
Система DKM-430-PRO+EXT призначена для контролю ізоляції
високовольтного обладнання за частковими розрядами за допомогою
акустичних датчиків [13]. За допомогою системи моніторингу DKM-430-
PRO+EXT можна контролювати:
- стан ізоляції кінцевих та сполучних муфт кабельних ліній;
- стан ізоляції КРУН та КРУ різних модифікацій;
- стан ізоляції високовольтного маслонаповненого обладнання
- силових та вимірювальних трансформаторів, вимикачів тощо.
Система моніторингу DKM-430-PRO+EXT (Acoustic Monitor)
призначена для оперативного контролю технічного стану та пошуку дефектів
ізоляції високовольтного обладнання під робочою напругою [13]. В системі
DKM-430-PRO+EXT діагностика здійснюється на основі методу реєстрації та
аналізу часткових розрядів, який має максимально високу чутливість під час
пошуку дефектів в ізоляції будь-якого типу. Акустичні датчики системи
DKM-430-PRO+EXT встановлюються безпосередньо на поверхні
71
контрольованого обладнання максимально близько до контрольованої зони
ізоляції. Зазвичай це заземлені чи ізольовані поверхні, корпуси устаткування,
у яких відсутній високий потенціал. При встановленні акустичних датчиків
застосовуються спеціальні засоби, що покращують акустичний контакт із
контрольованим об'єктом. На рис. 3.8 представлена система DKM-430-
PRO+EXT для акустичного моніторингу стану муфт кабельних ліній за
частковими розрядами.
Рис. 3.8. Система DKM-430-PRO+EXT для акустичного моніторингу
стану муфт кабельних ліній за частковими розрядами
За допомогою системи моніторингу DKM-430-PRO+EXT ефективно
вирішуються найважливіші проблеми діагностики стану обладнання, які
безпосередньо впливають на експлуатацію високовольтного обладнання [13]:
- За допомогою одного вимірювального приладу типу DKM-430-
PRO+EXT може здійснюватись контроль активності часткових розрядів у
восьми різних точках обладнання, віддалених один від одного на відстань до
30 метрів.
- Завдяки наявності функції синхронної реєстрації сигналів кількома
вимірювальними каналами, в приладі DKM-430-PRO+EXT проводиться
72
локація місця виникнення часткових розрядів усередині баків
високовольтного обладнання.
- На підставі аналізу отриманої інформації системою виробляються
оперативні діагностичні рішення, та надаються рекомендації щодо
можливості подальшої експлуатації обладнання.
Акустичні датчики системи DKM-430-PRO+EXT можуть ефективно
використовуватися для контролю технічного стану кінцевих, а при
необхідності та наявності технічної можливості (наявності мережного
живлення в цій зоні), і проміжних з'єднувальних муфт високовольтних
кабельних ліній (рисунок 3.9) [13].
Рис. 3.9. Контроль кінцевих муфт високовольтних кабельних ліній за
допомогою акустичних датчиків
Зона чутливості акустичних датчиків зазвичай не перевищує ± 1 метр
через інтенсивне загасання акустичних сигналів по довжині кабелю, тому для
контролю стану ізоляції самого кабелю такі датчики не застосовуються.
Акустичні датчики системи DKM-430-PRO+EXT монтуються безпосередньо
на корпусі контрольованої муфти, або якщо сама муфта конструктивно
недоступна, то на розділеній частині кабелю поруч з муфтою, максимально
73
близько до неї. При установці датчика повинен бути надійний акустичний
контакт між датчиком і корпусом муфти. Зареєстровані акустичні імпульси
від часткових розрядів обробляються та аналізуються у приладі DKM-430-
PRO+EXT, на виході якого по кожному каналу формується сигнал,
пропорційний інтенсивності часткових розрядів PDI, що враховує кількість
та амплітуду зареєстрованих імпульсів часткових розрядів (рис. 3.10).
Отримана інформація та діагностичні висновки про стан ізоляції оперативно
передаються в систему АСУ-ТП (автоматизована система управління
технологічним процесом) вищого рівня.
Рис. 3.10. Акустичні сигнали від часткових розрядів в ізоляції
У таблиці 3.2 представлені технічні дані системи DKM-430-PRO+EXT
акустичного моніторингу стану муфт кабельних ліній за частковими
розрядами [13].
74
Таблиця 3.2
Технічні параметри приладу DKM-430-PRO+EXT
Параметр Значення
Кількість вимірюваних каналів 9
Робоча напруга обладнання, кВ до 500
Частота імпульсів розрядів, кГц 30-300
Діапазон робочих температур, °С от -40 до +60
Інтерфейс зв'язку з комп'ютером RS-485, Ethernet
Габаритні розміри приладу моніторингу, мм 280 × 260 × 110
Вага приладу, кг 2,0
Система марки PLUTON призначена для «поглибленого» моніторингу
стану найбільш відповідальних кабельних муфт та кабельних ліній з робочою
напругою до 500 кВ. Виготовляються прилади контролю для однієї або трьох
муфт кабелів [7].
Прилад марки PLUTON (Cables Sleeve Monitor) призначений для
комплексного моніторингу стану ізоляції найбільш відповідальних або
критичних муфт кабельних ліній [8]. Він дозволяє:
- реєструвати часткові розряди в ізоляції кінцевих та сполучних муфт
використовуючи датчики UHF (надвисокочастотні) діапазону частот до 1
ГГц;
- реєструвати часткові розряди в ізоляції високовольтного кабелю,
використовуючи датчики HF (високочастотні) діапазону частот від 0,5 до
15,0 МГц;
- реєструвати часткові розряди в ізоляції муфти акустичним датчиком,
що працюють на частотах до 100 кГц;
- локалізувати місце дефекту в кабелі, реєструючи рефлектограму
поширення імпульсу часткового розряду кабельної лінії;
- контролювати температуру муфти (кабелю) у місці встановлення
приладу PLUTON;
- реєструвати струм промислової частоти, що протікає екраном кабелю,
що призводить до додаткового нагрівання кабелю.
75
Вся основна інформація від датчиків обробляється в приладі і вже
практично готовому вигляді передається в загальну систему моніторингу. На
рис. 3.11 представлено систему PLUTON для комплексного моніторингу
стану найбільш відповідальних муфт кабельних ліній. Схема підключення
датчиків приладу PLUTON до муфти представлена рис. 3.12.
Рис. 3.11. Система PLUTON для комплексного моніторингу стану
найбільш відповідальних муфт кабельних ліній
Рис 3.12. Схема підключення датчиків системи PLUTON до муфти
У таблиці 3.3 наведено технічні дані системи PLUTON для
комплексного моніторингу стану найбільш відповідальних муфт кабельних
ліній.
76
Таблиця 3.3
Технічні дані системи PLUTON
Параметр Значення
Робоча напруга кабельної ліній, кВ 10 - 500
Спосіб контролю стану ізоляції Контроль ЧР, T°С
Кількість контрольованих системою кабелів (муфт) 1
Довжина контрольованих кабельних ліній одним приладом, м 4000
Діапазон реєстрованих часткових розрядів, МГц 0,1 – 1000
Інтерфейс зв'язку з АСУ-ТП ZigBee,RS-485
Діапазон робочих температур без системи підігріву, °С от -40 до +60
Габаритні розміри приладу моніторингу, мм 200 × 180 × 60
Вага приладу, кг 1,7
Система моніторингу CLM для контролю струмів витоку в екранах
кабельних ліній та діагностики пошкоджень оболонки. Для контролю
ємнісних струмів витоку в екранах кабельних ліній, в яких всі три фази
прокладені в одній оболонці, можуть бути використані практично будь-які
вимірювальні прилади, що реєструють струм промислової частоти необхідної
величини [8].
Для високовольтних кабельних ліній, де зазвичай застосовуються три
однофазні кабелі, величина фазних струмів в екранах є сумою ємнісних
струмів витоку, і струму наведеного струмом навантаження кабельної лінії,
який сильно залежить від способу прокладання лінії. У цих випадках для
контролю стану оболонок фаз кабельної лінії необхідно використовувати
збалансовану схему вимірювання струмів витоку (рис. 3.12) [8]. У
збалансованій схемі вимірювання трифазних струмів контролюються не
абсолютні величини струмів, а їх векторна сума, точніше кажучи,
контролюється величина вектора небалансу струмів. Поява цього струму
небалансу в процесі експлуатації або навіть зміна його величини може
говорити про наявність пошкодження оболонки кабельної лінії. Це тому, що
в місцях пошкоджень оболонки фазних кабелів виникають додаткові
ланцюги витоку для ємнісних струмів. Для контролю величини небалансу
фазних струмів витоку, що виникають при пошкодженнях оболонки
кабельних ліній, застосовується вимірювальний пристрій марки CLM. У
77
приладі реалізовано збалансовану схему вимірювання трьох фазних струмів.
На три входи приладу підключають три датчики, призначені для контролю
струмів витоку трьох фаз високовольтного кабелю. Входи приладу
призначені для вимірювання порівняно невеликих струмів витоку, а одиниці
ампер, але мають ефективний захист від імпульсних комутаційних та
пускових струмів, величини яких можуть бути на три порядки більші. При
початковому включенні приладу CLM здійснюється балансування вхідних
ланцюгів приладу таким чином, щоб струм небалансу був відсутній. Якщо
тепер у процесі експлуатації кабельної лінії приладом буде зареєстровано
появу струму небалансу, це буде говорити про порушення оболонки одного з
фазних кабелів. Струм небалансу з'явиться тільки в тому випадку, коли буде
місце порушення оболонки, і через це порушення протікатиме струм витоку,
тобто в зоні порушення має місце зволоження навколишнього середовища.
Волога через ушкодження проникне до головної ізоляції фазного кабелю і
почнеться розвиток одного з найнебезпечніших дефектів у XLPE ізоляції –
виникнення «водяних дерев», що практично завжди призводить до
катастрофічних наслідків [8].
Рис. 3.12. Збалансована схема струмів витоку
Все обладнання системи комплексного моніторингу марки SIGMA-500
розташовується в монтажних шафах трьох типів (рисунок 3.14), залежно від
78
поставлених технічних завдань та реальної топології кабельної лінії, що
контролюється [16].
Рис.3.14. Технічне виконання системи SIGMA-500
Центральна шафа системи SIGMA-500/1. В ній розміщується
промисловий комп'ютер із ПЗ моніторингу та діагностики, що забезпечує
комплексний підхід до оцінки стану кабельної лінії декількома методами
діагностики. При потребі тут монтуються прилади систем DTS NT, CDR,
ADM та CDM. Локальна шафа SIGMA-500/2, що монтується поруч із
початком і, для довгих ліній, в кінці лінії. У шафі SIGMA-500/2 зазвичай
розташовуються діагностичні системи моніторингу DTS NT, CDR, ADM та
CDM. За допомогою оптичних ліній зв'язку відбувається збір інформації з
проміжних шаф SIGMA-500/3 та її передача в головну шафу системи
моніторингу. Для підвищення інформативності реєстрація сигналів у шафах
SIGMA-500/2 синхронізуються за оптичною лінією, або за сигналами
системи GPS. Проміжна вимірювальна шафа системи моніторингу SIGMA-
500/3, що використовується для контролю сполучних муфт довгих кабельних
ліній. Шафа монтується на лінії, поруч із контрольованими муфтами,
зазвичай у кабельних колодязях. У шафі марки SIGMA-500/3 монтуються
пристрої контролю стану муфт ADM і датчики струмів в екрані кабелю [16].
79
Виробництво всього спектра діагностичного обладнання системи
SIGMA-500 є компанія Seba KMT, а розробником програмного забезпечення
моніторингу та експертної частини ПЗ – Datakom-Україна, яка розширює
великі можливості оперативної модифікації властивостей SIGMA-500
відповідно до вимог замовника. У повній конфігурації система SIGMA-500
варта контролю кабельних ліній трьома способами [16]:
- метод контролю режимів роботи за температурою кабельної лінії;
- діагностика дефектів та їх локація в ізоляції за частковими розрядами;
- контроль стану оболонок за величинами струмів в екранах кабельної
лінії. (за бажанням замовника обираються будь-які методи діагностики).
Стандартна модифікація системи SIGMA-500 поставляється для
контролю стану двох високовольтних кабельних ліній, що складається з
шести однофазних кабелів. При необхідності може бути поставлена система
для контролю однієї кабельної лінії (три однофазні кабелі) або для більшої
кількості кабельних ліній. Допустима довжина контрольованої кабельної
лінії стандартної конфігурації становить до 8 км. Для моніторингу кабельних
ліній більшої довжини, до 32 і навіть 90 км, необхідно використовувати
систему DTS NT з потужнішим лазером, а кабельної лінії встановлювати
одномодове оптичне волокно [15]. Для встановлення діагностичного
обладнання у вузлах, в яких немає живлення, застосовуються комбіновані
блоки живлення, що використовують сонячні елементи та трансформатори
струму, що накопичують енергію ємнісних струмів витоку в екранах
кабельних ліній.
Приклад конфігурації технічних засобів системи моніторингу SIGMA-
500, що включає всі три методи діагностики стану кабельної лінії
представлений на рис 3.15. На наведеній схемі система температурного
моніторингу марки DTS NT знаходиться в шафі SIGMA-500/1 [16]. Якщо
відстань від шафи до кабельної лінії досить велика, ця система монтується в
шафі SIGMA-500/2, разом із системами контролю часткових розрядів і
струмів в екранах. Шафи контролю ізоляції сполучних муфт SIGMA-500/3
80
розташовуються вздовж кабельної лінії та інформаційно об'єднані в загальну
систему оптичною лінією. Ця оптична лінія використовується і для
синхронізації процесів вимірювання часткових розрядів, що необхідно для
точної локації місць виникнення дефектів в лінії. Місце виникнення дефекту
в ізоляції кабельної лінії визначається за різницею часу приходу від імпульсу
часткового розряду до двох приладів, які розташовані по краях ділянки
контрольованої кабельної лінії [16].
Рис. 3.15. Структура максимальної системи моніторингу SIGMA-500
трьох фаз кабельної лінії
3.2. Програмне забезпечення комплексної системи моніторингу
технічного стану енергетичного обладнання Datakom
Для організації верхнього рівня моніторингу технічного стану
кабельних ліній використовується програмне забезпечення Datakom, яке
встановлюється на персональний комп'ютер промислового виконання.
Програмне забезпечення системи моніторингу компанії Datakom-Україна:
- зберігає та обробляє інформацію про контрольоване обладнання та
змонтовані на ньому технічні засоби системи контролю;
- має багаторівневу основу зберігання даних від первинних датчиків;
81
- має засоби перегляду та аналізу первинних та розрахункових
параметрів кабельних ліній;
- складається із набору декількох експертних систем, призначених для
діагностики дефектів;
- має узагальнену систему, яка формує остаточний висновок виходячи з
результатів роботи всіх експертних систем.
Результати роботи системи моніторингу передаються до системи АСУ-
ТП вищого рівня протоколу МЕК 61850.
Для реалізації єдиного підходу до моніторингу та діагностики
кабельних ліній процес практичного створення програмного забезпечення
системи моніторингу Datakom починається з використання конструктора
схем кабельних ліній [17]. Завдяки наявності в ньому майже 50 різних
елементів, можна створювати схеми будь-якого рівня складності та
особливостей кабельної лінії. На цих схемах роміщуються всі первинні
датчики, які будуть використовуватися в системі моніторингу. Завдяки цьому
створюються передумови для коректного та докладного аналізу як окремих
елементів лінії, так і всієї лінії в цілому. Параметри створеної схеми
кабельної лінії керують роботою всіх вбудованих експертних підсистем.
Конструктор схем кабельних ліній є частиною загального конструктора
високовольтного обладнання підстанцій – КРП, КРПН, вимикачів, силових
трансформаторів тощо. Це дає можливість проведення в майбутньому
комплексної діагностики обладнання енергетичного транзиту. На рисунках
3.16 та 3.17 представлені схема та елементи схеми кабельних ліній.
Рис. 3.16. Схема кабельної лінії
82
Рис. 3.17. Елементи схеми кабельної лінії
Загальний технічний стан контрольованої кабельної лінії на екрані
комп'ютера АРМ відображається стандартними світловими маркерами стану
– зелений, жовтий та червоний кольори. Якщо будь-який діагностичний
метод системи Datakom діагностує стан кабельної лінії як «тривожний», то на
екрані відбувається зміна кольору із зазначенням методу, який дав такий
висновок [17]. Користувач може увійти до відповідної підпрограми та
оперативно уточнити причину, на підставі якої експертною системою було
змінено технічний стан кабельної лінії.
При необхідності можна провести додатковий аналіз зміни параметрів,
який допоможе прийняти обґрунтоване рішення про необхідні керуючі дії.
Все це можна робити з віддаленого комп'ютера, який підключений до
комп'ютерної мережі. Приклад температурного профілю кабельної лінії 500
кВ представлено на рис 3.18.
Рис 3.18. Температурний профіль кабельної лінії [17]
83
Про всі зміни основних параметрів кабельної лінії, перевищення
порогових значень параметрів, результати роботи експертних систем,
програмне забезпечення моніторингу Datakom формує готові звітні
документи [17]. Кожен звітний документ завжди включає первинну
інформацію, на підставі якої робиться діагностичний висновок.
Програмою формуються звіти [17]:
- про поточний технічний стан кабельної лінії на підставі первинної
інформації;
- про перевищення первинних параметрів порогових значень;
- звіти про результати роботи діагностичних експертних систем.
У кожному діагностичному звіті програми наводиться не лише
первинна інформація, а й інформація про результати роботи експертної
діагностичної системи, на підставі якого було змінено світлофор стану
контрольованої кабельної лінії.
Також за допомогою програмного забезпечення Datakom можна
визначити локацію розрядів у кабельній лінії (рис. 3.19) [17].
Рис. 3.19. Локація у кабельній лінії
84
3.3. Класифікація експлуатаційних та діагностичних параметрів
обладнання
Усі експлуатаційні та діагностичні параметри обладнання
класифікуються на [17]:
«Червоний колір» – Критичні параметри технічного стану
контрольованого обладнання (виміряні та розрахункові), що безпосередньо
визначають можливість подальшої експлуатації обладнання. Ці параметри
мають максимальну значимість і найактивніше використовуються у системі
управління експлуатацією, ремонтами та сервісним обслуговуванням.
«Жовтий колір» – Умовно-критичні параметри технічного стану
контрольованого обладнання (виміряні та розрахункові), що безпосередньо
впливають на можливість подальшої експлуатації обладнання. Зазвичай сюди
входять розрахункові параметри, отримані виходячи з роботи експертних
систем.
«Зелений колір» – Не критичні параметри технічного стану
контрольованого обладнання (виміряні та розрахункові), що не мають
прямого впливу на можливість подальшої експлуатації обладнання.
Всі параметри входять до одного комплексного параметра контролю
технічного стану (КТС) обладнання, який є складною функцією всіх даних.
Він визначає стан обладнання в момент проведення вимірювань та
діагностики та визначає необхідність у сервісному або ремонтному
обслуговуванні.
Значення параметрів в абсолютних величинах важко використовувати в
системах обслуговування обладнання, краще використовувати безрозмірний
коефіцієнт «Ктс», що враховує всі параметри зі своїми ваговими
коефіцієнтами. На рис. 3.20 представлено зв'язок параметрів стану зі
значенням «Ктс» і значення залишкового ресурсу устаткування [17].
85
Рис. 3.20. Зв'язок параметрів стану зі значенням «Ктс» та значенням
залишкового ресурсу обладнання
Якщо значення комплексного параметра поточного технічного стану
обладнання «Ктс» дорівнює одиниці, то контрольоване обладнання не
потребує будь-якого сервісного чи ремонтного обслуговування. Якщо він
знижується до 0,9, то це «тривожний» стан, і необхідно, як мінімум,
планувати ремонтні роботи. Якщо значення «Ктс» дорівнює 0,8 і менше, це
відповідає стану устаткування «передаварійний», у цьому випадку
проведення ремонтних робіт неминуче [17].
Комплексний параметр технічного стану обладнання «Ктс» тісно
пов'язаний з поняттям «залишковий ресурс обладнання RО», проте цей термін
складніший для практичного застосування через його неоднозначність і
множинність тлумачення. Найбільш близький до параметра «КТС» термін
«залишковий ресурс устаткування у межремонтному циклі», проте його
застосування у системах обслуговування неоднозначнк.
Висновок про технічний стан устаткування може базуватися лише з
комплексному підході до аналізу наявної первинної інформації від датчиків.
86
При найбільш загальному проведенні діагностики високовольтного
обладнання необхідно використовувати п'ятиступінчастий алгоритм оцінки
технічного стану [17]:
1. Оцінка загального технічного стану високовольтного обладнання за
величиною виміряних та розрахункових параметрів.
2. Контроль динаміки зміни контрольованих та розрахункових
параметрів, аналіз стрибків параметрів.
3. Контроль повільних та монотонних змін параметрів обладнання,
аналіз часових трендів.
4. Використання комплексних результатів роботи спеціалізованих
експертних діагностичних систем.
5. Кореляція всіх отриманих результатів зі значеннями та поточними
змінами технологічних та експлуатаційних параметрів.
Підсумковий технічний висновок не є простою сумою висновків щодо
кожного з п'яти пунктів, кожен наступний пункт може доповнювати та
підсилювати попередній висновок, а може навіть заперечувати його. У
результаті отриманий за підсумками діагностики технічний висновок про
стан обладнання є складною функцією багатьох первинних, розрахункових та
синтезованих параметрів. Формування підсумкового висновку можна у
вигляді підсумовування п'яти векторів, напрям і модуль кожного з яких
впливає на кінцевий діагноз.
Алгоритм прийняття оперативних рішень про технічний стан
контрольованого обладнання представлено рис. 3.21.
87
Рис. 3.21. Алгоритм прийняття оперативних рішень
Устаткування переводиться системою моніторингу до категорії
«передаварійний стан» (червоний сигнал світлофора) лише при
неприпустимому високому рівні критичних параметрів (за наявності
нормованих порогових значень). Ця функція системи моніторингу доповнює
роботу систем РЗА [16].
Зелений сигнал світлофора включається системою моніторингу тоді,
коли немає амплітудного перевищення параметрів, не було стрибка,
відсутній часовий тренд збільшення параметра. У цьому випадку, експертна
діагностична система за поточними значеннями первинних параметрів
виявила ознак дефектного стану.
Жовтий сигнал світлофора («тривожний» стан) засвічується при певних
поєднаннях первинних параметрів та функцій стану обладнання.
Кінцевою метою роботи систем моніторингу є прогнозування розвитку
технічного стану. Визначення допустимого інтервалу майбутньої
безаварійної роботи устаткування, що багато в чому визначає стратегію
управління експлуатацією (рис. 3.22).
88
Рис. 3.22. Прогнозування розвитку технічного стану: 1 – крива зміни
стану кабельної лінії за стаціонарною математичною моделлю; 2 – вплив
дефекту 1 на погіршення стану; 3 – дефект 2 або саморозвиток дефекту 1;
4 – реальна крива погіршення стану лінії
89
ВИСНОВКИ
Проведено теоретичні дослідження конструкцій кабелів, які
використовуються у високовольтних кабельних лініях. Результати
дослідження вказують на ефективність використання та експлуатації кабелів
напругою 110 і вище кВ з ізоляцією зі XLPE спільно зі системою
температурного моніторингу.
Розглянуто принцип роботи розподільчого датчика температури та
обґрунтовано ефективність застосування систем температурного моніторингу
у складі системи комплексного моніторингу кабельних ліній.
Встановлено, що використання системи температурного моніторингу
дозволяє визначати місця виникнення та оцінювати рівень розвитку дефектів,
які супроводжуються локальним нагріванням окремих ділянок
контрольованої кабельної лінії, оперативно проводити визначення місць
обриву кабельної лінії після виникнення неминучих дефектів або аварійних
динамічних впливів на кабель. Знання температурного профілю кабельної
лінії дозволяє оптимізувати її завантаження, раціонально враховувати реальні
кліматичні умови та локальні особливості пролягання всіх ділянок
високовольтної кабельної лінії.
Досліджено метод вимірювання температури в кабельних лініях на
основі оптоволоконних технологій, що є відносно новим та постійно
розвивається.
Зроблено аналіз відомих систем температурного моніторингу
високовольтних кабельних ліній. В результаті аналізу встановлено, що
способи подання у всіх системах дуже схожі. У вітчизняних високовольтних
кабельних лініях найбільшого поширення отримала система DTS NT, яка не
поступається за технічними характеристиками своїм зарубіжним аналогам і
коштує дешевше.
Встановлено, що для отримання повної картини фактичного
напрацювання кабелю необхідно проводити комплексну діагностику
90
технічного стану високовольтних кабельних ліній. Найбільш ефективною для
цих цілей є комплексна система оперативного моніторингу та діагностики
стану високовольтних кабельних ліній, яка включає кілька підсистем.
Розглянуто комплексну систему оперативного моніторингу та
діагностики стану високовольтних кабельних ліній компанії Seba KMT
(Німеччина), яка вміщує функції:
-контролю температури кабельної лінії за допомогою комбінованої
системи DTS NT з оптичним волокном та дозволяє не тільки оцінювати
температурний режим роботи, а й проводити діагностику зони кабелю за
підвищеним нагріванням, визначати можливість збільшення навантаження на
лінію;
- виявлення дефектів ізоляції кабелю та муфти за частковими
розрядами на ранніх стадіях виникнення та розвитку, визначення типу та
небезпеки виявленого дефекту;
- локалізації місця виникнення дефекту в ізоляції на працюючій
кабельній лінії;
- оперативного контролю ємнісних та зрівняльних струмів, що
протікають по броні кабельної лінії.
Таким чином, застосування при будівництві та монтажу
високовольтних кабельних ліній з ізоляцією зі зшитого поліетилену є
ефективним при передачі великих потужностей, особливо при
електропостачанні промислових підприємств. Для забезпечення тривалого
терміну служби кабелів доцільно проводити постійний контроль його
експлуатаційних характеристик, який можна здійснити за допомогою
комплексної системи температурного моніторингу. В наших умовах
рекомендується застосування системи температурного моніторингу DTS NT
(Німеччина), яка адаптована до систем передачі даних з урахуванням
вітчизняних умов та сертифікована як «засіб вимірювання температури».
91
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Правила налаштування електроустановок. Видавництво Індустрія.
2022. с. 800.
2. Експлуатація кабельних ліній електропередачі / Головатюк М.О.,
Леонтьєв В.О., Видмиш В.А. Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ,
2009. – 109 с.
3. Лут М. Т. Основи технічної експлуатації енергетичного обладнання
АПК / М. Т. Лут, О. В. Мірошник, І. М. Трунова. - Харків: Факт, 2008.
– 438 с.
4. ДСТУ 4809:2007 Ізольовані проводи та кабелі. Вимоги пожежної
безпеки та методи випробування.
5. ДСТУ IЕС 60502-1:2009 Кабелі силові з маслонаповненою ізоляцією й
арматура до них на номінальну напругу від 1 кВ.
6. Сайт ПАТ «Одескабель». [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://odeskabel.com/ua/
7. Сайт ВАТ «Завод Південкабель» [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.yuzhcable.info/
8. Сайт компанії Ексімприлад. [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://eximpribor.com.ua/ua/about-us
9. Nakamura, S.; Morooka, S.; Kawasaki, K. Conductor temperature
monitoring system in underground power transmission XLPE cable joints.
IEEE Trans. Power Deliv. 1992, 7, 1688–1697.
10. EPRI. Evaluation of Medium-Voltage Cable Joints: New and Modified
Single-Phase Cold Shrink and Separable Connector Cable Joints; EPRI: Palo
Alto, CA, USA, 2006; p. 1014439.
11. Ефект Рамана. [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1
%82_%D0%A0%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%B0
92
12. Ганжа В.М. Використання оптоволоконних датчиків в організації
температурного контролю кабельної лінії / В.М. Ганжа, С.Ю. Протасов
/ Збірник тез доповідей студентської науково-практичної конференції
ЧДТУ: 23–24 квіт. 2024 р. [Електронний ресурс] / [упоряд.: Єгорова О.
В., Захарова О. В., Тичков В.В. та ін.] ; М-во освіти і науки України,
Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2024.– С. 48.
13. Сайт компанії Microdetek https://www.hbwttor.com/
14. Сайт компанії «Плутон». [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://pluton.ua/products/power-systems-protection/cable-control-system
15. Сайт компанії Промікс. [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://promix.com.ua/uk/production-uk/kombinovana-sistema-tds-nt
16. Сайт компанії Seba KMT. [Електронний ресурс]. – Режим доступу:
https://www.megger-sebakmt.de/en/2668/new-test-tracks-in-2022-EN.html
17. Сайт компанії Datakom Україна. [Електронний ресурс]. – Режим
доступу: https://www.datakom.kiev.ua/