Кабелни повреди в разпределителната мрежа

Днес разпределителните мрежи са електрическите връзки, които доставят електроенергия до крайната точка на потребление: домакинства и предприятия. Те са връзката, свързваща електропроводи с високо напрежение, идващи от точки за производство на електроенергия до крайните потребители.
Кабелите са в употреба повече от 80 години. Броят на различните конструкции, както и разнообразието от видове кабели и аксесоари, използвани в кабелна мрежа е голям. Възможността да се определят всички видове различни повреди с много различни характеристики на повреди е включването на подходящо измервателно оборудване, както и на уменията на оператора. Правилната комбинация позволява да се сведе до минимум скъпото време, което тече по време на повредата на кабела, нейното намиране и отстраняване.

От средата на миналия век технологията на кабелите за средно и ниско напрежение се променя от импрегнирана хартиена маса към полимерни изолации. Въпреки че и досега в голяма част от европейската дистрибуторска мрежа се експлоатират много кабели, импрегнирани с маса, те вече не се произвеждат в Европа, освен за подмяна и ремонт. Всеки нов кабел СрН и НН използва полимерна изолационна технология.

Стандартната конструкция на кабелите СрН и НН се състои от меден или алуминиев проводник, заобиколен от изолационна система. В случай на по-високи напрежения (>1kV) трябва да се добави и метален екран. Екранът е необходим за осигуряване на хомогенно електрично поле за пренасяне на токове на късо съединение и за защита от допир на частта с високо напрежение. Кабелът, съдържащ един или повече проводници, е заобиколен от външна обвивка, която служи като механична защита, както и защита от вода.

Обикновено кабелите НН имат слабо електрическо поле около проводника, поради което екранирането не е задължително, но може да е полезно за провеждането на токове на к. с. и да се осигури защита от допир на кабела. Функция за екраниране може да бъде осигурена и от метална броня.

Поради по-високото електрическо поле кабелите на средното напрежение се нуждаят от специална изолационна система. Понеже електрическото поле зависи от геометрията на електродите (в случая проводникът образува единия, а екранът - другия), повърхността на тези електроди трябва да бъде възможно най-гладка. Това може да се постигне чрез въвеждане на полупроводникови слоеве между проводника и изолацията, както и между изолацията и металния екран. Кабелите със средно напрежение се предлагат в едножилни, трипроводни едножилни и многожични конструкции.

Видове кабели
Типовете кабели се дефинират като кабели за ниско, средно и високо напрежение. Според вида на кабела се определят различни изисквания за тестване на кабелите, местоположението на повредата на кабелите, както и стратегията за поддръжка. При ниско напрежение се използват трипроводни кабели.

Тенденцията от последните години показва преминаването към едножилни системи, тъй като те са с по-ниска цена, по-леки и по-малко разходи за ремонт. Освен това все по-рядко се използват кабели импрегнирани или напълнени с масло, тъй като устойчивостта на околната среда не може да бъде гарантирана. Тези видове кабели се заменят с нови и вече не се инсталират. От друга страна, има голямо търсене за поддръжка на тези кабели, тъй като инсталираните мрежи с изолация на маслото показват живот от 50 години и повече. Днес се използват предимно кабели с изолация от XLPE. Подобряването на този изолационен материал, съчетано със съвременния дизайн на кабела, дава възможност да се произвеждат кабели дори и за изключително високото напрежение.

Всички кабели с ниско, средно и високо напрежение се доставят и съхраняват на кабелни барабани. Максималната дължина на кабела се определя основно от диаметъра (едножилен или трижилен кабел) и нивото на напрежение на кабела.

Кабели за разпределение на електрическа енергия при номинално напрежение 0,6/1kV са с алуминиеви токопроводими жила без концентрично полагане, с PVC изолация, с външна PVC атмосфероустойчива защитна обвивка с черен цвят, със запълване на фугите с пластмасов или каучуков материал, неразпространяващи горенето. Те се използват за неподвижно полагане в земя, кабелни помещения, канали, тунели и колектори, както и на открито при преход от подземна към въздушна електропроводна линия и да отговарят на БДС HD603S1:2003 „Кабели за обявено напрежение 0,6/1 kV за силови разпределителни мрежи” или еквивалентно/и, включително на техните валидни изменения и допълнения.

Инсталация
Традиционно, кабелите за СрН и НН се инсталират в изкопи. Обикновено в изкопа се поставя една линия кабели, т. е. три единични кабела или един трипроводен кабел. Размерите на изкопите варират в съответствие с изискванията на операторите на разпределителни системи. Инсталирането на кабели за СрН и НН в изкопи изисква внимателно планиране, тъй като трябва да се отчитат много фактори.

В градските райони днес всички кабели се монтират в тръбопроводи, тъй като това позволява поддръжка и бъдещо разширяване с ниско въздействие върху околната среда. Основното предизвикателство в градските инсталации е съжителството с други услуги, като телекомуникационни мрежи, газоснабдяване и водоснабдяване, които може да са били инсталирани преди това.

Едножилните кабели за средно напрежение могат да се доставят с дължина до 1000m, многожичните кабели за средно напрежение обикновено се доставят на дължини от около 500m в зависимост от условията на инсталацията. Стандартните дължини за НН кабели могат да бъдат до 1000m, въпреки че повечето връзки ще бъдат по-къси.

Свързването на кабелите за СрН и НН става чрез използване на муфи. При средно напрежение геометрията на кабела трябва да бъде възстановена и в зоната на свързване. При кабели за НН това е само изолирана връзка с корпус, който предпазва от проникване на вода. Кабелите на средно напрежение се свързват към трансформатори или подстанции чрез терминали или предварително формовани съединители.

Инсталирането на кабели СрН и НН в провинциалните райони представлява временно ограничено въздействие върху околната среда в зависимост от почвените условия. Кабелите могат да бъдат директно закопани в меки почви или монтирани в предварително изкопани траншеи. Кабелите се поставят директно в земята, а за запълване на траншеята се използва почвата или термично стабилизираният материал. Няма ограничения за извършване на земеделски дейности в горната част на кабелния изкоп по време на експлоатацията. Топлинното въздействие на подземните кабели е минимално.

В градските райони трябва да се отчитат съществуващите инфраструктури, включително газ, вода или телекомуникации, които могат да направят градските инсталации по-сложни. При това няма да има намеса на кабелите по време на работа с друга инфраструктура. В новите зони за изграждане, намесата между различните комунални услуги може да бъде най-добре координирана.

Повреди в кабелите - условия, причини и видове
Кабелните линии се влияят от различни околни параметри. Кабелното трасе може да се състои от множество различни кабелни части с различни конструкции и типове. В зависимост от нивото на напрежение, необходимата товароносимост и наличната технология за монтаж, се използват кабели с пластмасова изолация или с импрегнирана с маса хартиена изолация. На практика кабелните повреди би трябвало да се откриват на всички нива на напрежение - от ниско, средно до високо напрежение.

Независимо от вида на кабела - освен външно влияние, например повреди, причинени по време на изкопни работи или премествания на земята - най-честите причини за неизправност са: стареене, експлоатационен живот, пренапрежение, термично претоварване, корозия, неправилно полагане на кабелите, дефекти в инсталацията и повреди от транспорт и съхранение.

Най-чести повреди
Късото съединение е една от най-често срещаните повреди. Обикновено то се причинява от повредената изолация, която води до ниско съпротивление на два или повече проводника на мястото на повредата.

Неизправности могат да възникнат и вследствие на земно съединение (връзка с малко съпротивление със земния потенциал) в нефункционираща мрежа или в изолирана оперативна мрежа, както и поради късо съединение към земя в заземена мрежа. Двойно земно съединение е друг вид повреда, при която има наличие на земно съединение между две отделни фази и земния потенциал.

Прекъсванията на кабела са сред другите често срещани повреди. Те се дължат на външна механична повреда или на движения или слягания на земята, които могат да доведат до прекъсване на отделни или множество проводници.

Често повредите не се появяват постоянно, а понякога в зависимост от натоварването на кабела. Една от причините за това може да бъде изсушаването на кабели, изолирани с масло, с ниско натоварване. Друга причина е частичното разреждане чрез стареене или “електрически дървета” в кабели с пластмасова изолация.

Повредата на външната обвивка на кабела не винаги води директно до повреди, но може да причини дълготрайни повреди на кабелите, наред с други неща, в резултат на проникване на влага и повреда на изолацията.

Стъпки за локализиране на повредите
Намирането на местоположението на повредата се извършва методично, като се следва логическа процедура в четири стъпки. Анализът на неизправностите позволява да се определят характеристиките на повредата и по-нататъшната процедура. По време на предварителното местоположение, неизправността се определя точно спрямо измервателния уред. Целта на последващото насочване е да се определи точно точката на повреда, за да се ограничи изкопаването на земята и на свой ред да се сведе до минимум времето за ремонт.

След това е необходимо да се направи идентификацията на дефектният кабел в сноп от няколко кабела на мястото на повредата. Това е особено важно, ако повредата не се вижда отвън. Целта на намирането на местоположението на повредата е да се локализира кабелна повреда възможно най-бързо и точно, за да се създаде идеална основа за последващия ремонт и повторно свързване. Целта на анализа е да се установят характеристиките на повредата и да се определи по-нататъшната процедура в мястото на повреда, избора на методи и също така напреженията.

Измерването на изолационното съпротивление се използва за определяне на дефектната фаза и вида на повредата. Изпитването на издръжливост на напрежението и откриването на повреда се използват за изпитване на електрическата якост на изолацията на кабела. Изпитването на кабелна обвивка се използва за определяне на външните повреди на кабела (повреди на обвивката). Целта на предварителното местоположение е да се определи колкото е възможно по-точно положението на повредата, за да се запазят последващите дейности с посочване на краищата, колкото е възможно по-кратко и ефективно.

Методи за откриване на повредите
Налични са различни методи за откриване и локализиране на кабелните повреди. Методът рефлектометрия във времева област се използва за локализиране на повреди с малко съпротивление и прекъсвания на кабели, както и за определяне на дължината на кабела. Методът вторичен или многократен импулс е най-добре установеният и прецизен метод за предварително локализиране на повреда. Повредите с голямо съпротивление и повреди с прекъсване се запалват от един високоволтов импулс, а разстоянието до повредата се измерва много точно няколко пъти чрез технологията TDR и се анализира автоматично.

Вторичен/многократен импулсен метод (SIM/MIM) може да се използва в режим на постоянен ток за кратковременни повреди. Кабелът се зарежда с напрежение и по този начин капацитетът на кабела е включен в изпитването. При повреди, които са трудни за локализиране или когато кабелите са мокри, се извърша предварителна подготовка на SIM/MIM. Засегнатите кабели първо се поставят под високо напрежение, след което се извършва измерване на SIM/MIM.

Метод на разпадане на напрежение е свързан с локализиране на повреди с високо напрежение. Вълните на осцилиращото напрежение се оценяват автоматично, за да се определи разстоянието на повредата.

Импулсния токов метод (ICM) е подходящ за локализиране на повреди с голямо съпротивление и прекъсвания. Разстоянието на повреда се определя чрез анализиране на импулсната токова диаграма. Особено подходящ за използване при дълги кабели. Импулсен токов метод се използва в режим на постоянен ток за локализиране на повреди, при които се използва капацитета на кабела във връзка с генератор на високо напрежение. При използването на ICM и SIM/MIM методите дори малки промени в импеданса се правят видими с помощта на крива на обвивката и се запазват автоматично.

Колкото и прецизна да е предварителната локация, тя никога не може да открие или разпознае съществуващите отклонения на кабелния маршрут в земята. Те могат да бъдат коригирани само чрез прецизно насочване. Затова проследяването и точното определяне на маршрута на кабела е от съществено значение, особено с неизвестни или неточни кабелни трасета, като по този начин се спестяват време и пари.

Най-разпространеният метод, използван за точното локализиране на повреди с голямо съпротивление и прекъсвания е методът на акустично насочване с пин-пин. При него импулсите с високо напрежение създават електромагнитни импулси по пътя към повредата и генерират проблясък с акустично забележим взрив.

Методът на стъпковото напрежение се използва за точното местоположение на повредите на кабелната обвивка. По време на повредата се генерира спад на напрежението, който може да бъде разположен с помощта на земни шипове и приемник. Методът на усукване или методът на минимално изкривяване се прилага при късо съединение в зависимост от вида на кабела. В този процес прекъсването, причинено от повредата при нормални обстоятелства хомогенно магнитно поле, се измерва и се намира прецизно.