Кабельные линии электропередачи широко используются для приема, распределения и передачи электроэнергии потребителям. Кабельные линии, как и любой элемент электрических сетей, в процессе эксплуатации может повредиться.
Одна из основных задач в электроэнергетике - обеспечить бесперебойное электроснабжение потребителей, поэтому необходимо, по возможности, минимизировать риски повреждения кабельных линий.
Виды повреждений кабельных линий могут быть различными и зависят от многих факторов, таких как тип кабеля, условия эксплуатации, наличие внешних воздействий и т.д.
Рассмотрим, какие бывают виды повреждений кабельных линий, и по какой причине происходит то или иное повреждение.
Однофазное замыкание на землю
Однофазное замыкание одной из фаз кабеля на землю является одним из наиболее распространенных повреждений кабельных линий. При данном повреждении одна из токоведущих фаз вследствие нарушения целостности изоляции контактирует с внешней, экранирующей оболочкой кабеля, которая заземлена.
Однофазные замыкания, в свою очередь, классифицируют по величине переходного сопротивления в месте замыкания.
Первый тип - замыкание с высоким сопротивлением в месте контакта, так называемый заплывающий пробой изоляции. При данном повреждении в электрической сети наблюдается хаотичное изменение фазных напряжений.
Второй тип - замыкание с небольшим сопротивлением от нескольких Ом до нескольких десятков кОм. В данном случае в электрической сети будет наблюдаться существенный перекос фазных напряжений, при этом на поврежденной фазе напряжение будет ниже, а на двух других фазах выше. Чем меньше сопротивление в месте замыкания фазы, тем больше перекос напряжения.
Третий тип - полное замыкание одной жилы кабеля, то есть переходное сопротивление в месте замыкания близко к нулю. При данном повреждении напряжение на поврежденной фазе отсутствует, на двух других фазах напряжение вырастает до линейного.
Однофазное замыкание на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью является аварийным режимом, поэтому линия с данным повреждением будет обесточена действием защиты от сверхтоков.
В сетях, работающих в режиме изолированной нейтрали, данный тип повреждения не является аварийным, поэтому кабель может продолжительное время находиться под напряжением, пока не будет обнаружен и отключен от сети поврежденный участок. Поэтому очень часто однофазное замыкание на землю на кабельной линии в сети с изолированной нейтралью быстро переходит в междуфазное замыкание и происходит автоматическое отключение линии.
Междуфазное замыкание двух или трех фаз
Второй по распространенности тип повреждения — короткое замыкание двух или трех фаз кабельной линии. В большинстве случаев замыкание между жилами кабеля происходит через экранирующую заземленную оболочку — то есть в данном случае наблюдается двух- или трехфазное замыкание на землю.
Данный тип повреждения является наиболее тяжелым и характеризуется, как правило, большими токами, которые должны быть отключены действием защиты, независимо от класса напряжения и режима работы электрической сети. Если по какой-то причине происходит задержка срабатывания защиты кабельной линии, то в месте замыкания появляется видимое повреждение, вплоть до полного разрыва кабеля в месте короткого замыкания. Такие повреждения могут привести к серьезным авариям, длительным отключениям и значительным финансовым потерям.
Кроме того, короткие замыкания между фазами сопровождаются сильными тепловыми и механическими воздействиями, которые могут повредить не только сам кабель, но и соседние элементы электроустановки, включая муфты, опоры и оборудование подстанций. В результате возможно нарушение работы смежных линий и ухудшение устойчивости всей энергосистемы.
Для предотвращения подобных аварий крайне важно своевременно проводить техническое обслуживание, регулярно проверять состояние изоляции, а также использовать современные системы релейной защиты и автоматики с высокой скоростью срабатывания и селективностью. Внедрение систем мониторинга и диагностики позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях и предотвращать развитие коротких замыканий.
Причины однофазных и междуфазных коротких замыканий:
-
неправильный выбор типа и сечения кабеля, защитных аппаратов или неправильный выбор уставки устройств релейной защиты и автоматики, что приводит к недостаточной защите и перегрузкам;
-
эксплуатация кабеля в недопустимых условиях окружающей среды, таких как высокая влажность, агрессивные химические среды, экстремальные температуры, что ускоряет деградацию изоляции и снижает надежность;
-
заводские дефекты либо дефекты, возникшие в результате ошибок при монтаже кабельной линии, включая неправильное соединение жил, повреждение изоляции при укладке и недостаточную герметизацию муфт;
-
повреждение кабельной линии при эксплуатации в результате внешнего механического воздействия, негативного влияния сторонних объектов и коммуникаций, которые находятся на недопустимом расстоянии к кабелю (по причине ошибок при монтаже кабеля или из-за несогласованных действий при строительстве различных объектов и прокладке коммуникаций), а также вследствие вибраций, проколов, аварийных ситуаций;
-
естественный износ изоляционного материала и коррозии металлических конструктивных элементов кабельной линии, приводящий к снижению электрической прочности и возникновению токов утечки;
-
неправильная эксплуатация и перегрузка кабельной линии, когда токи превышают номинальные значения, вызывая перегрев и ускоренное старение изоляции;
-
воздействие электромагнитных и электростатических полей, а также перенапряжений, возникающих при коммутациях и грозовых разрядах, что может вызвать пробой изоляции;
-
недостаточный контроль и профилактическое обслуживание кабельных линий, что приводит к незамеченным дефектам и постепенному ухудшению состояния оборудования.
Обрыв одной или нескольких жил
Еще один возможный тип повреждения кабеля - обрыв одной или нескольких жил. Обрыв жил происходит в результате нежелательного смещения или растяжения кабеля, по причине неправильно выбранного типа кабеля, допущении ошибок при монтаже на опорах, различных конструкциях или при прокладке в земле, а также в результате внешних механических воздействий.
Обрыв также может сопровождаться замыканием на землю, если между оборванной жилой и внешней заземленной оболочкой кабеля нарушена целостность изоляции. При этом заземление может быть как оборванных, так и целостных жил.
Нередко обрыв жил кабельной линии возникает возле соединительных муфт, как наиболее уязвимого участка кабельной линии.
Причиной данного повреждения может быть ошибка при монтаже муфты, недостаточная герметичность, неправильное натяжение жил, а также из-за постоянных смещений и просадок грунта, которые создают дополнительное механическое напряжение на кабель и муфту. В некоторых случаях на повреждение влияет ухудшение качества материалов муфты или нарушение технологии их установки.
Кроме того, обрыв жил может сопровождаться ухудшением электрических характеристик кабеля, что проявляется в повышенном сопротивлении, появлении шумов и перебоев в электроснабжении. Для своевременного выявления подобных повреждений применяются методы локализации обрывов, такие как измерение сопротивления изоляции и тестирование на целостность жил.
Для предотвращения обрывов важно правильно выбирать тип кабеля с учетом условий эксплуатации, соблюдать технологию монтажа и регулярно проводить техническое обслуживание, включая проверку состояния муфт и контроль за состоянием грунта в местах прокладки кабеля.
Комбинированное повреждение
На одной кабельной линии может быть одновременно несколько поврежденных участков, причем повреждения могут быть разного характера. Подобные повреждения могут возникнуть при механическом воздействии на кабель на разных участках, например, вследствие прокладки кабеля в сложных условиях, вибраций, проколов или случайных повреждений при строительных работах.
Возможно, также причина может быть в наличии "слабых мест" (частичное нарушение целостности изолирующих материалов, заводской брак), которые выдерживали номинальную нагрузку, но при значительном превышении тока, который протекал при замыкании, произошло повреждение кабеля именно в этих местах. Такие дефекты могут оставаться незамеченными на протяжении длительного времени и проявляться только при экстремальных режимах работы.
По этой причине нередко возникают ситуации, когда после устранения одного повреждения и подачи напряжения на кабель повторно срабатывает защита, что свидетельствует о наличии другого поврежденного участка на кабельной линии. Это требует дополнительного поиска и диагностики, чтобы избежать повторных аварий и обеспечить надежную работу сети.
Поэтому перед подачей напряжения необходимо удостовериться в отсутствии других поврежденных участков на кабеле. Для этого производят измерение сопротивления изоляции кабеля мегомметром, что позволяет выявить снижение изоляционных характеристик и наличие дефектов.
В высоковольтных сетях на протяженных кабельных линиях для поиска повреждений используют специальные испытательные установки, такие как отражатели импульсов (ТDR — Time Domain Reflectometer) и другие методы локализации повреждений, которые позволяют точно определить место дефекта и сократить время ремонта.
Кроме того, при комплексной диагностике может применяться тепловизионный контроль, акустический мониторинг и другие современные методы, повышающие точность и оперативность выявления повреждений. Такой комплексный подход минимизирует риск повторных аварий и способствует поддержанию надежности электроснабжения.
Андрей Повный