Волновой метод (метод колебательного разряда)

Возникновение пробоя в месте повреждения вызывает появление в кабельной линии волновых процессов.

Существует 2 варианта осуществления волнового метода для определения расстояния до места повреждения: метод бегущей волны напряжения и метод импульсного тока.

Метод бегущей волны напряжения

При методе бегущей волны напряжения в кабельную линию от источника высокого испытательного напряжения через сопротивление, величина которого значительно больше волнового сопротивления линии, подают напряжение, которое медленно повышают. Структурная схема реализации волнового метода бегущей волны напряжения приведена на рисунке.

Под влиянием отрицательного испытательного напряжения в момент времени to на расстоянии L происходит пробой (короткое замыкание) и разряд. В месте повреждения формируются электромагнитные волне положительной полярности, так как испытательное напряжение имело отрицательную полярность, а коэффициент отражения в месте пробоя (короткого замыкания) также отрицателен К @ -1.

Волновой процесс при методе бегущей волны напряжения показан на рисунке.

Одна из волн распространяется от места пробоя к началу кабеля, а другая - к концу кабеля. Достигнув начала кабеля, первая волна отражается от большого сопротивления источника и, не изменяя полярности, распространяется к месту повреждения. В месте повреждения вновь возникает пробой и отражение с обратным знаком, и так далее. Затухая, волновой процесс продолжается до тех пор, пока энергии волны достаточно для пробоя в месте повреждения.

Волновой метод импульсного тока (бегущей волны тока)

Метод импульсного тока используют в том случае, если высокоомные повреждения (снижение сопротивления изоляции или высокоомное замыкание жилы на землю, или малое расстояние между проводниками в муфтах) не удается преобразовать с помощью прожига в низкоомное повреждение. Причиной тому могут быть просачивание в кабель воды или заплывающие повреждения.

В отличие от метода бегущей волны напряжения выходное сопротивление высоковольтного импульсного генератора должно быть значительно меньше волнового сопротивления кабельной линии и коэффициент отражения напряжения от начала линии и места повреждения в момент пробоя равен Кu = -1, а коэффициент отражения тока К i= 1.

Высоковольтный импульсный генератор представляет собой источник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтный конденсатор и специальный разрядник, с которого высоковольтные импульсы поступают в кабель.

Структурная схема включения устройств для осуществления волнового метода импульсного тока показана на рисунке.

Ударная волна посылается в поврежденный кабель в момент t0 и в момент t1 достигает места повреждения. Под воздействием ударной волны происходит пробой поврежденного участка кабельной линии в момент t1з, вызывающий отражение. Этот отраженный сигнал возвращается к началу кабеля в момент t2 и отражается от начала кабеля (входное сопротивление генератора импульсов эквивалентно короткому замыканию) в сторону повреждения и в момент t4 снова достигает начала кабеля и т.д.

Состояние пробоя (длительность электрической дуги) сохраняется до тех пор, пока достаточно энергии для горения дуги. Для того чтобы вызвать пробой в месте повреждения, необходимо в течение определенного времени (t1з - t1) воздействовать на поврежденный участок (время ионизации). Это время зависит от амплитуды высоковольтного импульса и переходного сопротивления в месте повреждения. Чтобы исключить влияние задержки ионизации на результат измерения расстояния до места повреждения, замеряют время между первой и второй отраженными волнами t2 и t4: Tl = t4 - t2.

Связь измерителя волновых процессов с кабельной линией производится с помощью специального присоединительного устройства по току (импульсного токопреобразователя). Импульсный токопреобразователь дифференцирует импульсный ток на входе линии и преобразует его в однополярные импульсы, поступающие на вход измерителя волновых процессов.

При волновом методе измерений выходное сопротивление высоковольтного источника не равно волновому сопротивлению линии, поэтому кроме отраженных волн от участка повреждения появляются отраженные от неоднородностей кабеля (муфт, ответвлений) и переотраженные от начала кабеля импульсные сигналы - синхронные помехи, значительно затрудняющие оценку импульсной характеристики кабеля.

В практике определения мест повреждений волновым методом используются приборы: Щ-4120, измерители расстояния до места повреждения ЦР-0200 (Украина, г. Умань), прибор К6Р-5 и прибор РЕЙС-205 (Россия, г. Брянск, фирма СТЭЛЛ). При этом картину волнового процесса позволяет наблюдать К6Р-5 и РЕЙС-205 (модификация 3).

При волновом методе расстояние до места повреждения определяется по временной задержке между приходом к началу кабеля импульсов напряжения или импульсов тока, отраженных от места повреждения. Импульсы напряжения по длительности занимают половину расстояния до места повреждения, а ударные импульсы тока также имеют достаточно большие длительности. Это приводит к следующим недостаткам по сравнению с методом импульсной рефлектометрии:

1. Сложность анализа полученных импульсных характеристик при измерениях волновым методом. (Вид этих характеристик зависит не только от характера повреждения и длины линии, но и от величины поданных импульсов, наличия или отсутствия пробоя в месте повреждения и т.д.)

2. Низкая разрешающая способность, то есть невозможность обнаруживать близко расположенные неоднородности. (Отражения от неоднородностей вообще трудно различимы на импульсной характеристике кабельной линии, а отражения от соседних неоднородностей вообще сливаются друг с другом)

3. По импульсной характеристике невозможно получить ориентировки, расстояние до которых известно (в виде отражений от муфт, кабельных вставок и т.д.)

4. Большая погрешность измерения. (Это обусловлено относительно большими длительностями фронтов и срезов волновых процессов, которые формируются самой линией и процессом пробоя)

5. Невозможность стабильного повторения волновых процессов, что может привести к появлению ошибок.
(Процесс пробоя является очень нестабильным, он в любой момент может прерваться и не повториться в том же виде. Это накладывает очень серьезные требования к быстродействию измерителя волновых процессов).

Таким образом, волновой метод по сравнению с методом импульсной рефлектометрии, с одной стороны, позволяет определять сложные (с большим сопротивлением) и неустойчивые (заплывающие) места повреждений кабельных линий, а с другой стороны, имеет существенные недостатки. В значительной степени совместить достоинства метода импульсной рефлектометрии и волнового метода позволяет метод кратковременной дуги.