Sposób lokalizacji uszkodzeń kabli, zwłaszcza elektroenergetycznych

Istota wynalazku

Zwiększonej gęstości zaludnienia, rozwojowi społeczeństwa czy też postępującej urbanizacji towarzyszy wzrastające zapotrzebowanie na energie elektryczną. Przesył energii elektrycznej odbywa się współcześnie liniami napowietrznymi, kablowymi oraz torami wielkoprądowymi. Na całym świecie można zauważyć zdecydowany sprzeciw społeczny jeśli chodzi o budowę nowych linii napowietrznych wysokich i najwyższych napięć. Pomimo, że koszty projektowania i budowy linii napowietrznych są zdecydowanie niższe niż linii kablowych czy też torów wielkoprądowych, jednak najbardziej akceptowalną alternatywą są linie kablowe. Postępująca liberalizacja rynku energii elektrycznej spowodowała, że zwiększyło się zainteresowanie problemem niezawodności układów elektroenergetycznych. Wymagania dotyczące jakości energii wynikające z elektrycznej deregulacji rynku motywują do poprawy metod lokalizacji uszkodzeń w systemach dystrybucji w celu przyspieszenia procesu przywrócenia ich działania. W elektroenergetycznych liniach kablowych wciąż istotnym zagadnieniem jest diagnostyka oraz lokalizacja miejsca uszkodzenia. Badania diagnostyczne pozwalają wyeliminować uszkodzenia, które powstały podczas transportu, określić potencjalne uszkodzenia mechaniczne i błędy montażowe oraz uzyskać informacje na temat aktualnego stanu technicznego linii kablowej. Przesyłowe linie kablowe wysokich i najwyższych napięć stają się coraz dłuższe i instalowane są niejednokrotnie w niedostępnych miejscach i dlatego każda, zdalna metoda identyfikacji miejsca ich uszkodzenia jest bardzo cenna. Obecnie nie ma pełnej wiedzy na temat takich kwestii jak: procesy degradacyjne materiału izolacyjnego kabli elektroenergetycznych, niezawodności ich działania czy też określonego czasu utrzymania sprawności albo konieczności wymiany kabli. W związku z tym dokładna wiedza na temat bieżącego stanu technicznego kabli elektroenergetycznych oraz opracowanie nowych metod pozwalających prowadzić badania diagnostyczne kabli elektroenergetycznych jest bardzo istotna. Rozpatrując lokalizację uszkodzeń w elektroenergetycznych liniach kablowych należy zaznaczyć, że każdy rodzaj uszkodzenia ma swoją specyfikę i wymaga odrębnej analizy. Metoda postępowania powinna być optymalna co do zastosowanych środków technicznych, czasu trwania jak i kosztów. Zmniejszenie czasu identyfikacji miejsca uszkodzenia, ma duże znaczenie naukowe, techniczne jak również ekonomiczne. Współcześnie do lokalizacji miejsca uszkodzenia stosuje się generatory udarów, wskaźniki uszkodzeń, radary, detektory akustyczne oraz indukcyjne jak również połączenie tych środków. W nowoczesnych przyrządach używana jest metoda radaru z wykorzystaniem reflektometru TDR oraz metoda stanów nieustalonych. W praktyce dokładne miejsce lokalizacji awarii odbywa się najczęściej techniką akustyczną. Mimo istniejących najnowszej generacji zautomatyzowanych urządzeń do lokalizacji uszkodzeń w liniach kablowych, w dalszym ciągu lokalizacja jest sztuką i techniką. Nadal wymaga się od personelu wykonującego czynności lokalizacyjne dużej wiedzy i doświadczenia, ponieważ każdy rodzaj uszkodzenia wymaga indywidualnej interpretacji i wyboru optymalnej procedury, a także metod pomiarowych oraz aparatury i wyposażenia.

Lokalizacja miejsca uszkodzenia lub osłabienia izolacji poprzecznej kabla współosiowego, według wynalazku, jest możliwa przez pomiar impedancji wejściowych na początku i na końcu kabla w stanie jego rozwarcia na drugim końcu kabla z odpowiednio dobranymi częstotliwościami sinusoidalnego sygnału wejściowego.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Sposób według wynalazku, precyzyjniej określa odległość do miejsca uszkodzenia niż metoda reflektometru. Stosuje się popularne urządzenia pomiarowe oraz nie wymaga ona interpretacji graficznej i nie potrzebuje urządzeń wspomagających (generator udaru, urządzenie dopalające) w celu zlokalizowania uszkodzenia, dzięki czemu metoda ta jest bardziej ekonomiczna i łatwiejsza w realizacji niż metoda reflektometru.

Metoda pozwala na zlokalizowanie miejsca uszkodzenia, znajdującego się blisko jednego z końców kabla, co w przypadku reflektometru jest bardzo trudne.
Lokalizacja miejsca uszkodzenia oraz wyznaczenie jego wartości poprzez pomiar impedancji wejściowej na początku i na końcu kabla w stanie rozwarcia na drugim końcu kabla nie wymaga obciążania go impedancją charakterystyczną, jak to ma to miejsce w niektórych metodach lokalizacji. Metoda pozwala na wyznaczenie odległości do miejsca uszkodzenia z dokładnością do 2 metrów przy długości kabla 76 metrów.

Potencjał komercjalizacji

1. Lokalizacja uszkodzeń poprzecznych w elektroenergetycznych kablach współosiowych oraz liniach telekomunikacyjnych.
2. Zastosowanie w badaniach diagnostycznych przy ocenie stanu izolacji kabla.
3. Pomiar impedancji wejściowej uwzględnia wpływ zjawiska naskórkowości i zbliżenia na impedancję wejściową kabla i w związku z tym na jego parametry jednostkowe i falowe.
4. Monitoring na zasilaniach kablowych w przypadku np. linii kablowych czasowo wyłączonych z eksploatacji oraz ich wstępną ocenę w przypadku ponownego wykorzystania jako linie zasilające.