cjelina_5_-_odredjivanje_mjesta_kvara_u_kabelima_i_vodovima

Određivanje mjesta kvara u kabelima i vodovima

Zavod za osnove elektrotehnike i električka mjerenjaZavod za visoki napon i energetikuPrimarni elektromagnetski laboratorijLaboratorij za visoki napon

Ak. god.: 2011/2012

Fakultet elektrotehnike i računarstva Elektrotehnički sustavi i tehnologija

Doc.dr.sc. Ivan Leniček

Elektrotehnička mjerenja 2


Uvod

Metode koje služe za određivanje mjesta kvara na kabelima i vodovima imaju veliko praktično značenje.

Kvarovi na kabelima i vodovima nastaju zbog izvedbenih nedostataka, oštećenja pri polaganju i kasnije tijekom rada zbog prenapona, pregrijavanja, utjecaja korozije itd.Pojavljuju se tri vrste kvarova: dodir vodiča sa zemljom (dozemni spoj), dodir između dva vodiča (kratki spoj) i prekid vodiča.

Vrsta kvara provjerava se omometrom, odn. megaommetrom:a) Dodir vodiča sa zemljom, odn. vodljvim oklopom kabela, provjerava se omometrom tako

da se mjeri otpor između svakog vodiča i zemlje (oklopa). Pritom je drugi kraj voda (kabela) otvoren. Vodič koji ima mali otpor prema zemlji (oklopu) u spoju je sa zemljom.

b) Dodir između dva vodiča provjerava se mjerenjem otpora između vodiča. Pritom je drugi kraj voda (kabela) otvoren. Ako je otpor između dva vodiča malen, onda između njih postoji dodir (kratki spoj).

c) Prekid vodiča utvrđuje se mjerenjem otpora između zemlje (oklopa) i pojedinog vodiča, pri čemu krajevi svih vodiča moraju biti kratko spojeni i uzemljeni (spojeni s oklopom). Veliki izmjereni otpor označava prekid dotičnog vodiča.



Metode za određivanje mjesta kvara

Određivanje mjesta dozemnog spoja i kratkog spoja vodiča

Murayeva metoda

Dvije izvedbe ove metode: s jednim i s dva pomoćna vodiča.

Izvedba s jednim pomoćnim vodičem:Služi za određivanje mjesta kvara na kabelimavelikog otpora (vodiči manjeg presjeka).Potreban je jedan ispravan pomoćni vodič izmeđujednog i drugog kraja istog kabela.Metoda rabi načelo Wheatstoneovog mosta, pri čemuse kod dozemnog spoja most napaja strujom prekouzemljenog oklopa, a kod kratkog se spoja dovodi jednim vodičem u kratkom spoju.Za uravnoteženi most vrijedi:

Ako je ℓ ukupna duljina vodiča, i k otpor vodiča pojedinici duljine, tada uz RX = k ℓX, Rp = k ℓ i R2 = k(ℓ - ℓX):

( )2p1

3X RR

RRR +=

31

3X 2

RRR+

= ll

Određivanje dozemnog spoj vodiča

Određivanje kratkog spoj vodiča



Izvedba s dva pomoćna vodiča:

Služi za određivanje mjesta kvara na kabelimamalog otpora (npr. elektroenergetski kabeli).Pomoćnim vodičem izbjegava se utjecaj prijelaznihotpora kontakata na spojnim mjestima.U stanju ravnoteže vrijedi:

Obično je R1>>Rp1, pa se otpor pomoćnog vodičamože u nazivniku zanemariti.

Prijelazni otpor RK na mjestu kvara u nijednoj izvedbine utječe na rezultat, jer se nalazi izvan mosta koji seuravnotežava.

Potrebno je poznavati ukupnu duljinu vodiča.

p1

32X RR

RRR+

=

p131

3X RRR

R++

= ll



Varleyeva metoda

Koristi se za određivanje mjesta kvara velikog otpora.U spoju s jednim pomoćnim vodičem, za uravnoteženimost vrijedi:

Uz R1 = R3 , ℓ - ukupnu duljinu vodiča i k - otporvodiča po jedinici duljine, dobiva se udaljenostmjesta kvara:

Sa stajališta nesigurnosti mjerenja, ova metoda dajezadovoljavajuće rezultate i kad su kvarovi posve blizumjesta mjerenja.

( ) 42p1

3X RRR

RRR −+=

2

2 4

Xk

R−

=l

l



Heinzelmannova metoda

Koristi se za pronalaženje kvarova kabela velikog otpora.

Potrebna su dva pomoćna vodiča i dva mjerenja, ali zato nije potrebno poznavati otpor pomoćnih vodiča.Preklopka P u položaju 1, ravnoteža mosta:

Preklopka P u položaju 2, drugu i četvrtu granu tvore prvi pomoćni vodič i vodič u kvaru. Ravnoteža daje:

Ako je R1+R3 = R1’+R3’, te uz RX=k ℓX i R2=k(ℓ - ℓX),slijedi:

Određivanje dozemnog spoj vodiča

Određivanje kratkog spoj vodiča

X

p1

RRR

RR 2

3

1 +=

X

p1

''

RRR

RR

+=

23

1

33

32

RRRRR−

='X ll

'X3

3

RR

=



Određivanje mjesta prekida u kabelu

Mjesto prekida u kabelu može se odrediti mjerenjem kapaciteta između vodiča u prekidu i oklopa obaju odvojenih dijelova kabela.

U tu se svrhu mogu upotrijebiti raznemetode za mjerenje kapaciteta.Usporedba kapaciteta C1 i C2, kojiodgovaraju odvojenim dijelovima kabela,može se obaviti izmjeničnom strujompomoću mosnog spoja.U položaju ravnoteže vrijedi:

Kako je C1=k ℓX i C2=k(2ℓ - ℓX), slijedi:

23

11 C

RRC =

31

12RR

R+

= ll X



Metode reflektiranja impulsa (TDR - time domain reflektometri)

Služe za određivanje sve tri vrste kvarova na kabelima i vodovima.Osnivaju se na mjerenju vremena potrebnog da putujući val prevali udaljenost od mjernog mjesta do mjesta oštećenja.Ako se kratkotrajni impuls pošalje s mjernog mjesta u ispitivani vod, onda će na mjestu oštećenja zbog nagle promjene impedancije doći do njegovog jačeg ili slabijeg reflektiranja.

Na osnovi vremena od polaska impulsa s mjernogmjesta do povratka reflektiranog impulsa može seodrediti udaljenost mjesta oštećenja.Kada mjesto oštećenja ima veću impedanciju odvalnog otpora voda (prekid voda), impuls sereflektira bez promjene predznaka.Pri kratkom spoju voda reflektirani impuls imaprotivan predznak.

a) priključena impedancija na kraju voda jednaka je njegovoj valnoj impedanciji

b) impedancija na mjestu kvara manja je od valne impedancije voda (kratki spoj)

c) impedancija na mjestu kvara veća je od valne impedancije voda (prekid)



Ako su poznati duljina voda ℓ, i vremena t1 i t2 od polaska impulsa do povratka reflektiranih impulsa s oštećenog mjesta i kraja ispravnog vodiča, udaljenost ℓX do oštećenog mjesta se određuje kao:

U ovom postupku nije potrebno poznavati brzinu rasprostiranja impulsa.Ako je poznata brzina rasprostiranja impulsa

gdje su c brzina svjetlosti u vakuumu i ε’ relativna dielektrička konstanta izolacije voda, onda se udaljenost do oštećenog mjesta određuje iz izraza:

Brzinu rasprostiranja potrebno je prethodno odrediti na zdravom vodiču, jer se dielektrička konstanta izolacije kabela mijenja starenjem, a ovisi i o temperaturi.

ll2

1

tt

=X

'εcv =

150 tv ,X =l



Metoda stojnih valova

Također služi za određivanje sve tri vrste kvarova na vodovima.

Iz oscilatora (frek. od 30 kHz do 10 MHz) dovodi seizmjenični napon u ispitivani vod.Napon se duž voda rasprostire u obliku EM valai više ili manje reflektira na mjestu oštećenja.Pri određenoj frekvenciji f1 nastaje stojni valkoji se registrira na osnovi maksimalnog otklonavoltmetra priključenog na ulazu u ispitivani vod.Udaljenost do mjesta oštećenja:

v – brzina rasprostiranja EM vala duž voda

Stojni val se ponavlja pri frekvencijama f2, f3 itd. kojesu n-ti višekratnici frekvencije f1, pa uz f2 – f1 = Δf slijedi:

12fv

=Xl

nX f

nv2

=lf

v2Δ

, X =l



Zadatak iznenađenja:

Zbog proboja izolatora na nosivom stupu kontaktne mreže elektrovuče došlo je do dozemnog spoja visokonaponskog voda s uzemljenim stupom. Prethodno je mjerenjem ustanovljeno da otpor štapastog uzemljenja nosivog stupa kod mjesta proboja iznosi 5 Ω, a izvodnica potencijalnog lijevka uzemljivača slijedi funkciju 25UZ/(d+25). Koliki je napon dodira uzemljenog nosača, ako kontaktna mreža dozvoljava najveću struju kratkog spoja od 800 A?(UZ – potencijal uzemljenog nosača u V, d – udaljenost od nosača u m)

cjelina_5_-_odredjivanje_mjesta_kvara_u_kabelima_i_vodovima

Documents