Неисправность кабельной оболочки: причины, опасности, методы обнаружения и решения

Неисправность кабельной оболочки: причины, опасности, методы обнаружения и решения

Введение

В современных энергетических системах кабели служат основой передачи энергии: от городских распределительных сетей до промышленных парков, от возобновляемых источников энергии до железнодорожных систем.применения кабеля продолжают расширяться в различных сценарияхСогласно статистике Государственной сетевой корпорации, к концу 2025 года общая длина линий электропередач мощностью 10 кВ и выше в Китае превысила 1,5 миллиона километров.По мере того как кабели стареют и рабочая среда становится все более сложнойВ связи с этим, как отмечается в докладе, неисправности кабельной оболочки стали критическим фактором, влияющим на надежность питания.

Часто забываемая реальность заключается в том, что большинство сбоев в изоляции кабеля связано с повреждением оболочки.Как только нарушается, влага, химические вещества и микроорганизмы проникают внутрь кабеля, постепенно разрушая металлический щит и основные изоляционные слои,в конечном итоге приводит к нарушениям наземного действия или фазовым коротким замыканиямСогласно данным Китайского исследовательского института электрической энергетики, примерно 42% неисправностей распределительных кабелей 10 кВ-35 кВ напрямую связаны с повреждением оболочки.

Эта статья представляет собой систематический инженерный анализ причин неисправности кабельной оболочки, опасностей, методов обнаружения и превентивных стратегий,оснащение персонала по техническому обслуживанию энергосистемы всеобъемлющей базой знаний по управлению состоянием здоровья оболочки.

Часть I. Понимание кабельного покрытия

1.1 Основное кабельное строительство

В качестве примера используем общий YJV22 10 кВ XLPE-изолированный кабель питания, структура которого состоит из:

• Кондуктор: Медное или алюминиевое ядро, отвечающее за передачу тока
• Щит проводника: полупроводниковый слой, унифицирующий распределение электрического поля
• Главная изоляция: полиэтилен с перекрестным соединением (XLPE), выдерживает рабочее напряжение
• Изоляционный щит: Полупроводящий слой, работающий в сочетании с металлическим щитом
• Металлический щит: Медная лента или проволочная черепица, переносит ток короткого замыкания и образует цепь заземления
• Внутренняя оболочка: Защищает металлический щит
• Оружейный слой: стальная лента или проволока, обеспечивает механическую защиту
• Внешняя оболочка: Внешний слой, защищающий весь кабель от внешних экологических опасностей

1.2 Основные функции внешней оболочки

Внешняя оболочка служит защитной оболочкой кабеля, выполняя три основных функции:

Механическая защита: Защита от износа во время установки, сжатия камнями из заднего слоя и нагрузки на почву во время эксплуатации.Кабель без нетронутой оболочки подвергает металлический щит и бронежилеты прямое воздействие подпольной коррозионной среды..

Водостойкость и барьер против влагиВ то время как изоляционный материал XLPE по своей сути имеет очень низкую водопоглощающую способность, как только влага попадает в кабель через поврежденную оболочку, она не может выходить из кабеля.может образовывать водяные деревья внутри изоляционного слоя, постепенно уменьшая диэлектрическую прочность.

Химическая изоляция: предотвращает прямой контакт кислотных, щелочных и солевых веществ в почве с металлическим щитом и слоями брони.Эта функция особенно важна в районах с высоким уровнем грунтовых вод или значительным загрязнением почвы..

1.3 Общие материалы оболочки

Часть II: Основные причины неисправностей кабельной оболочки

Недостатки оболочки редко возникают из-за одного фактора. Они обычно возникают в результате кумулятивного взаимодействия нескольких механизмов в течение длительного периода.Основные причины могут быть классифицированы следующим образом::

2.1 Механические повреждения (приблизительно в 35% случаев)

Механические повреждения остаются основной причиной неисправностей оболочки.

Повреждения во время установки: чрезмерное тяговое напряжение, радиус изгиба ниже минимальных спецификаций или трение с отверстиями трубопроводов и краями опорных кронштейнов могут привести к поломке или разрыву оболочки.Во время строительства метро в столице провинции, 2,3-километровый участок кабеля 110 кВ прошел испытания изоляции оболочки после укладки и выявил три точки повреждения,все продемонстрированы при контакте с острыми краями подвесных кабелей во время тяги.

Ущерб, нанесенный строительством третьей стороной: Общинные дорожные работы, модификация газопроводов, установка телекоммуникационных линий,и другие строительные мероприятия третьих сторон являются основной причиной повреждения обшивки городского распределительного кабеля.Сила удара из ведра экскаватора намного превышает механическую стойкость оболочки.

Давление на почву и осаждение: В мягких почвах или местах заполнения неравномерное осаждение почвы создает локальное изгибающее напряжение на кабелях, которое может вызвать трещины оболочки при длительной нагрузке.Эффекты концентрации напряжения особенно выражены в местах, где кабели пересекают различные геологические интерфейсы, например, переход от мягкой почвы к горным слоям.

2.2 Факторы окружающей среды (приблизительно 28% случаев)

Ультрафиолетовая деградация: Для проб кабелей, подвергающихся воздействию на поверхность поверхности на наружных конечных участках, ультрафиолетовое излучение ускоряет старение оболочки ПВХ, вызывая ее ломкость и трещины.длительное воздействие ультрафиолетового излучения достаточно для образования поверхностных микротрещин..

Тепловой циклВ северных регионах зимние температуры могут опускаться до -30°C, а в северных регионах - до -30°C.в какой момент некоторые материалы из ПВХ приближаются к своей точке хрупкости и становятся очень восприимчивыми к трещинам при механическом напряжении.

Вхождение влаги и образование водных деревьевКогда уровень грунтовых вод колеблется, дифференциальные давления проталкивают влагу через микроскопические дефекты оболочки к внутренней части кабеля.Водные деревья – дендритные микроканалы – постепенно формируются под влиянием электрического поля., серьезно снижая диэлектрическую прочность.

2.3 Химическая коррозия (приблизительно в 20% случаев)

Химическая среда почвы: Кислотные почвы (pH < 5), солено-щелочные районы и промышленно загрязненные почвы содержат высокие концентрации коррозионных ионов (Cl, SO),которые ускоряют старение и деградацию PE/PVC материалов.

Коррозия от блуждающего тока: Рядом с системами метро и линиями электропередач постоянного тока, блуждающие токи проникают в металлический щит подземных кабелей и выходят в дефектах оболочки, создавая электрохимическую коррозию в точках выхода.Этот механизм коррозии происходит значительно быстрее, чем естественная коррозия, иногда вызывая серьезное повреждение металлического щита в течение нескольких недель.

2.4 Факторы установки и эксплуатации (приблизительно 17% случаев)

Плохое качество заправки: материалы для заполнения, содержащие острые камни или строительные мусорные отходы, или отказ от установки установленного защитного слоя тонкого песка вокруг кабелей.Во время расследования неисправности в промышленном парке в Шанхае, обшивка в точке разлома была пробита куском бетонных обломков с острым краем,который был смешан с заправкой и постепенно усугублял повреждения в течение трех лет эксплуатации.

Долгосрочное старениеВ прибрежных районах с высокой температурой, высокой влажностью воздуха и высокой температурой воздуха, при этом, в зависимости от условий эксплуатации, кабельное оборудование может перестать работать.и высокий солевой спрей, эффективный срок службы оболочки может быть сокращен до 15-20 лет.

Часть III: Опасность неисправностей кабельной оболочки

Повреждение оболочки может показаться поверхностным, но это вызывает цепную реакцию, которая угрожает всей системе кабелей:

Попадание влаги приводит к снижению изоляцииПосле прорыва обшивки влага сначала соприкасается с металлическим щитом, затем распространяется вдоль кабеля.Водные деревья формируются под электрическим полем, что приводит к снижению сопротивления изоляции.Экспериментальные данные показывают, что кабель XLPE, содержащий через-водяные деревья, может испытывать снижение напряжения разрыва частоты питания с четырехкратного номинального значения до ниже 1.5 раз.

Коррозия металлического щита приводит к отказу системы заземления: Медная экранизация подвергается электрохимической коррозии в влажной и коррозионной среде.В тяжелых случаях может произойти разрыв щита.В таких условиях однофазный отказ от заземления не может быть устранен вовремя.

Частичный разряд, ведущий к повреждению изоляции: Продукты коррозии меди (вигрис, оксиды меди) в точках повреждения оболочки образуют полупроводящие слои, которые искажают местное распределение электрического поля и вызывают поверхностный разряд.Устойчивое частичное сброс постепенно разрушает основную изоляцию, в конечном итоге вызывая диэлектрический сбой.

Сокращение срока службы кабеля: Кабель с нетронутой оболочкой может достичь 30-летнего срока службы. Однако, если повреждение оболочки не устраняется, эффективный срок службы может сократиться до 8-12 лет.С точки зрения управления активами, это означает увеличение инвестиционных потребностей в два раза.

Часть IV: Как обнаружить дефекты кабельной оболочки?

4.1 Традиционные методы обнаружения

Визуальный осмотр: применяется только в доступных областях, таких как конечные точки и соединения кабелей.и склонны к пропущенным выявлениям.

Испытание устойчивости к изоляции: Мегаомметр используется для измерения сопротивления изоляции между металлическим щитом и землей.Согласно DL/T 596-2021 "Кодекс профилактических испытаний электрического оборудования"," сопротивление изоляции кабельной оболочки не должно падать ниже 0,5 М/км. Хотя этот метод может определить наличие повреждения оболочки, он не может определить положение повреждения.

Испытания на земле: Измеряет сопротивление заземления металлического щита кабеля для оценки целостности системы заземления.

4.2 Профессиональные методы обнаружения

Дисплик выдерживает испытание напряжения: Применяет высокое напряжение постоянного тока (обычно 5-10 кВ) на оболочку кабеля при мониторинге течения утечки.Это указывает на наличие недостатков изоляции оболочки.Этот метод может быть объединен с локатором неисправностей оболочки для достижения интегрированного обнаружения и локализации.

Метод ступенчатого напряженияВ точке разлома в землю впадает ток, образуя потенциальный градиент, сосредоточенный на месте разлома.Использование A-Фремы и приемника для обнаружения вдоль пути кабеля, индикация потенциальной разницы переворачивает полярность, когда оператор пересекает непосредственно над точкой отказа.

Способ определения местоположения аудиосигнала: между оболочкой кабеля и заземлением вводится звуковой сигнал определенной частоты.Зонд высокой чувствительности обнаруживает силы и изменения направления сигнала на уровне землиПоложение с самым сильным сигналом указывает на точку отказа.

4.3 Точное расположение против грубой оценки

Простой тест на сопротивление изоляции может показать только, что повреждение оболочки существует, а не где находится повреждение. blind excavation to locate the fault is not only prohibitively expensive—urban road excavation costs can reach tens of thousands of RMB per occurrence—but may also cause traffic disruption and damage to adjacent municipal utilities.

Ценность точной локализации заключается в том, чтобы сузить объем раскопок с сотен метров до 0,5 м, сократить время ремонта с дней до часов и снизить затраты на ремонт более чем на 80%.

Часть V: Принципы работы оборудования для обнаружения неисправностей кабельной оболочки

В качестве примера можно привести современные основополагающие системы локализации неисправностей в оболочке на основе ступенчатого напряжения. Операционный процесс можно разделить на четыре фазы:

5.1 Производство сигнала

Генератор сигнала (обычно интегрированный в высоковольтный импульсный источник питания) вводит низкочастотный импульсный сигнал напряжения между металлическим щитом кабеля и заземлением.Частота сигнала обычно составляет от 0.1-10 Гц, с амплитудой напряжения, регулируемой от 0 до 15 кВ в зависимости от тяжести повреждения оболочки.Выбор низкочастотного сигнала обеспечивает проникновение через более толстые слои почвы, избегая ненужного электрического напряжения на главную изоляционную систему кабеля.

5.2 Путь тока разлома

Сигнальный ток проходит вдоль металлического экрана кабеля.делая сигнал практически незаметным на уровне землиКогда ток достигает точки прорыва, часть тока проникает через повреждение в окружающую почву, образуя поле тока, которое излучается наружу от точки разлома.

5.3 Потенциальные изменения поверхности

Ток, выходящий в точке разлома, создает градиент напряжения в земле. Чем ближе к точке разлома, тем больше потенциальный градиент.Эта физическая характеристика составляет основную основу методологии расположения ступенчатого напряжения, измеряя разницу потенциала между двумя точками на поверхности земли., направление точки отказа может быть определено.

5.4 Процесс приема и определения местоположения

Оператор несет приемник и A-Frame вдоль кабельного пути.и приемник отображает величину и направление потенциальной разницы в реальном времени.

Типичный процесс определения местоположения происходит следующим образом: оператор начинает обнаружение примерно в 15 м от точки отказа, на этапе которого приемник отображает слабую положительную разницу потенциала.По мере приближения оператора к точке отказаПри пересечении А-Фремы прямо над точкой отказа направление потенциальной разницы переворачивается, при этом значение резко меняется.Неоднократно перемещая A-Фрему вперед и назад, оператор может определить местоположение неисправности с точностью до 0,5 м.

Инженерное исследованиеВ 2024 году провинциальная электроэнергетическая компания исследовала сбой обшивки на городском кабеле распределения 35 кВ (YJV32-26/35 кВ, длина 3,8 км).сопротивление изоляции оболочки измерено только 0Используя детектор повреждений кабельной оболочки для обследования всего кабельного пути, команда определила точку повреждения кабельной оболочки в 1.7 км от кабельного терминала примерно в 2 кмПроверка раскопок показала, что кусок арматуры, оставленный во время строительства, пробил оболочку, с видимой локальной коррозией, уже присутствующей на металлическом щите.Весь процессЕсли бы были использованы обычные методы секционных раскопок, то, по оценкам, потребовалось бы 2-3 дня.

Часть VI: Как предотвратить дефекты кабельной оболочки?

Стандартизированные методы установки: Установка и установка кабеля являются первой линией защиты для защиты оболочки. Следующие меры должны строго применяться:тяговое напряжение не должно превышать номинальное значение кабеля, радиусы изгиба должны соответствовать или превышать стандартные спецификации, отверстия трубопроводов должны быть оснащены защитными рукавами, заполнение должно быть свободным от острых камней,и 10 см тонкий песок защитный слой должен быть установлен вокруг кабеля.

Испытания после установки: После прокладки кабеля, но до заполнения, необходимо провести испытание напряжения постоянного тока и измерение сопротивления изоляции оболочки.Это последняя возможность обнаружить повреждения, связанные с установкой..

Периодическое тестирование и оценка состояния: для кабелей, находящихся в эксплуатации, испытание изоляции оболочки рекомендуется проводить каждые 3-5 лет.интервал испытаний должен быть сокращен до 1-2 лет..

Создание медицинских записей по кабельным каналам: Внедрить документацию по управлению полным жизненным циклом для каждого кабеля, записывая даты установки, маршруты маршрутов, исторические данные испытаний и записи ремонта.Анализ данных позволяет определить тенденции старения оболочки, что позволяет активно планировать замену или ремонт.

Часть VII: Профессиональное оборудование для обнаружения в области управления охраной здоровья

Точное расположение ошибок кабельной оболочки зависит в основном от специализированного оборудования для обнаружения.эти инструменты отвечают следующим основным требованиям::

Сценарии применения: Подходит для установки изоляции на кабелях 10 кВ-220 кВ, включая прямую закладку, канал, канальный траншею, туннель и другие конфигурации установки.

Основная функциональность: Интегрируя методы ступенчатого напряжения и звукового сигнала, эти устройства могут определить, существует ли повреждение оболочки, и точно указать географическое местоположение нарушения.Некоторые модели также имеют возможность отслеживания маршрута, что позволяет одновременно отображать маршруты кабелей.

Технические преимущества: Точность позиционирования обычно в пределах 0,5 м, минимизируя ненужные раскопки.Работа одного оператора, способного завершить обследование типичного городского распределительного кабеля в течение 2-4 часовРабота с сенсорным экраном с накоплением волнообразной информации облегчает документацию на месте и последующий анализ.

Улучшение эффективности: В практических инженерных приложениях использование локаторов неисправностей в оболочке может сократить время поиска неисправностей более чем на 70%.Статистические данные одной электросетевой компании показывают, что после внедрения высокоточного оборудования, среднее количество раскопок на один ремонт неисправности оболочки уменьшилось с 3,2 до 1.1, и среднее время ремонта было сокращено с 14 до 4,5 часов, что значительно сократило продолжительность отключения и эксплуатационные затраты.

Заключение

Обложка кабеля может показаться самым незаметным слоем в кабельной конструкции, но она несет критическую ответственность за защиту всего кабеля от внешних опасностей.Целостность оболочки напрямую определяет срок службы кабеля и надежность питанияПоскольку энергетические системы продвигаются к интеллектуальной и цифровой трансформации, философия профилактического обслуживания должна быть твердо принята.и своевременный ремонт всегда более экономичны, эффективным и безопасным, чем реактивная аварийная реакция после возникновения неисправности.

Для каждого инженера по техническому обслуживанию кабелей, владеющего технологией обнаружения неисправностей оболочки, эффективно использующего профессиональное испытательное оборудование,и создание научной системы управления состоянием здоровья кабелей являются прочной основой для обеспечения безопасной и стабильной работы электросетей.

Эта статья предназначена для специалистов в электроэнергетической отрасли и направлена на распространение инженерных и технических знаний в области испытаний и технического обслуживания кабелей.Приведенные здесь технические параметры и инженерные случаи получены из общедоступных стандартов энергетической отрасли и фактического опыта эксплуатации..