Как определить емкостной ток кабеля

В 3-х фазной питающей сети, работающей по схеме с так называемой «изолированной» нейтралью, о замыкании фазы на землю можно судить по показаниям подключённого к ней индикаторного прибора (вольтметра). Для организации таких измерений его контрольные щупы подсоединяются к контактам вторичной обмотки измерительного трансформатора типа НТМИ, способного выдерживать длительные перенапряжения.

При непосредственном или прямом замыкании проводника на землю обмотка измерительного трансформатора накоротко замкнута, а показания соответствующего ей вольтметра будут нулевыми.

Одновременно с этим суммарный магнитный поток (индукция) в двух других обмотках НТМИ увеличится в √3 раз, а соответствующими вольтметрами вместо фазного измеряется линейное напряжение.

В случае практического измерения емкостного тока замыкания на землю используют метод «подбора». Его суть заключается в умышленных смещениях нейтрали (подача переменного напряжения в нейтраль) и измерении возникающих при этом токах.

Метод применяется только в сухую погоду к сетям не более 10 кВ. Проводить замеры тока замыкания на землю могут те работники, которые получили допуск.

Расчетный ток замыкания на землю определяется как геометрическая сумма его емкостных составляющих во всех рабочих жилах согласно следующей формуле:

С ростом протяжённости сети её емкость, естественно, возрастает и, согласно формуле, увеличивается аварийный ток утечки. Одновременно с этим в соответствии с требованиями ПУЭ величина тока в цепи не должна превышать следующих значений:

Для выполнения указанного требования в 3-х фазных питающих цепях должна быть принудительно организована компенсация емкостного тока замыкания на землю.

Как определить емкостной ток кабеля

В связи измерение ёмкости относится к измерениям постоянным током. У меня всегда это обстоятельство вызывало улыбку. Всё-таки радиотехническое образование мешает понять, как связисты заставили течь постоянный ток через конденсатор, который такой ток пропускать не должен вовсе. В некоторых книгах описан баллистический метод. По сути это тот же метод, что используется для проверки конденсаторов обычным тестером. По скачку стрелки в момент переключения конденсатора судят о его ёмкости.

На практике все приборы, специально предназначенные для измерения ёмкости, используют генераторы переменного тока. В старых ПКП использовалось специальное реле, которое при включении издавало характерный писк. Сейчас приборы уже не «писчат», вместо реле используются полупроводниковые схемы. Но ток на выходе прибора всё-таки переменный.

Чтобы лучше понять суть измерений полезно вспомнить о физике и конденсаторе.

Чем больше площадь пластин S тем больше ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами, тем ёмкость меньше. Имеет значение так же то, что находится между пластинами и температура этого диэлектрика, но сползать дальше в физику не буду (читайте классиков).

В кабеле такими пластинами являются жилы кабеля. Чем они длиннее, тем больше площадь S и, соответственно ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами d, тем ёмкость меньше.

Если мерить этот параметр между жилами многопарного кабеля максимальные значения будут между жилами правильно скрученных пар, ведь они всю длину идут вместе. Эту особенность можно использовать для поиска «разнопарки» или разбитости пар. (Измерения переменным током)

Официально учитывается рабочая ёмкость и ёмкость к земле. Причём нормируется только рабочая ёмкость (измеряется между жилами пары). Для протокола заносится ещё и ёмкость к земле т.е. ёмкость между жилой и экраном. Норм на второй параметр не встречал, но как правило она на 40-50% больше рабочей. (Экран кабеля при этом измерении должен быть заземлён)

Поиск обрывов жил кабеля

Поиск повреждений. С помощью измерения ёмкости довольно неплохо ищутся обрывы. Действительно, если целая пара 78 нФ, а обрывная 16 нФ можно просто разделить второе на первое получим 0,205 или 20,5% от длины целой пары.

В новых приборах есть функции расчёта длины по типу кабеля и мостовая схема сравнения. Так что ответ они выдают сразу в метрах. Казалось бы, только отмеряй, но. Погрешность измерения по ёмкости намного больше измерений по шлейфу и всё это работает при хорошей изоляции измеряемого кабеля.

Меня жизнь научила подходить к этому методу очень осторожно. В поисках обрывов лучше использовать импульсный метод т.е. рефлектометр.

Тем, у кого только ПКП могут посетить эту страницу с методикой работы с ПКП-5

Поиск разбитости пар (разнопарки)

Разбитость, разнопарка, место перепутывания жил. Поиск места разбитости пар измерением ёмкости.

Разбивка пар, разнопарка, битость пар, прослушка. Пониженное переходное затухание. Это ещё один тип повреждений, который можно искать измерением ёмкости. Для поиска места, где спайщики «начудили» с муфтой, а именно оттуда берётся это повреждение, придётся ввести ещё один параметр: ёмкость искусственно разбитой пары. Мерится она так же, как и рабочая ёмкость только жилы берутся от разных пар.

Рабочая ёмкость правильно скрученной пары всегда больше ёмкости искусственно разбитой. Неудивительно, ведь жилы в паре идут всю длину вплотную друг к другу, величина d из рисунка минимальна, значит, ёмкость максимальна.

1. Мерим рабочую ёмкость хорошей пары этого кабеля. Предположим 81 нФ. Обозначу С_норм.

2. Мерим ёмкость искусственно битой, пары. Причём лучше не одной, а нескольких с усреднением. Предположим получилось 62 нФ. Обозначим С_бит.

3. Мерим рабочую ёмкость повреждённой пары. Пускай она будет 70 нФ (у разбитой пары она всегда меньше). И назовётся С_повр.

4. Далее формула:

Этот же метод заложен в некоторых ИРК-ПРО. Довольно большая погрешность и хорош если точно известны все муфты. Часть инструкции к ИРК-ПРО Альфа от «Связьприбор»

РАЗБИТОСТЬ ПАР

Расстояние до разбитости пары (перепутывания жил) проводится стандартным методом сравнения емкостей.
Только для кабеля без вставок!

В режиме ЕМКОСТЬ в Меню 1 выберите пункт — [ОК]. Подключите жилы к входам А, В, С согласно приведенной схеме (неверное соединение даст некорректный результат). Подключив перепутанные провода, нажмите [ОК] и считайте результат с экрана прибора. Примечание: сравнение пар/жил кабеля ВЫКЛЮЧЕНО

Лично я всё же предпочитаю рефлектометр, получается точнее.

Расчет емкостного тока замыкания на землю кабельной линии

Для определения емкостного тока замыкания наземлю кабельной линии необходимо знать значение емкости жилы кабеляотносительно его оболочки С0

Частичные емкости трехжильных кабелей с поясной изоляцией

С12=С13=С23 – емкости между жилами (фазами)

С0 –емкость жилы на оболочку

Согласно [1] емкость жилы кабеля относительно оболочки С0 характеризует работу трехфазной кабельной линии при замыкании на землю и служит для подсчета емкостного тока замыкания на землю.

Емкостной ток замыкания на землю кабельнойлинии определяется по формуле [1, 2]:

Iз = 3 · ω · Uф · С0 · 10-3, А/км

где: ω = 2 · π · f – угловая частота напряжения сети, с-1 (при частоте сети f=50 Гц, ω=314);
С0 — емкость жилы кабеля относительно оболочки, приводится в справочных данных завода-изготовителя кабельной продукции, мкФ/км.
Uф – фазное напряжение сети, кВ.

Испытания кабельных изделий

Виды испытаний кабельных изделий, проводимые на заводе «Энергокабель»

Испытания кабельных изделий разделяются на два основных вида: контрольные (приемо-сдаточные испытания) и типовые. Контрольным испытаниям подвергается каждая строительная длина кабеля. Таким образом проверяется отсутствие в кабелях тех или иных дефектов, которые могли возникнуть при их изготовлении.

Типовые испытания производятся на коротких отрезках кабеля, причем в этом случае кабельные изделия подвергаются более расширенным испытаниям, чем при контрольных испытаниях.

Обмоточные, монтажные провода и другие кабельные изделия, которые подвергать отдельным испытаниям по всей длине практически невозможно, контролируются выборочно путем отбора определенной части изделий или отрезков их определенной длины для установленных испытаний.

В целях повышения надежности качества кабельных изделий, в особенности тех, которые нельзя испытать по всей длине, в отдельных случаях устанавливаются определенные технологические критерии и показатели, выполнение которых с высокой степенью достоверности может гарантировать и качество изготовляемых изделий.

Основными документами, в которых приводятся технические требования к кабельным изделиям, в России являются государственные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ) и технические условия (ТУ).

В настоящее время ГОСТ, ОСТ и ТУ не регламентируют порядок и количество образцов, подлежащих проверке отделом технического контроля предприятия-изготовителя. Количество их устанавливается самими предприятиями, которые должны гарантировать соответствие кабельных изделий ГОСТ, ОСТ или ТУ. Количество проверяемых из партий изделий и порядок испытаний устанавливаются только для контрольных проверок (по требованию заказчиков).

Ниже приводятся только те методы испытаний кабельных изделий, которые проводятся на заводе «Энергокабель».

Определение геометрических размеров кабельных изделий

Измерения диаметра круглых металлических проволок обычно производятся с помощью микрометра соответствующей точности в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем за результат измерения принимается среднее арифметическое значение.

Иногда диаметр крупных кабельных изделий вычисляется по предварительно измеренному периметру. Для этого на практике применяется так называемая мерная лента. В любом месте на намотанной встык ленте делается отметка двух краев, между которыми после выпрямления ленты проводят прямую, равную длине окружности измеряемого изделия.

Аналогичным образом может определяться эквивалентный диаметр секторных и других фасонных жил. Толщина изоляции таких жил определяется как половина разности эквивалентных диаметров по изоляции и голой жилы.

Надежность конструкции кабельного изделия и применяемой при его изготовлении технологии часто характеризует минимальная толщина пластмассовой изоляции и металлических оболочек. Соответствующие измерения должны производиться с обоих концов строительной длины кабеля на предварительно выпрямленных образцах. Минимальная толщина определяется визуально по срезу, а потом .измеряется микрометром с закругленной пяткой (губкой).

Для измерения диаметра изолируемой проволоки и контроля постоянства его по длине также применяются фотоэлектрические приборы, в которых при изменении диаметра изменяется освещенность рабочего фотосопротивления и в ранее настроенной (при номинальном диаметре проволоки) в равновесное состояние схеме появляется ток, пропорциональный изменению диаметра. С помощью усилителя этот ток приводит в действие регистрирующий прибор, показывающий отклонение диаметра от номинального значения.

Определение электрического сопротивления токопроводящих жил

Определение электрического сопротивления токопроводящих жил от 2 Ом и более может быть выполнено с помощью обычного одинарного моста. Здесь нужно только учитывать, что некоторую погрешность вносит сопротивление проводов, которые соединяют измеряемое сопротивление с мостом. Эту погрешность можно учесть, если отдельно измерить сопротивление подводящих проводов, соединив их накоротко перемычкой.

Существуют одинарные мосты с четырехзажимной схемой, в которых соединительные провода r₁ и г₁′ входят в плечи моста (рис. 8.1), и таким образом практически исключается их влияние на точность измерения. Таким мостом можно измерять сопротивление от 0,1 Ом и более.

Сопротивление менее 0,1 Ом обычно измеряется с помощью двойного моста, принципиальная схема которого приведена на рис. 8.2. В этой схеме R_x и R_N– измеряемое и эталонное сопротивления; R₁ и R₁′– магазины сопротивлений, рычажные переключатели которых жестко попарно соединены друг с другом, так что R₁ и R₁′ всегда одинаковы. Штепсельные магазины R₂ и R₂′ также устанавливают равными друг другу. При равновесии моста ток через гальванометр не протекает и, следовательно, I₁=I₁′ и I₂=I₂′. Так как потенциалы точек С и D при равновесии одинаковы, а сопротивлением соединительных проводов 1, 2, 3 и 4 можно пренебречь в сравнении с сопротивлениями R₁, R₁′, R₂ и R₂′,которые всегда не менее 10 Ом.

Тогда

Таким образом, при применении двойного моста сопротивление провода r₀, соединяющего образцовое и измеряемое сопротивления, не влияет заметно на результаты измерений. Если класс точности двойного моста 0,5 и выше в соответствии с ГОСТ 7229-67, значение r₀ не должно превышать суммы образцового и измеряемого сопротивлений и быть не более 0,3 этой суммы, если класс точности прибора ниже 0,5.

Существуют двойные мосты повышенной точности и чувствительности, в которых для этой цели применяется дифференциальный фотоэлемент. Он состоит по существу из двух фотоэлементов, соединенных между собой разноименными полюсами и освещаемых пучком света, отражаемых от зеркальца гальванометра. Схема будет в состоянии равновесия при одинаковой освещенности обоих фотоэлементов, когда Э.Д.С., возникающие в них, равны между собой. Если под действием напряжения рамка гальванометра вместе с зеркальцем начнет откланяется и перераспределять световой поток, падающий на фотоэлементы, через микроамперметр, который при равновесии показывает нуль, потечет соответствующий ток.

Измерение электрического сопротивления и емкости изоляции

Измерения сопротивления изоляции кабельных изделий выполняются на схемах путем сравнения отклонений светового указателя гальванометра при протекании токов поочередно через образцовое сопротивление и изоляцию кабельного изделия.

Эти измерения производятся при напряжении 90-500 В постоянного тока на схемах, обеспечивающих получение результатов с погрешностью не более 10% при измерении сопротивлений до 10 10 Ом и не более 25% при больших сопротивлениях. Отсчеты обычно производятся через 1 мин с момента приложения напряжения. При повторных измерениях сопротивления изоляции токопроводящие жилы предварительно должны быть заземлены на время не менее 2 мин.

Принципиальная схема измерительной установки (рис. 8.3) состоит из батареи В, гальванометра G c шунтом R_ш, эталонного сопротивления R и сопротивления испытуемого изделия, или образца R_x. Последнее может быть замкнуто накоротко при помощи ключа K₁.

Измерения производятся следующим образом: включают батарею и, замыкая ключ K₁, пропускают ток через эталонное сопротивление R .Допустим, что отклонение гальванометра при этом равно α_э, а шунтовое число равно N_э. Затем размыкают ключ K₁ и подбирают шунтовое число N_х так, чтобы гальванометр дал достаточное отклонение α_х.

Ток в первом случае при замкнутом ключе K₁

Во втором случае, когда ключ K₁ разомкнут и ток проходит через изоляцию кабельного изделия или образца,

Токи, как известно, обратно пропорциональны сопротивлениям:

Если α_э·N_э значительно больше α_х·N_х(R_x>1·10 8 , Ом), можно считать, что

Отсчет показаний гальванометра обычно производится через 1 мин после включения тока. Следует учитывать, что в результате приложения к кабелю напряжения постоянного тока, помимо тока проводимости, в кабеле возникают зарядный ток и ток абсорбции. Значение зарядного тока изменяется в соответствии с уравнением

где R– сопротивление, включенное последовательно с испытуемым кабелем, Ом;

С– емкость кабеля, Ф;

Обычно зарядный ток очень быстро снижается, и лишь в отдельных случаях при больших мощностях и при измерениях сразу после включения напряжения этот ток может несколько искажать результаты измерений.

Ток абсорбции спадает значительно медленнее, чем зарядный ток, и поэтому при измерении через 1 мин после приложения напряжения учитывается и некоторая часть тока абсорбции.

Для измерения емкости методом сравнения берется эталонный конденсатор (емкостью 0,1- 0,5 мкФ) и заряжается в течение 0,5- 1 мин постоянным током. После этого производится разряд конденсатора на гальванометр (с шунтом) и отмечается максимальное отклонение α_э; такой же процедуре подвергается испытуемое кабельное изделие, и если принять, что напряжение батареи при обоих измерениях неизменно, то отклонение гальванометра прямо пропорционально измеряемым емкостям:

где С_х– емкость кабельного изделия;

С_э– емкость эталонного конденсатора;

α_э и α_х– отклонения гальванометра при включении эталонного конденсатора и кабельного изделия;

N_э и N_х– шунтовые числа при измерении емкости эталонного конденсатора и изделия.

Емкость единицы длины изделия в этом случае определяется с помощью уравнения.

где l– длина испытываемого кабельного изделия.

Методы определения электрической прочности кабельной изоляции

Испытание напряжением кабелей и проводов на номинальное напряжение до 35 кВ включительно должно производиться на установке, принципиальная схема которой приведена на рис. 8.4. Следует учитывать, что для кабельных изделий на номинальное напряжение до 35 кВ включительно испытательное напряжение в соответствии с действующими нормами должно быть измерено с погрешностью не более 1,5%. При испытании кабельных изделий на более высокое номинальное напряжение погрешность должна быть не более ±3%.

Схемы присоединения кабелей и проводов к трансформатору высокого напряжения приведены табл. 8.1. Для кабельных изделий, испытываемых в воздухе, рекомендуется температура помещения 20±15&degС с относительной влажностью воздуха не более 90%.

При определении кратковременной электрической прочности изоляции кабельных изделий напряжение должно плавно повышаться до пробоя его скоростью не более 2 кВ/с, или за время не менее 60 с. При длительных испытаниях первоначально приложенное напряжение должно быть не более 40% испытательного.

Повышение напряжения до испытательного должно производиться плавно при любой скорости. При испытании кабелей высокого напряжения в больших строительных длинах требуются испытательные установки большой мощности, так как емкостный ток в этом случае получается значительным. Для испытания кабелей 35 кВ трансформатор должен быть мощностью около 700 кВ-А. Для уменьшения мощности трансформатора и регулирующего устройства емкостный ток компенсируют индуктивным током от дроссельных катушек, присоединяемых параллельно с испытуемым кабелем. При равенстве I_Cи I_L трансформатор должен быть нагружен только током от электрических потерь.

Равенство I_Cи I_L будет при условии

Схемы испытания кабельных изделий напряжением

Общее описание

Физически электронное устройство — конденсатор — представляет собой две обкладки, выполненные из проводящего материала, между которыми находится диэлектрический слой. С поверхности пластин выводятся два электрода, предназначенные для подключения в электрическую цепь. Конструктивно прибор может быть различного размера и формы, но его структура остаётся неизменной, то есть всегда происходит чередование проводящего и диэлектрического слоев.

Слово «конденсатор» произошло от латинского «condensatio» — «накопление». Научное определение гласит, что накопительный электрический прибор — это двухполюсник, характеризующийся постоянным и переменным значениями ёмкости и большим сопротивлением. Предназначен он для накопления энергии и заряда. За единицу измерения ёмкости принят фарад (F).

На схемах конденсатор изображается в виде двух прямых, соответствующих проводящим пластинам прибора, и перпендикулярно к их серединам нарисованными отрезками — выводами устройства.

Принцип действия конденсатора заключается в следующем: при включении прибора в электрическую цепь напряжение в ней будет иметь нулевую величину. В этот момент устройство начинает получать и накапливать заряд. Электрический ток, подающийся в схему, будет максимально возможным. Через некоторое время на одном из электродов прибора начнут накапливаться заряды положительного знака, а на другом — отрицательного.

Длительность этого процесса зависит от ёмкости прибора и активного сопротивления. Расположенный между выводами диэлектрик мешает перемещению частиц между обкладками. Но это будет происходить лишь до того момента, пока разность потенциалов источника питания и напряжение на выводах конденсатора не сравняются. В этот момент ёмкость станет максимально возможной, а электроток — минимальным.

Если на элемент перестают подавать напряжение, то при подключении нагрузки конденсатор начинает отдавать свой накопленный заряд ей. Его ёмкость уменьшается, а в цепи снижаются уровни напряжения и тока. Иными словами, накопительный прибор сам превращается в источник питания. Поэтому если конденсатор подключить к переменному току, то он начнёт периодически перезаряжаться, то есть создавать определённое сопротивление в цепи.

Формула сопротивления

Формула ёмкостного сопротивления выводится следующим образом:

• Вначале следует вычислить угловую частоту. Для этого частоту протекающего по цепи тока (в герцах) необходимо умножить на удвоенное число «пи».
• Затем полученное число следует перемножить на ёмкость конденсатора в фарадах.

Чтобы получить значение ёмкостного сопротивления в омах, следует разделить единицу на число, полученное после умножения угловой частоты на ёмкость. Из этой формулы вытекает, что чем больше ёмкость конденсатора или частота переменного тока, тем меньше его сопротивление.

Когда частота будет равна нулю (постоянный ток), ёмкостное сопротивление станет бесконечно большим. Конденсатор очень большой ёмкости будет проводить ток в широком диапазоне частот.

Сети до 1 кВ

Провод сети с изолированной нейтралью можно рассматривать как протяженный конденсатор. На воздушных контурах обкладками конденсатора выступают проводник и земля, а диэлектриком становится воздух. При укладке в землю обкладками являются жила и металлическая оболочка, а диэлектриком – изоляция. По отношению к земле провод обладает некоторым сопротивлением и некоторой электрической емкостью. Это означает, что при штатном режиме работы через землю и сопротивление изоляционной оболочки протекает ток утечки, а через конденсаторы – емкостные токи.

В исправной сети геометрическая сумма токов равна нулю. Сами токи невелики и на работу электроустановок влияния не оказывают.

• Если возникает замыкание одной из фаз на землю, последняя превращается в «поврежденную фазу», а между работающими фазами возникает линейное напряжение. Под его влиянием через места замыкания и землю протекают токи утечки и емкостные токи рабочих фаз. Величина тока замыкания увеличивается в 3 раза.
• Если замыкание не металлическое, в этом месте появляется перемежающаяся дуга. Она гаснет и загорается при силе от 5 до 10 А и часто приводит к глубокому пробою изоляции. А так как неметаллическое замыкание – это чаще всего контакт человека с корпусом прибора или проводом, это явление представляет еще большую опасность.

В сетях с изолированной нейтралью для уменьшения токов замыкания нейтрали заземляют через дугогасящие катушки. Но такой вариант неприменим в электроустановках, где требования к безопасности повышенные – в угольных шахтах, на торфоразработках.

Допускается работа электросетей с однофазным замыканием в течение не более 2 часов. Затем необходимо отключить источник питания и найти повреждение.

Сфера применения

Сеть с изолированной нейтралью применяется на участках, где требуется поддерживать высокую безопасность, но не останавливать работу при однофазном замыкании:

• шахты, рудники, карьеры;
• морские суда, газо- и нефтедобывающие платформы, где заземление невозможно;
• метро;
• цепи управления и освещения подъемных механизмов, например, кранов;
• дизельные, газовые, бензиновые генераторы, в том числе и бытовые.

Изолированную нейтраль допускается использовать, когда вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольника. Такое же решение используется при невозможности отключить электричество при аварии.