1. Introduction: L'importance du diagnostic des défauts du câble
Dans la société moderne, Les câbles servent de porteurs de base en puissance, télécommunications, et champs industriels, avec leur fiabilité impactant directement la sécurité du système et le fonctionnement stable. toutefois, Les défauts de câble sont inévitables en raison de facteurs environnementaux, contrainte mécanique, vieillissement d'isolation, et d'autres influences. Les pannes ou les interruptions de communication causées par ces défauts entraînent des pertes économiques importantes chaque année. Donc, La maîtrise des techniques d'identification et d'identification et de diagnostic des défauts de câble efficace est importante.
L'équipe d'experts du système de câbles compile ce guide en fonction des normes de la Commission internationale électrotechnique (CEI) et l'Institut des ingénieurs électriques et électroniques (IEEE), combiné avec une vaste expérience sur le terrain. Il vise à fournir un cadre technique complet, de la pré-évaluation des défauts à une réparation précise, Aider le personnel technique à localiser rapidement les types de défauts et les positions, raccourcir efficacement les temps de réparation, Minimiser les pertes, et améliorant la fiabilité du système de câbles.
2. Classification des défauts du câble, Les caractéristiques, et des causes sous-jacentes
Pour diagnostiquer efficacement les défauts du câble, Il est essentiel de comprendre d'abord les types de défauts et leurs causes sous-jacentes. Différents types de défauts présentent différentes caractéristiques électriques et nécessitent différentes stratégies de détection.
2.1 Types de défauts communs et leurs caractéristiques électriques
Les défauts de câble sont généralement classés en fonction des caractéristiques de résistance et de l'état de connexion au point de défaut:
Défaut de court-circuit:
Caractéristiques: Une connexion anormale se produit entre les phases, ou entre une phase et un terrain (ou neutre). La résistance au point de défaut est généralement très faible, près de zéro (connu comme un court-circuit de faible résistance).
Caractéristique électrique: La résistance à l'isolation est proche de zéro, et la résistance à la boucle est anormalement faible.
Manifestation: Peut entraîner un déclenchement, soufflage de fusibles, ou dommages à l'équipement.
Défaut de circuit ouvert:
Caractéristiques: Le conducteur de câble est interrompu, Empêcher le flux de courant. Cela peut être une rupture complète ou partielle en une, deux, ou trois phases.
Caractéristique électrique: La résistance au conducteur est anormalement élevée, ou même infini; La résistance à l'isolation peut être normale ou endommagée.
Manifestation: L'équipement ne reçoit pas de puissance, ou le signal de communication est interrompu.
Défaut de sol:
Caractéristiques: Le conducteur de câble (ou la couche d'isolation après une panne) se connecte à la terre. C'est l'un des types les plus courants de défauts de câble. En fonction de la résistance de contact au point de défaut au sol, Il peut être classé comme une faille de terre à faible résistance ou un défaut de sol à haute résistance.
Caractéristique électrique: La résistance à l'isolation baisse considérablement, potentiellement de centaines de MΩ ou même d'infini jusqu'à des dizaines ou quelques MΩ, ou même en dessous de 1kΩ (faible résistance) ou au-dessus de 1kΩ (résistance élevée), atteignant parfois des centaines de MΩ (résistance élevée).
Manifestation: Le dispositif de protection des défauts de la terre fonctionne, Le courant de terre du système augmente anormalement, et peut provoquer un décalage de tension.
Défaut de résistance élevée:
Caractéristiques: La résistance au point de défaut est élevée, éventuellement allant de plusieurs kΩ à plusieurs MΩ. Cela résulte généralement de la dégradation de l'isolation, carbonisation, Ou une panne partielle, mais n'a pas encore formé un chemin de faible résistance complet. Les failles à haute résistance sont souvent un stade précoce de nombreuses défauts de faible résistance et de panne.
Caractéristique électrique: La résistance à l'isolation baisse, mais a toujours une certaine valeur. Sous haute tension, Le point de défaut peut ressentir un flashover ou une décharge, conduisant à des valeurs de résistance instables.
Manifestation: Peut provoquer un chauffage local, augmentation de la perte diélectrique, décharge partielle, etc. Très tôt, Il peut y avoir aucun signe externe évident, Mais il est facilement révélé lors des tests de trait.
Défaut de flashover:
Caractéristiques: Sous haute tension, La décharge se produit à la surface ou à l'intérieur de l'isolateur, Former une conduction transitoire ou intermittente. Les performances d'isolation peuvent se remettre temporairement après la suppression de la tension.
Caractéristique électrique: La résistance au point de défaut chute fortement avec l'augmentation de la tension et augmente lorsque la tension est abaissée ou retirée.
Manifestation: Le système peut ressentir un défaut de sol instantané ou un court-circuit, provoquant des actions de protection, Mais l'inclosage peut réussir. Le diagnostic est difficile.
Défaut intermittent:
Caractéristiques: Les symptômes de défaut apparaissent et disparaissent par intermittence, Peut-être lié à des facteurs tels que la température, humidité, niveau de tension, ou vibration mécanique. Par exemple, Une petite fissure peut se développer avec une augmentation de la température, Contact provoquant, et séparé lorsque la température baisse.
Caractéristique électrique: L'état de résistance et de connexion du point de défaut est instable et change avec des conditions externes.
Manifestation: Les dispositifs de protection du système fonctionnent par intermittence, Rendre la capture des failles difficile et poser un défi important pour le diagnostic.
2.2 Analyse des facteurs internes et externes conduisant à des défauts de câble
Les défauts du câble ne sont pas aléatoires; Leurs causes sont complexes et diverses, résultant généralement de l'action à long terme ou transitoire de plusieurs facteurs:
Dommages mécaniques:
Causes externes: Dommages accidentels par les excavateurs, équipement de prise de pipe, etc., Pendant la construction; dommages causés par la construction de routes ou les activités tierces; Stress en traction ou en compression de la colonie des fondations ou du mouvement du sol; animal (par exemple., rats, termites) ronger la gaine.
Causes internes: Tension excessive de flexion ou de traction pendant l'installation; Mauvaise qualité d'installation ou impact de force externe sur les accessoires de câbles (par exemple., articulations, terminaison).
Corrosion chimique:
Substances corrosives dans le sol, comme les acides, alcalis, et le sel,S Erode la gaine du câble et les couches d'armure; liquides de déchets industriels, taches d'huile, etc., pénétrer la structure du câble; corrosion électrolytique (en particulier dans les zones actuelles errantes).
Vieillissement thermique:
Un fonctionnement de surcharge à long terme ou une température ambiante élevée pendant la pose provoque un vieillissement accéléré, durcissement, fragilité, ou même la carbonisation de l'isolation du câble et des matériaux de gaine, entraînant une perte de performance d'isolation. Mauvaise dissipation de la chaleur (par exemple., câbles densément emballés, ventilation insuffisante) exacerbe le vieillissement thermique.
Entrée d'humidité et humidité:
Endommager la gaine du câble, Mauvaise étanchéité des articulations, ou une entrée d'humidité dans les terminaisons permet à l'eau d'entrer à l'intérieur du câble. Sous l'action du champ électrique, L'humidité forme des arbres à eau, canaux de détérioration microscopique dans le matériau d'isolation, ce qui réduit considérablement la résistance diélectrique et finit par conduire à la rupture (Arbres électriques).
Contrainte électrique:
Surtension: Impulsions de surtension causées par des coups de foudre, opérations de commutation, résonance, etc., peut dépasser la capacité de résolution de l'isolation par câble, conduisant à la rupture de l'isolation.
Concentration de champ électrique: Défauts de conception ou d'installation dans accessoires de câbles (articulations, terminaison) conduire à une distribution de champ électrique inégale, Création d'une force de champ électrique excessivement élevée dans les zones locales, accélérer la dégradation de l'isolation, et décharge partielle.
Décharge partielle (PD): Quand de minuscules vides, impuretés, humidité, ou d'autres défauts existent à l'intérieur, sur la surface, ou aux interfaces du matériau d'isolation, une décharge partielle peut se produire sous tension de fonctionnement, libérer de l'énergie, érodant progressivement le matériau d'isolation, Former des canaux de décharge, et finalement entraîner une rupture d'isolation.
Défauts de conception et de fabrication:
Impuretés, vides, ou matière étrangère dans le matériau d'isolation pendant la fabrication du corps câblé; Processus d'extrusion inapproprié conduisant à une épaisseur d'isolation inégale ou à des microfissures; Surface rugueuse ou protubérance sur les boucliers métalliques ou les couches semi-conductrices.
Problèmes de qualité avec les matériaux pour les accessoires de câbles (articulations, terminaison) ou conception structurelle déraisonnable.
Installation et défauts de construction:
Pose de câbles incorrects (Rayon de flexion trop petit, tension de traction excessive, Proximité avec des sources de chaleur ou de corrosive); Processus de fabrication de terminaison de câble non standard (Dimensions de décapage inexactes, Traitement de couche semi-conducteur inapproprié, scellant pauvre, Installation de cône de contrainte incorrecte); Utilisation de matériaux de remblai non qualifiés.
Comprendre ces types de défauts et ces causes est fondamental pour un diagnostic de défaut efficace et la formulation de stratégies préventives.
3. Diagnostic de défaut de câble Techniques et équipements de base
Le diagnostic des défauts du câble est un processus étape par étape, incluant généralement l'évaluation des défauts, pré-location, Emplacement précis des défauts, et pivoter l'emplacement de la faille au sol. Différents outils et techniques sont nécessaires pour chaque étape.
3.1 Tests de base et évaluation préliminaire
Après avoir confirmé un défaut de câble potentiel, L'étape initiale consiste à effectuer des mesures de base des paramètres électriques pour effectuer une évaluation préliminaire de la nature de la défaut.
Mégothmètre (Testeur de résistance à l'isolation):
But: Mesure la résistance à l'isolation entre les conducteurs de câble et entre les conducteurs et le bouclier (ou terre). Il s'agit de la méthode la plus courante et la plus de base pour évaluer les conditions d'isolation des câbles.
Opération: Appliquer une tension de test CC (Généralement 500 V, 1000V, 2500V, 5000V, sélectionné en fonction de la cote de tension du câble), et enregistrer la valeur de résistance à l'isolation après une heure spécifiée (par exemple., 1 minute ou 10 minutes).
Évaluation: Résistance à l'isolation significativement inférieure aux valeurs normales ou aux exigences de spécification (par exemple., Normes recommandées: câbles basse tension ≥ 100 MΩ / km, 10Câbles KV ≥ 1000 MΩ / km) indique une dégradation potentielle de l'isolation ou un défaut de sol. Si la valeur de résistance est proche de zéro, il indique un défaut de terre à faible résistance ou un court-circuit.
Multimètre:
But: Mesure la résistance au conducteur DC, vérifie la continuité (circuit ouvert), et mesure la résistance inter-phases ou phase-sol (Convient pour une basse tension ou des situations avec une faible résistance au point de défaut).
Opération: Utilisez la plage de résistance pour mesurer la résistance à travers les extrémités du conducteur pour déterminer s'il s'agit d'un circuit ouvert; Mesurez une résistance inter-phases ou phase-sol pour déterminer s'il s'agit d'un défaut de sol de court-circuit ou de faible résistance.
Évaluation: La résistance infinie au conducteur indique un circuit ouvert; Une résistance en phase ou phase-sol près de zéro indique un court-circuit ou un défaut de terre à faible résistance.
Traceur de route du câble:
But: Utilisé pour déterminer la voie précise des câbles dans des scénarios de pose invisibles comme l'enterrement direct souterrain. Particulièrement important dans le stade de l'entrage de la faille.
Principe: Un signal d'une fréquence spécifique est appliqué au câble, et un récepteur détecte le champ électromagnétique induit pour suivre le chemin du câble.
Modèles: Les modèles communs incluent RD8000, contrôlé, etc.
3.2 Techniques de localisation précise des défauts
Les tests de base ne peuvent déterminer que le type de défaut, Pas l'emplacement exact. Les techniques précises de localisation de défaut visent à mesurer la distance entre l'extrémité du test et le point de défaut.
3.2.1 Réflectométrie du domaine temporel (TDR)
Principe: Une impulsion de tension à hauteur rapide est injectée dans le câble et se propage le long de celle-ci. Lorsque l'impulsion rencontre un décalage d'impédance (comme un point de défaut, articulation, terminaison, ou ouverture), une partie ou la totalité de l'impulsion est reflétée. En mesurant l'intervalle de temps entre les impulsions transmises et réfléchies, et connaître la vitesse de propagation du signal dans le câble (vitesse de propagation, Vice-président), La distance de défaut peut être calculée: Distance = (Décalage horaire / 2) * Vice-président.
Scénarios applicables: Excellent pour localiser les circuits ouverts et les courtes circuits à faible résistance. Les signaux réfléchis sont clairs et faciles à interpréter.
Limites: Pour les défauts de résistance élevées (Surtout une résistance très élevée), L'énergie d'impulsion peut être atténuée ou absorbée au point de faille, résultant en des signaux réfléchis faibles ou déformés, réduire la précision de l'emplacement ou même rendre l'emplacement impossible.
Précision: Généralement élevé, peut atteindre ± 0,5% ou même plus (Selon les performances de l'équipement, Précision du VP connu, et l'expérience de l'opérateur). VP doit être calibré en testant une longueur connue d'une section de câble sain.
3.2.2 Méthode de pont haute tension (Boucle de Murray, Méthode de pont)
Principe: Utilise le principe du pont de Wheatstone classique. Un segment de câble sain ou une phase saine à partir du câble défectueux est utilisé pour construire un circuit de pont. Lorsque le pont est équilibré, La distance du point de défaut est calculée en fonction du rapport de résistance des conducteurs de câble. Le pont en boucle Murray couramment utilisé convient aux défauts de terre ou à des circuits de phase en phase.
Avantage: Particulièrement adapté aux défauts de terre à haute résistance (Même jusqu'à plusieurs MΩ), qui est une faiblesse pour TDR. Le principe est basé sur la mesure de la résistance DC, non affecté par l'atténuation du signal réfléchi.
Points d'opération: Nécessite au moins un conducteur en bonne santé comme chemin de retour; nécessite une mesure précise du total longueur de câble et résistance au conducteur; nécessite l'utilisation d'un générateur haute tension (comme l'équipement de test DC) à “condition” ou “brûler” L'isolation près du point de défaut de résistance élevée pour abaisser la résistance au point de défaut, faciliter la mesure du pont ou l'emplacement acoustique acoustique ultérieur. La tension brûlante est souvent élevée, comme 8kV, 15kv, ou même plus haut, et l'opération doit être extrêmement prudente et respecter les réglementations de sécurité.
3.2.3 Méthode de courant d'impulsion (GLACE) et méthode d'impulsion secondaire (Oui / moi)
Principe: Ces méthodes sont des améliorations du TDR pour localiser les défauts de haute résistance. Ils appliquent une impulsion haute tension au câble défectueux, provoquant une panne ou un flash au point de défaut à haute résistance, générer une impulsion de courant. Capteurs capturez ensuite la forme d'onde d'impulsion de courant se propageant le long du câble, et une analyse similaire à TDR est utilisée pour localiser le défaut en analysant l'onde réfléchie.
GLACE: Analyse directement l'impulsion actuelle réfléchie générée au point de défaut.
Oui / moi (également connu sous le nom de méthode de réflexion d'arc): Utilise l'arc formé pendant la panne du point de défaut pour créer une basse impédance “court-circuit” pour l'impulsion TDR au point de défaut, générer une forme d'onde reflétée. Cela surmonte la question des réflexions TDR faibles dans les défauts de haute résistance et est actuellement une méthode très efficace pour y faire face.
Scénarios applicables: Pré-localisation précise des défauts de terre et des défauts de flashover à haute résistance.
Équipement: Généralement intégré dans les localisateurs de défauts de câble professionnels, nécessitant une coordination avec un générateur à haute tension (Équipement haute tension dans une camionnette de test de défaut de câble).
3.2.4 Point de défaut Pinpainting
Les techniques de pré-location fournissent la distance de défaut, Mais le point de défaut réel peut être dans une petite zone. Point de défaut La pinpoignage utilise des méthodes externes basées sur le résultat de pré-location pour déterminer avec précision l'emplacement de défaut au sol.
Méthode acoustique magnétique:
Principe: Une surtension haute tension (Utilisation d'un générateur à haute tension Surge) est appliqué au câble défectueux. Lorsque le point de défaut se décompose et se décharge, il produit du son (vague de pression) et signaux électromagnétiques. Un opérateur utilise un récepteur synchronisé magnétique acoustique pour écouter le son par casque et recevoir le signal électromagnétique via une bobine d'induction. En raison de la différence significative des vitesses de propagation entre les ondes sonores et électromagnétiques, L'équipement peut déterminer si le signal sonore et électromagnétique provient du même emplacement et si le son est à la traîne, le signal électromagnétique (La vitesse des vagues électromagnétiques est proche de la vitesse de la lumière, La vitesse des vagues sonores est beaucoup plus lente), indiquant ainsi la direction et l'emplacement du point de défaut. Le signal sonore est le plus fort directement au-dessus du point de défaut.
Scénarios applicables: Divers types de défauts de décharge de décomposition (sol, court-circuit, flashover), Particulièrement efficace pour les câbles souterraines.
Points d'opération: Le bruit de fond ambiant peut affecter l'écoute; L'énergie de surtension doit être ajustée pour provoquer une décharge continue au point de faille sans endommager les parties saines du câble; L'opérateur a besoin d'expérience pour distinguer les sons de décharge de défaut des autres bruits.
Méthode de tension de pas:
Principe: Une tension AC DC ou à basse fréquence est appliquée à un câble à la terre, provoquant une fuite de courant dans la terre au point de faille. Cela crée un champ de gradient de tension autour du point de défaut. Deux sondes sont insérées dans le sol et connectées à un voltmètre à haute sensibilité, et s'est déplacé le long du chemin du câble. Directement au-dessus du point de défaut, La différence de tension inversera la polarité.
Scénarios applicables: Défauts de terre de résistance faible ou moyenne, particulièrement utile pour les points de défaut qui ne produisent pas de son de décharge claire.
Points d'opération: Significativement affecté par l'humidité du sol et l'uniformité; nécessite une tension et un courant d'essai suffisants; La profondeur d'insertion de sonde et l'espacement affectent la précision.
Courant minimum / Méthode maximale de champ magnétique:
Principe: Une fréquence audio ou un signal de courant de fréquence spécifique est appliqué au câble défectueux. Si le défaut est un court-circuit ou un défaut de terre à faible résistance, le courant forme une boucle au point de défaut; Si c'est un circuit ouvert, le courant s'arrête au point de rupture. Une pince à courant ou un capteur de champ magnétique est utilisé pour détecter la résistance au courant ou au champ magnétique le long du chemin du câble. Après un court-circuit ou un point de défaut de terre à faible résistance, Le courant diminuera ou disparaîtra considérablement (courant minimum), ou le champ magnétique changera. Avant un point de circuit ouvert, Le courant est normal, Et après le point, le courant est nul.
Scénarios applicables: Circuits courts à faible résistance, défauts de sol, ou défauts de circuit ouvert. Également souvent utilisé en conjonction avec un traceur de route pour confirmer le chemin.
3.3 Évaluation de l'état d'isolation et techniques d'alerte précoce
Ces techniques sont principalement utilisées pour évaluer la santé globale de l'isolation du câble et détecter les défauts potentiels. Ils relèvent de la catégorie d'entretien préventif ou du diagnostic de forte résistance / défauts à un stade précoce.
Décharge partielle (PD) Détection:
Principe: Défauts dans le matériau d'isolation (comme les vides, impuretés) provoquer une décharge partielle sous l'influence du champ électrique, générer des impulsions électriques, ondes électromagnétiques, ondes acoustiques, lumière, et sous-produits chimiques. Les détecteurs PD capturent ces signaux pour évaluer l'étendue de la dégradation de l'isolation et le type de défaut.
Paramètres techniques: La sensibilité est généralement mesurée en picocoulombs (PC), capable de détecter des signaux de décharge très faibles (par exemple., 1 PC).
Méthodes:
Méthode électrique: Détecte les impulsions de courant générées par la décharge (par exemple., Grâce à des capteurs HFCT transformateurs à haute fréquence sur les fils au sol, ou en mesurant des signaux couplés capacivement). Applicable pour les tests en ligne ou hors ligne.
Méthode acoustique: Détecte les ondes ultrasoniques générées par la décharge (par exemple., par le contact ou les capteurs couplés à l'air). Convient pour tester les accessoires de câbles.
Fréquence ultra-élevée (Uhf) Méthode: Détecte les ondes électromagnétiques UHF (300 MHz – 3 Ghz) généré par décharge. Offre une forte immunité d'interférence, couramment utilisé pour les SIG, transformateurs, etc., et peut également être utilisé pour les terminaisons de câbles.
Tension de terre transitoire (Tev) Méthode: Détecte les tensions transitoires au sol couplé sur les enceintes métalliques de l'appareillage de commutation, etc., de la PD interne.
But: Détecte les défauts d'isolation précoces dans les câbles et leurs accessoires (par exemple., vides dans les articulations, entrant d'humidité dans les terminaisons, arbres à eau / arbres électriques dans le corps du câble). C'est une technologie clé pour la maintenance prédictive.
Perte diélectrique (So delta, Tgside) Test:
Principe: Mesure la tangente de l'angle de perte diélectrique du matériau d'isolation du câble sous tension AC. La perte diélectrique représente la capacité du matériau d'isolation à convertir l'énergie électrique en chaleur. Les matériaux d'isolation sains ont de faibles pertes, Une valeur tanδ basse, Et la valeur change peu avec l'augmentation de la tension. Entrée en humidité, vieillissement, ou la présence d'arbres à eau et d'autres défauts dans l'isolation entraînera une augmentation et une augmentation rapidement de la valeur tanΔ avec l'augmentation de la tension.
But: Évalue le niveau global d'entrée d'humidité ou de vieillissement généralisé dans l'isolation du câble. Souvent effectué conjointement avec AC ou VLF Testing Test.
Test de trait:
But: Vérifie la capacité du câble à résister à un certain niveau de surtension sans panne d'isolation. Il expose efficacement les défauts qui ne se manifestent que sous haute tension.
Méthodes:
DC résiste: Une méthode traditionnelle, Mais la tension DC peut accumuler la charge d'espace dans XLPE et d'autres isolations extrudées, Potentiellement endommageant des câbles sains. Il est progressivement remplacé par VLF.
AC résiste: Simule plus étroitement les conditions de fonctionnement des câbles réels, Mais l'équipement de test est grand et nécessite une énergie élevée.
Très basse fréquence (Vlf) AC résiste (0.1 HZ): Largement utilisé aujourd'hui pour résister aux tests de XLPE et d'autres câbles d'isolation extrudés. L'équipement est portable, nécessite une faible énergie, et ne provoque pas l'accumulation de charges d'espace. Souvent combiné avec des mesures tanδ et PD.
Dans l'article suivant, Nous expliquerons le dépannage des câbles dans différents scénarios avec des cas spécifiques. Suivez ZMS Cable FR pour en savoir plus sur les câbles.
