1. 導入: ケーブル断層診断の重要性
現代社会で, ケーブルは、電力のコアキャリアとして機能します, 電気通信, および産業分野, その信頼性がシステムの安全性と安定した操作に直接影響を与えます. しかし, 環境要因により、ケーブル障害は避けられません, 機械的応力, 断熱老化, その他の影響. これらの障害によって引き起こされる停止またはコミュニケーションの中断は、毎年重大な経済的損失をもたらします. したがって, 体系的で効率的なケーブル障害の識別と診断技術をマスターすることは非常に重要です.
ケーブルシステムの専門家チームは、国際電気工学委員会の基準に基づいてこのガイドをまとめます (IEC) 電気およびエレクトロニクスエンジニアの研究所 (IEEE), 広範なフィールドエクスペリエンスと組み合わされています. フルプロセスの技術フレームワークを提供することを目指しています, 障害の事前評価から正確な修復まで, 障害の種類と位置を迅速に見つけるために技術者を支援する, 修復時間を効果的に短縮します, 損失を最小化します, ケーブルシステムの信頼性を包括的に向上させます.
2. ケーブル障害分類, 特徴, そして根本的な原因
ケーブル断層を効果的に診断する, 最初に断層の種類とその根本的な原因を理解することが不可欠です. さまざまな障害タイプが異なる電気的特性を示し、異なる検出戦略が必要です.
2.1 一般的な障害タイプとその電気特性
ケーブル障害は通常、障害点での抵抗特性と接続状態に基づいて分類されます:
短絡障害:
特性: 異常な接続がフェーズ間で発生します, または位相と地面の間 (またはニュートラル). 断層点抵抗は通常非常に低いです, ゼロに近い (低抵抗短絡として知られています).
電気的特性: 絶縁抵抗はゼロに近い, ループ抵抗は異常に低いです.
顕現: つまずきにつながる可能性があります, ヒューズ吹き, または機器の損傷.
開回路断層:
特性: ケーブルコンダクターが中断されます, 電流の流れを防ぎます. これは1つの完全または部分的な休憩になる可能性があります, 二, または3つのフェーズ.
電気的特性: 導体抵抗は異常に高い, または無限でさえ; 絶縁抵抗性は正常または損傷している場合があります.
顕現: 機器は電力を受け取ることができません, または、通信信号が中断されます.
地面の断層:
特性: ケーブルコンダクター (または故障後の断熱層) 地球に接続します. これは、最も一般的なタイプのケーブル障害の1つです. 地面の断層点での接触抵抗に基づいて, それは、低抵抗の地盤断層または高い抵抗の地盤断層として分類することができます.
電気的特性: 絶縁抵抗は大幅に低下します, 潜在的に数百のMΩまたはインフィニティから数十までまたは数枚のMΩから, または1kΩ未満でも (低抵抗) または1kΩ以上 (高い抵抗), 時には数百mΩに到達します (高い抵抗).
顕現: 地上断層保護装置が動作します, システムグラウンド電流は異常に増加します, 電圧シフトを引き起こす可能性があります.
高い抵抗障害:
特性: 障害点抵抗は高いです, おそらく数kΩから数mΩの範囲です. これは通常、断熱性の分解に起因します, 炭化, または部分的な内訳, しかし、まだ完全な低抵抗パスを形成していません. 耐性断層は、多くの場合、多くの低耐性障害と故障断層の初期段階です.
電気的特性: 絶縁抵抗は低下します, しかし、まだ特定の価値があります. 下 高電圧, 障害点には、フラッシュオーバーまたは退院が発生する場合があります, 不安定な抵抗値につながります.
顕現: 局所的な暖房を引き起こす可能性があります, 誘電損失の増加, 部分排出, 等. 早い段階, 明らかな外部兆候はないかもしれません, ただし、ズスタンドテスト中に簡単に明らかになります.
フラッシュオーバー障害:
特性: 高電圧の下, 排出は表面または絶縁体内で発生します, 一時的または断続的な伝導を形成します. 電圧が削除された後、断熱性能が一時的に回復する可能性があります.
電気的特性: 断層点抵抗は、電圧の増加とともに急激に低下し、電圧が下がったり除去されたりすると増加します.
顕現: システムは、瞬時の地盤断層または短絡が発生する場合があります, 保護アクションを引き起こします, しかし、再閉鎖は成功するかもしれません. 診断は困難です.
断続的な障害:
特性: 断層の症状が現れ、断続的に消えます, 温度などの要因に関連する可能性があります, 湿度, 電圧レベル, または機械的振動. 例えば, 温度上昇とともに小さな亀裂が膨張する可能性があります, 接触を引き起こします, 温度が下がると分離します.
電気的特性: 障害点の抵抗と接続の状態は不安定であり、外部条件で変化します.
顕現: システム保護デバイスは断続的に動作します, 障害キャプチャを困難にし、診断のために重要な課題を提起する.
2.2 ケーブル断層につながる内部および外部要因の分析
ケーブル障害はランダムではありません; それらの原因は複雑で多様です, 通常、複数の要因の長期的または一時的な作用に起因する:
機械的損傷:
外部原因: 掘削機による偶発的な損傷, パイプジャッキ装置, 等, 建設中; 道路建設またはサードパーティの活動による損害; 基礎の和解または土壌の動きによる引張または圧縮応力; 動物 (例えば, ネズミ, シロアリ) 鞘でかじります.
内部原因: 設置中の過度の曲げまたは引っ張り; ケーブルアクセサリーへの設置品質または外力の影響不良 (例えば, ジョイント, 終了).
化学腐食:
土壌中の腐食性物質, 酸など, アルカリ, と塩,sケーブルシースと鎧の層を侵食します; 産業廃棄物液体, 油汚れ, 等, ケーブル構造に浸透します; 電解腐食 (特に迷った現在の領域で).
熱老化:
産卵中の長期的な過負荷動作または高い周囲温度により、老化が加速します, 硬化, 腹部, または、ケーブル断熱材とシース材料の炭化さえあります, 断熱性の低下につながります. 熱散逸が悪い (例えば, 密に詰め込まれたケーブル, 換気が不十分です) 熱老化を悪化させます.
湿気と湿度:
ケーブルシースの損傷, ジョイントの貧弱な封印, または、終端への湿気の浸透により、水がケーブルの内部に入ることができます. 電界の作用の下, 水分は水の木を形成します, 断熱材の顕微鏡劣化チャネル, 誘電体強度を大幅に減らし、最終的に故障につながる (電気木).
電気ストレス:
過電圧: 雷ストライクによって引き起こされる過電圧衝動, スイッチング操作, 共振, 等, ケーブル断熱材の耐摩耗性を超える可能性があります, 断熱材の故障につながります.
電界濃度: 設計または設置の欠陥 ケーブルアクセサリー (ジョイント, 終了) 不均一な電界分布につながります, ローカルエリアに過度に高い電界強度を作成します, 断熱性の劣化を加速します, および部分的な排出.
部分排出 (PD): 小さなボイドの場合, 不純物, 水分, またはその他の欠陥が存在します, 表面, または断熱材の界面で, 操作電圧の下で部分放電が発生する場合があります, エネルギーを解放します, 断熱材を徐々に侵食します, 排出チャネルの形成, そして最終的に断熱材の崩壊につながります.
設計と製造の欠陥:
不純物, ボイド, またはケーブルボディの製造中の断熱材の異物; 不均一な断熱材の厚さまたはマイクロクラックにつながる不適切な押出プロセス; 金属シールドまたは半導管層の粗い表面または突起.
ケーブルアクセサリーの材料に関する品質の問題 (ジョイント, 終了) または不合理な構造設計.
設置および建設の欠陥:
不適切なケーブル敷設 (曲げ半径が小さすぎます, 過度の引っ張り張力, 熱または腐食性源に近接しています); 非標準のケーブル終了製造プロセス (不正確な除去寸法, 不適切な半導管層治療, 悪い封印, 間違ったストレスコーンのインストール); 資格のないバックフィル材料の使用.
これらの障害の種類と原因を理解することは、効果的な障害診断と予防戦略の策定の基本です.
3. ケーブル障害診断コアテクニックと機器
ケーブル障害診断は、段階的なプロセスです, 通常、障害評価を含む, プリロケーション, 正確な障害の場所, 地面の断層の場所を特定します. 各段階にはさまざまなツールとテクニックが必要です.
3.1 基本的なテストと予備評価
潜在的なケーブル障害を確認した後, 最初のステップは、基本的な電気パラメーター測定を実行して、障害の性質を予備的に評価することです.
Megothmmeter (断熱抵抗テスター):
目的: ケーブル導体と導体とシールド間の断熱性を測定します (または地面). これは、ケーブル断熱条件を評価するための最も一般的で基本的な方法です.
手術: DCテスト電圧を適用します (通常、500V, 1000v, 2500v, 5000v, ケーブル電圧定格に従って選択されます), 指定された時間の後に断熱抵抗値を記録します (例えば, 1 分または 10 分).
評価: 断熱抵抗は、通常の値や仕様要件よりも大幅に低い (例えば, 推奨される基準: 低電圧ケーブル≥ 100 mΩ/km, 10KVケーブル≥ 1000 mΩ/km) 潜在的な絶縁の分解または地盤断層を示します. 抵抗値がゼロに近い場合, それは低抵抗の地下断層または短絡を示します.
マルチメーター:
目的: 導体DC抵抗を測定します, 継続性をチェックします (開回路), 相間または地位から地下への抵抗を測定します (低電圧または低断層点抵抗のある状況に適しています).
手術: 抵抗範囲を使用して、導体の端全体の抵抗を測定して、それが開回路であるかどうかを判断します; 相間または地中から地下への抵抗を測定して、それが短絡または低抵抗の地盤断層かを判断する.
評価: 無限導体抵抗は、開回路を示します; ゼロに近い位相間または地球間抵抗は、短絡または低抵抗の地盤断層を示します.
ケーブルルートトレーサー:
目的: アンダーグラウンド直接埋葬のような目に見えない敷設シナリオでケーブルの正確なルートを決定するために使用される. 断層のピンポイント段階で特に重要です.
原理: 特定の周波数の信号がケーブルに適用されます, レシーバーは、誘導された電磁界を検出してケーブルパスを追跡します.
モデル: 一般的なモデルにはRD8000が含まれます, 制御, 等.
3.2 正確な障害ロケーションテクニック
基本的なテストは、障害タイプのみを決定できます, 正確な場所ではありません. 正確な障害の位置技術は、テストの終わりと障害点の間の距離を測定することを目指しています.
3.2.1 時間ドメイン反射測定 (TDR)
原理: 急速に上昇する電圧パルスがケーブルに注入され、それに沿って伝播します. パルスがインピーダンスの不一致に遭遇するとき (障害点など, ジョイント, 終了, またはオープンエンド), パルスの一部またはすべてが反射されます. 送信されたパルスと反射パルスの間の時間間隔を測定することにより, ケーブル内の信号の伝播速度を知っている (伝播の速度, VP), 障害距離を計算できます: 距離= (時差 / 2) * VP.
適用可能なシナリオ: オープンサーキットと低抵抗短絡を見つけるのに最適です. 反射信号は明確で、解釈が簡単です.
制限事項: 高い抵抗断層の場合 (特に非常に高い抵抗), パルスエネルギーは、断層点で減衰または吸収される可能性があります, 結果として、または歪んだ反射信号が弱くなります, 場所の精度を低下させるか、場所を不可能にすることさえあります.
正確さ: 一般的に高い, ±0.5％以上に達する可能性があります (機器の性能に応じて, 既知のVPの精度, およびオペレーターエクスペリエンス). 既知の長さの健康的なケーブルセクションをテストすることにより、VPを較正する必要があります.
3.2.2 高電圧ブリッジ法 (マレーループ, ブリッジメソッド)
原理: 古典的なホイートストーンブリッジの原理を利用します. 故障したケーブルからの健康的なケーブルセグメントまたは健康な段階を使用して、ブリッジ回路を構築します. 橋のバランスが取れているとき, 障害点距離は、ケーブル導体の抵抗比に基づいて計算されます. 一般的に使用されるマレーループブリッジは、単相グラウンド断層または位相間短絡に適しています.
アドバンテージ: 特に耐性の高い地盤断層に適しています (最大数mΩさえ), これはTDRの弱点です. 原則は、DC抵抗測定に基づいています, 反射信号減衰の影響を受けません.
操作ポイント: リターンパスとして少なくとも1つの健康な指揮者が必要です; 合計の正確な測定が必要です ケーブルの長さ 導体抵抗; 高電圧発電機の使用が必要です (DCなどのテスト機器に耐えます) に “状態” または “やけど” 故障点抵抗を下げるために、高抵抗断層点近くの断熱材, 橋の測定またはその後の音響磁気位置を促進します. 燃焼電圧はしばしば高いです, 8kvなど, 15KV, またはさらに高い, そして、運用は非常に慎重であり、安全規制を遵守する必要があります.
3.2.3 インパルス電流方法 (氷) および二次インパルス法 (はい/私)
原理: これらの方法は、高耐性障害を見つけるためのTDRの改善です. 彼らは、故障したケーブルに高電圧パルスを適用します, 高耐性障害点で故障またはフラッシュオーバーを引き起こします, 電流パルスを生成します. センサーは、ケーブルに沿って伝播する電流パルス波形をキャプチャします, TDRと同様の分析は、反射波を分析することにより障害を見つけるために使用されます.
氷: 故障点で生成された反射電流パルスを直接分析します.
はい/私 (ARC反射法とも呼ばれます): 障害点の故障中に形成されたアークを利用して低インピーダンスを作成します “短絡” 故障点でのTDRパルスの場合, 明確な反射波形を生成します. これは、高耐性断層における弱いTDR反射の問題を克服し、現在、それらに対処するための非常に効果的な方法です.
適用可能なシナリオ: 高耐性の地盤断層とフラッシュオーバー断層の正確な事前位置.
装置: 通常、プロのケーブル断層ロケーターに統合されます, サージの高電圧ジェネレーターとの調整が必要です (ケーブル障害テストバンの高電圧機器).
3.2.4 障害点のピンポイント
ロケット前の手法は、障害距離を提供します, しかし、実際の障害点は小さな領域内にある可能性があります. フォールトポイントピンポイントは、プレロケーション結果に基づいて外部メソッドを使用して、地面の障害の位置を正確に決定します.
音響磁気法:
原理: 高電圧サージ (サージの高電圧発電機を使用します) 故障したケーブルに適用されます. 断層点が故障して排出すると, 音を生み出します (圧力波) および電磁信号. オペレーターは、音響磁気同期受信機を使用してヘッドフォンを介して音を聞き、誘導コイルを介して電磁信号を受け取ります. 音と電磁波の間の伝播速度の有意な違いのため, 機器は、音と電磁信号が同じ場所から発生するかどうか、および音が電磁信号に遅れているかどうかを判断できます。 (電磁波速度は光の速度に近い, 音波速度ははるかに遅くなります), したがって、障害点の方向と位置を示しています. サウンド信号は故障点の真上に最も強い.
適用可能なシナリオ: さまざまな種類の故障排出障害 (地面, 短絡, フラッシュオーバー), 地下の直接ケーブルに特に効果的です.
操作ポイント: 周囲の背景ノイズは、リスニングに影響を与える可能性があります; サージエネルギーは、ケーブルの健全な部品を損傷することなく、断層点で連続的な放電を引き起こすように調整する必要があります; オペレーターは、断層の排出音を他のノイズと区別するために経験を必要とします.
ステップ電圧法:
原理: DCまたは低周波AC電圧が地位のあるケーブルに適用されます, 断層点で電流が地球に漏れている. これにより、障害点の周りに電圧勾配フィールドが作成されます. 2つのプローブが地面に挿入され、高感度電圧計に接続されています, ケーブルパスに沿って移動しました. 断層点の真上, 電圧の差は極性を逆転させます.
適用可能なシナリオ: 低または中程度の抵抗の地盤断層, 透明な放電音を生成しない断層点に特に役立ちます.
操作ポイント: 土壌の水分と均一性の影響を大きく受けます; 十分なテスト電圧と電流が必要です; プローブ挿入深さと間隔は精度に影響します.
最小電流 / 最大磁場法:
原理: オーディオ周波数または特定の周波数電流信号が故障したケーブルに適用されます. 障害が短絡または低抵抗の地盤断層である場合, 電流は、故障点でループを形成します; 開回路の場合, 電流はブレークポイントで停止します. 電流クランプまたは磁場センサーは、ケーブルパスに沿って電流または磁場強度を検出するために使用されます. 短絡または低抵抗の地上断層点の後, 電流は大幅に減少または消滅します (最小電流), または磁場が変化します. 開回路ポイントの前, 電流は正常です, そしてポイントの後, 電流はゼロです.
適用可能なシナリオ: 低抵抗短絡, 地上断層, または開回路断層. また、パスを確認するためにルートトレーサーと一緒によく使用されます.
3.3 断熱状態の評価と早期警告手法
これらの手法は、主にケーブル断熱の全体的な健康を評価し、潜在的な欠陥を検出するために使用されます. それらは、予防保守のカテゴリーまたは高い抵抗/初期段階の障害の診断に該当します.
部分排出 (PD) 検出:
原理: 断熱材の欠陥 (ボイドなど, 不純物) 電界の影響下で部分排出を引き起こす, 電気パルスの生成, 電磁波, 音波, ライト, および化学副産物. PD検出器はこれらの信号をキャプチャして、絶縁の分解の程度と欠陥のタイプを評価する.
技術的なパラメーター: 感度は通常、ピココウロムで測定されます (PC), 非常に弱い放電信号を検出できます (例えば, 1 PC).
方法:
電気方法: 排出によって生成される電流パルスを検出します (例えば, 地上の高周波電流変圧器HFCTセンサーを介してリード, または、容量的に結合した信号を測定します). オンラインまたはオフラインのテストに適用できます.
音響法: 排出によって生成される超音波を検出します (例えば, 接触または空気結合センサーを介して). ケーブルアクセサリのテストに適しています.
超高周波数 (ええと) 方法: UHF電磁波を検出します (300 MHz – 3 GHz) 排出によって生成されます. 強い干渉免疫を提供します, GISに一般的に使用されます, トランス, 等, また、ケーブル終了にも使用できます.
一時的な地球電圧 (Tev) 方法: スイッチギアの金属エンクロージャーに接続された接地への過渡電圧を検出します, 等, 内部PDから.
目的: ケーブルとそのアクセサリーの早期断熱欠陥を検出します (例えば, ジョイントのボイド, 終端への湿気の浸透, ケーブルボディの水の木/電気の木). これは、予測メンテナンスのための重要な技術です.
誘電損失 (だからデルタ, tgside) テスト:
原理: AC電圧下でケーブル断熱材の誘電損失角の接線を測定します. 誘電損失は、電気エネルギーを熱に変換する断熱材の能力を表します. 健康的な断熱材の損失は低いです, 低タンδ値, そして、電圧が増加すると、値はほとんど変わりません. 湿気, エージング, または、断熱材に水の木やその他の欠陥が存在すると、TanΔ値が増加し、電圧の上昇とともに急速に増加します。.
目的: ケーブル断熱材の湿気の侵入または広範な老化の全体的なレベルを評価する. 多くの場合、ACまたはVLFに耐えるテストに関連して実行されます.
耐性テスト:
目的: 断熱材の分解なしに一定レベルの過電圧に耐えるケーブルの能力を検証します. 高電圧の下でのみ現れる欠陥を効果的に公開します.
方法:
DCに耐えます: 従来の方法, しかし、DC電圧はXLPEおよびその他の押し出された断熱材で空間電荷を蓄積する可能性があります, 健康的なケーブルを損傷する可能性があります. 徐々にVLFに置き換えられています.
ACは耐えます: 実際のケーブル動作条件をより密接にシミュレートします, しかし、テスト機器は大きく、高エネルギーが必要です.
非常に低い頻度 (VLF) ACは耐えます (0.1 Hz): XLPEおよびその他の押し出された断熱ケーブルのテストに耐えるために今日広く使用されています. 機器はポータブルです, 低エネルギーが必要です, スペースチャージの蓄積を引き起こしません. 多くの場合、TanδおよびPD測定と組み合わされます.
次の記事で, 特定のケースでさまざまなシナリオでケーブルのトラブルシューティングを説明します. ケーブルの詳細については、ZMSケーブルFRをフォローしてください.
