Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения
Предложен метод определения характеристик по отдельности каждого участка неоднородной кабельной трассы. Для этого кривые восстанавливающегося напряжения трассы представляются суммой экспоненциальных составляющих, каждая из которых связана с соответствующим участком неоднородной трассы....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Назва видання: | Електротехніка і електромеханіка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143259 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения / Б.Г. Набока, А.В. Беспрозванных, Е.С. Москвитин // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 60-62. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-143259 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1432592018-10-28T01:23:24Z Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения Набока, Б.Г. Беспрозванных, А.В. Москвитин, Е.С. Техніка сильних електричних та магнітних полів Предложен метод определения характеристик по отдельности каждого участка неоднородной кабельной трассы. Для этого кривые восстанавливающегося напряжения трассы представляются суммой экспоненциальных составляющих, каждая из которых связана с соответствующим участком неоднородной трассы. Запропоновано метод визначення характеристик окремо кожної з ділянок неоднорідної кабельної траси. Для цього криві відновлюваної напруги всієї траси представляють сумою експоненціальних доданків, кожен з яких пов’язаний з певною ділянкою неоднорідної траси. A method of characteristics determination separately of each section of a non-uniform cable line is introduced. For this purpose, the line recovery voltage curves are represented by a sum of exponential components each of which is determinated by a certain site of the non-uniform line. 2009 Article Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения / Б.Г. Набока, А.В. Беспрозванных, Е.С. Москвитин // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 60-62. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143259 621.319.4 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| spellingShingle |
Техніка сильних електричних та магнітних полів Техніка сильних електричних та магнітних полів Набока, Б.Г. Беспрозванных, А.В. Москвитин, Е.С. Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Предложен метод определения характеристик по отдельности каждого участка неоднородной кабельной трассы. Для этого кривые восстанавливающегося напряжения трассы представляются суммой экспоненциальных составляющих, каждая из которых связана с соответствующим участком неоднородной трассы. |
| format |
Article |
| author |
Набока, Б.Г. Беспрозванных, А.В. Москвитин, Е.С. |
| author_facet |
Набока, Б.Г. Беспрозванных, А.В. Москвитин, Е.С. |
| author_sort |
Набока, Б.Г. |
| title |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| title_short |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| title_full |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| title_fullStr |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| title_full_unstemmed |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| title_sort |
неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Техніка сильних електричних та магнітних полів |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143259 |
| citation_txt |
Неоднородные кабельные трассы: анализ свойств участков по результатам измерений восстанавливающегося напряжения / Б.Г. Набока, А.В. Беспрозванных, Е.С. Москвитин // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 60-62. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT nabokabg neodnorodnyekabelʹnyetrassyanalizsvojstvučastkovporezulʹtatamizmerenijvosstanavlivaûŝegosânaprâženiâ AT besprozvannyhav neodnorodnyekabelʹnyetrassyanalizsvojstvučastkovporezulʹtatamizmerenijvosstanavlivaûŝegosânaprâženiâ AT moskvitines neodnorodnyekabelʹnyetrassyanalizsvojstvučastkovporezulʹtatamizmerenijvosstanavlivaûŝegosânaprâženiâ |
| first_indexed |
2025-07-10T16:47:23Z |
| last_indexed |
2025-07-10T16:47:23Z |
| _version_ |
1837279267268853760 |
| fulltext |
60 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
УДК 621.319.4
Б.Г. Набока, А.В. Беспрозванных, Е.С. Москвитин
НЕОДНОРОДНЫЕ КАБЕЛЬНЫЕ ТРАССЫ: АНАЛИЗ СВОЙСТВ УЧАСТКОВ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИЗМЕРЕНИЙ ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Запропоновано метод визначення характеристик окремо кожної з ділянок неоднорідної кабельної траси. Для цього
криві відновлюваної напруги всієї траси представляють сумою експоненціальних доданків, кожен з яких пов’язаний з
певною ділянкою неоднорідної траси.
Предложен метод определения характеристик по отдельности каждого участка неоднородной кабельной трассы.
Для этого кривые восстанавливающегося напряжения трассы представляются суммой экспоненциальных состав-
ляющих, каждая из которых связана с соответствующим участком неоднородной трассы.
ВВЕДЕНИЕ
Трассы, состоящие из кабелей разных типов, ча-
ще всего встречаются на энергоблоках АЭС. Повы-
шенные требования к нагревостойкости и пожаробе-
зопасности кабелей гермозоны приводят к тому, что
там используют кабели со сшитым полиэтиленом
(СПЭ), а вне гермозоны – традиционные кабели с бу-
мажно-масляной изоляцией (БМИ). При обследова-
нии технического состояния кабелей неоднородность
кабельной линии либо игнорируется (при испытаниях
высоким напряжением или напряжением сверх низ-
кой частоты), либо подразумевается раздельное об-
следование кабелей разных типов, для чего необхо-
димо выполнить отсоединение кабелей гермозоны от
кабельных проходок [1 – 5]. Отсоединение кабелей –
трудоемкая процедура, связанная с риском нарушения
герметичности концевых муфт. Идеальными были бы
такие технические решения, которые позволили бы
обойтись без физического разделения составной ка-
бельной трассы на отдельные участки.
Цель работы – разработка метода определения
характеристик каждого из участков по отдельности,
используя в качестве исходной информации результа-
ты совокупных измерений составной трассы целиком.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА
Представим неоднородную трассу схемой заме-
щения рис. 1. Каждый из участков трассы содержит
емкости быстрых видов поляризации (C1, C2), RC-
цепочки замедленных видов поляризации (R11, C11;
R21, C21) и сопротивления утечек (R1, R2). Пусть два
участка трассы обследованы по отдельности (ключ на
рис. 1 – не замкнут).
C R1
C
R
1
11
11
C R
2 2
C
R21
21
С1
С11
R11 R1 С2
С12
R12 R2
Рис. 1
На рис. 2 приведены кривые восстанавливающе-
гося напряжения отдельно для кабеля с БМИ – верх-
няя кривая (обозначено POI – Paper Oil Impregnated)
и для кабеля со СПЭ - нижняя кривая (обозначено
PE – Poly Ethylene). Каждая кривая характеризуется
тремя параметрами: амплитуда Um, момент достиже-
ния максимума tm, постоянная времени участка само-
разряда θ. Кабели с БМИ и со СПЭ сильно отличают-
ся по этим параметрам. Это важная предпосылка для
возможностей выделения характеристик участков по
отдельности.
Какими будут характеристики трассы после за-
мыкания ключа? Напряжения участков – выровняют-
ся, а заряды распределятся пропорционально емко-
стям C1, C2.
θ2
θ1
Uv /E
Um1 Um2
10 30 40 tm1 tm2 60 70 80 90 t, c
10-2
0
10-1
0,6РЕ
0,8РЕ
0,9РЕ
0,99РЕ
РЕ
РОІ
Рис. 2
Пусть до замыкания ключа напряжения участков
в какой-то момент времени были равны U1 и U2 соот-
ветственно. Тогда заряды, накопленные на участках,
были равны:
., 222111 CUQCUQ ⋅=⋅=
Суммарный заряд трассы: 21. QQQ += .
После замыкания ключа напряжение на состав-
ной трассе кабелей станет равным средневзвешенно-
му значению, причем весовые коэффициенты равны
долевым содержаниям емкостей участков в суммар-
ной емкости трассы:
2
21
2
1
21
1
21
21 U
CC
C
U
CC
C
CC
QQ
C
Q
U
+
+
+
=
+
+== .
Другими словами, кривая восстанавливающегося
напряжения составной трассы занимает промежуточ-
ное положение между кривыми каждого из участков
по отдельности. На рис. 2 показан ряд таких кривых
для случаев, когда долевое содержание участка с СПЭ
составляет от 0,99 до 0,1. В первом случае характери-
стика трассы практически полностью совпадает со
СПЭ, а во втором – с БМИ. Очевидно, крайние случаи
– вырожденные, когда по результирующей кривой
найти параметры участков не удастся.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 61
Если же емкости участков сопоставимы, то на
результирующей кривой отражаются свойства каждой
из них (средняя часть области между верхней и ниж-
ней кривыми рис. 2). Тогда участок саморазряда в
полулогарифмическом масштабе имеет вогнутый ха-
рактер. Это означает, что он может быть представлен
суммой экспоненциальных составляющих, каждая из
которых связана с определенным кабелем.
ВЫДЕЛЕНИЕ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ УЧАСТКА САМОРАЗРЯДА
На рис. 3 показана кривая восстанавливающегося
напряжения составной трассы, состоящей из кабеля с
БМИ (типа ААШВ-3х185-6 кВ) и со СПЭ (Gammalion
240 – 6 кВ). Участок саморазряда кривой имеет во-
гнутый характер, поэтому может быть представлен
суммой двух экспоненциальных составляющих:
21 /
2
/
1
θ−θ− ⋅+⋅= ttv eaea
E
U
,
где θ1, θ2 – постоянные времени экспоненциальных
составляющих; a1 , a2 – начальные значения экспо-
ненциальных составляющих.
Выделим "медленную" составляющую – кривая
2, рис. 3. Ее постоянная времени θ2 = R2·C2 = 2200 с.
Очевидно, она относится к кабелю со СПЭ.
Удаляя "медленную" составляющую из кривой
восстанавливающегося напряжения, получим кривую
3, содержащую "быструю" экспоненту 4. Ее постоян-
ная времени – θ1 = R1·C1 = 200 с. Она относится к ка-
белю с БМИ.
Таким образом, найдены два важных параметра
θ1, θ2 изоляции участков трассы, не зависящие от длин
участков и толщины изоляции.
Uv /E
500 t, c
10-2
0
10-1
10-3
1000 1500
0
2000
0
2-1 4-1
4
3
2
1
Рис. 3
НАХОЖДЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ
РЕЛАКСАЦИОННЫХ ЦЕПОЧЕК УЧАСТКОВ
ТРАССЫ И КРИВЫХ
ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕГОСЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Длины участков трассы и погонные емкости ка-
белей считаем известными. Тогда емкости участков
C1 и C2 также известны, а значит известны и сопро-
тивления утечек R1 и R2 (по найденным выше посто-
янным времени θ1 и θ2). Для нахождения кривых вос-
станавливающегося напряжения участков требуется
найти еще 4 параметра релаксационных цепочек R11,
C11; R21, C21 (рис. 1). Представим их в виде постоян-
ных времени θ11 = R11·C11; θ21 = R21·C21 и долевых со-
держаний η11 = С11/C1; η21 = С21/C2 релаксационных
емкостей. Обычно долевые содержания релаксацион-
ных емкостей не превышают 5 – 20% от емкостей бы-
стрых видов поляризации. Это следует из того, что
именно на- столько возрастают емкости при умень-
шении частоты до нуля. Постоянные времени релак-
сационных цепочек того же порядка, что и моменты
максимумов кривых восстанавливающегося напряже-
ния: 20 – 100 с – для БМИ; 100 – 1000 с – для СПЭ.
Используя в качестве ориентира указанные диа-
пазоны изменения переменных, выполним ряд после-
довательных приближений, сравнивая расчетные кри-
вые восстанавливающегося напряжения с экспери-
ментальной. Результаты приближений приведены в
таблице и на рис. 4 (построенном в двойном логариф-
мическом масштабе для более удобного сравнения
расчетных кривых с экспериментальной).
Первое приближение (кривая 1, рис. 4) оказалась,
как видим, весьма далекой от экспериментальной
кривой как по амплитуде Um/E, так и по моменту мак-
симума tm, Поэтому выполняем приближения 2 и 3,
увеличивая долю η11 "медленного" релаксатора, На-
блюдаем рост амплитуды восстанавливающегося на-
пряжения и незначительное уменьшение tm.
На четвертом шаге приближения уменьшили по-
стоянную времени θ11 в 2 раза. Получили существен-
ный рост Um/E и уменьшение tm. Дальнейшее умень-
шение θ11 в 2 раза (на 5-м шаге) привело к завышен-
ному значению Um/E по сравнению с эксперименталь-
ной кривой, и момент максимума tm все равно остался
завышенным.
Таблица
Параметры схемы замещения составной линии,
соответствующие кривым восстанавливающегося
напряжения рис. 4.
Номер
приближения
η11 =
С11/C1
θ11 =
R11·C11
η21 =
C21 /C2
θ21 =
R21·C21
Um/E tm, с
1 ≈0,07 ≈200 0,09 2000 0,0131 478,8
2 0,07*2 200 -"- -"- 0,0246 458,4
3 0,07*2*2 200 -"- -"- 0,0448 433,4
4 0,07*2*2 100 -"- -"- 0,0842 263,8
5 0,07*2*2 50 -"- -"- 0,1352 156,9
6 0,07*2 50 -"- -"- 0,0750 167,3
7 0,07*2 25 -"- -"- 0,0975 98
Поэтому на 6-м шаге уменьшили параметр η11 в 2
раза, получили снижение ниже экспериментального
уровня параметра Um/E при некотором увеличении tm,
Наконец, на 7-м шаге уменьшили в 2 раза пара-
метр θ11, Получили результат, удовлетворительно
совпадающий с экспериментом.
Как видим, варьировать пришлось два параметра
"быстрой" экспоненты. Начальные приближения для
остальных параметров модели оказались удовлетво-
рительными.
Надо заметить, что задача восстановления пара-
метров модели по экспериментальным данным явля-
ется плохо обусловленной. Близкие кривые восстанав-
ливающегося напряжения можно получить при суще-
ственно различных параметрах модели. Из представ-
ленного примера можно предположить, что парамет-
ры "медленных" экспонент должны восстанавливать-
ся точнее, чем "быстрых".
62 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
Uv /E
t, c
10-1
10-2
1
103 102 101 100
2
3
4
6
5
7
Рис. 4
После нахождения параметров схемы замещения
строим кривые восстанавливающегося напряжения
для каждого из участков трассы по отдельности –
рис. 5: 1 – исходная кривая; 2 – результат приближе-
ния к ней с помощью построения схемы замещения; 3
– кривая восстанавливающегося напряжения участка
с БМИ; 4 – то же для участка со СПЭ.
Параметры кривых восстанавливающегося на-
пряжения:
а) для кабеля ААШВ: Um/E = 0,085 ; tm = 55 с;
б) для кабеля Gammalion: Um/E = 0,0048 ; tm = 950 с.
По параметрам восстанавливающегося напряже-
ния оба участка трассы кабеля находятся в удовлетво-
рительном техническом состоянии.
Uv /E
t, c
10-2
0
10-1
10-3
1000 2000
0
4
1
3000
0
4000
0
2
3
Рис. 5
ВЫВОДЫ
1. Выделение из кривой восстанавливающегося
напряжения составной трассы характеристик отдель-
ных участков возможно, если участок саморазряда
кривой имеет вогнутый характер в полулогарифмиче-
ском масштабе, подобный рис.3.
2. На первом этапе находят экспоненциальные
составляющие участка саморазряда.
3. На втором этапе находят 4 параметра релакса-
ционных цепочек, ориентируясь на приведенные вы-
ше ограничения.
4. На третьем этапе, когда все параметры схемы
замещения рис. 1 найдены, рассчитываются кривые
восстанавливающегося напряжения каждого из участ-
ков по отдельности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Положение по определению технического состояния и
управлению старением кабелей АС. – М.:
РОСЭНЕРГОАТОМ. – 2002. – 102 с.
2. Мониторинг технического состояния и оценка остаточ-
ного срока службы силовых кабелей среднего и низкого
напряжения с полиэтиленовой изоляцией. – М.:
РОСЭНЕРГОАТОМ. – 2000. – 24 с.
3. Методические указания по определению технического
состояния и остаточного срока службы кабелей систем
безопасности, контроля и измерений на атомных станциях.
– Лыткарино: НИИП МинатомРФ . – 1998 г. – 35 с.
4. Беспрозванных А.В., Набока Б.Г. Методика оценки тех-
нического состояния кабелей по параметрам межфазного
пространства // Электрическая изоляция – 2006: четвертая
междунар. науч. – техн. конф. , 16-19 мая 2006 г.: Труды
конференции. – СПб., 2006. – С. 190 - 192.
5. Беспрозванных А.В. Диэлектрическое сканирование
поперечной структуры многожильных кабелей методом
совокупных измерений // Технічна електродинаміка. – № 3.
–2008. – C. 30 – 37.
6. Система диагностики CD-31. Инструкция по эксплуата-
ции: Hagenuk KMT. Kabelmesstechnik GmbH, 2000. – 87 pp.
Поступила 24.09.2009
Набока Борис Григорьевич, д.т.н., проф.,
Беспрозванных Анна Викторовна, к.т.н., доц.,
Москвитин Евгений Сергеевич
Национальный технический университет
"Харьковский политехнический институт"
Украина, 61002, Харьков, ул.Фрунзе,21,
кафедра "Электроизоляционная и кабельная техника"
тел. (057) 70-10-60, e-mail: naboka@kpi.kharkov.ua,
bezprozvannych@kpi.kharkov.ua
B.G. Naboka, A.V. Bezprozvannych, E.S. Moscvitin
Non-uniform cable lines: section properties analysis through
recovery voltage measurement results
A method of characteristics determination separately of each
section of a non-uniform cable line is introduced. For this pur-
pose, the line recovery voltage curves are represented by a sum
of exponential components each of which is determinated by a
certain site of the non-uniform line.
Key words – non-uniform cable line, paper oil impregnated
insulation, polyethylene, equivalent circuit, recovery voltage,
exponential components
|