Jak określić miejsce uszkodzenia kabli?

Sprawne działanie infrastruktury energetycznej jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania niemal wszystkich istotnych systemów wykorzystywanych nie tylko w działalności produkcyjnej czy usługowej, ale również w codziennym życiu.

 Znaczna część linii energetycznych jest dziś wykonywana jako instalacje podziemne. Choć są one bardziej bezpieczne od linii napowietrznych – zwłaszcza w obszarach silnie zurbanizowanych, ale również tam, gdzie istnieje zagrożenie uszkodzenia kabli przez zerwane konary czy przewracające się drzewa – to ich naprawy bywają często o wiele bardziej kłopotliwe. Dzieje się ze względu na większe trudności z szybką lokalizacją miejsca uszkodzenia kabli. Ponieważ prowadzenie robót ziemnych w celu odkopania przewodów i sprawdzenia ich stanu po wydobyciu na powierzchnie byłoby zbyt kosztowne, długotrwałe oraz kompletnie nieefektywne, stosowane są inne metody, oparte o wykorzystanie specjalistycznego sprzętu pomiarowego. Zobaczmy, na czym polegają najczęstsze uszkodzenia kabli energetycznych oraz zapoznajmy się z metodami ich wykrywania.

Dlaczego podziemne kable energetyczne ulegają awariom?

Kable energetyczne prowadzone jako instalacje podziemne są znacznie wygodniejsze w codziennej eksploatacji. Niestety również one są narażone na różnego rodzaju uszkodzenia, czy to związane z błędami w ich eksploatacji oraz awariami podłączonej do nich infrastruktury, czy też z wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych. Powodami awarii mogą być silne zwarcia, przeciążenie instalacji, a także duże wyładowania elektrostatyczne albo elektryczne. Wiele problemów powstaje wskutek uszkodzeń izolacji kabli, zarówno tych, które powstają za sprawą obciążeń mechanicznych, jak i działania środowiska zewnętrznego.

Do zniszczenia powłok izolacyjnych dochodzi najczęściej tam, gdzie kabel jest narażony na kontakt z różnymi elementami znajdującymi się w ziemi – zarówno naturalnymi – dużymi kamieniami, ruchami gruntu powodowanymi czynnikami naturalnymi, np. zmianą wilgotności czy osuwaniem się mas ziemi, jak i sztucznymi, m.in. rozmaitymi krawężnikami, fundamentami budynków, czy znajdującymi się w pobliżu elementami konstrukcji. Stosunkowo częstą przyczyną uszkodzeń mogą być również oddziaływania środowiska naturalnego. W tym przypadku w grę wchodzi działanie korzeni drzew i krzewów oraz aktywność różnych zwierząt, które przypadkowo mogą uszkodzić izolację.

Zagrożeniem dla trwałości kabli może być również rodzaj gleby, w jakiej zostały ułożone. W zależności od jej składu chemicznego izolacja może być narażona na wzmożone działanie różnych czynników, np. związanych z niskim pH, czyli wysoką kwasowością, a także nadmiarem wilgoci, czy różnymi chemikaliami przedostającymi się do gleby, m.in. w postaci wycieków substancji ropopochodnych czy środków ochrony roślin.

Warto pamiętać, że podziemne kable są często narażone na działanie więcej niż jednego czynnika wpływającego na ich stan. Sporym zagrożeniem dla instalacji podziemnych mogą być obciążenia i wibracje wywoływane przez biegnącą w ich pobliżu infrastrukturę komunikacyjną –drogi, linie kolejowe, a w miastach także tramwajowe. Problemem mogą być również roboty budowlane przeprowadzanie w sąsiedztwie linii energetycznej, przy czym chodzi tu zarówno o możliwe uszkodzenia mechaniczne wskutek bezpośredniej ingerencji, jak i wywoływane powodowanymi podczas robót wibracjami czy zmianami wilgotności gruntu. Niezwykle ważne są ponadto naturalne procesy starzenia się izolacji, związane z utlenianiem lub kruszeniem się wykorzystanych do jej produkcji materiałów.

Jak można szybko zlokalizować uszkodzenie kabli energetycznych?

Natychmiastowa lokalizacja miejsca uszkodzenia podziemnej linii energetycznej ma kluczowe znaczenie dla możliwości szybkiej naprawy i przywrócenia zasilania o właściwych parametrach. Do sprawdzania stanu kabli mogą być wykorzystywane różne metody, zarówno bezinwazyjne, jak i takie, których specyfika naraża instalację na wzmożone obciążenie.

Szczególną popularnością cieszą się metody niskonapięciowe, które nie powodują ryzyka uszkodzenia instalacji. Jedną z częściej stosowanych metod jest użycie refleksometru TDR (Time Domain Reflectometry). Urządzenie tego rodzaju generuje impuls o niskim napięciu, lecz wysokim natężeniu, który odbija się od miejsc, w którym wskutek uszkodzenia ulega zmianie impedancja falowa. Na podstawie pomiaru czasu, w jakim impuls rozchodzi się po kablu i generuje odbicie, można ze sporą dokładnością określić odległość od uszkodzonego obszaru.

Inne metody pomiaru z wykorzystaniem refleksometru pozwalają np. na wytworzenie w miejscu uszkodzenia łuku elektrycznego. Dzięki technice zwanej ARM (Arc Reflection Method) urządzenie lokalizuje zapalony łuk elektryczny o zerowej rezystencji działając dwutorowo – jednocześnie generując prąd o wysokim napięciu pozwalający na wygenerowanie łuku oraz wysyłając impulsy umożliwiające jego dokładną lokalizację.

Kolejnym sposobem ustalenia miejsca, w którym doszło do awarii kabla, jest użycie metody odbicia impulsu. W tym przypadku generowany jest impuls o wysokiej energii, a pomiar polega na mierzeniu zmniejszającej się oscylacji sygnału krążącego między podpiętym generatorem udaru a uszkodzeniem. Z metody tej można skorzystać, gdy utrzymanie łuku elektrycznego będzie niemożliwe.

Operacje związane z obsługą kabli energetycznych obejmują również wykonywanie innych zadań, np. związanych z ustalaniem ich dokładnego położenia. W takich sytuacjach wykorzystuje się zwykle tzw. trasery. Urządzenia tego rodzaju emitują fale o odpowiedniej częstotliwości, które pozwalają na wykrycie przebiegu kabla przez analizę sygnałów podczas przemieszczania się po terenie. Co ważne trasery ze względu na swoją specyfikę daję również możliwość wykrywania zwarć doziemnych. Uszkodzenie może być stwierdzone na podstawie znacznego osłabienia sygnału mimo zmian w przebiegu kabla oraz głębokości, na której się znajduje.

Wśród możliwości sprzętu używanego do badania uszkodzeń kabli można znaleźć wiele dodatkowych właściwości, w tym identyfikację kabli w wiązce oraz określanie ich faz czy weryfikowanie nieautoryzowanych podłączeń do instalacji. Dzięki zastosowaniu urządzeń dopasowanych do różnych zadań możliwe jest zarówno szybkie znalezienie uszkodzenia, jak i szczegółowe wyznaczenie przebiegu trasy linii kablowej.