Streszczenie: W pracy zostały przedstawione oryginalne metody wstępnej lokalizacji miejsc uszkodzeń lub osłabienia izolacji poprzecznej elektroenergetycznych kabli współosiowych oraz metody wyznaczania impedancji poprzecznych uszkodzenia. Metody te bazują na pomiarach impedancji wejściowych kabla w stanie jego rozwarcia i/lub zwarcia z jednej (rozdział 5 i 6) lub obu stron kabla (rozdział 3 oraz 4) dla wybranych teoretycznie i doświadczalnie często-tliwości sinusoidalnego sygnału wejściowego. Metody te umożliwiają wyzna-czanie odległości do miejsca uszkodzenia oraz wartości impedancji poprzecz-nej uszkodzenia, co umożliwia jednocześnie ocenę stanu izolacji.
Z uwagi na to, że zaproponowane w pracy metody lokalizacji uszkodzeń bazują na pomiarach impedancji wejściowych kabla dla podwyższonych czę-stotliwości w stosunku do częstotliwości znamionowej, w pracy uwzględniono jakościowy i ilościowy wpływ zjawiska naskórkowości i zbliżenia na rezy-stancję jednostkową, jednostkowe indukcyjności własne żyły i ekranu, a także na jednostkową indukcyjność wzajemną między nimi dla elektroenergetycz-nego kabla współosiowego. Wzięto również pod uwagę wpływ częstotliwości na zmianę upływności jednostkowej.
Na podstawie przeprowadzonych eksperymentów wykazano, że zapropo-nowane w pracy metody w sposób dokładniejszy podają odległość do miejsca uszkodzenia niż metoda reflektometru. Zaproponowane metody pozwalają na lokalizację miejsca uszkodzenia zarówno w przypadku mniejszych, jak i większych wartości impedancji poprzecznych uszkodzenia. Szczególne zna-czenie ma to w przypadku większych wartości impedancji poprzecznych uszkodzenia, przy których wyznaczenie odległości do miejsca uszkodzenia przy użyciu reflektometru jest obarczone dużym błędem lub jest niemożliwe do wykonania. Metody te umożliwią również lokalizację miejsca uszkodzenia znajdującego się blisko jednego z końców kabla, co w przypadku zastosowa-nia reflektometru jest najczęściej bardzo trudne, jeśli pomiar przeprowadza się tylko z końca, od którego miejsce uszkodzenia położone jest blisko. Ponadto z wyznaczonej elektroenergetycznych impedancji lub rezystancji poprzecznej uszkodzenia można wyciągać wnioski o stanie izolacji kabla i procesach starzeniowych tej izolacji. Pomiar impedan-cji wejściowej uwzględnia wpływ zjawiska naskórkowości i zbliżenia na im-pedancję wejściową kabla, jak również wpływ częstotliwości na parametry podłużne i poprzeczne kabla, i w związku z tym na jego parametry jednost-kowe i falowe. Lokalizacja miejsca uszkodzenia i wyznaczenie impedancji poprzecznej uszkodzenia przez pomiar impedancji wejściowej na początku i/lub na końcu kabla w stanie rozwarcia i/lub zwarcia nie wymaga obciążania go impedancją falową, jak w niektórych metodach lokalizacji. Jest to znacz-nym ułatwieniem bowiem w wielu przypadkach, szczególnie dla starych kabli ta impedancja charakterystyczna jest nieznana. Przedstawione w pracy meto-dy nie wymagają interpretacji graficznej oraz nie potrzebują urządzeń wspo-magających (generator udaru, urządzenie dopalające, stabilizator łuku świetl-nego) w celu zlokalizowania miejsca uszkodzenia, jak to ma miejsce w przy-padku użycia reflektometru.
Zaproponowane w pracy metody wstępnej lokalizacji uszkodzeń po-przecznych w elektroenergetycznych kablach współosiowych mogą znaleźć zastosowanie w praktyce do lokalizacji uszkodzeń jak również do badań dia-gnostycznych, szczególnie metody polegające na pomiarach w stanie rozwar-cia kabla.
Abstract: The paper presents original methods for pre-localization of faults or weakening of transverse insulation in coaxial power cables as well as the methods used to determine fault transverse impedance. The methods are based upon measurements of input impedance of the cable in an open and/or short circuit state at one (chapter 5 and 6) or both ends of the cable (chapter 3 and 4) for theoretically and experimentally selected frequencies of a sinusoidal input signal. From the methods the distance to fault location and transverse impedance of the fault can be determined which enables the assessment of insulation condition.
As the proposed methods of fault localization in coaxial power cable are based upon measurements of cable input impedances for frequencies higher than fundamental one, the qualitative and quantitative impact of skin and proximity effect upon resistance per unit length, inductance per unit length of conductor and screen as well as mutual inductance between them are taken into account. The effect of frequency upon leakage per unit length is also considered.
On the basis of experiments it has been concluded that the proposed methods determine the distance to fault location more accurately than reflectometry method. The methods enable fault localization both for smaller and greater transverse impedances of a fault. It is particularly important for greater transverse impedances of a fault for whom determination of the distance to fault location by means of reflectometry is subject to big error or is not possible. The methods enable to determine a fault close to one end of the cable which is usually very difficult with reflectometry method, if the measurement is done from the end of the cable which is close to fault location. Moreover, on the basis of impedance or
longitudinal and transverse resistance of the fault the conclusions on the condition of insulation and its ageing processes can be drawn. The measurement of input impedance takes into account the impact of skin and proximity effects on input impedance of the cable. It also takes into account the effect of frequency upon transverse parameters of the cable, and hence its per unit length and wave parameters.
Fault localization and estimation of fault transverse impedance by measurement of input impedance at the close and/or far end of the cable in an open and/or short circuit state does not require loading the cable with wave impedance, which is the case in some localization methods. It is a considerable facilitation as characteristic impedance of old cables is not known. The methods presented by the author do not require graphic representation and assistive devices (surge generator, booster and light arc stabilizer to locate fault as is the case when reflectometer is used.
The methods for pre-localization of transverse faults in power coaxial cables can be applied in practice both for fault localization and for diagnostic tests, especially those based on measurement of the cable in an open state.
