Lokalizace poruch kabelů nn

Problematika lokalizace poruch kabelů je komplexní obor s ohledem na velký počet různých typů kabelů i různých druhů poruch, které vyžadují specifickou volbu vhodných měřicích metod a přístrojové techniky. V tomto příspěvku se dozvíte, jaké metody je vhodné a možné realizovat mobilní, přenosnou technikou, zejména v případě nízkoohmových poruch, které jsou u kabelů nn nejrozšířenější. Na rozdíl od vn kabelů, kde existuje několik diagnostických metod na určení jejich stavu, u nn kabelů je jedinou diagnostickou metodou měření izolačního odporu.
Tento článek se věnuje výlučně lokalizaci poruch nn kabelů, přičemž vychází z předpokladu, že podíl kabelů s papírovou izolací a olověným pláštěm bude do budoucna zanedbatelný a proto se soustředí na metody aplikovatelné na nn kabely s plastovou izolací (CYKY, AYKY, čtyřžilové kabely bez stínění).

Typy poruch

U kabelů nn bez stínění se můžeme setkat s několika typy poruch nebo jejich kombinací. V zásadě můžeme poruchy vždy rozdělit na vysokoohmové (≥100 Ω) a nízkoohmové (≤100 Ω). Vysokoohmové poruchy vyžadují buď konverzi propalováním na nízkoohmovou poruchu anebo použití rázového generátoru, ideálně s možností předměření pomocí metody odrazu impulzu od oblouku. Statisticky významnou příčinou poruch nn kabelů jsou vnější mechanická poškození pří výkopových a jiných stavebních pracech. Ve většině případů dojde u nn kabelů v místě poruchy k poškození vnějšího ochranněho pláště, spojení žíly se zemí a často dojde zároveň ve stejném místě i ke snížení izolačního stavu mezi žílami. V takových případech se často bude jednat o nízkoohmové poruchy a bude možné použít metody popsané dále.

Porucha vůči zemi

V místě poruchy je poškozen vnější ochranný plášť a izolace alespoň jedné žíly (nebo více žil) mají vůči zemi nevyhovující snížený izolační stav. Přechodový odpor žíly vůči zemi se může pohybovat v širokém rozmezí od jednotek MΩ přes desítky nebo jednotky kΩ až po stovky Ω. Přechodový odpor zemního spojení je ovlivněn i odporem země – stejná porucha může v suchém terénu (např. v létě) vykazovat relativně vysoké přechodové odpory a např. po dešti je přechodový odpor zemního spojení výrazně nižší.

Porucha mezi fázemi

Tato porucha může vykazovat široký rozptyl hodnot, od jednotek MΩ až po tvrdý zkrat. Snížený izolační stav (v extrémním případě zkrat) mezi žílami, bez současného zemního spojení ve stejném místě je velice vzácný typ poruchy. Pokud k němu dochází, tak nejčastěji v kabelových spojkách v důsledku nekvalitní montáže spojky.

Přerušení

Podobně jako u mezifázové poruchy se přerušení žíly bez současného poškození vnějšího pláště a izolace v místě poruchy vyskytují vzácně.

Zatečení kabelu

Zatečení je specifickým typem poruchy, kdy se může jednat o lokální zatečení (např. mokrá spojka) nebo o zatečení celé kabelové délky, resp. dílčího úseku. Projevuje se nevyhovující hodnotou izolačního stavu mezi žílami (všechny kombinace žil mezi sebou mají typicky izolační stavy v desítkách nebo jednotách kΩ.) Při takovém stavu se již nejedná o lokální poruchu, kterou lze lokalizovat pomocí měřicích metod popsaných dále a takový stav je nevratný, jediným opatřením je kompletní výměna úseku.

Jednotlivé metody a měřicí postupy jsou dále uvedeny v pořadí, v jakém se v praxi aplikují. Dodržení této posloupnosti a metodiky zajišťuje maximální efektivitu a spolehlivost lokalizace.

Obr. 1. Měřicí souprava

Měření izolačního odporu

Základním měřením při každé poruše je zjištění izolačního stavu. Důležité je měřit izolační stavy všech žil mezi sebou, žil proti zemi a vytipovat nejhorší kombinaci. K základní výbavě každého technika patří vhodný tester izolačního odporu, s měřicím napětím min. 500 V a s rozsahem v MΩ, resp. GΩ a zároveň s rozsahem v kΩ, resp. Ω pro indikaci nízkoohmových izolačních stavů. Velmi často se používají nevhodné typy „Megmetů“, které nemají kΩ rozsah a které při sníženém izolačním stavu zobrazují hodnotu izolačního odporu jako 0 Ω (tedy totální zkrat) a ve skutečnosti se jedná o desítky kΩ. Z hlediska lokalizace poruch a volby vhodné lokalizační metody je klíčové znát skutečný odpor poruchy.

Reflektometrická měření (TDR)

Pro lokalizaci poruch nn kabelů je výhodné a dostačující použít kompaktní samostatné přenosné přístroje. Z fyzikálního principu reflektometrické metody vyplývá, že změřitelné jsou jen jevy, jejichž přechodový odpor je řádově do 100 Ω. Jakmile je odpor poruchy nad touto hodnotou, činitel odrazu je příliš malý a dílčí reflexe z místa poruchy není na křivce dostatečně rozpoznatelná. Reflektometrické předměření vzdálenosti se v praxi používá pro určení přibližné vzdálenosti poruchy, v zájmu zkrácení času potřebného na následné dohledání poruchy. Přesnost, s jakou jsme schopni vynést změřenou vzdálenost do terénu, není dostačující k tomu, aby bylo reflektometrické zaměření použito jako jediná metoda a na základě ní se zrealizoval výkop.

Pokud není splněna podmínka hodnoty odporu poruchy do 100 Ω, používají se propalovací zdroje pro snížení přechodového odporu pod tuto hranici tak, aby bylo následně možné vzdálenost předměřit reflektometrem.

Obr. 2. Princip metody krokového napětí

Vytýčení trasy

V souvislosti s lokalizací poruch je přesná znalost průběhu trasy nutnou podmínkou pro přesné lokalizování místa poruchy. Např. v oblasti veřejného osvětlení, kde bychom často předpokládali, že trasa kabelu představuje rovnou spojnici mezi dvěma sloupy, je praxe často zcela odlišná a kabely bývají uložené v nelogických průbězích.

Dohledání místa poruchy metodou krokového napětí

Nejvýkonnější a nejpřesnější metodou na bodovou lokalizaci zemních spojení je metoda krokového napětí. Do žíly, která má zem - ní spojení, je aplikováno stejnosměrné pulzní napětí proti zemi. V místě poruchy vzniká tzv. napěťový trychtýř a pomocí speciálního přijímače krokového napětí se snímacími sondami je možné detekovat krokové napětí, přičemž směr pravidelných výchylek displeje na přijímači navádí k místu poruchy. Tato metoda je vysoce efektivní i při poruchách, které mají ještě relativně vysoké přechodové odpory mezi žílou a zemí a umožňuje lokalizovat místo poruchy v terénu s přesností na několik centimetrů.

Na obr. 2 je pro ilustraci znázorněn princip lokalizace zemního spojení metodou krokového napětí vn kabelu, v tomto případě se jedná se o tzv. plášťovou poruchu (poškození vnějšího pláště a svod stínění vůči zemi), která se lokalizuje stejným způsobem, jako zemní spojení žila zem na kabelech nn.

Závěr

Metodika a postupy uvedené v tomto příspěvku vycházejí z praktických zkušeností v oblasti lokalizace poruch nn kabelů. Pokrývají nejrozšířenější typy poruch změřitelné přenosnou mobilní technikou, pro složitější případy je nutné další vybavení nebo povolání kabelového měřicího vozu. Přestože část metod je univerzálně použitelná na všech typech kabelů, lokalizace poruch vn kabelů má v porovnání s popsanou metodikou další specifika a vyžaduje z velké míry použití jiných postupů, metod a měřicí techniky.

Více informací a kontakty získáte na: www.megger.cz, www.megger.sk