Analysis of the effectiveness of relative methods for power cable fault detection

The aim is to evaluate the effectiveness of relative methods used to locate faults of 6–10 kV power cables operated at an industrial enterprise. To achieve this goal, the reflectograms obtained on damaged power lines were compared with the reference ones. The research object is represented by three 6–10 kV power cables with paper-oil insulation, 900–3000 m long, and with a service life of more than 30 years. The type of damage to all power lines was a single-phase creeping discharge. The study employed various methods (TDR, ARC, ICE/Decay) to locate faults in the lines and the test rigs. The equipment used to detect cable fault locations included a REIS-305 reflectometer, a GVI 24.3000IDM high-voltage pulse generator, and a SDC50 current sensor. Multiple soundings of the power lines under study were performed to obtain reflectograms containing information about the distance to the fault location. As a result of the conducted research, varying in informativeness reflectograms of power cables were taken. We managed to select the true ones from them. Serious discrepancies in the shape of the displayed sounding pulse in the reflectograms were identified in comparison with the reference ones given in relevant technical literature. The article highlights issues concerning the application of the ARC method. The challenges consist in the breakdown voltage limitation at the cable faults. Each cable fault is shown to have its own characteristics. However, their causes are difficult to identify since it is impossible to establish the process of and the prerequisites for electric current passage when a short circuit arises. Drawing on the results of the undertaken study, a recommended algorithm was developed to determine the distance to the location of a power cable fault. However, due to the small amount of scientific research on this subject matter, no absolutely universal approach to this problem exists at present; its creation requires further investigation.

1. Shaalan E.M., Ward S.A., Youssef A. Analysis of a practical study for under-ground cable faults causes // 22nd International Middle East Power Systems Conference (Assiut, 14–16 December 2021). Assiut: IEEE, 2021. Р. 208– 215. https://doi.org/10.1109/MEPCON50283.2021.9686288.

2. Харченко А.В. Оборудование для поиска повреждений подземных кабельных линий // Внедрение современных технологий на объектах жилищно-коммунального хозяйства Минобороны России: сб. докл. круглого стола в рамках науч.-деловой программы Междунар. воен.-техн. форума «Армия-2022» (г. СанктПетербург, 18 августа 2022 г.). СПб.: Воен. акад. матер.-техн. обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулева, 2022. С. 122–127. EDN: XAXJVP.

3. Кондратьева О.Е., Боровкова А.М., Рябчицкий М.В., Кравченко М.В. Современные подходы к определению мест повреждения высоковольтных кабельных линий // Электричество. 2022. № 12. С. 59–66. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2022-12-59-66. EDN: FHMGYT.

4. Дьяконов В. Рефлектометрия и импульсные рефлектометры // Компоненты и технологии. 2012. № 1. С. 164–172. EDN: OPOFPB.

5. Солдатов В.А., Фокин И.В. Критерии и погрешности определения места повреждения в электрических сетях 35 кВ при переходном сопротивлении // Аграрный вестник Нечерноземья. 2022. № 1. С. 36–42. https://doi.org/ 10.52025/2712-8679_2022_01_36. EDN: CEZGLD.

6. Солдатов В.А., Захаров В.С. Определение места повреждения в сети 35 кВ при переходном сопротивлении в месте замыкания // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2021. № 1. С. 119–123. https://doi.org/10.31563/1684-7628-2021-57-1-119-123. EDN: ECANCA.

7. Горбунов И.Н., Захаренко С.Г., Захаров С.А., Малахова Т.Ф. Применение нейронных сетей в целях определения места повреждения воздушных и кабельных линий электропередачи // Горное оборудование и электромеханика. 2019. № 4. С. 48–55. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2019-4-48-55. EDN: FJSNCJ.

8. Сорокин А.В., Шабанов В.А. Двухсторонний метод вычисления расстояния до однофазного замыкания на землю по параметрам аварийного и доаварийного режимов // Вестник НГИЭИ. 2024. № 11. С. 58–69. https://doi.org/10.24412/2227-9407-2024-11-58-69. EDN: LBFQUG.

9. Кашин Я.М., Кириллов Г.А., Сидоренко В.С., Гайдамашко А.И. Перспективный способ повышения точности определения мест повреждения кабельных линий электропередачи и устройство по его реализации // Вестник Адыгейского государственного университета. Серия: Естественно-математические и технические науки. 2020. № 3. С. 52–58. EDN: ZONFYR.

10. Маслов Д.П. Обзор устройств для определения мест повреждения кабельных линий // Тенденции развития науки и образования. 2022. № 92-12. С. 117–118. https://doi.org/10.18411/trnio-12-2022-581. EDN: JNZDCL.

11. Петров В.С., Федоров А.О., Разумов Р.В., Петров А.А. Особенности волнового определения места повреждения кабельной линии электропередачи // Релейная защита и автоматизация. 2023. № 4. С. 36–45. EDN: IWPEXS.

12. Чжан Жэнь, Лю Хаомин. Локализация поврежденного участка в городской распределительной сети на основе маркировки повреждения // iPolytech Journal. 2022. Т. 26. № 1. С. 117–127. https://doi.org/10.21285/1814- 3520-2022-1-117-127. EDN: HISDEK.

13. Сорокин А.В. Совместное применение метода симметричных составляющих и метода наложения для определения места однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью // Вестник НГИЭИ. 2025. № 2. С. 53–66. https://doi.org/10.24412/2227-9407-2025-2-53-66. EDN: NICKCB.

14. Azzag E.-B., Touaibia I. Cable fault location in medium voltage of Sonelgaz underground network // Revue de Synthèse. 2019. Vol. 25. Iss. 1. Р. 33–44.

15. Солдатов В.А., Смирнов Н.В. Определение места повреждения в сетях 6 кВ при замыканиях через переходное сопротивление // Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2023. № 2. С. 140–145. https://doi.org/10.31563/1684-7628-2023-66-2-140-145. EDN: NXEODC.

16. Котеленко С.В. Методы определения мест повреждения кабельных линий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 12. С. 81–84. EDN: LOZDHH.

17. Алексинский С.О., Шарыгин Д.С. Исследование влияния переходного сопротивления на дистанционное определение места повреждения на основе одностороннего метода // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2023. № 3. С. 25–33. https://doi.org/10.17588/2072-2672.2023.3.025-033. EDN: QEAPPA.

18. Gu Jyh-Cherng, Huang Zih-Jhe, Wang Jing-Min, Hsu Lin-Chen, Yang Ming-Ta. High impedance fault detection in overhead distribution feeders using a DSP-based feeder terminal unit // IEEE Transactions on Industry Applications. 2021. Vol. 57. Iss. 1. Р. 179–186. https://doi.org/10.1109/TIA.2020.3029760. EDN: VUIAUN.

19. Xu Biao, Yin Xianggen, Zhang Zhe, Pang Shuai, Li Xusheng. Fault location for distribution network based on matrix algorithm and optimization algorithm // Automation of Electric Power System. 2019. Vol. 43. Iss. 5. Р. 152–158. https://doi.org/10.7500/AEPS20180115002.

20. Sun Kongming, Chen Qing, Gao Zhanjun. An automatic faulted line section location method for electric power distribution systems based on multisource information // IEEE Transactions on Power Delivery. 2016. Vol. 31. Iss. 4. Р. 1542–1551. https://doi.org/10.1109/TPWRD. 2015.2473681.

21. Kong Pei, Liu Jianfeng, Zhou Jian, Zhou Yongliang, Song Ziheng. Fault-tolerant algorithm for fault location in distribution network based on integer linear programming // Power System Protection and Control. 2020. Vol. 48. Iss. 24. Р. 27–35. https://doi.org/10.19783/j.cnki.pspc.200073.

22. Zheng Tao, Ma Wenlong, li Wenbo. Fault section location of active distribution network based on feeder terminal unit information distortion correction // Power System. 2021. Vol. 45. Iss. 10. Р. 3926–3935. https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2020.1991.