|
||||||||||||
| |||||||||||||
|
1. Последовательность обнаружения и определения повреждений в кабельных линияхОпределение мест повреждения кабельных линий обычно проводится в определенной последовательности. Последовательность операций для обнаружения и определения мест повреждения кабельных линий приведена в табл.1. Необходимая приборная обеспеченность зависит от вида обслуживаемых линий: силовые или связные, контроля и управления, а также от вида кабельной трассы: подземные, в коробах, в шахтах, в метро и т.д. Например, для обслуживания силовых кабельных линий обязательным является наличие высоковольтных генераторов, прожигающих устройств, локационных и волновых дистанционных искателей повреждений, индукционных и аккустических топографических искателей повреждений. Для кабелей связи, управления и контроля использование методов пробоя и прожига, как правило, не допускается, поэтому применяют локационные и мостовые дистанционные искатели повреждений и индукционные топографические искатели повреждений. Таблица 1.
2. Характер повреждений в кабельных линиях и актуальность индукционных трассовых методовВсе повреждения по характеру делятся на устойчивые и неустойчивые, простые и сложные. К устойчивым повреждениям относятся короткие замыкания (КЗ), низкоомные утечки и обрывы. Характерной особенностью устойчивых повреждений является неизменность сопротивления в месте повреждения с течением времени и под воздействием различных дестабилизирующих факторов. К неустойчивым повреждениям относятся утечки и продольные сопротивления с большими величинами сопротивлений, "заплывающие пробои" в силовых кабельных линиях, увлажнения места нарушения изоляции и другие. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые. Сопротивление в месте неустойчивого повреждения может изменяться как с течением времени, так и под воздействием различных дестабилизирующих факторов (напряжения, тока, температуры и др.) Устойчивость повреждения может быть определена посредством измерения сопротивления изоляции и прозвонки поврежденного кабеля при отсутствии или наличии дестабилизирующих факторов. Это первая операция, указанная в таблице 1, которая является обязательной для определения места повреждения как силовой кабельной линии, так и кабельной линии связи, контроля и управления. Важная роль из всех операций, указанных в таблице 1 принадлежит 3-ей операции "Обнаружение зоны нахождения места повреждения" локационными и волновыми искателями повреждений. Успешное решение операции дистанционного определения расстояния до зоны нахождения места повреждения измерением с одного конца кабеля позволяет значительно сократить трудоемкость и время точного определения места повреждения, так как зона обследования кабельной линии трассовыми методами существенно сужается. Это наиболее актуально для протяженных кабельных линий. Наибольшей эффективности по обнаружению зоны повреждения можно добиться использованием современных отечественных приборов и систем, разработанных фирмой СТЭЛЛ и использующих локационный принцип работы: "Портативный цифровой рефлектометр РЕЙС-105М", "Цифровой рефлектометр РЕЙС-205" и "Рефлектометр РЕЙС-305". Наряду с рассмотренными другие операции из таблицы 1 также заслуживают внимания, однако все последующее рассмотрение посвятим индукционным трассовым методам поиска, входящим в 4-ую операцию "Отыскание трассы кабельной линии на местности" и 5-ую операцию "Отыскание места повреждения на трассе кабельной линии". Важнаяая роль, отведенная индукционным трассовым методам обусловлена следующими обстоятельствами. Из вышеизложенного следует, что наибольшей эффективности обнаружения мест повреждения кабельных линий можно добиться совместным использованием приборов дистанционного определения мест повреждения (Портативных импульсных рефлектометров РЕЙС-105М и Цифровых рефлектометров РЕЙС-205) и приборов трассового поиска мест повреждения. Для этого сначала прибором дистанционного типа определяют зону нахождения места повреждения, а затем трассовым прибором в зоне нахождения места повреждения определяют трассу залегания кабельной линии и определяют точное местонахождение повреждения. При этом возникает вопрос о возможности обнаружения и точного определения места повреждения только прибором дистанционного типа или только прибором трассового типа, например в случае отсутствия или выхода из строя одного из приборов. Удобства применения приборов дистанционного типа, в частности основанных на локационном методе измерения, обусловлены прежде всего возможностью проведения измерений с одного конца кабельной линии и достаточно точным определением расстояния до места повреждения, имея в виду расстояние, проходимое электрическим импульсом по линии. Точно указать место повреждения на трассе по результатам замеров локационным прибором возможно при укладке кабеля в коробах или в метро - при наличии точной разметки трассы и по дополнительным признакам (наличию видимого обрыва, пережатию, нарушению защитного покрова или брони, следам от пробоя или выгорания участка кабеля, увлажнению и т.п.). Приборы трассового поиска позволяют определить трассу, глубину залегания и точное местонахождение повреждения кабельной линии. Основной недостаток трассовых методов заключается в том, что при неизвестной зоне нахождения места повреждения для точного его определения трассовым методом потребуется пройти с трассоискателем вдоль всей трассы. Это приводит к большим затратам, особенно для протяженных кабельных линий или для случаев прокладки кабеля в труднодоступных местах. Для сокращения затрат в этих случаях нужно пользоваться способом последовательного приближения, изложенным в п 7.2. Среди всех трассовых методов наибольшее применение получил индукционный метод.
3. Основы трассового поиска залегания и мест повреждения кабельных линий индукционным методомВ основу индукционного метода трассового поиска кабельных линий положено наличие магнитного поля, которое создается протекающим по кабелю током. Поле вокруг одиночного кабеля можно представить в виде концентрических линий, опоясывающих кабель (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Электрическое поле одиночного кабеля Посредством обнаружения магнитного поля обнаруживают наличие кабельной линии, а посредством измерения поля определяют местоположение кабельной линии, глубину ее залегания и место повреждения. Измерения обычно производят при помощи специальной поисковой катушки, имеющей сердечник для концентрации электрического поля. Если ось поисковой катушки расположить параллельно поверхности земли непосредственно над кабелем, вдоль линий поля, то в катушке наведется электрический сигнал максимальной амплитуды (рис. 3.1а). При смещении катушки в сторону амплитуда снимаемого с катушки сигнала будет плавно уменьшаться. По максимуму сигнала при указанном положении катушки на практике обнаруживают ориентировочное местонахождение трассы кабельной линии. Однако из-за размытости максимума сигнала точно определить местонахождения кабеля весьма затруднительно. Если ось поисковой катушки расположить перпендикулярно поверхности земли непосредственно над кабелем (перпендикулярно линиям поля, когда ось катушки проходит через ось кабеля), то электрический сигнал с катушки будет иметь минимальную амплитуду (рис. 3.1б). При смещении катушки в сторону амплитуда сигнала сначала резко увеличивается, а затем плавно уменьшается. Перпендикулярное к поверхности земли расположение катушки позволяет получить резко выраженный минимум сигнала, который на практике используется для точного определения местонахождения кабеля. Для эффективного обнаружения трасс кабельных линий и точного определения мест повреждения на трассе обычно используют специальные индукционные комплекты приборов, состоящие из генератора звуковых частот и индукционного приемника (индукционный комплекты фирмы СТЭЛЛ: SG-600 и SG-80)
4. Определение трассы залегания кабельной линии4.1. Обследование местности и определение трассы кабеляОбследование местности индукционными приборами проводится на предмет наличия кабельных линий и трубопроводов в следующих случаях: а) перед проведением земляных и других работ для предотвращения повреждения кабельных линий или трубопроводов; б) при поиске трассы кабельной линий, например для ее ремонта. Обследование местности может проводиться одним индукционным приемником, если нет возможности подключить к кабельной линии генератор звуковых частот или нет возможности отключить кабель из рабочего состояния. В этом случае обнаружение кабелей в основном базируется на приеме сигналов с частотой 50 Гц. Наиболее эффективное обнаружение кабеля, особенно при наличии других кабелей, можно провести при подключении к началу (концу) искомого кабеля генератора звуковых частот, входящего в индукционный комплект. На рис. 4.1 показано широкое обследование местности на предмет наличия кабельных линий или трубопроводов. Для обследования неизвестной местности обходят эту местность по периметру и прослушивают сигналы, принимаемые индукционным приемником. Ось поисковой катушки приемника держится параллельно поверхности земли и параллельно направлению обхода. Любая кабельная линия, проходящая через обследуемую местность, при обходе пересекается дважды.
Рис. 4.1. Широкое обследование местности Каждый раз при пересечении кабельной трассы приемник выдает сигнал. Максимальная амплитуда сигнала указывает на место прохождения кабельной трассы. Для более надежного определения наличия кабельных линий необходимо обойти обследуемую местность несколько раз. Местность с большой площадью необходимо обследовать по частям. После широкого обследования местности определяют трассу кабельной линии. Для этого перемещаются между двумя точками кабельной линии, найденным при обследовании, и индукционным приемником определяют точное прохождение кабельной трассы по данной местности. На рис. 4.2 показано определение трассы кабельной линии.
Рис. 4.2. Определение трассы кабельной линии Точное определение трассы кабельной линии осуществляется по максимальному уровню сигнала, принятого индукционным приемником. Для этого ось катушки должна находиться параллельно поверхности земли и перпендикулярно оси кабельной линии.
4.2. Методы непосредственного подлючения генератора к кабельной линииНепосредственное подключение генератора к кабельной линии используется во всех случаях когда это возможно. При непосредственной связи выходной ток генератора протекает непосредственно по кабелю, поэтому создаваемое им поле имеет наибольшую эффективность. Это позволяет достигнуть наивысшей эффективности поска индукционным методом: наибольшей дальности и глубины обнаружения кабельной линии. Рассмотрим методы непосредственного подключения индукционного генератора при определении местонахождения кабельной линии.
4.2.1. Непосредственное подключение генератора по схеме "неповрежденная жила - земля"При этом методе один конец неповрежденной жилы кабеля присоединяют к одной из выходных клемм генератора. Вторую клемму генератора соединяют с заземлителем, которым может служить: специальный заземляющий наконечник (металлический стержень длиной 0,5 м с припаянным к нему проводом), вбитый в землю на расстоянии 6...8 м от генератора, водопроводная сеть или металлическая опора линии электропередачи. Другой конец неповрежденной жилы также заземляют. На рис. 4.3 приведена схема подключения "неповрежденная жила-земля".
Рис. 4.3.
Непосредственное подключение генератора Выходной ток генератора протекает в основном через присоединенную неповрежденную жилу кабельной линии и замыкается через землю. Вокруг кабеля возникает поле, интенсивность которого слабо зависит от удаления от начала кабеля. Это поле можно прослушивать на протяжении всей линии и тем самым определять ее местонахождение. Однако некоторая часть обратного тока может протекать не через землю, а через броню или экран кабеля. Это приводит во-первых, к некоторому обшему ослаблению интенсивности поля, а во-вторых к некоторому постепенному ослаблению интенсивности поля вдоль кабельной линии. Первая причина ослабления поля обусловлена тем, что направления токов в жиле и оболочке кабельной линии противоположны и поля от них частично компенсируются. Вторая причина обусловлена емкостным током, величина которого уменьшается при удалении от начала кабеля. На рис. 4.4 показана интенсивность магнитного поля над кабелем при подключении генератора по схеме "неповрежденная жила-земля".
Рис. 4.4.
Интенсивность поля над кабелем
4.2.2. Непосредственное подключение генератора по схеме "неповрежденная жила - броня"При этом методе неповрежденную жилу подключают к одному из выходных клемм генератора, а другую выходную клемму генератора соединяют с броней (экраном) кабельной линии. На другом конце кабельной линии неповрежденную жилу также соединяют с броней (экраном) кабельной линии. Подключение индукционного генератора к кабельной линии по схеме "неповрежденная жила-броня" показано на рис. 4.5.
Рис. 4.5.
Непосредственное подключение генератора Выходной ток генератора протекает по неповрежденной жиле и возвращается по броне (экрану) кабеля. Токи в жиле и броне протекают в противоположных направлениях, поэтому интенсивность результирующего магнитного поля вокруг кабеля уменьшается. Если выход генератора подключить к двум жилам кабеля и соединить эти жилы на противоположном конце между собой, то интенсивность результирующего поля вокруг кабеля будет периодически изменяться (см. п. 4.2.4). Методы непосредственно подключения генератора с использованием неповрежденной жилы и брони удобно использовать для определения местоположения кабельной линии на местности. Однако все рассмотренные методы требуют соединений на противоположном конце кабельной линии. В случае полного обрыва кабеля или короткого замыкания (между жилами или между жилами и броней) в кабеле все соединения на противоположном конце кабеля не имеют смысла. Доступ к месту повреждения невозможен, так как его местонахождение неизвестно. Поэтому используемые в этом случае методы подключения генератора служат как для определения трассы кабельной линии, так и для точного определения места повреждения. Рассмотрим примеры подключения генератора при наличии в кабельной линии повреждения.
4.2.3. Непосредственное подключение генератора по схеме "оборванная жила - броня"Данный метод подключения в сущности является разновидностью метода подключения по схеме "неповрежденная жила-броня" с тем лишь отличием, что на противоположном конце соединение между жилой и броней не производится. Подключение генератора к кабельной линии по схеме "оборванная жила-броня" показано на рис. 4.6.
Рис. 4.6.
Непосредственное подключение генератора Данный метод использует наличие распределенной емкости кабельной линии. Выходной ток генератора протекает через подключенную к его выходу поврежденную жилу, распределенную емкость кабеля и броню кабельной линии. При удалении от начала кабеля ток в подключенной жиле постепенно убывает из-за ответвления на распределенную по длине емкость. Поэтому интенсивность поля, окружающего кабель, при удалении от начала кабеля также убывает. Интенсивность магнитного поля над кабелем в месте обрыва становится нулевой. Уменьшение интенсивности магнитного поля вдоль кабельной линии показано на рис. 4.7.
Рис. 4.7.
Интенсивность магнитного поля над кабелем Для увеличения интенсивности магнитного поля над кабельной линией, необходимо увеличить ток, протекающий по кабелю. В рассматриваемом случае выходной ток генератора протекает через распределенное емкостное сопротивление между жилой и броней, погонная величина которого вырожается в виде: Xi =1 / (j*w*Ci) где: Для увеличения тока необходимо уменьшить емкостное сопротивление, для чего согласно выражения формулы необходимо либо выбрать более высокую выходную частоту генератора, либо увеличить погонную емкость кабеля. Увеличения погонной емкости кабеля можно добиться параллельным соединением нескольких жил кабеля.
4.2.4. Непосредственное подключение генератора между двумя короткозамкнутыми жилами кабельной линииПри этом методе выходные клеммы генератора подключаются к двум короткозамкнутым жилам кабельной линии по схеме, показанной на рис. 4.8.
Рис. 4.8. Схема
подключения индукционного генератора Выходной ток индукционного генератора протекает непосредственно по поврежденным жилам кабельной линии: по одной жиле - в одном направлении, по другой - в обратном направлении. Если при коротком замыкании между жилами переходное сопротивление низкое, то такое повреждение называется "низкоомным" или повреждением типа "металлическое короткое замыкание". Индукционный метод позволяет точно определять такие повреждения при переходном сопротивлении порядка 1 Ом. При этом в месте повреждения не должно быть никаких контактов с оболочкой (экраном) кабеля или с другими жилами. Если контакт все же имеется, то необходимо его устранить, например воздействуя на контактирующие элементы высоковольтным импульсным генератором. Для точного определения места повреждения генератор включают в режим непрерывной генерации и начинают двигаться вдоль кабельной линии с индукционным приемником, у которого ось поисковой катушки расположена параллельно поверхности земли и перпендикулярно направлению движения (трассе кабельной линии). При движении с индукционным приемником вдоль трассы кабельной линии слышимость кабельной линии будет периодически ослабевать и усиливаться. Это объясняется наличием повива жил кабельной линии. Из-за повива жил преобладание на поверхности земли магнитного поля одной жилы периодически меняется на преобладание противоположного магнитного поля от другой жилы. На рис. 4.9а показаны повив двух короткозамкнутых жил кабельной линии и токи в них. На рис. 4.9б приведен график слышимости сигналов при движении с горизонтально расположенной катушкой приемника вдоль трассы кабельной линии. На рис. 4.9в показано распределение магнитных полей от двух повитых жил в разрезе А — А и В - В кабельной линии. При вертикальном расположении поисковой катушки слышимость также периодически изменяется из-за скрутки (рис. 4.9г) при движении с приемником вдоль кабельной линии. На рис. 4.10а показана кабельная линия с муфтой и участком, имеющим увеличение глубины залегания. На рис. 4.10б приведена зависимость интенсивности магнитного поля кабельной линии от длины. Над муфтами и другими неоднородностями интенсивность магнитного поля изменяется. В местах кабельных муфт расстояние между соседними жилами увеличивается, поэтому создаваемые жилами поля меньше компенсируют друг друга. Скрутка жил в этих местах отсутствует. Все это приводит к увеличению интенсивности магнитного поля над кабельной муфтой. В местах, где кабельная линия плавно уходит на большую глубину наблюдается плавное уменьшение интенсивности магнитного поля. В местах, требующих особой защиты кабельной линии от механических повреждений, кабель прокладывают в металлических трубах. В этих случаях из-за экранирования наблюдается значительное ослабление интенсивности магнитного поля. В месте короткого замыкания между жилами кабельной линии ток от индукционного генератора меняет свое направление, структура магнитного поля вокруг кабеля изменяется и компенсация от жил проявляется более слабо. Поэтому над местом повреждения интенсивность магнитного поля усиливается (рис. 4.10б) и становится нулевой после места повреждения.
Рис. 4.9. Изменение слышимости кабельной линии из-за повива
Рис. 4.10. Кабельная линия с неоднородностями и распределение магнитного поля от длины
4.3. Индуктивная связь генератора с кабельной линией или металлическим трубопроводомИндуктивная связь используется в тех случаях, когда необходимо исследовать определенную местность на предмет наличия кабельных линий или металлических трубопроводов, например перед проведением земляных работ, или когда невозможно непосредственно подключиться генератором к кабельной линии. Для этого применяют специальную индукционную рамку, которую подключают к выходным клеммам генератора. Генератор с подключенной индукционной рамкой располагают на поверхности земли над предполагаемым местом нахождения кабельной линии или металлического трубопровода. Принцип индуктивной связи генератора с кабельной линией показан на рис. 4.11.
Рис. 4.11. Принцип индуктивной связи генератора с кабельной линией Выходной ток генератора протекает по виткам индукционной рамки и вызывает появление магнитного поля, проходящего через окно рамки. Это поле проникает через землю и охватывает кабельную линию или трубопровод. В кабеле или трубопроводе начинает протекать индуцированный ток. Этот ток в свою очередь вызывает появление магнитного поля, которое опоясывает кабель (трубопровод) и может быть принято индукционным приемником. Таким образом, удается обнаружить кабельную линию (трубопровод) без непосредственного подключения к ним. При этом желательно, чтобы трубопровод был изолирован от земли. Рассмотрим некоторые особенности определения местонахождения кабельных линий или металлических трубопроводов при индуктивной связи с ними генератора звуковых частот. Из рис. 4.11 следует, что эффективность индуктивной связи генератора с кабельной линией будет наибольшей в том случае, когда плоскость индукционной рамки генератора расположена параллельно кабелю и непосредственно над кабелем. Методика определения местонахождения кабельной линии или трубопровода при индуктивной связи с ними генератора звуковых частот поясняется на рис. 4.12.
Рис. 4.12. Определение местонахождения кабельной линии или металлического трубопровода при индуктивной связи с генератором Согласно рисунка можно рекомендовать следующую методику определения местонахождения кабельной линии или трубопровода:
Примечание. Все работы удобно проводить вдвоем.
4.4. Определение трассы работающей кабельной линии без генератораРаботающие силовые кабельные линии, кабельные линии связи, контроля и управления, а также металлические трубопроводы имеют вокруг себя магнитные поля. Магнитные поля вокруг кабельных линий вызываются протекающими по их жилам рабочими токами, а также различными уравнительными токами в броне или металлических экранах. Диапазон частот магнитного поля вокруг кабельных линий зависит от назначения кабеля и лежит в пределах от 50 Гц и выше. Магнитное поле вокруг водопроводов вызвано наличием различных наведенных и "блуждающих" токов. Основной причиной наличия магнитного поля вокруг нефтепроводов являются токи катодной защиты частотой 100 Гц, которые специально пропускаются по нефтепроводам. Все указанные магнитные поля могут быть обнаружены индукционным приемником звуковых частот, что позволяет определять местонахождения кабельной трассы или металлического трубопровода без применения индукционного генератора. Методика поиска заключается в обследовании местности индукционным приемником, принимающим звуковые частоты в диапазоне от 50 Гц и выше. При этом поисковая катушка приемника удерживается в горизонтальном положении непосредственно над поверхностью земли. При пересечении трассы кабельной линии или металлического трубопровода принимается соответствующий звуковой сигнал, который имеет максимальную интенсинность непосредственно над трассой. Определение трасс залегания кабельной линии или металлического трубопровода без использования генератора поясняется рисунком 4.2. При обследовании местности следует учитывать, что звуковой сигнал каждой кабельной линии или металлического трубопровода имеет свой характерный тон. При тщательном прослушивании каждый звуковой сигнал можно отличить от других сигналов. Это требует определенного практического навыка, однако позволяет определить по отдельности трассы различных линий и коммуникаций, в том числе расположенных вблизи друг друга.
4.5. Подключение генератора к работающей кабельной линии через фильтр присоединенияПрименение индукционных трассопоисковых приборов для определения точного местонахождения трассы кабельной линии возможно не только для отключенной кабельной линии, но и в случае работающей кабельной линии, без отключения ее от питающего напряжения с частотой промышленной сети 50 или 60 Гц. Возможно также определение трассы нефтепровода, имеющего катодную защиту с частотой тока 100 Гц. Эти возможности существуют благодаря разницы частот работающей кабельной линии и рабочих частот индукционного трассоискателя (обычно 1 кГц и выше). Для реализации указанных возможностей индукционный генератор подключают к работающей кабельной линии через специальный фильтр присоединения. Схема подключения генератора к кабельной линии через фильтр присоединения показана на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Амплитудно-частотная характеристика фильтра присоединения показана на рис. 4.14. Из этого рисунка видно, что фильтр присоединения представляет собой фильтр верхних частот. Он свободно пропускает в кабельную линию ток от индукционного генератора (для генератора SG-80 это частота выше 1470 Гц, для других генераторов могут быть другие частоты) и предотвращает попадание рабочего напряжения кабеля на генератор.
Рис. 4.14. После подключения к работающей кабельной линии индукционного генератора в ней протекают одновременно токи двух частот: 50 Гц и рабочей частоты генератора, например 1,47 кГц. Принимая индукционным приемником сигналы на частоте 1,47 кГц, имеется возможность определить точное местонахождения трассы работающей кабельной линии, в том числе при наличии других работающих кабельных линий.
5. Определение трасс залегания металлических и неметаллических подземных коммуникацийВозможности определения трасс металлических трубопроводов (водопроводов, нефтепроводов и газопроводов) при использовании индуктивной связи с генератором и без генератора рассматривались в п 4.3 и п 4.4. Более эффективное определение местонахождения трасс металлических трубопроводов можно произвести при непосредственном подключении генератора к трубопроводу. При этом одну выходную клемму генератора соединяют с трубой, а вторую выходную клемму заземляют на некотором расстоянии от трубы через заземлитель. Подключение индукционного генератора к металлическому трубопроводу показано на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Схема подключения индукционного генератора к металлическому трубопроводу Соединение выхода генератора с трубой можно производить прикруткой провода или с помощью постоянного магнита. Место контакта провода с трубой необходимо предварительно зачистить. Если необходимо определить местонахождение трассы водопровода и подключение генератора осуществляется в колодце, где трубы расходятся, то одну выходную клемму генератора необходимо соединить с той трубой, трассу которой необходимо определить. При этом соединение необходимо производить на расстоянии не менее 30...50 см от места стыковки труб. Вторую клемму генератора необходимо заземлить на расстоянии 5...10 м от колодца. Схема подключения индукционного генератора к водопроводу в колодце показана на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Индукционными трассоискателями можно определять местоположение неметаллических трубопроводов, например канализационных магистралей. Для этого к одной выходной клемме индукционного генератора подключают проводник, на конце которого прикреплен металлический предмет, и опускают его в поток воды в колодце. Вторую выходную клемму генератора заземляют через заземлитель на расстоянии 5...10 м от колодца. Схема подключения индукционного генератора к неметаллическому трубопроводу приведена на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Металлический предмет, прикрепленный к концу проводника, обеспечивает контакт выхода генератора с водой в магистрали. За счет хорошей проводимости воды выходной ток генератора протекает по трубопроводу, вокруг которого образуется магнитное поле. Наличие поля позволяет определять местонахождение трассы магистрали при помощи обычного индукционного приемника.
6. Определение глубины залегания кабельной линии6.1. Методика определения глубины залегания кабельной линииОпределение точного местоположения повреждения кабельной линии невозможно без определения глубины залегания кабельной линии. Индукционные трассоискатели позволяют решить указанную задачу. Измерение глубины залегания кабельной линии индукционным трассоискателем основано на использовании создаваемого кабелем магнитного поля, силовые линии которого имеют форму концентрических окружностей. Если ось поисковой катушки приемника расположить параллельно силовым линиям поля, то наводимый в ней сигнал будет иметь максимальную величину (рис. 6.1а). Если ось расположить перпендикулярно силовым линиям, то сигнал будет минимальным (рис. 6.1б). При перемещении наклоненной катушки вдоль поверхности земли наводимый в ней сигнал будет изменяться согласно рис. 6.1в. Рассмотрим определение глубины залегания кабельной линии индукционными трассоискателями. Для измерения необходим один из индукционных трассоискателей. Приемник, входящий в комплект трассоискателей, конструктивно выполнен в ручке пластмассовой штанги, к концу которой под углом 45 градусов к оси, прикреплена поисковая катушка (показано на рис. 6.2). Определение глубины залегания кабельной линии производят в следующем порядке. 1. К кабельной линии подключают генератор (SG-80 или SG-600). Может быть использована как непосредственная, так и индуктивная связь генератора с кабельной линией. Наиболее эффективно непосредственное подключение. При этом возможны два варианта непосредственного подключения генератора к кабельной линии. При первом варианте одну выходную клемму генератора необходимо подключить к соединенным между собой жилам, а вторую выходную клемму - к оболочке кабеля или его экрану. Этот вариант подключения рекомендуются использовать для определения глубины залегания в случае обрыва кабельной линии. При втором варианте одну выходную клемму генератора необходимо подключить к одной или нескольким, соединенным между собой, жилам кабеля, которые на противоположном конце соединены с заземленным наконечником. Вторую выходную клемму генератора необходимо соединить с изолированным проводом, идущим к заземлителю, отдаленному от конца кабеля влево или вправо. Этот вариант подключения рекомендуется использовать при наличии хотя бы одной исправной жилы кабельной линии.
Рис. 6.1. Сигналы в поисковой катушке в зависимости от ее расположения относительно силовых линий магнитного поля 2. Используя описаные в главе 4 методы при помощи приемника находят трассу кабельной линии в том месте, где необходимо определить глубину ее залегания. 3. Располагают штангу приемника над местом залегания кабельной линии таким образом, чтобы ось поисковой катушки на конце штанги была перпендикулярна поверхности земли. Перемещаются со штангой приемника перпендикулярно трассе пролегания кабельной линии то в одном, то в другом направлении до тех пор, пока не будет найдено положение с минимальной громкостью сигнала. При этом необходимо выбрать такое положение штанги, при котором смещение в любую сторону приводит к одинаковому резкому увеличению громкости (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Определение точного местонахождения трассы кабельной линии Отмечают на поверхности земли точку 1 с минимальной громкостью сигнала генератора. 4. Располагают штангу с приемником и поисковой катушкой таким образом, чтобы ось штанги была перпендикулярна поверхности земли, а ось поисковой катушки лежала в плоскости, перпендикулярной оси кабеля. Со штангой перемещаются от точки 1 перпендикулярно трассе пролегания кабельной линии сначала в одном, а затем в другом направлении до тех пор, пока не определят положения (точка 2 и точка 3) с минимальной громкостью сигнала (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Определение боковых точек с минимальной громкостью принимаемого сигнала Согласно рисунка расстояние от точки 1 до точки 2 или 3 будет равно глубине залегания кабельной линии, т.е. выполняются равенства L1=L2, L1=h и L2=h, а также h=(L1+L2)/2.
6.2. Особенности определения глубины залегания при параллельном прохождении других кабельных линийРассмотренная в п. 6.1 методика определения глубины залегания дает правильные результаты в том случае, когда силовые линии магнитного поля имеют форму концентрических окружностей, как показано на рис. 6.3. При этом расстояния от Точки 1 (под кабелем) до Точки 2 и Точки 3 с минимальной громкостью сигнала одинаковы или близки по величине. Однако силовые линии магнитного поля имеют форму концентрических окружностей только для одиночного проводника с током. Это возможно, если по жилам (жиле) кабеля ток протекает только в одном направлении, а обратный ток протекает по другому пути, например по земле или по другому кабелю, отнесенному от измеряемого кабеля. Если прямой ток от генератора протекает по всем жилам кабеля, а обратный ток - по оболочке или экрану, то происходит некоторая взаимная компенсация создаваемых этими токами полей. В этом случае результирующее ослабленное магнитное поле также имеет форму концентрических окружностей. Если форма силовых линий магнитного поля искажена, то точное определение глубины залегания кабельной линии описанным выше методом значительно затруднено. Искажение силовых линий магнитного поля имеет место, когда пути прохождения прямого и обратного токов кабеля располржены достаточно близко друг около друга. Например, если прямой ток протекает по одной жиле кабеля, а обратный - по другой жиле того же кабеля. Аналогичная ситуация возникает в случае, когда прямой ток протекает по одному обнаруживаемому кабелю, а обратный - по второму. проложенному близко к первому. Этот случай показан на рис. 6.4. Из рисунка видно, что из-за искажения формы магнитного поля Точка 1’ смещена относительно места залегания обнаруживаемой кабельной линии, Точка 2’ и точка 3’ несимметрично расположены относительно Точки 1’, а также имеют место неравенства: L1’ > L2, L1’> h, L2’< h и (L1’+L2’)/2 не равно h. Следовательно, при таком искажении магнитного поля измерения по описанным ранее методам приведут к ошибкам как в определении места, так и глубины залегания кабельной линии. Поэтому, при измерении глубины залегания кабельной линии одновременно производится проверка прохождения трассы кабельной линии. Основным признаком искажения магнитного поля и следовательно ошибочного определения месторасположения трассы и измерения глубины залегания кабельной линии является случай, при котором L1 не равно L2, причем, это отличие превышает 15...20%. Для проведения более достоверных измерений необходимо попытаться изменить путь прохождения обратного тока, как указывалось выше.
Рис. 6.4. Искажение магнитного поля при параллельном прохождении других кабельных линий (жил) с обратным током
7. Точное определение местонахождения повреждения индукционным методом7.1. Точное определение места повреждения после предварительного определения зоны дистанционным импульсным методомДля быстрого определения точного местонахождения места повреждения кабельной линии на трассе необходимо сначала воспользоваться одним из дистанционных методов, а затем индукционным трассовым методом. К дистанционным методам прежде всего относятся импульсные методы (локационный и волновой). Эти методы позволяют указать зону нахождения места повреждения, т.е. ориентировочное место нахождения повреждения. Знание зоны нахождения повреждения позволяет существенно сократить время обхода трассы с индукционным трассоискателем и точного нахождения места повреждения. Самым распространенным из дистанционных методов является локационный метод, называемый также методом отраженных импульсов или TDR-методом (методом рефлектометрии во временной области). При локационном методе в кабельную линию посылают короткие импульсные сигналы (наносекундной длительности), принимают отраженные сигналы из линии и определяют расстояние до места повреждения по временной задержке отраженного от повреждения сигнала относительно посланного. Посланные сигналы вместе с отраженными образуют рефлектограмму линии. Определение расстояния как до простых, так и до сложных повреждений, можно произвести рефлектометрами РЕЙС-105, РЕЙС-205 и РЕЙС-305 фирмы СТЭЛЛ. Характерный вид рефлектограммы кабельной линии с дефектом в виде короткого замыкания, наблюдаемый на экране прибора РЕЙС-105, показан на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Рефлектограмма кабельной линии с коротким замыканием На рис. 7.1 начало посланного (зондирующего) импульса отмечено нулевым курсором (прореженная вертикальная линия), а начало отраженного импульса отмечено измерительным курсором (сплошная вертикальная линия). Расстояние между курсорами соответствует расстоянию до места повреждения, которое отображается в ячейке таблицы "L= ". Локационный метод позволяет надежно определить расстояние до зоны расположения места повреждения только в том случае, если удается выделить сигнал, отраженный от места повреждения, на фоне помех. Это возможно в двух случаях. В первом случае имеют место простые повреждения, когда отражения от них по амплитуде превышают отражения от неоднородностей волнового сопротивления и случайные помехи. Во втором случае отражения от места повреждения могут быть по амплитуде во много раз меньше, чем случайные помехи или наводки. Однако используя новые возможности компьютерных приборов РЕЙС-105М, РЕЙС-205 и РЕЙС-305 удается отстроиться от указанных помех. Ниже показаны возможности рефлектометров фирмы СТЭЛЛ по отстройке от случайных помех и наводок. На рис. 7.2. приведена рефлектограмма кабельной линии с очень большим уровнем помех и наводок без использования возможностей по их отстройке. Очевидно, что из-за помех определить расстояние до зоны расположения места дефекта не представляется возможным. В этих условиях невозможно определить расстояние как старыми отечественными приборами Р5-10 и Р5-13 так и многими зарубежными приборами аналогичного назначения.
Рис. 7.2. Рефлектограмма кабельной линии с большим уровнем помех и наводок Использованные в приборах РЕЙС-105М и РЕЙС-205 методы отстройки позволяют во много раз снизить уровень случайных помех и наводок, оставляя неизменным амплитуду сигнала, отраженного от места повреждения. На рис. 7.3 показана та же рефлектограмма кабельной линии, но после обработки программой накопления прибора РЕЙС-105Р.
Рис. 7.3. Рефлектограмма кабельной линии после отстройки от помех Наиболее сложным является определение расстояния до места такого сложного повреждения, при котором амплитуда отраженного от повреждения сигнала гораздо меньше не только уровня случайных помех и наводок, но и отражений от неоднородностей волнового сопротивления кабельной линии. Обнаружение таких повреждений и определение расстояния до них локационным методом без использования дополнительных аппаратных средств не представляется возможным. Это обусловлено тем, что локационный метод обычно применяется на отключенных линиях, когда с линии снято рабочее и любое другое напряжение. Однако зачастую сложный дефект в месте повреждения может наблюдаться только при приложении к линии рабочего и другого дестабилизирующего напряжения. Поэтому, при отсутствии напряжения такое повреждение обнаружить невозможно. Чтобы увеличить амплитуду отражения импульса в месте повреждения для силовых кабельных линий применяют предварительный прожиг дефектной изоляции в месте поврежджения. Для этого используют специальные прожигающие установки. При прожиге стараются довести переходное сопротивление в месте повреждения до единиц Ом. Тем самым сложное повреждение переводится в категорию простых. Получение малой величины переходного сопротивления способствует эффективному применению как локационного метода, так и в последующем - индукционного метода. Однако, в ряде случаев, использование прожига на силовых кабельных линиях не позволяет снизить переходное сопротивление. Например, если имеет место "заплывающий" пробой, при котором после возникновения пробоя в образовавшийся канал затекает масло и пробой прекращается, или если место повреждения изоляции находится во влажном месте и кабель "насасывает" в себя воду. Для определения таких повреждеений используется другой импульсный метод - волновой, который эффективно реализуется при помощи прибора РЕЙС-205 с блоком РАЗРЯД-205. При этом случае совместно с приборами РЕЙС-205 и РАЗРЯД-205 должны использоваться присоединительное устройство и высоковольтный генератор напряжения или импульсно-волновой генератор. Соответственно реализуется волновой метод напряжения или волновой метод тока. При волновом методе напряжения к линии прикладывается высокое напряжение, которое постепенно повышается до возникновения пробоя в месте повреждения. Возникающая в момент пробоя волна напряжения распространяется по кабельной линии и запоминается в памяти блока РАЗРЯД-205, в том числе после переотражения от начала кабельной линии и от места повреждения. При волновом методе тока в кабельную линию от импульсно-волнового генератора подается высоковольтный импульс, который достигнув места повреждения, вызывает в нем пробой. Возникший в месте повреждения пробой аналогичен повреждению типа короткое замыкание. Поэтому происходит полное отражение волны и она начинает распространяться к началу линии и запоминается в памяти длока РАЗРЯД-205. Запомненные в памяти блока РАЗРЯД-205 характеристики волн позволяют определить расстояние до места повреждения. Приведенная выше информация о локационном и волновом методах не ставит целью подробное изложение всех дистанционных методов и аппаратуры для их реализации, а только показывает ряд проблем, с которыми встречается персонал при определении зоны расположения места повреждения дистанционными импульсными методами. После определения расстояния до зоны расположения повреждения одним из импульсных методов необходимо подключить к концу кабельной линии генератор SG-80 или SG-600 фирмы СТЭЛЛ и направиться с индукционным приемником в эту зону для проведения поиска повреждения на местности. В зоне повреждения необходимо сначала произвести определение трассы кабельной линии описанными в предыдущих главах методами, затем, согласно рекомендаций, приведенных в главе 4, определить на местности место повреждения и после этого определить глубину залегания кабельной линии в месте повреждения (глава 6). Таким образом, предварительное определение зоны расположения места повреждения кабельной линии позволяет существенно сократить затраты времени по точному определению местонахождения повреждения индукционным методом.
7.2. Точное определение места повреждения без предварительного определения зоныПри отсутствии приборов дистанционного определения зоны повреждения точное определение места повреждения можно произвести используя только индукционный трассоискатель, включающий генератор и приемник. Рассмотрим два способа. 1. Способ прохода вдоль кабельной линии При этом способе после подключения к линии генератора звуковых частот идут по трассе линии от ее начала до места повреждения. Способ прохода вдоль кабельной линии для точного определения места повреждения без предварительного определения зоны дистанционными методами графически представлен на рис. 7.5. На рисунке точкой G отмечен конец маршрута при проходе вдоль всей кабельной линии с индукционным приемником. Очевидно, что будет затрачено слишком много времени. Это особенно актуально для протяженных кабельных линий. Кроме того, трасса кабельной линии зачастую пролегает через труднодоступные места (под зданиями, по склонам, через болотистые места и т.п.), а зимой дополнительные трудности для прохождения вдоль всей трассы создает снег. Поэтому этот очевидный способ зачастую на практике неэффективен.
Рис. 7.5. Поиск места повреждения способом прохода вдоль всей кабельной линии 2. Способ последовательного приближения Точное определение места повреждения по способу последовательного приближения графически показано на рис. 7.6. При этом способе после подключения к линии генератора звуковых частот едут на место, расположенное ориентировочно посередине длины кабельной линии (точка А). Перемещаясь с приемником перпендикулярно прохождению кабельной линии, пытаются прослушать ее трассу. Если сигнал от кабельной линии не прослушивается, то место повреждения находится по направлению к началу линии. Если сигнал прослушивается, то место повреждения расположено ближе к концу линии, в этом случае необходимо проехать к концу линии на расстояние, равное четверти длины линии. Этот случай показан на рисунке и соответствует точке В. Здесь необходимо повторить описанные выше действия, после которых оператор будет находиться в точке С. Из точки С необходимо проехать в точку D.
Рис. 7.6. Поиск места повреждения по способу последовательного приближения Из точки D до точки Е оператор перемещается пешком, а далее, до точки F - на автомобиле. Конечный участок пути длиной 100...400 метров до места повреждения целесообразно пройти вдоль кабельной линии с индукционным приемником пешком. Следовательно, для точного определения места повреждения по способу последовательного приближения основное расстояние оператор преодолевает на автомобиле, что значительно сокращает время поиска повреждения. Количество ступеней приближения зависит от длины кабельной линии. Так, например, при длине 10 километров уже через 5 ступеней оператор приблизится к месту на расстояние менее 320 метров. А оставшийся путь несложно пройти вдоль трассы кабельной линии пешком с индукционым приемником.
|
|
