3.12. Методы определения места повреждения в силовых кабелях.

Существующие методы определения места повреждения силовых кабельных линий целесообразно разделить на две группы: относительные (косвенные) методы, позволяющие определить расстояние от места измерения до места повреждения (все измерения выполняются либо в начале, либо в конце кабельной линии), и абсолютные (прямые) методы, позволяющие указать место повреждения непосредственно на трассе (географически). Даже при высокой точности относительного метода не удается определить место для раскопок на трассе, т.е. требуется проверка абсолютным методом.

В соответствии с изложенным для определения места повреждения необходимо применение не менее двух методов: относительного и абсолютного.

Относительный метод обеспечивает быстроту ориентировочного определения места повреждения, куда должен отправиться измеритель, и уже абсолютным методом уточнить место для раскопок.

В настоящее время получили наибольшее распространение следующие методы определения повреждений в силовых кабелях:

О т н о с и т е л ь н ы е или к о с в е н ы е: петлевой, импульсный, колебательного разряда, емкостной;

А б с л ю т н ы е или п р я м ы е: индукционный, акустический.

3.13. Петлевой (метод петли Муррея)- метод основан на принципе моста постоянного тока (рис3.5.)

Рис 3.5. Схема петлевого метода.

Четыре сопротивления R1, R2, Rο * (L+L-Lx) и Rο * Lx образуют замкнутый четырёхугольник. ( Rο - удельное сопротивление жилы). Сопротивления R1 и R2 подбираются на измерительном мосте, добиваясь его равновесия. Rο * Lx - это сопротивление жилы от измерительного конца кабеля до места повреждения, а Rο * (L+L-Lx)– сопротивление от места повреждения до другого конца жилы плюс сопротивление исправной жилы.

Условие равновесия моста: R1 / Rο * Lx = R2 / Rο * (L+L-Lx),

искомое расстояние: Lx = 2*L*R1/(R1+ R2).

Петлевой метод используется также для определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции (шланга), наложенной поверх металлической оболочки кабеля. Точность петлевого метода невелика, ошибка может достигать 10 = 15%.

3.14. Импульсный (локационный) метод. Он базируется на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных линиях и кабелях. Приборы, реализующие указанный метод, называются импульсными рефлектометрами.

Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в выполнении следующих операций: а. Зондирование кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения. б. Прием импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления. в. Выделение отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий). г. Определение расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводится рефлектограмма линии - реакция линии на зондирующий импульс. Образование рефлектограммы линии легко проследить по диаграмме, приведенной на рисунке 3.6. Здесь осью ординат является ось расстояния, а осью абсцисс - ось времени.  

Рис.3.6 Процесс получения рефлектограммы.

В левой части рисунка 3.6 показана кабельная линия с муфтой и коротким замыканием, а в нижней части - рефлектограмма этой кабельной линии.

Анализируя рефлектограмму линии, оператор получает информацию о наличии или отсутствии в ней повреждений и неоднородностей. Например, по приведенной выше рефлектограмме можно сделать несколько выводов.

1. На рефлектограмме кроме зондирующего импульса есть только два отражения: отражение от муфты и отражение от короткого замыкания. Это свидетельствует о хорошей однородности линии от начала до муфты и от муфты до короткого замыкания.

2. Выходное сопротивление рефлектометра согласовано с волновым сопротивлением линии, так как переотраженные сигналы, которые при плохом согласования располагаются на двойном расстоянии, отсутствуют.

3. Повреждение имеет вид короткого замыкания, так как отраженный от него сигнал изменил полярность.

4. Короткое замыкание полное, так как после отражения от него других отражений нет.

5. Линия имеет большое затухание, так как амплитуда отражения от короткого замыкания много меньше, чем амплитуда зондирующего сигнала. 

Расстояние до точки, где имеет место отражение, определяется по формуле:

l_x=(t_x / 2)*V, м.

где V≈ 160 м/мкс - скорость распространения электрического импульса в линии.

t_x – время пробега импульса до точки отражения и обратно.

Крайними случаями неоднородности являются:

- обрыв, характеризующийся возрастанием сопротивления до бесконечности, полярность отраженного импульса совпадает с полярностью зондирующего;

- короткое замыкание (сопротивления падает до нуля), полярность отраженного импульса противоположна полярности зондирующего;

3.15. Метод колебательного разряда применяется при «заплывающих пробоях» и если переходное сопротивление не снижается в процессе прожига. От выпрямительной установки заряжают поврежденную жилу кабеля до напряжения пробоя в дефектном месте. Разряд будет иметь характер затухающих колебаний. Период колебаний Т при этом равен:

Т= 2t = 4L/V,

где t – полупериод колебаний; V – скорость распространения электромагнитных волн в кабеле (160 м/мкс); L – расстояние до места пробоя.

3.16. Емкостный метод. Он основан на измерении ёмкости жил кабеля по отношению к земле либо на постоянном, либо на переменном токе. Применяется преимущественно при обрывах жил (рис.3.7).

Рис.3.7. Схема измерения емкости жилы кабеля.

Rx - переходное сопротивление, Сх - емкость поврежденной жилы, Т - телефон.

Мост уравновешивается с помощью регулируемого сопротивления R и емкости С. Если звук в телефоне Т отсутствует, значит R = Rx, С = Сх.

3.17. Акустический метод. Его сущность заключается в прослушивании звуковых колебаний над местом повреждения кабеля. Эти колебания в месте повреждения создаются искровым разрядом от генератора импульсов (рис.3.8).

Рис. 3.8. Принципиальные схемы акустического метода:

а) для заплывающих пробоев в муфтах; б) устойчивый пробой, использование накопительной емкости С; в) использование емкости кабеля. Р - шаровой разрядник.

Для определения удаленности оператора от места разряда приемник звуковых колебаний может быть дополнен приемником электромагнитных колебаний, что позволяет определить время запаздывания звука по отношению к моменту прихода электромагнитного сигнала.

3.18. Индукционный - метод основан на возникновении переменного магнитного поля вокруг проводника, по которому протекает переменный электрический ток. Поле, порождаемое единичным проводником с током можно представить в виде концентрических колец вокруг этого проводника (рис. 3.9). Измеряя это поле с помощью специальной приемной катушки-антенны можно оценить положение кабельной линии, её направление и расстояние до оператора.

Р и с.3.9. Приемная катушка в магнитном поле кабеля

Уровень сигнала, наводимого в приемной антенне, зависит от нескольких факторов, таких как расстояние до кабельной линии, взаимная ориентация антенны и кабельной линии, среды между ними, наличия поблизости сторонних металлических объектов и некоторых других.

Магнитное поле проводника с током ослабевает прямо пропорционально расстоянию, т.е. при увеличении расстояния между проводником с током и приемной антенны вдвое, поле в точке расположения антенны, а значит, и индуцируемый ею сигнал также ослабевают в два раза. На рисунке 3.10 сигнал, индуцируемый в катушке 1 вдвое слабее, чем в катушке 2.

Индуцируемый в приемной катушке сигнал прямо пропорционален числу линий магнитной индукции (концентрические окружности на рисунке 3.10), пронизывающих плоскости витков этой катушки. Первая катушка (рис. 3.10,а) выдает наибольший сигнал, так как ее сечение пронизывают линии магнитной индукции. Если развернуть катушку таким образом, чтобы ее ось была направлена на проводник (рис. 3.10,б), линии магнитной индукции будут касаться плоскостей витков, но не пересекать их и, следовательно, сигнал будет минимальным.

Р и с. 3.10. Методы: а)максимума и б)минимума.

Метод минимума. Для того чтобы воспользоваться методом минимума, выведем катушку приемника в вертикальное положение (рис. 3.10,б). В момент, когда катушка расположена прямо над коммуникацией, сигнал будет минимальным. Смещение антенны в любом направлении над землей выразится резким усилением сигнала, а дальнейшее удаление – плавным ослаблением.

Определение направления залегания коммуникации. Приведем катушку приемной антенны в горизонтальное положение (параллельно земле). Проведя предварительное обследование местности методом максимума, определим место расположения коммуникации: максимум сигнала будет наблюдаться над кабелем, если ось катушки перпендикулярна направлению кабельной линии. Таким образом, вращая катушку в горизонтальной плоскости, по максимуму сигнала мы определяем направление коммуникация. Заметим, что для использования данного метода вовсе необязательно становиться прямо над коммуникацией, а достаточно находиться возле нее.

В зависимости от вида повреждения кабельной линии должны выбираться и применяться определенные методы определения места повреждения (таблица 1). Таблица 1

Вид повреждения	Переходное сопротивление, Ом	Пробивное напряжение в месте повреждения, кВ	Рекомендуемый метод
Замыкание между фазами	0-100	0	1.Импульсный 2.Индукционный
Замыкание фазы на землю	0-100	0	1.Импульсный 2.Петлевой 3.Индукционный
Замыкание фазы на землю	От 100-500	Близко к нулю	1.Импульсный 2.Петлевой 3.Акустический
Обрыв жилы	10 ^6и более	Пробоя нет (больше испытательного)	1.Импульсный 2.Емкостной
Обрыв жилы с неметаллическим замыканием на землю в месте обрыва	более 5000	Меньше испытательного	1.Импульсный 2.Емкостной 3.Акустический
Заплывающий пробой в муфте	10 ^6и более	Меньше испытательного	1.Колебательного разряда 2.Акустический