Дистанционные методы определения места повреждения в кабеле

Методы определения расстояния от места начала кабельной линии, где производится измерение и подключается установка, до места повреждения называются относительными или дистанционными методами.

Относительные методы не гарантируют абсолютно-точное определение места, где произошел дефект, но определяют область, в которой он находится. Таким образом дистанционнщ-относительные методы предоставляют возможность применять в исследуемом районе абсолютные способы поиска, с помощью которых находят точное расположение места повреждения.

Про импульсный метод мы уже рассказали в статье «Импульсный метод определения повреждения в кабельной линии»,сейчас вкратце расскажем об остальных способах найти повреждение. 

К относительным методам определения растояния до места поврежедния относятся:

1. Емкокостной метод. Для определения обрыва в кабеле
2. Метод колебательного разряда или волновой метод. Для «заплывающего» пробоя, который проводится двумя способами: использованиия бегущей волны напряжения и импульсов тока
3. Импульсно-дуговой. Можно использовать для кабелей с пластмассовой изоляцией.
4. Петлевой метод. Для однофазных замыканий на оболочку или броню кабеля. Может также использоваться для кабелей с пластмассовой изоляцией или СПЭ.

Более подробно с возможностями кабельной электролаборатории можно ознакомиться на странице с описанием услуг.

С услугой по поиску места повреждения можно прочитать на соотвествующей странице.

Емкостной метод более подходит для дистанционного определения обрыва в жилах кабеля.

Вычислить место нахождения обрыва можно определением сравнения ёмкости поврежденной жилы и неповрежденной.  

Метод основан на анализе информации, получаемой от встроенного в кабель оптического волокна.

  Обязательное условие заключается в следующем:

• Необходимо знать всю длину кабельной линии.
• Емкостной метод работает только, когда кабель может выдать сопротивление изоляции не менее 300 Ом.

  Важно. На коротком замыкании емкость не измеряется.

Измерение производится с помощью мостов переменного тока различных модификаций и производителей. Например, ИРК-ПРО Альфа.

Импульсному методу присущи определенные недостатки. Он не работает на высокоомных повреждениях. Допустим, не получилось преобразовать высокоомное повреждение в низкоомное. В этом случае можно воспользоваться волновым методом или методом колебательных разрядов. Это его второе название.

Метод можно реализовать двумя способами.

1. Метод бегущей волны напряжения
2. Метод импульсного тока

В чем заключается смысл процесса. Не обязательно создавать волны с помощью постороннего источника импульсного генератора. Источником выступает зарядное устройство, а в роли заряжаемого конденсатора выступает емкость кабельной линии. Волны могут появляться в результате электрического пробоя в повреждении. Метод основан на анализе волн распространяемых от места пробоя.

Бегущая волна напряжения

В чем заключается смысл процесса?

Не обязательно создавать волны с помощью постороннего источника импульсного генератора. Источником служит зарядное устройство, а в роли заряжаемого конденсатора выступает емкость кабельной линии. Волны могут появляться в результате электрического пробоя в повреждении.

  Метод основан на анализе волн распространяемых от места пробоя.

При использовании метода бегущей волны по напряжению волновое сопротивление из источника на выходе генератора должно быть намного больше волнового сопротивления в кабеле. Rвых >>W - это основное условие отражения волны по напряжению.В свою очередь напряжение на генераторе плавно поднимается до момента возникновения в кабеле пробоя.

  После пробоя, от него начинает идти волна, которая распространяется в оба конца кабеля. Затем волна которая идет с того конца откуда было подано напряжение и регистрируется измерительным прибором.

  Волна доходит до измерителя, отражается, возвращается к месту повреждения, вызывает очередной пробой и вновь возвращается на измеритель.

Затем, процесс  повторяется, зная скорость распространения волны, можно проанализировать ситуацию и вычислить место расположения повреждения.

Метод бегущей волны по току

В чем смысл метода?

В том случае, если в месте повреждения наличествует вода, которая мешает процессу, есть «заплывание» повреждения, применяют метод бегущей волны тока.

  Напряжение поднимают не плавно, как в случае с бегущей волной по напряжению, а подают резкими толчками с ударного генератора. Либо в схеме присутствует заряженный конденсатор, который разряжается через разрядник в кабельную линию. Либо это генератор ГВИ, который самостоятельно подает эти импульсы.

Важно. Напряжение источника выбирается гораздо большим, чем пробивное напряжение данного промежутка, чтобы он все-таки пробился и меньшим того значения, которое может нанести кабелю непоправимый вред. В этом случае волновое сопротивление источника должно быть больше сопротивления на выходе генератора во много раз.

  При возникновении пробоя, в месте повреждения, от него распространяется волна, она также приходит к источнику, то есть на тот конец кабеля, с которого ведется исследование, отражается   и следует обратно к пробою до тех пор, пока горит дуга.

Для того, чтобы дуга в кабеле зажглась необходимо время на ионизацию. Поэтому, для определения места повреждения, с самого начала процесса, замеряют время между первой и второй отраженными волнами.

1. Поскольку при методе колебательного разряда волновое сопротивление не равно измерительному сопротивлению кабельной линии в кабель попадает много мусорных неоднородностей  в виде посторонних импульсов от всех имеющихся в кабеле муфт, соединений плюс от концов линии. За счет этого явления в измерениях наблюдаются погрешности или ложные результаты.
2. Все посторонние импульсы обладают продолжительным действием, поэтому при определении пробоя к концу кабеля где производятся исследования возникают определенные трудности.
3. Метод колебательного разряда отличается отсутствием стабильности. Одинаковая схема пробоя может не повторится, это затрудняет поиск
4. Погрешности вследствие посторонних неоднородностей могут быть исключены путем регулируемой чувствительности прибора в сторону ее снижения и путем введения регулируемых по времени импульсов задержки срабатывания схемы прибора при пуске его и при останове.
5. Из-за большого разбега импульса точные измерения произвести очень сложно, а неоднородности создают большие помехи, например, различить поврежденную муфту очень сложно.

Приборы для локализации повреждений в кабеле

Рефлектометр РЕЙС 305, РЕЙС 405, СТЭЛЛ-4500 (компьютерная система локализации кабельных повреждений).

Несмотря на то, что метод может определить сложные повреждения, иногда даже не прибегая к прожигу, он имеет существенные недостатки, которые, однако, с успехом, перекрываются возможностями импульсного-дугового метода.

Система СТЭЛЛ-4500 представляет собой совокупность трех приборов: мощного импульсного рефлектометра, измерителя расстояния до места дефекта кабеля методом колебательного разряда, измерителя по импульсно-дуговому методу.

Низкая инструментальная погрешность измерения – не более 0,1%.

Три входа для одновременного подключения трех линий (трех жил кабеля). Питание: широкий диапазон питающих напряжений промышленной сети 100...240В частотой 50...60 Гц. Отличная наглядность представления результатов измерения.

РЕЙС-305 - это фактически три прибора в одном корпусе: мощный импульсный рефлектометр, измеритель расстояния до места дефекта кабеля методом колебательного разряда, измеритель по импульсно-дуговому методу.

Низкая инструментальная погрешность измерения - не более 0,2%.

Импульсно-дуговой метод – это еще одна производная от импульсного метода. Разберем метод на примере фотографий с экрана компьютера системы СТЭЛЛ-4500.

На примере системы СТЭЛЛ-4500 с подачей в кабель до десяти зондирующих импульсов, синхронизация упрощает ручные настройки, позволяет проверить сложные повреждения, исследовать неоднородности до, в процессе и после горения дуги. Полученная рефлектограмма, несмотря на допустимую случайную флуктуацию в своей последней трети, обладает достаточным уровнем информации.

На красной линии хорошо виден конец кабеля. Зная протяженность кабельной линии, можно и нужно уточнить «Коэффициент укорочения», который в этом случае равен 2,04. Оранжевая линия рефлектограммы показывает повреждение вблизи отметки 24 км, однако прежде надо дополнительно настроить систему, в том числе ввести найденный «Коэффициент укорочения».

Дуга имеет очень небольшое сопротивление, таким образом, если не удалось прожечь кабель сразу, в месте повреждения можно получить электрическую дугу. В этом случае дуга будет играть роль той самой перемычки, которую была цель получить при прожиге.

Если в момент дуги послать зондирующий импульс, он отразится как от нормального нулевого повреждения с сопротивлением изоляции равном нулю Ом. (R= 0Ом).

Схема метода похожа на схему генератора высоковольтных импульсов. Схема состоит из испытательной установки, заряжающегося от нее конденсатора, разрядника и поврежденной кабельной жилы или комбинации жил, одна из которых заземляется, на другую происходит подача напряжения. Если комбинация включает оболочку, то заземляется оболочка.

Отличие схемы в том, что последовательно с разрядником включается устройство для поддержания дуги. Чаще всего в ее роли этого устройства выступает индуктивность, которая при возникновении пробоя создает и не дает сразу погаснуть дуговому разряду.

Рефлектометр подсоединяется через специальный фильтр ADG-200. Фильтр служит для защиты измерений от погрешностей.

  Одно из достоинств метода в том, что его можно использовать в поиске дефектов на кабелях с пластмассовой изоляцией, то есть для кабелей, которые жечь не желательно. Для таких кабелей опасно производить продолжительный прожиг.

  Другое достоинство метода способность определения «заплывающего» пробоя или пробоя, который возможен только при большом значении напряжения.

Метод используется при возникновении однофазных повреждений на оболочку, на«землю», при наличии в месте повреждения утечки.

Измерим сопротивление жилы до места дефекта, тогда определим полное сопротивление жилы кабеля, то самое, какой оно должно быть. Составив обычную пропорцию, получим расстояние до места повреждения, при условии, что мы знаем всю длину кабеля.

Как измерить сопротивление?

Используем способ измерения по методу амперметра-вольтметра. Производится замер тока на повреждение и падение напряжения на участке.

Для измерения падения напряжения используется неповрежденная жила в кабеле. Сопротивление изоляции «здоровой» жилы во много раз превышает изоляцию поврежденной.

  Приборы в схему напрямую никто не включает, потому, как даже мельчайшая ошибка может привести к серьезному промаху.

Чаще всего петлевой метод используется для отыскания повреждений в оболочке кабелей из сшитого полиэтилена.

Необходимое условие петлевого метода

Для определения расстояния до места повреждения оболочки в кабеле с пластмассовой изоляцией обязательным действием является раззаземление концевых воронок.

Соединительные муфты, установленные по трассе кабеля, должны быть изолированы от земли. В противном случае применить петлевой метод невозможно.

Для измерения длинных кабелей методом колебательного разряда с присоединением по току заводской установки усиления «0» дБ (или «-2» дБ) недостаточно для идентификации колебательного процесса.

  Простое увеличение уровня усиливающего сигнала может привести к случайным срабатываниям системы даже в отсутствие полезного сигнала, так как вместе с ростом амплитуды полезного сигнала автоматически растет и чувствительность канала синхронизации.

  Для получения достоверных данных требуется определить уровень усиления, при котором система самопроизвольно срабатывает, нажатием на клавишу «уровень синхронизации», уменьшить его на 10÷50 %.

При использовании импульсно-дугового метода нельзя пользоваться установкой с недостаточным диапазоном измерения.

  Диапазон должен выбираться величиной равной 3÷5 длин кабеля.

  При длине кабеля около 13 км и расстоянии до повреждения около 9 км на рефлектограмме видно лишь первое колебание и отсутствует возможность измерить период колебательного процесса.

При поиске повреждения в кабеле импульсно-дуговым методом ошибки оператора можно разделить на три основных вида.

  Если произошла недостаточная задержка зондирующего импульса после синхронизации.

  В этом случае весь процесс происходит до начала горения дуги и нет отражения от короткого замыкания.

Недостаточное количество импульсов зондирования и неправильно выбранная задержка после синхронизации.

Зеленая рефлектограмма снята, когда дуга еще не горит, а синяя в самом начале горения, когда процесс не является стабильным.

Недостаточный уровень усиления и отсутствие навыка оператора по приведению рефлектограммы к однозначно читаемому виду.

Рассмотрим параметры зондирующих импульсов, содержащиеся во вкладке: «Задание на измерение» «Менеджера графиков и курсоров».

Всего зонлирующих импульсов восемь. если навести курсор компьютера последовательно на каждый, можно получить информацию об их важности в определении кабельного повреждения.

  Оранжевая и коричневая рефлектограммы сняты в момент, когда дуга еще не горит. Зеленая рефлектограмма снята в момент нестационарного горения дуги. Можно удалить эти рефлектограммы из итогового графика, так как они не содержат полезную информацию.

  Удалится ярко синяя и просто синяя рефлектограммы и рефлектограмму цвета «хаки». Они дают избыточную информацию.

Итоговая рефлектограмма принимает вид, как на предпоследнем скриншоте в галерее.

Синий курсор стоит на месте повреждения, а красный показывает конец кабеля. Добавим программное усиление, чтобы более точно найти положение синего курсора на месте повреждения.