В чем сущность метода отыскания мест неисправностей в кабельных линиях

Методы определения мест повреждения на кабельных линиях. Прожигание кабелей

Кабельная линия находится, как правило, под землей, и поэто­му определение места ее повреждения — наиболее трудная опера­ция, от реализации которой зависит своевременность питания по­требителей. Чтобы получить исходные данные для выбора наибо­лее подходящего метода определения места повреждения, уста­навливают характер повреждения, который может быть следующим: замыкание на землю одной фазы; замыкание двух или трех фаз на землю либо между собой; обрыв одной, двух или трех фаз, с заземлением или без заземления; заплывающий пробой изоляции; сложные повреждения.

Для установления характера повреждения кабельную линию отключают от источника питания. От линии отключают все элект­роприемники и с обеих ее концов мегаомметром измеряют сопро­тивление изоляции каждой токоведущеи жилы по отношению к земле и между каждой парой жил, а также убеждаются в отсут­ствии обрыва токоведущих жил.

Установив характер повреждения кабельной линии, выбирают метод, наиболее подходящий для определения места поврежде­ния в данном конкретном случае. В первую очередь с погрешно­стью порядка 10. 40 м определяют зону повреждения — грани­цы, в которых расположено место повреждения. Затем уточня­ют место повреждения непосредственно на трассе. Для опреде­ления зоны повреждения линии применяют следующие относительные методы: импульсный, колебательного разряда, петлевой, емкостный.

Импульсный метод основан на посылке в поврежденную линию зондирующего электрического импульса и измерении интервала времени между моментами подачи импульса и прихода отражен­ного импульса от места повреждения в кабеле.

Если скорость распространения импульса в кабельной ли­нии обозначить через v, а расстояние от начала линии до места

повреждения — через l_x, то время, за которое импульс прохо­дит до точки повреждения и обратно, можно определить по формуле:

Скорость распространения импульса по силовым кабелям при­мерно равна 160 м/мкс. При импульсном методе измерения можно найти расстояние до места повреждения и определить характер дефекта. Погреш­ность метода — не более 1,5 % измеряемой длины кабеля.

Метод колебательного разряда позволяет определить зону по­вреждения кабельной линии при заплывающих пробоях. При из­мерении от испытательной установки напряжение постоянного тока подают на поврежденную жилу кабеля и плавно поднимают до напряжения пробоя. В момент пробоя в месте повреждения возникает искра, имеющая небольшое переходное сопротивление, и в кабеле происходит разряд колебательного характера. Период колебаний Т этого разряда соответствует времени двукратного пробега волны до места повреждения и обратно, поэтому

где t_x — время пробега волны до места повреждения и обратно; 1_Х — расстояние до места повреждения; v — скорость распространения волны колебания в кабеле.

Отсюда расстояние до места повреждения

Продолжительность колебательного разряда измеряют осцил­лографом с однократной ждущей разверткой типа ОЖО или элек­тронным миллисекундомером, присоединяемыми через делитель напряжения. Погрешность метода не более 5 % максимального значения шкалы, по которой проводят измерение.

Петлевой метод применяют для определения зоны поврежде­ния кабельной линии в случаях, когда жила с поврежденной изо­ляцией не имеет обрыва и есть хотя бы одна жила с исправной изоляцией. Этот метод заключается в непосредственном измерении сопротивления постоянному току участка поврежденной жилы от места измерения до места повреждения при помощи из­мерительного моста.

Если с одной стороны кабеля соединить между собой повреж­денную и здоровую жилы, а с другой стороны подключить регули­руемые сопротивления плеч моста (см. рис. 8.1), то равновесие в схеме моста наступит при соблюдении условия

где Ri и R₂ — сопротивления плеч моста; г₀ — удельное сопротивление материа­ла жилы кабеля; L — полная длина кабеля; 1_Х — расстояние до места поврежде­ния.

Отсюда расстояние до места повреждения

Сопротивление перемычки, соединительных концов переход­ных контактов может влиять на точность результатов измерений. Поэтому при втором измерении необходимо поменять местами, концы кабельной линии, присоединяемые к мосту, при этом

где L — полная длина кабеля; R< и Л£

регулируемые сопротивления плеч. Измерения выполнены правильно, если выполнено условие:

Петлевой метод применяют при небольших расстояниях до ме­ста повреждения (l_x< 100. 200м) и больших переходных сопро­тивлениях 1000 < R_a < 5000 Ом. Погрешность определения места повреждения не более 0,1. 0,3 % полной длины кабеля.

Ёмкостный метод используют для определения места поврежде­ния с обрывом одной или нескольких жил кабеля и при сопротив­лении изоляции поврежденной жилы не менее 5000 Ом. Метод заключается в измерении емкости оборванного участка жилы ка­беля, которая пропорциональна его длине до места повреждения. Емкость можно измерять как на постоянном, так и на переменном токе. В практике применения емкостного метода встречают три следующих принципиальных случая.

Случай 1 — обрыв одной жилы (рис. 8.2, а). Измеряют емкость оборванной жилы с одного С₁ и другого С₂ конца кабеля. Расстоя­ние до места повреждения

Случай 2 — обрыв одной жилы с замыканием на землю ее поло­вины, С₂ = 0 (рис. 8.2, б). Измеряют емкость оборванной жилы и емкость целой жилы С. Расстояние до места повреждения

Случай 3 — обрыв одной жилы, все фазы имеют глухое заземле­ние, в том числе и один конец оборванной жилы (рис. 8.2, в). Рас­стояние до места повреждения

Акустический метод применяют при условии, что в месте по­вреждения можно создать искусственный электрический разряд,

прослушиваемый с поверхно­сти земли или воды. При воз­никновении разряда в по­врежденном месте одновре­менно с электромагнитными колебаниями возникает зву­ковая волна, которая может быть прослушана на поверх­ности земли или воды.

От высоковольтной выпрямительной установки в кабель посы­лают импульс высокого напряжения. Достигнув места поврежде­ния, этот импульс создает пробой — искровое перекрытие с жилы на оболочку кабеля. На поверхности земли искровые разряды про­слушивают акустическим индукционным прибором типа АИП-3, который состоит из пьезоакустического датчика, усилителя, го­ловного телефона и выносной индукционной рамки. Недостаток данного метода заключается в том, что необходимо иметь пере­движную установку высокого напряжения постоянного тока.

Индукционный метод применяют для определения места по­вреждения кабельной линии непосредственно на трассе. Он осно­ван на принципе улавливания магнитного поля над кабелем, со­здаваемого током звуковой (тональной) частоты, пропускаемым по кабельной линии. По поврежденной жиле кабеля пропускают ток от генератора тональной частоты 800. 1000 Гц. При этом вок­руг кабеля образуется магнитное поле, напряженность которого пропорциональна силе тока в кабеле, глубине залегания и рассто­янию от его оси.

Оператор, продвигаясь вдоль трассы кабеля от места установки звукового генератора, при помощи испытательной рамки (антен­ны), усилителя и телефонных наушников определяет характер распространения этого поля и, следовательно, трассу кабельной линии, места расположения муфт, глубину заложения кабеля и место повреждения. Звук в наушниках слышен на участке трассы кабельной линии. В стороне от трассы или за местом повреждения слышимость в телефоне резко снижается.

Индукционный метод обеспечивает высокую точность опреде­ления места повреждения. Погрешность составляет не более 0,5 м. Применяют этот метод в тех случаях, когда переходное сопротив­ление в месте повреждения составляет не более 20. 50 Ом.

Прожигание кабелей. При повреждении кабельных линий сопро­тивление изоляции продолжает оставаться большим, поэтому труд­но подобрать методы для отыскания места повреждения. В этих случаях снижают переходное сопротивление до 10. 100 Ом путем прожигания изоляции в поврежденном месте с помощью специ­альных установок.

Коэффициент полезного действия прожигающей установки зна- л чительно повышается, когда ее сопротивление приблизительно рав- | но переходному сопротивлению в месте повреждения. На практике I нет установки с большим испытательным напряжением и малым или переменным внутренним сопротивлением. Поэтому прожигание кабеля во многих случаях ведут при помощи комбинированных ус­тановок. В начальной стадии прожигания применяют выпрями­тельные установки, позволяющие получить высокое напряжение (до 15 кВ и более) при малых токах (до 5 А). На заключительной стадии дожигания используют специальные трансформаторы с низким рабочим напряжением и более высоким выходным током. Широкое применение нашел резонансный метод, обеспечива­ющий высокую эффективность прожигания на переменном токе при возможности получения высоких испытательных напряжений на портативной аппаратуре. При этом методе используют специ­альные трансформаторы с переключателем витков вторичной об­мотки. Вторичную обмотку включают на кабель, подлежащий I прожиганию. Емкость подключенного кабеля совместно с ин­дуктивностью высоковольтной вторичной обмотки трансформа­тора образует резонансный контур на частоте сети 50 Гц. Колеба­ния в контуре возбуждаются благодаря магнитной связи с первич­ной обмоткой трансформатора, получающей питание от сети 127 и 380 В. Изменением с помощью переключателя настройки конту­ра (числа витков) регулируют напряжение на кабеле. Реактивная мощность в резонансном контуре достигает нескольких сотен ки­ловольт-ампер, в то время как потребляемая из сети питания мощность, идущая на покрытие активных потерь, небольшая — примерно несколько киловатт.

Пробой изоляции может происходить на обеих полярностях напряжения, и частота пробоя — доходить до 100 раз в секунду. Поэтому при резонансном методе процесс выгорания происходит более интенсивно, чем при использовании других методов.

РЕМОНТ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Ремонт свинцовой или алюминиевой оболочек кабеля. Наруше­ние герметизации обычно происходит в результате механических повреждений при проведении земляных работ. Восстановление герметизации кабеля выполняют, если есть полная уверенность в том, что изоляция кабеля не повреждена и влага не проникла внутрь кабеля. Такой ремонт выполняют в следующей последова­тельности:

удаляют часть оболочки по обе стороны от места повреждения;

осматривают и проверяют верхнюю ленту поясной изоляции на отсутствие влаги;

выполняют разбортовку торцов заводской оболочки; восста­навливают герметизацию кабеля. Для этого на оголенный участок накладывают разрезанную вдоль свинцовую трубу и после обивки пропаивают продольный шов и шейки, а также заливочные отвер­стия после заполнения трубы кабельной массой;

соединяют оболочку с броней кабеля и заключают кабель в за­щитный чугунный кожух для прокладки его в землю или в специ­альную стальную трубу для открытой прокладки.

Если влага проникла в изоляцию, поврежденный участок кабе­ля вырезают и вместо него монтируют вставку из кабеля аналогичной марки. Минимальная длина вставки по условиям удобства монтажа составляет 3 м. В местах соединения вставки с кабелем. монтируют две соединительные муфты. По обеим сторонам муф­ты при прокладке в землю делают запас кабеля в виде волнообразного изгиба (змейки).

Ремонт изоляции кабеля. В случае электрического пробоя изо­ляции при отсутствии повреждения токопроводящей жилы ре­монт выполняют без разрезания жил кабеля, т. е. при помощи бесклеммной муфты. Для этого необходимо убедиться в полном отсутствии влаги в изоляции и наличии запаса кабеля, позволя­ющего развести жилы и выполнить подмотку дефектной изоляции. Для герметизации кабель закладывают в свинцовую трубу, заливают кабельной массой в том же порядке, что и при ремонте свинцовых и алюминиевых оболочек.

При капитальных ремонтах кабельных линий старые конце­вые муфты необходимо заменять новыми с герметической задел­кой: В заделках, выполненных из эпоксидного компаунда, может нарушиться герметичность и вытекать пропиточный состав в ниж­ней или верхней частях. При вытекании пропиточного состава из корешка разделки участок, примыкающий к муфте, на 40. 50 мм в обе стороны обезжиривают. После этого конец заделки и при­легающую к нему свинцовую или алюминиевую оболочку на рас­стоянии 15. 20 мм обматывают двумя слоями хлопчатобумажной ленты, смазанной эпоксидным компаундом. Затем на кабель ус­танавливают ремонтную форму, заполняют ее эпоксидным ком­паундом.

Если пропиточная масса вытекает сверху в месте выхода жил из заделки, плоскую часть заделки и участки жил на расстоянии 30 мм зачищают ножом или стеклянной бумагой и обезжиривают (тряпкой, смоченной в бензине или ацетоне). Затем устанавлива­ют ремонтную форму и заливают ее эпоксидным компаундом.

ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ

В целях своевременного выявления и устранения дефектов изо­ляции кабеля, предупреждения аварийных повреждений кабель­ные линии в процессе эксплуатации подвергают ежегодно профи­лактическим испытаниям. Кабели, находящиеся в благоприятных условиях по температурному режиму и способу прокладки, испы­тывают не реже одного раза в три года.

Внеочередные испытания кабельных линий проводят после ре­монтных работ и окончания земляных работ на трассе. Основной метод — испытание кабеля повышенным напряжением постоян­ного тока, так как кабели обладают большой зарядной реактивной мощностью и испытание их на переменном токе требует примене­ния мощных испытательных установок.

Кабельные линии напряжением до 1 кВ допускается испыты­вать только мегаомметром на напряжение 1000. 2500 В. При ис­пытании на выпрямленном напряжении одновременно измеряют ток утечки, по величине которого определяют изменение сопро­тивления изоляции.

В особо ответственных кабелях иногда измеряют диэлектричес­кие потери. При профилактических испытаниях кабельных линий проверяют изоляцию каждой жилы кабеля по отношению к дру­гим и оболочке. Вместе с кабелем испытывают концевые муфты или воронки и опорные изоляторы до разъединителя. Испытанию можно подвергать последовательно соединенные кабельные ли­нии с распределительными устройствами. Групповые кабельные линии или параллельные кабели, присоединенные к отдельным агрегатам (генератору, трансформатору), можно испытывать одно­временно без отсоединения от сети.

Методы проведения отдельных видов испытаний. Для проведения испытаний кабельную линию отключают и заземляют. Затем с од­ной из фаз снимают заземление и подают испытательное напряже­ние. Напряжение поочередно подают на каждую жилу кабеля при заземлении двух других жил. Кратность и значение испытательного напряжения для кабеля напряжением 2. 10 кВ составляет (5. 6)U_H, напряжением 20. 35 кВ —(4. 5)U_Н, напряжением 110кВ — (2. 3) U_H . Продолжительность испытания каждой жилы кабеля на­пряжением 2. 35 кВ — 5 мин, напряжением 110. 220 кВ — 20 мин.

Состояние изоляции кабеля оценивают по значению тока утеч­ки и его несимметрии по фазам. При удовлетворительном состоя­нии изоляции ток утечки в момент подъема напряжения на каж­дой ступени резко возрастает за счет заряда емкости кабеля, а за­тем быстро спадает: у кабелей напряжением 6. 10 кВ — до менее 500 мкА, у кабелей напряжением 20. 35 кВ — 800 мкА. При наличии дефектов ток утечки спадает медленно и даже может возрасти. Ток утечки записывают на последней минуте испытаний.

Несимметрия токов утечки по фазам у кабелей с неповрежден­ной изоляцией не должна превышать 50 %. Разработан метод ис­пытания кабельных линий собственных нужд электростанций на­пряжением 6кВ под нагрузкой. Испытательное напряжение в этом случае подают в нулевую точку трансформатора, а выпрям­ленное испытательное напряжение в пределах 20. 24 кВ наклады­вают на фазное рабочее напряжение.

Во время профилактических испытаний кабелей определяют: сопротивление изоляции; целостность жил и фазировку; темпера­туру кабеля; сопротивление заземления концевых заделок; значе­ние блуждающих токов. Сопротивление изоляции кабеля должно быть не ниже 0,5 МОм. При определении сопротивления изоля­ции кабеля при помощи мегаомметра одновременно определяют отсутствие замыканий между фазами или фазами и оболочкой и обрывов жил кабеля. Многие повреждения изоляции кабелей начинаются с потери герметичности оболочек. В этих случаях про­никновение влаги ускоряет ухудшение изоляции. Поэтому обыч­но профилактические испытания проводят в теплое время года, в период наибольшей вероятности ухудшения изоляции. Целост­ность жил и фазировку кабельной линии при эксплуатации прове­ряют после перемонтажа муфт или отъединения жил кабеля, пользуясь при этом мегаомметром и указателем напряжения.

Температуру кабелей измеряют в соответствии с указаниями местных инструкций на тех участках трассы, на которых возмож­ны перегревы кабелей. Ее измеряют термопарами, термосопро­тивлениями и только в крайнем случае термометрами.

Сопротивление заземления концевых заделок измеряют при капитальном ремонте заземляющих устройств. В остальных случа­ях проверяют целостность заземляющего проводника, соединяю­щего концевую заделку с шиной заземляющего устройства.

Надежность работы кабельных линий зависит от состояния оболочек кабеля. Нарушение герметичности оболочек, проникно­вение воздуха и влаги во внутренние полости кабеля приводит к электрическому пробою изоляции. Металлические оболочки ка­белей в процессе эксплуатации могут разрушаться вследствие хи­мического или электрического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее подвержены разрушению оболочки кабельных линий, проложенных в земле, вследствие электролитической кор­розии, вызываемой блуждающими токами.

Для определения коррозионной опасности и разработки мер защиты кабельной линии в первый год эксплуатации блуждающие токи замеряют не менее двух раз. Для этого на кабельных линиях проводят комплекс испытаний, в процессе которых определяют разность потенциалов между оболочками кабеля и землей; плот­ность тока, стекающего с кабеля в землю; ток, протекающий по оболочке кабеля.

Основные методы определения мест повреждения (ОМП)

Как правило, соединения потребителей с источниками электроэнергии (трансформаторными и распределительными подстанциями) осуществляется при помощи кабельных линий (КЛ). Это связано с тем, что у данного способа есть масса преимуществ перед воздушными линиями (ВЛ). Но, если случилась авария на КЛ, то поиск места повреждения кабеля без специальных приборов, практически невозможен. Сегодня мы рассмотрим несколько способов, позволяющих локализовать аварийный участок кабельной трассы, проложенной в земле.

Причины и виды повреждений кабельных линий

Существует много факторов, негативно влияющих на целостность силовых кабелей, к наиболее распространенным из них можно отнести следующие:

• Подвижка грунта, может быть вызвана аварией водопроводных, канализационных или тепловых сетей, а также сезонными явлениями, например, весенним оттаиванием.
• Превышение допустимых норм эксплуатации КЛ, что может привести к термической перегрузки линии, вызванной увеличением токовой нагрузки.
• Образование в КЛ высокого уровня электрического тока от транзитного КЗ.
• Механическое повреждение при земляных работах без учета прохождения подземных коммуникаций и глубины трассы.
• Ошибки при прокладке КЛ. В качестве примера можно привести нарушения технологии соединения жил кабельными муфтами.
• Заводской брак.

Заметим, что при открытой прокладке кабельных трасс некоторые перечисленные выше причины повреждений встречаются крайне редко. В частности, снижается вероятность влияния подвижки грунта и механические воздействия вследствие земляных работ. Помимо этого зоны повреждения открытых КЛ, в большинстве случаев, можно обнаружить при визуальном осмотре, без задействования спецметодов.

Разобравшись с причинами, перейдем к видам повреждений, поскольку от этого напрямую зависит, каким методом будет локализирован аварийный участок КЛ.

Чаще всего ремонтным бригадам приходится сталкиваться со следующими видами неисправностей:

• Дефект, вызванный полным или частичным обрывом КЛ. Чаще всего причиной аварии является проведение земляных работ без определения прохождения кабельных трасс. Несколько реже причиной данного повреждения может стать КЗ в соединительных муфтах.
• В силовых кабелях (более 1кВ), часто встречается пробой одной из жил на землю (однофазное замыкание). Ток утечки, как правило, это вызвано снижением качества изоляции в процессе эксплуатации КЛ.
• Межфазные повреждения, а также виды металлических замыканий, могут возникнуть в любых линиях, причина повреждений такая же, как и в предыдущем пункте.
• Плановое испытание кабеля, при котором задействуется высокий уровень напряжения, показывают низкую надежность изоляции, и приводит к возникновению пробоя. При определенных обстоятельствах такая линия может продолжать эксплуатироваться, но из-за низкого уровня ее надежности, авария может проявиться в любое время.

Поиск места повреждения кабеля

Выбор метода определения места повреждения кабеля зависит от характера повреждения и переходного сопротивления в месте повреждения. Повреждения в трехфазных КЛ могут быть следующих видов: замыкание одной жилы на землю; замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой; обрыв одной, двух или трех жил без заземления или заземлением как оборванных, так и необорванных жил; заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении, и исчезает (заплывает) при номинальном напряжении.

Характер повреждения определяют с помощью мегомметра. Для этого с обоих концов линии проверяют:

• сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция), сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);
• целостность токоведущих жил.

Во многих случаях для определения места повреждения кабеля необходимо, чтобы сопротивление в месте повреждения между жилами или между жилой и оболочкой было как можно меньше. Снижение этого переходного сопротивления до необходимого предела выполняют прожиганием изоляции кенотроном, генератором высокой частоты, трансформатором. Процесс прожигания протекает по разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15-20 сек. сопротивление снижается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается снизить только до 2000 – 3000 Ом. Процесс прожигания в муфтах проходит длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко изменяется, то снижаясь, то снова возрастая, пока не установится процесс и сопротивление не начнет снижаться.

При повреждении КЛ предварительно определяют зону повреждения (относительные методы), и после этого различным методами (абсолютные или картографические) уточняют на трассе непосредственно место повреждения. Для более точного определения зоны повреждения желательно выполнять с одного конца КЛ несколькими методами, если такая возможность отсутствует, более точный результат дает измерение одним методам с обоих концов кабеля.

Для определения зоны повреждения используют такие основные методы: a) импульсный метод; b) метод колебательного разряда; c) метод петли; d) емкостной метод.

Импульсный метод

Этот метод применяется для определения зоны повреждения кабеля в любых случаях, кроме заплывающего пробоя, при переходном сопротивлении до 150 Ом.

Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в кабельных линиях высокого и низкого напряжения величина постоянная и равна 160 м/мкс. Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно определяют расстояние до точки повреждения кабеля.

Lx = Nx * V/2 = 80 Tx

Измерения производятся приборам рефлектометром РЕЙС-105Р. На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при коротких замыканиях и положительное при обрыве жил.

Метод колебательного разряда

Этот метод применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу подается от кенотронной испытательной установки напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как скорость электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерение выполнятся рефлектометром РЕЙС-105Р

Метод петли

Этот метод основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и наличии одной здоровой жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко соединяют с целой с одной стороны кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяю регулируемые сопротивления моста. Равновесие моста будет при условии:

R1 / R2 = Lx / L + (L — Lx)

Так как сопротивление жилы прямо пропорционально ее длине, то

Lx = 2L * R1 /(R1 +R2), где

R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, (Ом); L – длина трассы; Lx – расстояние до точки повреждения, (м).

К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени на измерение, меньшую точность измерения, необходимость установки закороток. Поэтому петлевой метод сейчас вытесняется импульсным методом и методом колебательного разряда.

Емкостный метод

Этот метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины: a) Обрыв одной жилы в трехжильном кабеле; b) Схема на постоянном токе: П – потенциометр, Сэт – эталонный конденсатор, С1 – емкость поврежденной жилы; c) Схема на переменном токе.

При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считая, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2 имеем

С1 / Lx = С2 / L – Lx, где

Lx – расстояние до места обрыва; L – полная длина линии.

Lx = Д * С1 / (С1 + С2)

После определения зоны повреждения в этот район направляется оператор для определения места повреждения. Для этого используют акустический, индукционный или метод накладной рамки.

Акустический метод

Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе вызванных этим разрядом звуковых колебаний, возникающих над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд. Для возникновения устойчивого искрового разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.

Слышимость звука с поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения кабеля и мощности разрядного импульса. Глубина прослушивания колеблется в пределах от 1 до 5 м. Применение этого метода на открыто проложенных кабелях, кабелях в каналах, туннелях не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.

В качестве генератора импульсов применяется кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов можно использовать емкость неповрежденных жил кабеля. В качестве акустического датчика используют датчики пьеза – или электромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой частоты. Над местом повреждения сигнал наибольший. В качестве прибора можно использовать течетрассопоисковый комплект «ЛИДЕР».

Индукционный метод

Этот метод применяют для непосредственного отыскания на трассе кабеля мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на земле, обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле, для определения трассы и глубины залегания кабеля, для определения местоположения соединительных муфт.

Сущность метода заключается в фиксации с поверхности земли с помощью приемной рамки характера изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока звуковой частоты (800 – 1200 Гц) от долей ампера до 20 А в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке зависит от токораспределения в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно при соответствующей ориентации рамки определить трассу и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи «жила – жила», для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух и трехфазные или создают искусственную цепь «жила – оболочка кабеля», разземляя последнюю с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.

Силовые линии поля тока «жила – земля» представляют собой концентрические окружности, центром которых является ось кабеля. (после одиночного тока).

При использовании цепи «жила – жила» ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил , то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трасс кабеля будут индуцироваться ЭДС, изменяющаяся от минимума при вертикальном расположении жил, до максимума при горизонтальном расположении жил.

При отыскании повреждения необходимо помнить, что сигнал за местом повреждения затухает на расстоянии не более половины шага. Используя этот метод определяют трассу кабеля, место расположения соединительных муфт по усилению звучания в телефоне из-за увеличенного расстояния между жилами, защитную металлическую трубу по резкому уменьшению уровня звука, так как труба является экраном и глубину прокладки кабеля. Для определения глубины прокладки кабеля сначала находят линию трассы кабеля и проводят черту. Затем, располагая ось рамки под углом 45 градусов к вертикальной плоскости, проходящей через ось кабеля, до момента отсутствия в рамке индуцированного ЭДС. Расстояние от этого места до трассы, отмеченной чертой, равно глубине залегания кабеля.

Метод накладной рамки

Этот метод применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод удобен при открытой прокладке кабеля; при прокладке в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения. Метод основан на том же принципе, что и индукционный. Генератор подключают к жиле и оболочке или между двумя жилами. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, обусловленный магнитным полем одиночного тока.

Кратко о ремонте кабельной линии

Ремонтные работы на кабельных линиях принято классифицировать на плановые и аварийные. Что касается объема таких работ, то у первых он, как правило, капитальный, у вторых – текущий.

При капитальных работах производится плановая замена КЛ, прокладка новых трасс и т.д. При необходимости также выполняется ремонт и/или модернизация сопутствующего оборудования. К последним относятся вентиляционные системы и освещение кабельных туннелей, а также насосы для откачки грунтовых вод. Учитывая специфику плановых работ, при их проведении не требуется локализация дефектных участков.

Совсем иначе обстоит дело при аварийном ремонте. Чтобы не раскапывать всю трассу, следует точно определить место обрыва провода, пробоя изоляции и т.д. Для этой цели применяются различные способы, для которых задействуется спецоборудование. Подробно об этом будет рассказано ниже.

Отыскание участка повреждения кабеля

Методы, с помощью которых отыскивают участок повреждения кабеля, носят название относительные и к ним относятся: петлевой метод; емкостной метод; импульсный метод и метод колебательного разряда.

Петлевой метод.

Петлевой метод применяется только при определении расстояния до замыкания одной или двух жил относительно оболочки при переходном сопротивлении постояyному току в месте повреждения не более 5 кОм и при наличии хотя бы одной неповрежденной жилы. Метод основан на принципе измерительного моста постоянного тока (см. рис. 14).

Измерения производят с помощью чувствительного кабельного моста, например Р-333, Р-336 и др.

Для проведения измерений поврежденную и неповрежденную жилы на противоположном конце соединяют перемычкой из медного многожильного провода сечением не менее 50 мм, к концам которой припаяны зажимы из латуни. Мост соединяют с жилами кабеля (зажимы 2, 3) гибким медным проводом сечением 4 мм2 с латунными зажимами.

Плечи измерительного моста образуются регулируемыми сопротивлениями r1 и r 2, сопротивлениями жил гх и r2 соответственно, пропорциональных длинам кабеля Lх и L+L у. Регулировкой сопротивлений r1 и r2 устанавливают стрелку гальванометра в нулевое положение, что соответствует равновесию плеч моста

Расстояние до места повреждения кабеля определяют по формуле

После определения Lх необходимо поменять местами концы проводов, идущие к кабелю, и произвести повторное измерение. При этом определяют расстояние L+Lу. Если сумма полученных результатов существенно отличается от двойной длины кабеля, то измерения необходимо повторить, предварительно проверив все контакты.

Для повышения точности определения расстояния до места повреждения рекомендуется измерения производить с одного (1) и другого (2) концов кабеля. Правильность произведенных измерений можно оценить по соотношению

Чувствительность моста и, следовательно, точность измерения зависит от соотношения напряжения питания моста к переходному сопротивлению изоляции в месте повреждения. Поэтому напряжение питания моста должно составлять 100-120, 25-30 и 4-6 В при значениях переходных сопротивлений соответственно 5, 1 и 0,1 кОм.

При измерениях возможны ситуации, когда мост не уравновешивается. Это возможно в случаях, когда повреждение находится в самом начале кабеля со стороны измерения, чаще всего в концевой разделке кабеля, а также при обрыве соединительных проводов.

Формулы, представленные выше, справедливы для однородных линий. В случае, если линия имеет различные сечения и материал жил, необходимо после измерений уточнить расстояние до места повреждения путем приведения длин участков к какому-нибудь одному сечению S и удельному сопротивлению ρ

где L_пр(i), ρ_(i), S_(i) — соответственно длина, удельное сопротивление и сечение i-го участка линии.

Приведенное расстояние до места повреждения определяется через приведенную длину линии и сопротивления плеч измерительного моста при его равновесии

Действительное расстояние до места повреждения определяют по Lхпр путем обратного пересчета к действительным S(i) и р(i).

При использовании мостов сопротивлений постоянного тока петлевой метод позволяет определять расстояние до места повреждения кабеля с точностью до 0,1 — 0,3%.

Емкостной метод.

Метод применяется для определения расстояния до места обрыва одной или нескольких жил кабельной линии путем измерения емкости кабеля. Измерения могут проводиться как с помощью моста переменного тока (см. рис. 15), так и с использованием баллистического гальванометра на постоянном токе (см. рис. 16).

Рис. 15. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом с помощью моста переменного тока 1000 Гц.

1 — жилы кабеля; 2 — место обрыва жилы; 3 — оболочка кабеля; Т — телефон.

Измерения на переменном токе рекомендуется производить при переходном сопротивлении замыкания места повреждения кабеля от 5 кОм до 20 МОм, а на постоянном токе при сопротивлении свыше 20 МОм.

Измерения на переменном токе заключается в измерении емкости участка кабеля до места обрыва С х с помощью моста переменного тока 1000 Гц (например, р-565). Плечи измерительного моста образуются нерегулируемыми сопротивлениями r1 и r4, регулируемым сопротивлением г2, регулируемой эталонной емкостью Сэт и емкостью измеряемой жилы Cх. Равновесие моста устанавливается rq и Сэт и проверяется по отсутствию звучания телефона Т.

Расстояние до места повреждения определяется в зависимости от характера повреждения одним из способов представленных ниже.

Рис. 16. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом на постоянном токе.

1 — жилы кабеля; 2 — место обрыва жилы; 3 — оболочка кабеля.

1. Разрыв жилы без заземления. Измеряют емкость поврежденной жилы с одного конца кабеля Cx(1), затем с противоположного Сx(2). Полную длину кабеля делят пропорционально полученным емкостям
   
2. Одна из частей оборванной жилы имеет замыкание на землю. Измеряют емкость незаземленной части жилы С х и емкость одной неповрежденной жилы С. Расстояние до места повреждения будет определяться
   
3. Емкость жилы может быть измерена с одного конца, остальные жилы замкнуты на землю. Измеряют емкость незаземленного конца оборванной жилы Сх. Расстояние до места повреждения определяют ориентировочно по удельной емкости жилы кабеля С 0 (cм. табл. 17)
   

При измерениях наибольшая точность будет обеспечиваться в 1-ом случае, во 2ом случае результаты измерений несколько завышаются, случай 3 целесообразен при длине кабеля до 200 м.

Измерение емкости на постоянном токе с помощью баллистического гальванометра основан на том, что у последнего отброс стрелки пропорционален количеству электричества, проходящего через рамку при заряде или разряде емкости кабеля. При измерении, шунтом rш устанавливают минимальную чувствительность гальванометра G, а переключатель S2 устанавливают в положение 1. При этом зарядный ток, протекая через гальванометр в емкость кабеля, отбрасывает стрелку на угол αх. Шунтом повышают чувствительность для получения четкого замера. В качестве окончательного результата берут среднее значение по результатам 3 — 4 замеров угла αх. Перед каждым измерением емкость разряжается установкой переключателя S2 в положение 2. Измерение αэт на эталонной емкости выполняют аналогично при неизменном положении шунтирующего сопротивления.

При измерениях на постоянном токе возможны случаи аналогичных рассмотренным выше. Определение расстояния до места повреждения производится по тем же соотношениям.

Импульсный метод.

Импульсный метод основан на измерении времени tх прохождения импульса от одного конца кабельной линии до места повреждения и обратно, которое при скорости распространения этого импульса ч и расстояния до места повреждения Lх определяется и , соответственно, . Скорость распространения импульса для большинства кабелей составляет 160±1 м/мкс, соответственно расстояние до места повреждения можно оценить как Lх≈ 80·tх.

На основе данного метода работает серия приборов типа Р5-5, P5-8, Р5-9, Р5-10, с помощью которых можно отыскивать место повреждения, начиная с 1 м от начала линии (Р5-9) и относительно большим переходным сопротивлением в месте замыкания на землю (P5-8).

При включении прибора в кабельную линию посылаются зондирующие импульсы, которые при прохождению по кабелю отражаются с изменением своих амплитудных значений и знаков в тех местах, в которых волновое сопротивление отличается от вол нового сопротивления кабеля (35 Ом). Чем больше отличается сопротивление от волнового, тем больше амплитуда отраженного импульса. Причем, в месте замыкания отраженный импульс меняет знак на противоположный. По амплитуде и знаку отраженного импульса определяют как место повреждения, так и характер повреждения. Однако, из за наличия мест ослабленной изоляции кабеля, вставок, муфт и т. п., в которых сопротивления также отличаются от волнового, амплитуды отраженных импульсов могут быть сопоставимы с амплитудами отраженных импульсов от мест повреждения, что усложняет идентификацию места замыкания или обрыва в кабеле. Так, например, прибором Р5-5 практически можно идентифицировать отраженный импульс от места повреждения с переходным сопротивлением, не превышающим 4-5-кратного значения волнового сопротивления кабеля, т. е. 150-200 Ом.

Рис. 17. Экран электронно-лучевой трубки прибора Р5-5 при определении места повреждения кабеля.

а) — проверка совпадения зондирующего импульса с нулевой масштабной меткой; б)совмещение отраженного импульса (место короткого замыкания) с нулевой масштабной меткой.

Зондирующие и отраженные импульсы отображаются на экране электроннолучевой трубки. На развертке отраженных импульсов с интервалом 2 мкс нанесены масштабные метки времени (см. рис. 17). Время прохождения импульса от места повреждения определяется отсчетом по шкале калиброванной временной задержки при совмещении отраженного импульса с имеющейся на экране масштабной нулевой мет кой.

Для получения на экране неподвижного изображения процесс подачи зондирующих импульсов и развертка отраженных импульсов периодически повторяются с часто той 500-1000 Гц. Развертка жестко синхронизирована со временем подачи зондирующего импульса.

Погрешность измерений на кабельных линиях указанными приборами достаточно высокая и не превышает 1 %.

Метод колебательного разряда.

Данный метод применяется для определения расстояния до места повреждения в кабелях при замыканиях, носящих характер "заплывающего" пробоя. Сущность метода заключается в том, что при пробое кабеля возникает разряд, носящий характер затухающих колебаний с периодом Т, мкс. Измеряя период свободных колебаний, можно определить расстояние до места повреждения кабеля

где v — скорость распространения волны свободных колебаний равная 160±1 м/мкс для кабелей напряжением 3 — 35 кВ.

Характер изменения напряжения колебательного процесса фиксируемый на зажимах кабеля представлен на рис. 18.

При измерении на поврежденную жилу кабеля подается высокое напряжение Uz отрицательной полярности. В момент пробоя в месте повреждения возникает равная по величине, но противоположная по знаку волна напряжения, которая распространяется к концам кабеля. Через время t1 = Lх/v после пробоя волна достигает конца кабеля, с которого производится

Рис. 18. Напряжение колебательного процесса при пробое кабеля.

Полярность напряжения на измеряемом конце меняется на положительное. Волна, отражаясь от конца кабеля без изменения полярности, уходит к месту повреждения, которое достигает через время t2 = 2·Lх/v с момента пробоя. Вновь отражаясь, но уже с изменением полярности, волна к моменту времени t3 = 3· Lх/v достигает конца кабеля, изменяя полярность напряжения на измеряемом конце на отрицательное. Ко времени t4 = 4· Lх/v v волна возвращается к месту повреждения и первый период колебания завершается. Таким об разом, время двойного пробега волны (t3 – t1) = 2· Lх/v можно определить по изменению полярности напряжения на измеряемом конце кабеля. В момент времени t1 отрицательная полярность меняется на положительную, при t3 — положительная на отрицательную.

Рис. 19. Схема включения прибора ЦР0200 при измерении расстояния до места повреждения кабеля.

1-провод высокого напряжения; 2-высоковольтная выпрямительная установка; 3-зарядное сопротивление; 4-контур заземления подстанции; 5-цепи заземления прибора ЦР0200; 6-заземление высоковольтной выпрямительной установки; 7-прибор ЦР0200; 8-присоединительное устройство (делитель напряжения); 9-соединительный кабель; 10-поврежденный кабель.

По изложенному принципу работают приборы ЭМКС-58M, Щ4120, ЦР0200. Схема включения последнего прибора представлена на рис. 19.

Расстояние до места повреждения в кабеле определяется прибором ЦР0200 автоматически с выводом результата измерения на отсчетное устройство. При использовании прибора необходимо выполнять ряд требований позволяющих добиться максимальной точности измерения. В частности, высоковольтная выпрямительная установка должна иметь заземленный плюс, т. е. создавать на кабеле заряд отрицательной полярности по отношению к земле. Несоблюдение полярности выпрямительной установки не обеспечивает правильности измерений. Цепи заземления должны быть по возможности короткими по отношению к заземленной муфте концевой разделки кабеля. Провода заземления не должны иметь витков, создающих индуктивное сопротивление. Присоединительное устройство необходимо устанавливать по возможности ближе к зажимам кабеля так, чтобы соединительный провод между кабелем и присоединительным устройством был не более 3 м. Зарядное сопротивление должно быть расположено непосредственно у места подключения присоединительного устройства. Свободные жилы кабеля должны быть изолированы от земли.

Указанные выше приборы позволяют с точностью до +5% определять расстояния до места повреждения кабеля и их применение является наиболее эффективным при "заплывающих" пробоях.

Порядок проведения измерений приборами подробно излагается в заводских инструкциях.

Методы определения места повреждения кабеля

Повреждения в трехфазных кабельных линиях (КЛ) могут быть следующих видов:

1. замыкание одной жилы на землю;
2. замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой;
3. обрыв одной, двух или трех жил без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
4. заплывающий пробой, проявляющийся в виде КЗ (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий («заплывающий») при номинальном напряжении.

Характер повреждения определяют с помощью мегомметра. Для этого с обоих концов линии проверяют:

• сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция), сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);
• целостность токоведущих жил.

2. Методы определения зон повреждения кабельных линий

Выбор метода определения места повреждения кабеля зависит от характера повреждения, места прокладки и переходного сопротивления в месте повреждения. При повреждении КЛ ориентировочно определяют зону (место локализации) повреждения, и после этого различными методами уточняют место повреждения на трассе. Для более точного определения зоны повреждения поиск желательно выполнять с одного конца КЛ несколькими методами. Если такая возможность отсутствует, более точный результат дает поиск одним методом с обоих концов кабеля.

Для поиска зоны повреждения используют:

• метод прожигания изоляции (разрушающий метод),
• импульсный метод;
• метод колебательного разряда;
• метод петли;
• емкостный метод.

Метод прожигания изоляции. В этом случае устанавливают место, где сопротивление между жилами или между жилой и оболочкой будет минимальным. Для уточнения места повреждения необходимо снизить переходное сопротивление до минимального предела. Для этого при помощи генератора высокой частоты или трансформатора выполняют прожигание изоляции. Процесс прожигания протекает по-разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15 – 20 с сопротивление уменьшается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается уменьшить только до 2000 – 3000 Ом. В муфтах процесс прожигания кабеля проходит более длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко меняется: то снижается, то снова возрастает, – пока не установится процесс, и сопротивление не начнет снижаться устойчиво. Это разрушающий метод определения места повреждения кабеля.

Импульсный метод применяется для определения зоны повреждения кабеля при переходном сопротивлении до 150 Ом в любых случаях, кроме заплывающего пробоя. Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в КЛ высокого и низкого напряжения – величина постоянная и равна V=160 м/мкс.

Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно (Tx) определяют расстояние до точки повреждения кабеля (Lx, м):

Измерения производятся рефлектометрами (например, РЕЙС-105Р). На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при КЗ, положительное – при обрыве жил.

Метод колебательного разряда применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу от испытательной установки подается напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерения выполняются рефлектометрами.

Метод петли основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и при наличии одной неповрежденной жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко присоединяют к целой жиле кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяют регулируемые сопротивления моста.

Равновесие моста будет при условии, о.е.:

Сопротивление жилы кабеля прямо пропорционально его длине, поэтому расстояние до точки повреждения, м:

где R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, Ом;

L – полная длина линии, м.

К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени, меньшую точность, необходимость устанавливать «закоротки». Поэтому метод «петли» сейчас вытесняется другими методами: емкостным, импульсным методами, методом колебательного разряда и другими.

Методы непрерывно совершенствуются.

Емкостный метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил КЛ путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины. При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считаем, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2, тогда:

После определения зоны повреждения в этот район для определения места повреждения направляется оператор, который использует акустический, индукционный метод или метод накладной рамки.

Акустический метод. Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе звуковых колебаний, вызванных этим разрядом над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд и это место ориентировочно известно. Для возникновения устойчивого разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.

Слышимость звука на поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения и мощности разрядного импульса. Возможная глубина прослушивания колеблется от 1 до 5 м. Применять этот метод для открыто проложенных кабелей, кабелей, проложенных в каналах и в туннелях, не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.

В качестве генератора импульсов применяется кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов можно использовать емкость неповрежденных жил кабеля. В качестве акустического датчика используют датчики пьезомагнитной или электромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой частоты. Над местом повреждения сигнал наибольший.

Индукционный метод применяют для непосредственного отыскания мест повреждения кабеля на трассе:

• при замыкании изоляции жил между собой или на землю;
• при обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле;
• для определения трассы и глубины залегания кабеля;
• для определения местоположения соединительных муфт.

По этому методу на поверхности земли с помощью приемной рамки фиксируют изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока от долей ампера до 20 А (звуковой частоты 800÷1200 Гц). Диапазон определяется в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке, зависит от распределения тока в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно по ориентации рамки определить трассу прохождения и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи «жила – жила», для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух- и трехфазные или создают искусственную цепь «жила – оболочка кабеля», снимая заземление с цепи с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.

Силовые линии поля от тока цепи «жила – земля» представляют собой концентрические окружности, центром которых является ось кабеля. Ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле от пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил, то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трассы кабеля, будут индуцироваться ЭДС, изменяющиеся от минимума при вертикальном расположении жил до максимума при горизонтальном расположении жил. При отыскании повреждения следует помнить, что сигнал за местом повреждения затухает на расстоянии не более половины шага.

Этим методом определяют трассу кабеля, глубину его прокладки, место расположения соединительных муфт (по усилению звучания в телефоне из-за увеличенного расстояния между жилами). Для определения глубины прокладки кабеля сначала находят линию его трассы и проводят черту. Затем, располагая ось рамки под углом 45º к вертикальной плоскости, проходящей через ось кабеля, устанавливают место исчезновения в рамке индуцированной ЭДС. Расстояние от этого места до трассы, отмеченной чертой, равно глубине залегания кабеля. При наличии защитной металлической трубы уровень звука резко уменьшается, так как труба является экраном.

Метод накладной рамки применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод основан на том же принципе, что и индукционный, удобен при открытой прокладке кабеля. При прокладке кабеля в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения, после этого к жиле и оболочке или между двумя жилами подключают генератор. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, вызванный магнитным полем одиночного тока.

За последние 15 – 20 лет обслуживания подземных телекоммуникационных трассы усложнилось, т.к. эксплуатируемых трасс стало больше, а средний «возраст» их увеличился, активизировались строительные работы. В городских условиях существуют проблемы вскрытия асфальтного покрытия и высокий уровень электромагнитных помех широкого спектра.

3. Современные способы поиска трасс прохождения кабельных линий и их повреждений

В настоящее время появились новые способы поиска трасс. Раньше поисковые приборы были простыми, дешевыми и состояли из поисковой антенны с датчиком и миниатюрного встроенного приемника со звуковой индикацией. Степень фильтрации была невысока, часто приемник представлял собой усилитель низкой частоты, выдающий звук в «чистом виде», без обработки.

Новое поколение приборов для поиска трасс более эффективно, они точнее, но и значительно дороже. Для уменьшения электромагнитных помех усложнили фильтрующий блок, а городские акустические шумы потребовали акустической отстройки. Все это привело к увеличению габаритов и веса прибора, и для обеспечения комфортной работы персонала в современных приборах приемник и поисковую антенну разделили.

Дальнейшее развитие шло по пути расширения сервисных возможностей приборов, например, цифровая индикация глубины закладки кабеля и величины тока. Для этого ввели второй горизонтальный датчик и предусмотрели возможность строго-вертикального направления антенны. Для поиска трассы по минимуму сигнала был встроен еще и вертикальный датчик. Совместная работа вертикального и горизонтального датчиков позволяет искать трассу не только по максимуму или минимуму, как это было в традиционных методах, но и по инвертируемому сигналу. Такой способ называют по-разному: «супермаксимум», «максимум+» и т.д. Его достоинство заключается в том, что он объединяет точность поиска «по минимуму» с удобством поиска по максимуму (рис. 1).

Рисунок 1 – Режим «супермаксимум» (в центре) объединяет удобство определения трассы по максимальному сигналу (слева) с точностью поиска по минимуму сигнала (справа)

Появление датчиков с различной ориентацией приема сигнала позволило включить в комплекс измерений фазовый анализ, который дает дополнительные данные:

• за счет использования вертикального датчика стало возможно определять место измерения: справа или слева от кабеля;
• нахождение «своего» кабеля в местах схождения коммуникаций. Эта проблема по мере уплотнения коммуникаций приобрела особую актуальность. Было замечено, что направление тока в соседних трассах противоположно в каждый момент времени, что означает сдвиг фаз на 180°. Это используют как признак, разделяющий кабели;
• определение топологии поля для определения места прокладки кабеля при помощи устройства, которое с помощью датчиков с различной ориентацией оценивает расстояние до кабеля, глубину залегания и показывает их на плане, сопровождая цифровыми показаниями уровня сигнала (рис. 2).

Рисунок 2 – Устройство для изучения топологии магнитного поля а – слева от измерителя показан «свой» кабель, сигнал от генератора направлен вперед по кабелю; б – справа от измерителя «чужой» кабель – сигнал возвращается к генератору

Этот метод (контактный метод) основан на том, что при протекании тока через поврежденную оболочку на земле возникает разность потенциалов. Эту разность потенциалов снимают штырями, которые подключают к приемнику вместо антенны. Контактный метод на несколько порядков чувствительнее методов, основанных на определении амплитуды. Возможен пассивный поиск подземных коммуникаций, без подключения генератора.

Вместе с тем контактный метод имеет два недостатка:

• трудоемкость. Метод достаточно точный, если место дефекта известно хотя бы приблизительно. В противном случае требуется обследовать весь кабель. Для высокоомных дефектов зона чувствительности резко снижается: уже для повреждений с сопротивлением около 100 кОм зона обнаружения находится в радиусе более 1 м от повреждения. Найти такое повреждение сложно;
• для городов с развитым асфальтным покрытием применение контактного метода невозможно. В сельской местности трудности связаны с особенностями ландшафта, почвы и погодных условий.

Для городских условий был разработан двухчастотный амплитудный метод, который может полностью заменить традиционный амплитудный метод, при котором повреждение ищут по резкому спаду сигнала. Недостатком традиционного поиска является то, что он должен быть непрерывным, а изменение сигнала может происходить по разным причинам. Двухчастотный амплитудный метод работает сразу на двух частотах: 273 Гц и 2 кГц. Низкочастотный сигнал 273 Гц чувствителен к повреждению изоляции, а сигнал с частотой 2 кГц является опорным и изменяется с глубиной залегания кабеля или положением относительно него измерителя точно так же, как и низкочастотный сигнал.

При отсутствии повреждения соотношение сигналов вдоль кабеля практически не изменяется. Если кабель поврежден, то изменение сигнала частотой 273 Гц значительно, а изменение сигнала 2 кГц практически не наблюдается.

Прибор анализирует соотношение уровня сигналов на двух частотах и определяет поврежденный участок, сравнивая соотношения сигналов на концах исследуемого участка. В городских условиях он работает на расстоянии до 100 м, что позволяет найти поврежденный участок кабеля на интервале1 км за 10 измерений. Затем на поврежденном участке можно провести следующие измерения, разбив его на более короткие отрезки. Это существенно облегчает работу специалистам-кабельщикам. Следует отметить, что чувствительность двухчастотного амплитудного метода на порядок выше традиционных способов поиска повреждений, а также позволяет проводить поиск на недоступных для измерения участках.

Облегчение и ускорение работы специалистов во все более усложняющихся условиях поиска трасс прокладки кабеля и поврежденных мест — общий итог применения всех перечисленных инновационных методов, разработанных в последние годы.

К сожалению, применение этих методов все еще сдерживается высокими ценами производителей на трассо-поисковые приборы.