Аппаратура и методы поиска дефектов кабельных сетей

W = U/I

имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением линии.

При использовании метода импульсной рефлектометрии в линию посылают зондирующий импульс и измеряют интервал tх – время двойного пробега этого импульса до места повреждения. Расстояние до места повреждения рассчитывают по выражению:

Lx = tx∙V/2,

где V – скорость распространения импульса в линии.

Отношение амплитуды отраженного импульса Uо к амплитуде зондирующего импульса Uз обозначают коэффициентом отражения Котр:

Котр = Uo/Uз = (W1 – W) / (W1 + W),

где: W – волновое сопротивление линии до места повреждения ,

W1 – волновое сопротивление  линии в месте повреждения.

Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткого замыкания и т.д.

Если выходное сопротивление импульсного рефлектометра отличается от волнового сопротивления измеряемой линии, то в месте подключения рефлектометра к линии возникают переотражения.

Переотражения – это отражения от входного сопротивления рефлектометра отраженных сигналов, которые пришли к месту подключения рефлектометра из линии. Выходное и входное сопротивления рефлектометра, как правило, равны между собой.

В зависимости от соотношения входного сопротивления рефлектометра и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитуда переотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений. Поэтому перед измерением рефлектометром обязательно нужно выполнить операцию согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии[9].

 

Рис. 3. Примеры рефлектограммы линии без согласования выходного сопротивление с линией и с согласованием согласования выходного сопротивления

При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает, то есть уменьшается по амплитуде.

Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией и выбором материалов для проводников и изоляции и является частотно-зависимым.

Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не только амплитуда, но и форма импульса – длительности фронта и среза импульса увеличиваются. Чем длиннее линия, тем больше расплывание и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения.

Примеры рефлектограмм линий без затухания и с затуханием показаны на рисунке 4.

Для более точного измерения необходимо правильно, в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре.

 

Рис. 4. Линия с затуханием и без затухания

Критерием правильного выбора является минимальное расплывание и максимальная амплитуда отраженного сигнала.

Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдается только зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то это свидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линии нагрузки равной волновому сопротивлению линии.

 

Рис. 5. Линия с согласованным сопротивлением рефлектометра и нагрузки

Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.

Рис. 6. Отражение импульса от различных мест повреждения

В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное и затухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитуде зондирующего импульса[10].

 

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.7), так и с использованием баллистического гальванометра на постоянном токе  (см. рис.8)

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

 

Рис. 7. Схема измерений при определении места обрыва жил кабеля емкостным методом с помощью моста переменного тока 1000 Гц.

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 Сх с помощью моста переменного тока 1000 Гц. Плечи измерительного моста образуются нерегулируемыми сопротивлениями r1 и r4, регулируемым сопротивлением r2, регулируемой эталонной емкостью Сэт и емкостью измеряемой жилы Cх. Равновесие моста устанавливается rq и Сэт и проверяется по отсутствию звучания телефона Т[9].

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

Рис. 8. 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).

2. Одна из частей оборванной жилы имеет замыкание на землю. Измеряют емкость незаземленной части жилы Сх и емкость одной неповрежденной жилы С.

3. Емкость жилы может  быть измерена с одного конца, остальные жилы замкнуты на  землю. Измеряют емкость незаземленного  конца оборванной жилы Сх [15].

При измерениях наибольшая точность будет обеспечиваться в 1-ом случае, во 2-ом 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.

 

1.2. Трассовые методы

В отличии от дистанционных методов, которые позволяют определить длину кабельной линии, расстояние до зоны расположения места повреждения кабельной или воздушной линии, трассовые методы предназначены для определения трассы прохождения кабельной линии, глубины залегания кабеля, точного нахождения места повреждения на трассе кабельной линии.

Существуют различные трассовые методы, однако наиболее популярными являются индукционный и акустический методы[10].

Индукционный и акустический методы дополняют друг друга. Так, если индукционный метод позволяет определить трассу прокладки, глубину залегания и точное место короткого замыкания, то акустический метод позволяет точно определить место обрыва кабельной линии.

 

Акустический метод

Акустический метод используется для определения места обрыва на силовых кабельных линиях.

Определить место обрыва индукционным методом нельзя, так как в месте обрыва ток от индукционного генератора равен нулю, а значит и магнитное поле вокруг кабеля отсутствует.

Для реализации акустического метода используется генератор мощных ударных импульсов и акустический приемник[10].

Генератор ударных импульсов представляет собой совокупность специального высоковольтного конденсатора и разрядника. Конденсатор подключается к силовой кабельной линии через разрядник. При срабатывании разрядника все напряжение с заряженного конденсатора оказывается мгновенно приложенным к кабельной линии. В кабельной линии возникает электромагнитная волна, которая распространяется по линии и, достигнув места обрыва кабеля, вызывает пробой в этом месте. Пробой сопровождается звуковым сигналом (щелчком), по месту нахождения которого и определяется место обрыва. Обычно разряд конденсатора производится периодически (раз в несколько секунд), поэтому и пробои повторяются с той же периодичностью.

Для улавливания сигнала от пробоя служит акустический приемник со специальным акустическим датчиком. Такой датчик чувствует акустический сигнал под землей. По максимальной интенсивности звукового сигнала находится место обрыва кабельной линии[9].

 

 Индукционный  метод

Индукционный метод может быть реализован в 2-х вариантах: активный и пассивный.

Активный индукционный метод требует использования индукционного комплекта, состоящего из 2-х частей: индукционный генератор и индукционный приемник. Индукционный генератор может иметь синусоидальный выходной сигнал или сигнал в виде меандра и подключается к кабельной линии. За счет протекания переменного тока вокруг кабельной линии образуется переменное магнитное поле.

Перемещаясь над кабельной линии со специальным индукционным приемником, оснащенным поисковой катушкой, можно определить трассу прохождения кабельной линии, глубину залегания кабельной линии и точное место обрыва или короткого замыкания в ней.

В зависимости от задачи (определение трассы, определения точного места короткого замыкания или места обрыва кабельной линии) могут использоваться частоты индукционного генератора, а значит и принимаемые частоты приемника, в пределах от 480 до 10000 Гц. Для уменьшения влияния промышленной сети на чувствительность приемника обычно выбирается рабочая частота не кратная 50 (60) Гц (в зависимости от частоты сети).

В зависимости от типа кабельной линии, на которой выполняются работы, глубины ее залегания, питания от сети или аккумуляторов, генераторы могут иметь выходную мощность от единиц ват до нескольких сотен ватт.

Индукционные приемники могут быть как простые, содержащие усилитель и поисковую катушку, так и сложные, имеющие несколько катушек, указатель нахождения над трассой кабеля и цифровую индикацию глубины залегания кабельной линии.

При пассивном индукционном методе достаточно использовать только индукционный приемник. При этом приемник должен принимать магнитное поле от работающего кабеля на частоте 50 Гц.

 

2. Определение  повреждений методом измерения  сопротивления и проводимости  линий

 

2.1. Тестовый  телефонный аппарат

Тестовый телефонный аппарат - телефонисты с его помощью определяют почти все повреждения кабельных и проводных линий связи. Используется повсеместно и является обязательным атрибутом профессии связного электромонтёра. В настоящее время они выпускаются промышленностью и могут иметь в себе множество различных функций[15].

Как правило, изготовляют её на основе трубки от старого дискового телефонного аппарата. На внутреннюю сторону, между микрофоном и телефонным капсюлем прикрепляется шурупами или болтами дисковый номеронабиратель от того же аппарата. Тип, цвет и прочие атрибуты зависят от возможностей монтёра или мастерской её изготовляющей. Всё это: микрофон, телефон, номеронабиратель, соединяются последовательно.

Рис. 1. Схема телефонной трубки.

Причём, дисковый номеронабиратель подключается таким образом, чтобы счётные контакты многократно размыкали цепь в момент обратного хода диска, тем самым и обеспечивая набор номера.

В строительных организациях чаще используют трубку без номеронабирателя, ибо там она используется только для прозвонки. В эксплуатации, наоборот трубка без возможности набора номера бесполезна.

В трубке желательно использовать не электронный, а старый угольный микрофон. Телефонный капсюль, наоборот лучше брать современный, более громкий. Правильно собранная трубка при подключении к телефонной паре проводов должна вызывать ответ станции, в телефонном капсюле слышится гудок. Соответственно должен набираться номер. Обычно самоделку не усложняют контактами, блокирующими телефон в момент набора номера, поэтому в трубке при наборе номера слышны громкие щелчки. Два шнура, выходящие из трубки оконечивают крокодилами[15].

Используют это приспособление с батареей из элементов питания желательно более 12 вольт, включается последовательно, но в эксплуатации чаще используют питание станционное («-» берут из телефонной пары). Поиск повреждения: один провод шнура заземляют, вторым последовательно касаются контактов на плинте. По громкому щелчку в трубке и определяют питание. Собственно по громкости щелчка, то есть на слух и определяются все повреждения. Если щелчок громкий, значит, на проводе присутствует постороннее напряжение, то есть сообщение.