Основні теоретичні відомості

У практиці проведення обстеження об’єктів нафтогазо­вого комплексу, як вирішення інженерно-геодезичних зав­дань, досить часто доводиться вирішувати завдання пошуку різноманітних підземних комунікації з метою їх ремонту, за­міни чи реконструкції, визначення місць пошкоджень, нане­сення на плани і т.п. Типовими об’єктами таких обстежень є силові і сигнальні кабельні електричні лінії (які перебувають під напругою, так і з різних причин знеструмлені), трубо­про­води, різноманітна металічна арматура.

Також виникає необхідність визначення факту і місця пошкодження комунікацій, які розміщені під землею.

Наведені вище завдання виникають під час обстеження лінійної частини трубопровідної системи, компресорних і на­сосно-перекачувальних станцій.

Для обстеження підземних комунікацій широко вико­ристовується радіоелектронна трасопошукова апаратура. Да­не обладнання дозволяє вирішити ряд виробничих та техноло­гічних завдань:

- визначення фактичного розташування підземних кому­нікацій;

- визначення глибини залягання підземних комунікацій;

- пошук незаконно підключених «врізок» до підземних мереж.

В основі обстеження підземних комунікацій лежить принцип електромагнітної індукції. Магнітне поле, яке ство­рюється навколо електричного кабелю або трубопроводу, поширюється в просторі і може бути сприйняте антеною приймача електромагнітного випромінювання.

Напруженість магнітного поля тим вища, чим ближче антена до джерела випромінювання (кабель чи трубопровід). Слідкуючи за індикатором приймача, переміщуючи антену і міняючи її розміщення, можна визначити максимальний рі­вень сигналу і, відповідно розміщення, а також і напрямки пролягання комунікацій (рис. 5.1,а). Якщо антена розміщена безпосередньо над трасою (вісь кабелю чи трубопроводу), то сигнал максимальний (рис. 5.1,а). Змінюючи розміщення ан­тени (яка вже розміщена над комунікацією) стосовно до осі комунікації можна визначити напрям пролягання траси. Виз­начити розміщення підземної комунікації можна і по мініму­му сприйнятого сигналу переорієнтувавши антену (рис. 5.1,б).

Найбільш простим є випадок пошуку, коли розшукується підземний силовий кабель, який знаходиться під напругою з протікаючим по ньому значним змінним струмом (так званий активний кабель). Струм, який протікає в кабелі, створює змінне електромагнітне поле, яке поширюється в просторі навколо кабелю (в тому числі і над поверхнею землі). Таким чином, за допомогою чутливої приймальної апаратури (антени і приймача), які є на поверхні, можна визначити місцезнаход­ження і розміщення траси підземної інженерної комунікації. Сигнальний генератор під час цього не потріб­ний, так як власне магнітне поле шуканої кабельної лінії доз­воляє локалі­зувати його положення. Тому такий метод нази­вають пасив­ним. Такий режим найбільш просто реалізується. Для трубо­проводів режим пасивного пошуку реалізується тоді, коли комунікація пролягає в зоні дії потужних джерел електро­магнітного випромінювання промислової частоти – наприклад поряд з трубопроводом пролягає лінія електро­передач (рис. 5.2). Такий режим найпростіше реалізується, однак у випадку більшого числа подібних комунікацій, які прокладені по сусідству, процес виділення шуканого кабелю чи трубопро­воду може бути сильно ускладненим.

а)

б)

Рисунок 5.1 – Визначення розміщення і напрямку траси

Для більш загального випадку пошуку кабелю без на­пру­ги чи трубопроводу (так звані пасивні траси), необхідна організація штучного збудження струму в комунікації. Вико­ристовуються три способи створення такого збудження. Їх відносять до активних, т.к. під час цього магнітне поле ство­рюється допоміжним генератором трасопошукового комплек­су. Частота змінного сигналу цього генератора зазвичай по­мітно відрізняється від мережевої частоти (тобто значно вища 50 Гц). Це робиться для підвищення завадочутливості роботи трасошукача.

Рисунок 5.2 – Пасивне наведення сигналу від лінії електропередач в стінках підземного трубопроводу

У перших двох підходах генератор підключається до доступного фрагменту шуканої траси (трубопроводу чи ка­белю) гальванічним чином, чи безконтактно – індуктивним способом (наприклад за допомогою струмових кліщів). Пер­ший спосіб реалізується прямим гальванічним з’єднанням шуканої комунікації з генератором змінного струму. Якщо є можливість забезпечити гальванічне з’єднання трубопроводу з виходом генератора, то використовується підключення ге­нератора до комунікації і заземлюваного електрода. Це ефек­тивний спосіб, проте він потребує наявності доступного і зачищеного фрагмента траси. Спосіб такого прямого підклю­чення для металічних трубопроводів зображений на рис. 5.3,а, підключення до неметалічних трубопроводів під час наявності в них провідної рідини зображено на рис. 5.3,б.

а)

б)

Рисунок 5.3 – Пряме підключення генератора до контрольованого трубопроводу

Можливі прямі підключення для контролю кабельної лінії, які зображені на рис. 5.4. Коли потрібно точно визначити трасу кабелю, відповідного до електричної підстанції, що має кон­тур заземлення і радіальні з'єднання його з устаткуванням під­станції, генератор підключають з боку споживача. У цьому випадку контур заземлення і радіальні з'єднання не внесуть ускладнень до знаходження траси. Під час визначення траси кабелю протяжністю понад 1,5-2 км, що експлуатуються де­кілька десятків років і що має пошкоджену ізоляцію на броні через тривалу експлуатацію, можливо доведеться підключати генератор двічі - спочатку з одного, а потім з іншого кінця кабелю.

Рисунок 5.4 – Пряме підключення для контролю кабельної лінії

Другий спосіб використання генератора – безконтактне (трансформаторне) підключення джерела збудження до ко­мунікації. Такий підхід застосовується тоді, коли немає змоги використати перший варіант. Він підходить і в тих випадках, коли здійснюється пошук ізольованих трубопроводів і кабе­лів, кабелів з напругою під час наявності розташованих поруч декіль­кох інших кабелів. Крім цього даний варіант забезпечує без­пеку підключення, але також потребує доступного фраг­менту траси. Безконтактний активний режим реалізується індуктив­ним способом за допомогою струмових кліщів рис. 5.5,а і легко надягається на доступний фрагмент об’єкту дослід­ження.

а) б)

Рисунок 5.5 – Індукційні способи підключення до контрольованої комунікації

Якщо перші два розглянутих підходи не можуть бути застосовані, наприклад, поблизу немає виходу на поверхню фрагментів комунікації, немає оглядового колодязя, теплової камери і т.п., то використовується третій спосіб – безконтакт­не наведення збуджуючого сигналу на недоступну трасу з по­верхні землі за допомогою індуктивної рамки, на яку поступає високочастотний сигнал генератора. Рамка генератора розмі­щується по можливості над трасою і за допомогою електро­магнітного поля наводить в металі траси змінний струм (рис. 5.5,б). Таким чином, траса в свою чергу стає випромінювачем і на достатній довжині може бути індетифікована з поверхні.