Приоритетный национальный проект «образование» фгоу спо «Калининградский государственный колледж градостроительства»

Методические указания по выполнению практической работы

Дисциплина: «Техническое диагностирование систем газоснабжения»

Тема: « Изучение устройства и принципа действия искателя повреждения изоляции подземных трубопроводов и кабелей

ИПИ- 95»

Специальность: «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения»

Разработал преподаватель

________

2008г.

Методические указания по выполнению практической работы № 13

Тема: «Изучение устройства и принципа действия искателя повреждения изоляции подземных трубопроводов и кабелей ИПИ – 95».

Цели: изучить устройство и принцип действия искателя повреждения изоляции подземных трубопроводов и кабелей ИПИ – 95.

Межпредметные связи: «Эксплуатация оборудования и систем газоснабжения», «Газовые сети и установки».

Обеспечение занятия: методические указания по выполнению практической работы, аппаратура ИПИ – 95.

Теоретическая часть

Аппаратура ИПИ – 95 предназначена для нахождения мест повреждения изоляции металлических трубопроводов без вскрытия грунта и для определения месторасположения и глубины заложения трубопроводов.

Аппаратура может быть использована для определения месторасположения силового электрического кабеля переменного тока под нагрузкой.

В состав аппаратуры ИПИ – 95 входят следующие устройства:

№	Наименование	Позиция на рис 1	Количество
1	Генератор ИПИ-95	1	1
2	Приемник ИПИ-95	2	1
3	Антенна электромагнитная	3	1
4	Телефоны головные	4	1
5	Контакт магнитный	7	1
6	Штырь заземляющий	6	2
7	Штырь сигнальный изолированный	5	1
8	Провод сигнальный экранированный (5м)	10	1
9	Провод подключения питания генератора (двухпроводный, 2м)	8	1
10	Провода подключения генератора к объекту и к заземляющему штырю (4м)	9	2
11	Провод подключения заземляющего штыря к приемнику (1,5м)	11	1

Для определения положения и глубины залегания подземных коммуникаций в приборе используется принцип электромагнитной локации.

Если через проводящий объект пропустить переменный ток, то вокруг проводника образуется переменное магнитное поле, которое имеет вид концентрических цилиндров, ось которых совпадает с осью проводника.

В плоскости, расположенной перпендикулярно оси проводника, силовые линии магнитного поля будут выглядеть, как концентрические окружности с общим центром совпадающим с центром проводника.

Сила магнитного поля пропорциональна величине тока и обратно-пропорциональна расстоянию от оси проводника.

Непроводящие и немагнитные материалы (почва, изоляция) практически не влияют на форму поля проводника.

Если прямолинейный проводник расположен вдали от других источников магнитного поля (например, проводников с током) или объектов с высокой магнитной проницаемостью (например, конструкции из стали), то форма силовых линий магнитного поля является идеальной – это концентрические окружности. Во всех других случаях приходится в той или иной степени учитывать искажения магнитного поля.

Для определения величины и направления переменного магнитного поля от тока в подземном проводнике - используется магнитная антенна.

Действие магнитной антенны основано на явлении электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока, пересекающего рамку образованную проводником, на концах этого проводника образуется напряжение, которое пропорционально числу силовых магнитных линий, пересекающих рамку.

Сигнал с магнитной антенны максимален, когда ее ось направлена по касательной к направлению магнитных линий в данной точке пространства и минимален при их взаимоперпендикулярном положении.

Используя направленные свойства магнитной антенны и зная особенности расположения силовых магнитных линий вокруг проводника с током, можно определить его плановое положение, глубину нахождения и направление.

Магнитное поле вокруг проводника определяется током, протекающим через него, а не напряжением питающего генератора.

Мощность, потребляемая генератором, определяется произведением тока и напряжения на нагрузке.

Поэтому для увеличения полезного сигнала генератора и его КПД необходимо в первую очередь снижать сопротивление заземления и обеспечивать малое сопротивление цепи возврата тока генератора (например, заземлением дальнего участка трубопровода).

Так как, при электромагнитной локации подземных коммуникаций используется переменное магнитное поле, то важен вопрос о выборе оптимальной частоты сигнала.

Сигнал тока низкой частоты распространяется на наибольшее расстояние, так как минимальны потери сигнала от тока через емкость трубы относительно земли и потери от взаимоиндукции с соседними коммуникациями.

С другой стороны, сигнал принимаемый антенной, обратно пропорционален частоте магнитного поля. На низкой частоте растут помехи от напряжения промышленной частоты.

С ростом частоты сигнал в трубе затухает быстрее, но легче детектируется.

Недостатком повышенных частот является повышенная индуктивная связь с соседними коммуникациями, зато появляется возможность подачи сигнала в исследуемый объект без непосредственного электрического контакта за счет электромагнитной связи, посредством специальной излучающей магнитной рамки, которая подключается к выходу генератора сигнала.

Низкие частоты предпочтительнее при измерениях потенциала на поверхности грунта с помощью измерительных штырей.

В каждой конкретной ситуации решение о выборе рабочей частоты принимается экспериментально.

Обнаружение места повреждения изоляции трубопроводов основано на измерении разности потенциалов. Качественно картина растекания тока в местах контакта с землей представлена на рисунке.

Видно, что максимальная плотность тока утечки сосредоточена вблизи места контакта, а линии равного тока расположены вблизи мест контакта практически радиально.

Плотность тока и разность потенциалов на поверхности земли очень быстро уменьшается при удалении от точки контакта.

Если повреждение изоляции вызвано проникновением влаги в наружную ленточную изоляцию, то место растекания потенциала на поверхности земли может не совпадать с местом повреждения внутренней изоляции.

Для измерения потенциала на поверхности земли используются токосъемники различной конструкции. Чем дальше разнесены точки измерения потенциала, тем больше сигнал при том же токе утечки.

Приемник ИПИ-95 предназначен для частотно-избирательного усиления и согласования входного сопротивления и уровня измеряемых сигналов.

Схема приемника позволяет отображать уровень входного сигнала визуально на стрелочном индикаторе или в виде уровня громкости в головных телефонах.

В зависимости от режима работы на вход приемника подключается магнитная антенна или датчики потенциала поверхности грунта в виде измерительных стержней.

Исследуемый сигнал подается на приемник через разъем «Ант». Схема приемника состоит из входного малошумящего усилителя напряжения с высоким входным сопротивлением. Напряжение с повторителя ослабляется ручкой «Усиление».

В зависимости от режима работы приемника может быть включен только один из усилителей с рабочей частотой 300 или 1000 Гц (переключатель 6).

При нижнем положении переключателя «Полоса» сигналы подаются в обход высокодобротных фильтров и приемник работает в режиме широкой частотной полосы.

Далее усиливаемый сигнал опять объединяется на активном сумматоре переменного тока и подается на усилитель сигнала головных телефонов и гнездо «Тел».

Кнопка «Контроль» переводит стрелочный прибор в режим вольтметра и позволяет оперативно контролировать степень заряженности питающих элементов.

Вся шкала прибора микроамперметра соответствует 5 В (1В в каждом делении). Напряжение на полностью заряженном комплекте гальванических элементов составляет не менее 4,5 В.

Конструктивно приемник представляет собой прямоугольный пластмассовый корпус, состоящий из верхней и нижней П-образных частей.

Отсек для размещения батареи расположен на задней стороне корпуса и закрыт крышкой с винтами. По бокам корпуса закрепляется переносной ремень.

Генератор вырабатывает переменное напряжение зондирующего сигнала рабочих частот повышенной мощности для подачи его на обследуемые объекты при их локации.

Для работы генератора используется энергия источника постоянного тока 12В подходящей мощности (аккумулятор или выпрямитель).

Работой генератора управляет микроконтроллер, который формирует частоту и скважность выходного сигнала, используя встроенный кварцевый генератор в зависимости от выбранного режима.

Встроенный аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера используется для измерения и индикации потребляемого тока и питающего напряжения генератора.

Для предохранения схемы генератора от случайного включения на обратную полярность предусмотрена защита.

Питающее напряжение подключается к клеммам «12 В» с соблюдением полярности. Если полярность противоположная, то генератор не включится.

Для оперативного отключения генератора служит двухполюсный выключатель «ВКЛ».

Двухцветный светодиодный индикатор питания (10) является многофункциональным.

При напряжении питания от 9 до 16 В светодиод имеет зеленое свечение.

При напряжении питания менее 11,5 В зеленый светодиод начинает мигать. Это является предупредительным сигналом о недопустимом уровне разряда аккумулятора, если питание осуществляется от кислотной свинцовой аккумуляторной батареи.

При зеленом свечении индикатора (10) преобразователь генератора включен.

Если напряжение питания становится менее 9 В или более 16 В, то преобразователь отключается, а индикатор питания (10) горит красным цветом.

Нагрузка генератора подключается к клеммам (8) «3-100V».

Наличие напряжения индуцируется горением светодиода (7) на шкале регулировки выходного напряжения генератора (6).

По яркости горения этого светодиода можно судить о степени перегрузки генератора, когда выходное напряжение начинает ограничиваться схемой защиты.

Уровень выходного напряжение регулируется переключателем (6) в диапазоне от 3 до 100 В.

Возможность регулирования выходного напряжения позволяет использовать генератор в широком диапазоне сопротивления нагрузки. Полная номинальная мощность обеспечивается переключателем «3-100V» при изменении сопротивления нагрузки от 0,1 до 300 Ом.

Для индикации уровня тока, потребляемого генератором, (ток пропорционален выходной мощности) служит линейная светодиодная шкала (2), которая позволяет измерять ток в диапазоне от 0 до 5 А с дискретностью 0,5 А.

Для уменьшения дискретности шкалы превышения уровня сигнала половины величины каждой ступени предусмотрен режим мигания следующего светодиода линейки.

Для контроля величины питающего напряжения служит кнопка

«Контроль V », которая переводит светодиодную шкалу в режим вольтметра с диапазоном от 10 до 15 В с дискретностью 0,5 В.

Частота импульсного напряжения генератора выбирается переключателем (3)

Для кратковременного отключения модуляции напряжения генератора импульсами низкой частоты служит кнопка (4) «Модуляция».

Генератор переменного тока размещен в пластиковом прямоугольном корпусе. Все элементы подключения, управления и индикации генератора размещены на передней панели генератора. По бокам корпуса закреплена ручка-подставка.