Определение места повреждения кабельных линий с использованием рефлектометра РЕЙС-105Р. Учебно-методическое пособие

Присоединительное устройство по напряжению представляет собой емкостной делитель напряжения [7].

При ОМП методом импульсного тока к поврежденной жиле кабельной линии подключается высоковольтный импульсный генератор, у которого на выходе включены высоковольтный конденсатор и специальный разрядник. В отличие от метода бегущей волны напряжения, выходное сопротивление высоковольтного импульсного генератора должно быть значительно меньше волнового сопротивления кабельной линии (W), а коэффициент отражения по току положителен (Кi = 1).

Ударная волна (высоковольтный импульс) от высоковольтного импульсного генератора, достигая места высокоомного или заплывающего повреждения, вызывает в нем пробой. При этом часть энергии импульса отражается и возвращается к началу линии. Импульсный конденсатор, подключенный к началу линии, пробивается, в результате чего импульс снова отражается. Данный процесс периодически повторяется и фиксируется измерителем волновых процессов. Связь измерителя волновых процессов с кабельной линией производится с помощью специального присоединительного устройства по току (импульсный токопреобразователь, импульсный трансформатор тока) [7].

При использовании метода колебательного разряда (волнового метода) расстояние до места повреждения определяется по временной задержке между приходом к началу кабеля импульсов напряжения или импульсов тока, отраженных от места повреждения. По сравнению с импульсным методом рефлектометрии это приводит к следующим недостаткам:

–сложность анализа полученных импульсных характеристик при измерениях волновым методом;

–низкая разрешающая способность, то есть невозможность обнаруживать близкорасположенные неоднородности;

–высокая погрешность измерения, что обусловлено относительно значительными длительностями фронтов и срезов волновых процессов, которые формируются самой линией и процессом пробоя;

11

–невозможность стабильного повторения волновых процессов, что может привести к появлению ошибок.

Опыт эксплуатации показал, что волновой метод по сравнению с импульсным методом рефлектометрии более эффективен при определении сложных (с большим сопротивлением) и неустойчивых (заплывающих) мест повреждений кабельных линий.

В последние годы выполнены работы по совершенствованию импульсного метода ОМП кабелей, результатом которых явилось создание импульсно-дугового метода [7].

Отметим, что авторы некоторых публикаций, в которых рассматриваются вопросы ОМП кабелей, называют импульсно-дуговой метод «методом стабилизации электрической дуги».

На наш взгляд, практическая реализация этого метода затруднена, так как кроме рефлектометра необходимо иметь несколько дополнительных блоков аппаратов:

–источник высокого напряжения;

–устройство поддержания (стабилизации) дуги;

–специальное присоединительное устройство.

Источник высокого напряжения, представляющий собой высоковольтный импульсный генератор, подключается к кабельной линии через специальное устройство – устройство стабилизации дуги. Например, генераторы высоковольтных импульсов серии ГИ-500 и ГИ1000 имеют вес около 90 кг.

Устройство стабилизации дуги обеспечивает поддержание дуги в месте повреждения кабеля в течение малого времени (менее 1 секунды).

Для подключения импульсного рефлектометра РЕЙС-305 (РЕЙС-405) к кабелю применяется специальное присоединительное устройство. Например, комбинированное устройство присоединения марки ИДМ20 (производитель Россия) имеет массу около 15 кг.

Наличие дополнительных блоков обусловливает увеличение массы комплекта.

Импульсно-дуговой метод применяется в передвижной электролаборатории InterCabbe R90 для предварительного определения места повреждения.

12

Подробно особенности импульсно-дугового метода рассмотрены в работе [7].

Абсолютные методы (индукционный, акустический, потенциальный) – методы, в которых все измерения выполняются непосредственно на трассе кабельной линии. Они позволяют уточнить место повреждения в зоне, которая была выявлена с помощью какого-либо относительного метода.

Чаще всего на практике для определения МП кабелей из группы абсолютных методов используют индукционный метод (топографический метод, звукочастотный метод).

Метод применяется для ОМП при пробое изоляции жил кабеля между собой или на землю, обрыве жил с одновременным пробоем изоляции между жилами или на землю. Принцип метода заключается в регистрации величины магнитного поля, образующегося вокруг кабеля при пропускании по его жилам тока от генератора звуковой час-

тоты (800–1200 Гц) [3, 5, 7].

Для определения МП при замыкании между жилами кабеля на две поврежденные жилы от генератора звуковой частоты подается ток 5–20 А. При этом оператор проходит по трассе линии с рамкой (катушкой), усилителем и телефоном, улавливая характерное звучание в телефоне от наведенной в рамке и усиленной усилителем ЭДС.

Над местом повреждения образуется некоторое усиление магнитного поля и звук в телефоне заметно возрастает, затухая совсем на расстоянии 0,5 м за местом повреждения.

Следует отметить, что индукционный метод позволяет также определить место расположения на линии кабельных муфт. Это возможно за счет того, что над муфтой длина интервала с максимальным звуком увеличивается и одновременно усиливается громкость за счет большого расстояния между жилами в самой муфте.

В данной работе подробно рассматривается импульсный метод ОМП кабеля с использование рефлектометра РЕЙС-105Р.

13

2. ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЯ

Импульсный метод ОМП кабелей входит в группу так называемых «локационных методов».

Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения, приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления, выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий) и определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.

Основную сложность и трудоемкость при методе импульсной рефлектометрии представляет выделение отражения от места повреждения на фоне помех.

Метод импульсной рефлектометрии базируется на физическом свойстве бесконечно длинной однородной линии, согласно которому отношение между напряжением и током введенной в линию электромагнитной волны одинаково в любой точке линии. Это соотношение W = U/I имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением линии.

Для определения расстояния до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления) в линию посылают импульс, измеряют интервал tx – время двойного пробега этого импульса до места повреждения, и рассчитывают расстояние до места повреждения Lx по формуле

14

Отражение появляется в тех местах, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения, у мест сжатия кабеля, в месте утечки, в месте обрыва, короткого замыкания, в месте ответвления, в конце кабеля и т.д.

В месте подключения рефлектометра также возникают переотражения сигналов от выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов, если оно не равно волновому сопротив - лению измеряемой линии. В зависимости от соотношения выход - ного сопротивления генератора зондирующих импульсов и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитуда переотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений. Поэтому операция согласования выходного со - противления генератора с волновым сопротивлением линии должна проводиться обязательно.

Затухание зондирующих импульсов в линии существенно влияет на отраженный сигнал. Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией, материалом проводников и изоляции и является частотно-зависимым, вследствие чего зондирующие импульсы при их распространении по линии изменяются как по амплитуде, так и по длительности («расплывание»).

«Расплывание» импульса и уменьшение его амплитуды (тем больше, чем длиннее линия) затрудняют точное отыскание повреждения. Поэтому обязателен правильный выбор параметров зондирующего импульса в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии. Критериями правильного выбора параметров зондирующего импульса являются минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала.

Зондирующий и отраженные импульсы воспроизводятся на жидкокристаллическом экране, образуя рефлектограмму линии (рис. 2.1).

Отсутствие отраженного сигнала свидетельствует о точном согласовании системы с линией по волновому сопротивлению и отсутствии повреждений.

15

При обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.

Предельная амплитуда отраженного сигнала при полном отражении и отсутствии затухания (в начале линии) равна амплитуде зондирующего импульса. При изменении сопротивления линии в месте неоднородности от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (обрыв) отраженный импульс меняет полярность и амплитуду.

Рис. 2.1

При зондировании линии короткими импульсами напряжения (длительность импульса намного меньше времени распространения импульса по линии) наблюдаются отражения от начала и конца распределенных неоднородностей, поэтому такое зондирование используется только для поиска локальных повреждений и крупных сосредоточенных неоднородностей волнового сопротивления. Короткий зондирующий импульс обеспечивает высокую разрешающую способность, которая определяется его длительностью.

Импульсный сигнал распространяется в линии с определенной скоростью, которая зависит от типа диэлектрика. Эта зависимость выражается в виде

где с – скорость света, – коэффициент укорочения электромагнитной волны в линии, – диэлектрическая проницаемость материала изоляции кабеля.

16

Коэффициент укорочения показывает, во сколько раз скорость распространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе.

Точность определения расстояния до места повреждения зависит от точности установки коэффициента укорочения.

Величина является справочной только для радиочастотных кабелей, для других типов кабелей не нормируется. Коэффициент укорочения можно определить методом импульсной рефлектометрии при известной длине кабеля.

Для многожильных и многопарных кабелей коэффициент укорочения, волновое сопротивление и затухание различны для каждого варианта включения, поэтому рекомендуются включения рефлектометра независимо от типа повреждения по схеме «жила – жила»; при повреждении одной из жил целесообразно применять схему «поврежденная жила – неповрежденная жила».

При измерениях на воздушных линиях электропередачи с горизонтальным расположением проводов рефлектометр следует подключать по схеме «средний провод – крайний провод» или «средний провод – земля».

Включение по схеме «жила – оболочка» в кабеле позволяет выявить поврежденную жилу методом сравнения.

Если хотя бы предположительно известно, к какому концу кабельной линии ближе может быть расположено место повреждения, то для измерений нужно выбирать именно этот конец КЛ. В других случаях желательно проводить измерения последовательно с двух концов КЛ.

Перевод повреждений из разряда сложных в разряд простых возможен за счет применения различных методов обработки информации, полученной при измерениях методом импульсной рефлектометрии. Анализ рефлектограмм (РФГ) при работе с большинством рефлектометров осуществляется встроенным вычислительным устройством путем запоминания, сравнения, вычитания, аналого-цифровой отстройки от помех, согласования параметров системы с параметрами кабеля.

17

Установлено, что амплитуда импульса, отраженного от неоднородностей, не связанных с повреждением линии, не превышает 10– 15 % от величины, имеющей место при коротком замыкании или обрыве жил в этой же точке.

В последние годы приборы, работа которых основана на импульсном способе, называют импульсными рефлектометрами. Положительные отзывы от эксплуатационного персонала получили рефлектометры серии РЕЙС (РЕЙС-105, РЕЙС-205, РЕЙС-305), разработанные фирмой СТЭЛЛ (г. Брянск) [4].

Опыт применения рефлектометра РЕЙС-105Р одним из авторов пособия при ОМП линий электропередачи различного конструктивного исполнения (кабельная линия, воздушная линия) показал надёжность работы при различных климатических условиях, простоту использования и достаточно высокую точность измерений.

2.1.ОПИСАНИЕ РЕФЛЕКТОМЕТРА РЕЙС-105Р

ИПРИНЦИПОВ ЕГО РАБОТЫ

Портативный цифровой рефлектометр РЕЙС-105Р предназначен для обследования методом импульсной рефлектометрии (методом отраженных импульсов) электрических воздушных и кабельных линий связи, электропередачи, контроля, управления и т.п. с целью обнаружения неисправностей, выявления их характера и определения расстояния до места повреждения, для определения длины кабеля (провода) в бухте (на барабане), а также для хранения результатов измерения с целью последующей обработки и документирования.

Одним из достоинств рефлектометра РЕЙС-105Р является большой диапазон измеряемых расстояний до места повреждения – от метров до 25 километров.

В приборе возможны два режима управления длительностью зондирующего сигнала: зависимый (устанавливается при включении питания), при котором длительность автоматически изменяется пропорционально диапазону расстояний, и независимый – длительность не зависит от диапазона.

18

Наличие режима растяжки рефлектограммы в больших пределах позволяет отсчитать расстояние до дефекта на любом из диапазонов с очень высокой точностью.

При включении питания прибор устанавливается в ручной режим. При подключении к измеряемой линии в автоматическом режиме диапазон измерения автоматически устанавливается таким образом, чтобы рефлектограмма всей линии укладывалась на экране прибора. Расстояние до конца линии измеряется автоматически.

Встроенное запоминающее устройство позволяет потребителю записывать коэффициенты укорочения измеряемых линий (до 64 коэффициентов). Каждому коэффициенту можно присвоить имя (например по типу кабеля).

Технические характеристики прибора указаны в табл. 2.1.

19

Окончание табл. 2.1

2.2. ПОДГОТОВКА РЕФЛЕКТОМЕТРА РЕЙС-105Р К РАБОТЕ

По степени защиты от поражения электрическим током прибор относится к классу защиты III. В приборе отсутствуют напряжения, опасные для жизни.

Все измерения необходимо производить на отключенной с обеих сторон линии.

Во избежание выхода прибора из строя необходимо предварительно разрядить линию, замкнув жилы между собой и на заземляющее устройство.

Все органы управления рефлектометром РЕЙС-105Р показаны на рис. 2.2, а их назначение и маркировка приведены в табл. 2.2.

Рис. 2.2

20