2.2 Хвилевий метод (метод коливального розряду)
Виникнення пробою в місці пошкодження викликає появу в кабельній лінії хвилевих процесів.
Існує 2 варіанти здійснення хвилевого методу для визначення відстані до місця пошкодження: метод хвилі напруги, що біжить, і метод імпульсного струму.
2.2.1. Метод хвилі напруги, що біжить
При методі хвилі напруги, що біжить, в кабельну лінію від джерела високої випробувальної напруги через опір, величина якого значно більше хвилевого опору лінії, подають напругу, яку поволі підвищують. Структурна схема реалізації хвилевого методу хвилі напруги, що біжить, приведена на малюнку 2.2.1
Мал. 2.2.1
Під впливом негативної випробувальної напруги у момент часу t0 на відстані L відбувається пробій (коротке замикання) і розряд. У місці пошкодження формуються електромагнітні хвилі позитивної полярності, оскільки випробувальна напруга мала негативну полярність, а коефіцієнт віддзеркалення в місці пробою (короткого замикання) також негативний К = -1.
Хвилевий процес при методі хвилі напруги, що біжить, показаний на малюнку 2.2.2.
Мал. 2.2.2
Одна з хвиль розповсюджується від місця пробою до початку кабелю, а інша - до кінця кабелю. Досягнувши початку кабелю, перша хвиля відбивається від великого опору джерела і, не змінюючи полярності, розповсюджується до місця пошкодження. У місці пошкодження знов виникає пробій і віддзеркалення із зворотним знаком, і так далі. Затухаючи, хвилевий процес продовжується до тих пір, поки енергію хвилі досить для пробою в місці пошкодження.
2.2.2. Хвильовий метод імпульсного струму (хвилі струму, що біжить)
Метод імпульсного струму використовують в тому випадку, якщо високоомні пошкодження (зниження опору ізоляції або високоомне замикання жили на землю, або малу відстань між провідниками в муфтах) не вдається перетворити за допомогою пропалення в низькоомне пошкодження. Причиною тому можуть бути просочування в кабель води або запливаючі пошкодження.
На відміну від методу хвилі напруги, що біжить, вихідний опір високовольтного імпульсного генератора повинен бути значно менше хвилевого опору кабельній лінії і коефіцієнт віддзеркалення напруги від початку лінії і місця пошкодження у момент пробою рівний Кu = -1, а коефіцієнт віддзеркалення струму Кi= 1.
Мал. 2.2.3
Високовольтний імпульсний генератор є джерело високої напруги, у якої на виході включений високовольтний конденсатор і спеціальний розрядник, з якого високовольтні імпульси поступають в кабель.
Структурна схема включення пристроїв для здійснення хвилевого методу імпульсного струму показана на малюнку 2.2.4.
Мал. 2.2.4
Ударна хвиля посилається в пошкоджений кабель у момент t0 і у момент t1 досягає місця пошкодження. Під впливом ударної хвилі відбувається пробій пошкодженої ділянки кабельної лінії у момент t1З, що викликає віддзеркалення. Цей відбитий сигнал повертається до початку кабелю у момент t2 і відбивається від початку кабелю (вхідний опір генератора імпульсів еквівалентний короткому замиканню) у бік пошкодження і у момент t4 знову досягає початку кабелю і т.д.
Стан пробою (тривалість електричної дуги) зберігається до тих пір, поки достатньо енергії для горіння дуги. Для того, щоб викликати пробій в місці пошкодження, необхідно протягом певного часу (t1З - t1) впливати на пошкоджену ділянку (час іонізації). Цей час залежить від амплітуди високовольтного імпульсу і перехідного опору в місці пошкодження. Щоб виключити вплив затримки іонізації на результат вимірювання відстані до місця пошкодження, заміряють час між першою і другою відбитими хвилями t2 і t4: Tl = t4 – t2.
Зв'язок вимірника хвилевих процесів з кабельною лінією проводиться за допомогою спеціального приєднувального пристрою по струму (імпульсного струмоперетворювача). Імпульсний струмоперетворювач диференціює імпульсний струм на вході лінії і перетворить його в однополярні імпульси, що поступають на вхід вимірника хвилевих процесів.
При хвилевому методі вимірювань вихідний опір високовольтного джерела не рівний хвилевому опору лінії, тому окрім відбитих хвиль від ділянки пошкодження з'являються відбиті від неоднорідностей кабелю (муфт, відгалужень) і зворотне відображення від початку кабелю імпульсні сигнали - синхронні перешкоди, що значно ускладнюють оцінку імпульсної характеристики кабелю.
При хвилевому методі відстань до місця пошкодження визначається по тимчасовій затримці між приходом до початку кабелю імпульсів напруги або імпульсів струму, відбитих від місця пошкодження. Імпульси напруги по тривалості займають половину відстані до місця пошкодження, а ударні імпульси струму також мають чималу тривалість. Це приводить до наступних недоліків в порівнянні з методом імпульсної рефлектометрії:
1. Складність аналізу отриманих імпульсних характеристик при вимірюваннях хвилевим методом. (Вид цих характеристик залежить не тільки від характеру пошкодження і довжини лінії, але і від величини поданих імпульсів, наявності або відсутності пробою в місці пошкодження і т.д.)
2. Низька роздільна здатність, тобто неможливість виявляти близько розташовані неоднорідності. Віддзеркалення від неоднорідностей важко помітні на імпульсній характеристиці кабельної лінії, а віддзеркалення від сусідніх неоднорідностей взагалі зливаються один з одним
3. По імпульсній характеристиці неможливо отримати орієнтування, відстань до яких відома (у вигляді віддзеркалень від муфт, кабельних вставок і т.д.)
4. Велика погрішність вимірювання. Це обумовлено відносно великою тривалістю фронтів і зрізів хвилевих процесів, які формуються самою лінією і процесом пробою.
5. Неможливість стабільного повторення хвилевих процесів, що може привести до появи помилок.
Процес пробою є дуже нестабільним, він у будь-який момент може урватися і не повторитися в тому ж вигляді. Це накладає дуже серйозні вимоги до швидкодії вимірника хвилевих процесів.
Таким чином, хвилевий метод в порівнянні з методом імпульсної рефлектометрії, з одного боку, дозволяє визначати складні (з великим опором) і нестійкі (що запливають) місця пошкоджень кабельних ліній, а з іншого боку, має істотні недоліки. В значній мірі сумістити достоїнства методу імпульсної рефлектометрії і хвилевого методу дозволяє метод короткочасної дуги.