Виды повреждений кабельных линий, краткая характеристика методов их обнаружения

1. Виды повреждений кабельных линий,краткая характеристика методов их обнаружения
 
1.1 Характер повреждений в кабельных линиях
 
Все повреждения по характеру делятся на устойчивые инеустойчивые, простые и сложные.
К устойчивым повреждениям относятся короткие замыкания (КЗ),низкоомные утечки и обрывы. Характерной особенностью устойчивых поврежденийявляется неизменность сопротивления в месте повреждения с течением времени ипод воздействием различных дестабилизирующих факторов.
К неустойчивым повреждениям относятся утечки и продольныесопротивления с большими величинами сопротивлений, «заплывающие пробои» всиловых кабельных линиях, увлажнения места нарушения изоляции и другие.Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми илипереходить при определенных условиях в устойчивые. Сопротивление в местенеустойчивого повреждения может изменяться как с течением времени, так и подвоздействием различных дестабилизирующих факторов (напряжения, тока,температуры и др.)
Устойчивость повреждения может быть определена посредствомизмерения сопротивления изоляции и прозвонки поврежденного кабеля приотсутствии или наличии дестабилизирующих факторов. Это первая операция являетсяобязательной для определения места повреждения как силовой кабельной линии.

1.2 Дистанционные и трассовые методы определенияповреждений в кабельных линиях
 
Важная роль из всех операций принадлежит операции «Обнаружениезоны нахождения места повреждения» дистанционными методами.
Успешное решение операции дистанционного определения расстояниядо зоны нахождения места повреждения измерением с одного конца кабеля позволяетзначительно сократить трудоемкость и время точного определения местаповреждения, так как зона обследования кабельной линии трассовыми методамисущественно сужается. Это наиболее актуально для протяженных кабельных линий.
Наибольшей эффективности обнаружения мест повреждениякабельных линий можно добиться совместным использованием приборовдистанционного определения мест повреждения и приборов трассового поиска местповреждения. Для этого сначала прибором дистанционного типа определяют зонунахождения места повреждения, а затем трассовым прибором в зоне нахожденияместа повреждения определяют трассу залегания кабельной линии и определяютточное местонахождение повреждения.
При этом возникает вопрос о возможности обнаружения иточного определения места повреждения только прибором дистанционного типа илитолько прибором трассового типа, например в случае отсутствия или выхода изстроя одного из приборов.
Удобства применения приборов дистанционного типа, вчастности основанных на методе импульсной рефлектометрии, обусловлены преждевсего возможностью проведения измерений с одного конца кабельной линии идостаточно точным определением расстояния до места повреждения, имея в видурасстояние, проходимое электрическим импульсом по линии.
Точно указать место повреждения на трассе по результатамзамеров локационным прибором возможно при укладке кабеля в коробах или в метро –при наличии точной разметки трассы и по дополнительным признакам (наличиювидимого обрыва, пережатию, нарушению защитного покрова или брони, следам отпробоя или выгорания участка кабеля, увлажнению и т.п.).
Приборы трассового поиска позволяют определить трассу,глубину залегания и точное местонахождение повреждения кабельной линии.
Основной недостаток трассовых методов заключается в том,что при неизвестной зоне нахождения места повреждения для точного егоопределения трассовым методом потребуется пройти с трассоискателем вдоль всейтрассы. Это приводит к большим затратам, особенно для протяженных кабельныхлиний или в трудно доступных местах.
Дистанционные методы измерения мест могут быть использованыдля
решения различных задач:
– измерения длины кабельных или воздушных линий связи,электропередачи, контроля, управления и т.д.,
– измерения расстояния до места повреждения илинеоднородности линии,
– определения типа повреждения линии (обрыв, короткоезамыкание, утечка в изоляции кабельной линии, появление в жилах дополнительногопродольного сопротивления, и другие),
– измерения параметров кабельной линии, таких каксопротивление изоляции, сопротивление шлейфа, емкость кабеля.
При решении задачи определения места повреждения открытойкабельной линии для точного поиска места повреждения может быть достаточнотолько дистанционного метода.
Наиболее распространенными дистанционными методамиизмерения являются импульсные методы и мостовые методы.
Импульсные методы измерения базируются на теориираспространении импульсных сигналов вдоль линий.
Длительность этих импульсов значительно меньше временипрохождения их вдоль всей линии, поэтому в каждый момент времени импульсприсутствует только на коротком участке линии.
Импульсные методы позволяют: измерить расстояние(электрическую длину линии) до места повреждения или неоднородности (муфты,кабельной вставки), определить вид повреждения (короткое замыкание, обрыв,утечки, перепутывание жил, и т.д.)
Мостовые методы, применяемые для измерения кабельных линий,используют постоянный ток или переменный ток частотой от нескольких герц донескольких сотен герц.
Мостовые методы позволяют измерить сопротивление изоляциикабельной линии, сопротивление шлейфа (двух жил, закороченных на конце),емкость кабеля, расстояние до места обрыва, расстояние до места высокоомнойутечки в изоляции линии.
Импульсные сигналы распространяются в линии с очень большойскоростью, которая зависит от изоляции между проводниками. Так, например, ввоздушных линиях, где изолятор – воздух, скорость распространения импульсныхсигналов близка к скорости света. В кабелях с резиновой изоляцией скоростьраспространения импульсных сигналов ориентировочно в 3 раза меньше, чемскорость света.
Если линия однородная и не содержит повреждений, тоимпульсный сигнал беспрепятственно распространяется от начала до конца линии.Если же на его пути встречаются неоднородности (барьеры), например нарушениеизоляции между проводниками, то часть энергии этого импульса проходит через этунеоднородность, а часть отражается и начинает распространятся в обратномнаправлении – к началу линии.
Если же линия короткозамкнута или оборвана, то вся энергияимпульса отражается и возвращается к началу линии. Измерив время задержкипосланного в линию импульса и принятого из линии, можно определить расстояниедо места повреждения.
В зависимости от источника формирования посланного(зондирующего) импульса импульсные методы можно разделить на следующие:локационные (методы импульсной рефлектометрии), импульсно-дуговые (методыкратковременной дуги), методы колебательного разряда и методы частичныхразрядов.

2. Дистанционные методы
 
2.1 Использование метода импульснойрефлектометрии для определения повреждений кабельных линий
Метод импульсной рефлектометрии позволяет определить зонуповреждения (в пределах погрешности измерения) и применить отдельные трассовыеметоды обнаружения только на небольших участках трассы, что позволяетсущественно сократить время точного определения места дефекта.
Основными видами повреждений в кабельных линияхэлектропередачи и связи являются: короткие замыкания и обрывы, появление утечкимежду жилами или между жилой и экраном (броней), увеличение продольногосопротивления.
Перед проведением измерений методом импульснойрефлектометрии необходимо проверить участок кабельной линии омметром илимегоометром. Однако такая проверка может быть недостаточной. Например, послевоздействия мегоометром на кабель, имеющий растрескавшуюся изоляцию с попавшейвлагой, может произойти подсушивание места дефекта. При этом показаниямегоометра соответствуют как бы исправному кабелю (сотни и тысячи МОм).
После выявления дефектных линий (жил, фаз) мегоомметромпереходят к предварительному определению места повреждения методом импульснойрефлектометрии.
2.1.1 Сущность методаимпульсной рефлектометрии
Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методомотраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространенииимпульсных сигналов в двух- и многопроводных системах (линиях и кабелях) связи.
Приборы, реализующие указанный метод, называютсяимпульсными рефлектометрами.
Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается ввыполнении следующих операций:
1. Зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсаминапряжения.
2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения инеоднородностей волнового сопротивления.
3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех(случайных и отражений от неоднородностей линий).
4. Определении расстояния до повреждения по временнойзадержке отраженного импульса относительно зондирующего.
/>
Рис 3.2.1 Упрощенная структурная схема импульсногорефлектометра
С генератора импульсов зондирующие импульсы подаются влинию.
Отраженные импульсы поступают с линии в приемник, в которомпроизводятся необходимые преобразования над ними. С выхода приемникапреобразованные сигналы поступают на графический индикатор.
Все блоки импульсного рефлектометра функционируют посигналам блока управления.
На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводитсярефлектограмма линии – реакция линии на зондирующий импульс.
Образование рефлектограммы линии легко проследить подиаграмме, приведенной на рисунке ниже. Здесь осью ординат является осьрасстояния, а осью абсцисс – ось времени.
/>
Рис 2.2 Рефлектограмма
В левой части рисунка показана кабельная линия с муфтой икоротким замыканием, а в нижней части – рефлектограмма этой кабельной линии.
Анализируя рефлектограмму линии, оператор получаетинформацию о наличии или отсутствии в ней повреждений и неоднородностей.
Например, по приведенной выше рефлектограмме можно сделатьнесколько выводов.
1. На рефлектограмме кроме зондирующего импульса естьтолько два отражения: отражение от муфты и отражение от короткого замыкания.Это свидетельствует о хорошей однородности линии от начала до муфты и от муфтыдо короткого замыкания.
2. Выходное сопротивление рефлектометра согласовано сволновым сопротивлением линии, так как переотраженные сигналы, которые приотсутствии согласования располагаются на двойном расстоянии, отсутствуют.
3. Повреждение имеет вид короткого замыкания, так какотраженный от него сигнал изменил полярность.
4. Короткое замыкание полное, так как после отражения отнего других отражений нет.
5. Линия имеет большое затухание, так как амплитудаотражения от короткого замыкания много меньше, чем амплитуда зондирующегосигнала.
Если выходное сопротивление рефлектометра не согласовано сволновым сопротивлением линии, то в моменты времени 2∙tм, 4∙tм ит.д. будут наблюдаться переотраженные сигналы от муфты, убывающие по амплитуде,а в моменты времени 2∙tх, 4∙tх и т.д. – переотражения от местакороткого замыкания.
Основную сложность и трудоемкость при методе отраженныхимпульсов представляет выделение отражения от места повреждения на фоне помех.
Метод импульсной рефлектометрии базируется на физическомсвойстве бесконечно длинной однородной линии, согласно которому отношение междунапряжением и током введенной в линию электромагнитной волны одинаково в любойточке линии. Это соотношение:
W = U/I (2.1)
имеет размерность сопротивления и называется волновымсопротивлением линии.
При использовании метода импульсной рефлектометрии в линиюпосылают зондирующий импульс и измеряют интервал tх – время двойного пробегаэтого импульса до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления).Расстояние до места повреждения рассчитывают по выражению:
Lx = tx∙V/2, (2.2)

где V – скорость распространения импульса в линии.
Отношение амплитуды отраженного импульса Uо к амплитудезондирующего импульса Uз обозначают коэффициентом отражения Котр:
Котр = Uo/Uз = (W1 – W) / (W1 + W), (2.3)
где: W – волновое сопротивление линии до места повреждения(неоднородности),
W1 – волновое сопротивление линии в месте повреждения(неоднородности).
Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, гдеволновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у местизменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткогозамыкания и т.д.
Если выходное сопротивление импульсного рефлектометраотличается от волнового сопротивления измеряемой линии, то в месте подключениярефлектометра к линии возникают переотражения.
Переотражения – это отражения от входного сопротивлениярефлектометра отраженных сигналов, которые пришли к месту подключениярефлектометра из линии. Выходное и входное сопротивления рефлектометра, какправило, равны между собой.
В зависимости от соотношения входного сопротивлениярефлектометра и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитудапереотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений.Поэтому перед измерением рефлектометром обязательно нужно выполнить операциюсогласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлениемлинии.

/> />
Рис 3.2.3 Примеры рефлектограммы линии без согласованиявыходного сопротивление с линией и с согласованием согласования выходногосопротивления
При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает,то есть уменьшается по амплитуде.
Затухание линии определяется ее геометрической конструкциейи выбором материалов для проводников и изоляции и является частотно-зависимым.
Следствием частотной зависимости является изменениезондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не толькоамплитуда, но и форма импульса – длительности фронта и среза импульсаувеличиваются («расплывание» импульса). Чем длиннее линия, тем больше «расплывание»и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния доповреждения.
Примеры рефлектограмм линий без затухания (идеальная линия)и с затуханием показаны на рисунке.
Для более точного измерения необходимо правильно, всоответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбиратьпараметры зондирующего импульса в рефлектометре.
/> />
Рис 2.4 Линия с затуханием и без затухания

Критерием правильного выбора является минимальное «расплывание»и максимальная амплитуда отраженного сигнала.
Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдаетсятолько зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то этосвидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра сволновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линиинагрузки равной волновому сопротивлению линии.
/>
Рис 2.5 Линия с согласованным сопротивлением рефлектометраи нагрузки
Вид отраженного сигнала зависит от характера поврежденияили неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту жеполярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульсменяет полярность.
/> />
Рис 2.6 Отражение импульса от различных мест повреждения
В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное изатухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитудезондирующего импульса.
Рассмотрим два случая эквивалентных схем повреждений,которые наиболее часто встречаются на практике: шунтирующая утечка и продольноесопротивление.
Пусть место повреждения линии представляет собойшунтирующую утечку Rш:
/>
Рис 2.7 Схема повреждения с продольной утечкой
С изменением сопротивления утечки от нуля (соответствуеткороткому замыканию) до бесконечности (соответствует исправной линии), приположительном зондирующем импульсе отраженный импульс имеет отрицательнуюполярность и изменяется по амплитуде от максимального значения до нулевого, всоответствии с выражением:
Котр= (W1 – W) / (W1 + W) = – W / (W+2∙Rш), (2.4)
где: Rш – сопротивление шунтирующей утечки,
W1 – волновое сопротивление линии в месте повреждения,определяется выражением:
W1 = (W∙R ш) / (W + Rш) (2.5)
Так, например, при коротком замыкании (Rш = 0) получаем:Котр = -1. В этом случае сигнал отражается полностью с изменением полярности.
При отсутствии шунтирующей нагрузки (Rш = бесконечности)имеем:
Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.
При изменении Rш от 0 до бесконечности амплитудаотраженного сигнала уменьшается от максимального значения до нулевого, сохраняяотрицательную полярность (см. рисунок).
/>
Рис 3.2.8 Зависимость отражённого импульса от сопротивленияRш
Если эквивалентная схема места повреждения линии имеет видвключения продольного сопротивления (например, нарушение спайки или скрутки жилы),то с изменением величины продольного сопротивления отраженный импульсизменяется по амплитуде, оставаясь той же полярности что и зондирующий импульс.
/>
Рис 2.8 Схема повреждения с продольным сопротивлением
Выражение для коэффициента отражения при наличии включенияпродольного сопротивления будет иметь вид:
Котр= (W1 – W) / (W1 + W) = 1 / (1+2*W/Rп), (2.6)
где: Rп – продольное сопротивление,
W1 – волновое сопротивление линии в месте включенияпродольного повреждения, определяемое выражением:

W1 = Rп + W (2.7)
В случае обрыва жилы (Rп = бесконечности) получаемкоэффициент отражения: Котр = 1. Это означает, что сигнал отражается полностьюбез изменения полярности.
При нулевом значении продольного сопротивления (Rп= 0)имеем: Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.
При изменении Rп от бесконечности до 0 отраженный сигналуменьшается по амплитуде от максимального значения до нулевого, без измененияполярности (см. рисунок).
/>
Рис 2.9 Зависимость отражённого импульса от сопротивленияRп
2.1.2 Виды зондирующих сигналов
В рефлектометрах для определения мест повреждения линийприменяются в основном два вида зондирующих импульсов: короткий видеоимпульс иперепад напряжения. Иногда используется суперпозиция видеоимпульса и перепаданапряжения.
Короткий видеоимпульс
Короткий видеоимпульс представляет импульс напряжения малойдлительности, которая выбирается много меньше (в 10…100 раз) временираспространения импульса по линии. Выбор длительности может производитьсявручную или автоматически, в зависимости от диапазона измеряемых расстояний.
При зондировании линии короткими видеоимпульсаминаблюдаются отражения от начала и конца распределенных неоднородностей, поэтомутакое зондирование используется для поиска локальных повреждений и крупныхсосредоточенных неоднородностей волнового сопротивления.
/>
Рис 2.10 Зондирование коротким видео импульсом
Короткий зондирующий импульс обеспечивает высокуюразрешающую способность, которая определяется его длительностью.
Разрешающая способность – это минимальное расстояние междудвумя неоднородностями волнового сопротивления при котором отраженные от нихсигналы еще наблюдаются как отдельные сигналы.
/>
Рис 2.11 разрешающая способность импульса
На рисунке отраженные от двух неоднородностей импульсы ещенаблюдаются раздельно.
Длительность зондирующего видеоимпульса влияет наразрешающую способность рефлектометра – чем она меньше, тем выше разрешающаяспособность рефлектометра.
В тоже время, при уменьшении длительности зондирующихсигналов возрастает их затухание.
Следует иметь в виду, что для линий с одинаковой длинойболее высокая разрешающая способность может быть получена на болеевысокочастотной линии.
2.1.2.2. Перепад напряжения
Перепад напряжения – это зондирующий импульс такойдлительности, которая больше чем время распространения импульса по линии.
При зондировании линии таким широким импульсом («перепадом»)наблюдается профиль изменения волнового сопротивления вдоль линии. Поэтомутакое зондирование может использоваться не только для измерения расстояния и величинынеоднородности, но и при наличии в линии следующих друг за другом несколькихпротяженных неоднородностей волнового сопротивления или его плавного изменениявдоль линии.
При прочих равных условиях, в частности при одинаковыхдлительностях фронтов зондирующих импульсов, разрешающая способность приизмерении перепадом напряжения вдвое лучше, чем при измерении видеоимпульсом.Эта разрешающая способность определяется длительностью фронта «перепада».
Пример рефлектограммы линии с утечкой при зондировании «перепадам»напряжения показан на рисунке.
/>
Рис 3.2.12 зондирующий импульс – перепад напряжения

2.1.3 Коэффициент укорочения электромагнитных волн
Зондирующие импульсы распространяются в кабельных линиях поопределенным волновым каналам, определяемым режимом включения «жила – жила», «жила– оболочка» и другие варианты.
Импульсный сигнал распространяется в линии с определеннойскоростью, которая зависит от типа диэлектрика и определяется выражением:
/> (2.8)
где с – скорость света,
γ – коэффициент укорочения электромагнитной волны влинии,
ε – диэлектрическая проницаемость материала изоляциикабеля.
Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скоростьраспространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе.
В любом рефлектометре перед измерением расстояния нужноустановить коэффициент укорочения. Точность измерения расстояния до местаповреждения зависит от правильной установки коэффициента укорочения.
Величина γ является справочной только длярадиочастотных кабелей, для других типов кабелей не нормируется. Коэффициентукорочения можно определить импульсным рефлектометром по кабелю известнойдлины.
Для многожильных и многопарных кабелей коэффициентукорочения, волновое сопротивление и затухание различны для каждого вариантавключения, поэтому рекомендуются включения рефлектометра независимо от типаповреждения по схеме «жила – жила». При повреждении одной из жил можноиспользовать схему включения «поврежденная жила – неповрежденная жила».
Включение рефлектометра по схеме «жила – оболочка» позволяетвыявить поврежденную жилу методом сравнения.
2.1.4 Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними
По соотношению величин отражения от повреждения инапряжения помех все отражения можно разделить на простые и сложные.
Простое повреждение – это такое повреждение кабельнойлинии, при котором амплитуда отражения от места повреждения больше амплитудыпомех.
Сложное повреждение – это такое повреждение, для которогоамплитуда отражения от места повреждения меньше или равна амплитуде помех.
По источникам возникновения помехи бывают асинхронные(аддитивные) и синхронные.
Асинхронные помехи не связаны с зондирующим сигналом инеоднородностями кабельной линии и вызваны наводками от соседних кабельныхлиний, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры.
/>
Рис 2.13 Пример рефлектограммы кабельной линии сасинхронными помехами
На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрываютотражение от повреждения. Это отражение невозможно рассмотреть на фоне помех.
Эффективными методами отстройки от асинхронных помехявляются аналоговая фильтрация и цифровое накопление сигнала.
Аналоговая фильтрация применялась в основном в аналоговыхрефлектометрах, таких как Р5–10 и Р5–13.
Сущность цифрового накопления заключается в том, что одну итуже рефлектограмму считывают несколько раз и вычисляют среднее значение. Всвязи с тем, что асинхронные помехи носят случайный характер, после цифровогонакопления их уровень значительно снижается.
/>
Рис 2.14 Пример предыдущей рефлектограммы линии, «очищенной»в результате цифрового накопления рефлектометром
В этой рефлектограмме можно легко выделить сигнал,отраженный от места утечки.
Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являютсяотражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивлениялинии (отражения от кабельных муфт, ответвлений, кабельных вставок,неоднородностей кабельных линий технологического характера и др.).
Основная масса кабельных линий (кроме кабелей связи) непредназначены для передачи коротких импульсных сигналов, используемых приметоде импульсной рефлектометрии. Поэтому этим кабельным линиям присуще большоеколичество синхронных помех.

/>
Рис 2.15 Пример рефлектограммы кабельной линии ссинхронными помехами
Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредствомсравнения или дифференциального анализа.
При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий(неповрежденной и поврежденной), проложенных по одной трассе.
/>
Рис 2.16 При сравнении накладывают рефлектограммы двухлиний
Наложение двух рефлектограмм позволяет быстро обнаружитьначальную точку их различия, по которой и определяют расстояние L доповреждения.
При дифференциальном анализе рефлектограммы поврежденной инеповрежденной линий вычитают, как показано на рисунке ниже.

/>
Рис 2.17 При дифференциальном анализе рефлектограммыповрежденной и неповрежденной линий
Из рисунка видно, что при вычитании все синхронные помехикомпенсируются. По разностной рефлектограмме легко обнаружить отражение отместа повреждения и определить расстояние L до него.
Наилучшие результатов от сравнения и вычитания удаетсяполучить при использовании в качестве исправной линии жилы или кабельной парытого же кабеля.
При измерении кабельной линии методом импульснойрефлектометрии асинхронные и синхронные помехи присутствуют на рефлектограммеодновременно.
Асинхронные помехи (кроме помех импульсного характера), какправило, имеют одинаковые величины, независимо от того, с какого концакабельной линии ведется измерение рефлектометром.
Синхронные помехи при измерении с разных концов кабеляимеют различную величину, в зависимости от многих факторов: длины кабельнойлинии, затухания импульсных сигналов, удаленности места повреждения и местнеоднородностей волнового сопротивления кабельной линии, точности согласованиявыходного сопротивления импульсного рефлектометра с волновым сопротивлениемлинии и других факторов. Поэтому отраженный сигнал от одной и той женеоднородности может иметь различные величины при измерении с разных концовлинии.
Если хотя бы предположительно известно, к какому концукабельной линии ближе может быть расположено место повреждения, то дляизмерений нужно выбирать именно этот конец кабельной линии. В других случаяхжелательно проводить измерения последовательно с двух концов кабельной линии.
Следует учитывать, что даже такие повреждения как «короткоезамыкание» и «обрыв», дающие максимальные отражения зондирующего сигнала, невсегда можно легко обнаружить на фоне помех. Например при большом затухании ибольших неоднородностях волнового сопротивления линии амплитуда отражения отудаленного повреждений типа «короткое замыкание» или «обрыв» зачастую бываетменьше, чем отражения от близко расположенных неоднородностей волновогосопротивления. Поэтому такие повреждения являются сложным для обнаружения.
/>
Рис 2.18 Рефлектограмма кабельной линии со сложнымповреждением
Как правило, сложные повреждения встречаются значительночаще чем простые.
На практике метод импульсной рефлектометрии позволяетэффективно определить обрыв, короткое замыкание, низкоомное соединения жил илиоболочки при сопротивлении утечки до 10 кОм, муфты, ответвления и т.д. Прималых синхронных помехах возможно обнаружение повреждений и при более высокихзначениях сопротивлений утечки.

2.1.5Выводы по методу
Метод импульсной рефлектометрии удобен для практическогоиспользования, так как для измерения импульсным рефлектометром достаточнодоступа к линии с одного конца.
Импульсные рефлектометры позволяют определить расстояние доместа повреждения линии при любом характере повреждения (обрыв, короткоезамыкание, утечка, продольное сопротивление и т.д.).
Результаты, достигаемые при измерениях импульснымрефлектометром, зависят от его возможностей по отстройке от помех.
Метод импульсной рефлектометрии позволяет достигнуть болеевысокой точности измерений расстояния до места повреждения по сравнению сдругими методами (например, по сравнению с мостовым): 1% – для аналоговыхимпульсных рефлекторов и 0,2% – для цифровых.
2.2 Метод кратковременной дуги(импульсно-дуговой метод)
Метод кратковременной дуги может быть использован дляопределения расстояния до места сложного (высокоомного) или неустойчивогоповреждения. Сущность метода кратковременной дуги заключается в одновременномвоздействии на кабельную линию высоковольтным импульсом и выполнении измеренийметодом импульсной рефлектометрии.
/>
Рис 2.19 Структурная схема подключения к кабельной линииустройств

Высоковольтный импульсный генератор, представляющий собойисточник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтныйконденсатор и специальный разрядник, подключается к кабельной линии черезустройство поддержания дуги (его основной компонент – индуктивность).
При подаче импульса от источника высокого напряжения вместе высокоомного дефекта возникает пробой, через устройство поддержания дугиначинает протекать ток и пробой «затягивается» – образуется дуговой разряд. Засчет индуктивности, имеющейся в устройстве поддержания дуги, ток дугиподдерживается в течении определенного времени (менее секунды). Электрическоесопротивление дуги близко к нулю, что эквивалентно короткому замыканию.
Импульсный рефлектометр подключается через специальноеприсоединительное устройство (фильтр). Зондирующие импульсы от рефлектометрачерез присоединительное устройство поступают в кабельную линию, а отраженныеимпульсы – возвращаются в рефлектометр.
Последовательность проведения измерений при методекратковременной дуги следующая.
Через присоединительное устройство считывают рефлектограммукабельной линии и сохраняют ее в памяти импульсного рефлектометра. Так какимпульсы с генератора высоковольтных импульсов отсутствуют или имеютнедостаточную для пробоя установленную амплитуду, то пробой и дуга в местесложного или неустойчивого повреждения отсутствуют. На рефлектограммеотраженный сигнал от высокоомного повреждения практически неразличим на фонепомех. Наблюдаются отражения от неоднородностей линии (муфт, кабельных вставок ит.д.) и от разомкнутого конца кабельной линии.
Затем выходное напряжение высоковольтного источника вгенераторе высоковольтных импульсы постепенно увеличивают до тех пор, пока вкабельной линии не появятся пробои. В такт с высоковольтными импульсами в местедефекта будет зажигаться кратковременная электрическая дуга. Период повторениякратковременной дуги нестабильный. Зондирующие импульсы подаются в кабельнуюлинию с частотой, которая во много раз больше частоты зажигания дуги. Присовпадении зондирующего импульса с моментом зажигания дуги, он отражается отдуги как от короткого замыкания, и возвращаются к началу кабеля, гдезаписывается в память рефлектометра.
/>
Рис. 2.20 Совпадение импульса горения дуги изондирующего импульса
Для более надежного определения места повреждениянеобходимо добиться неоднократного совпадения зондирующего импульса с моментомзажигания дуги. Импульс, отраженный от дуги, отчетливо виден на рефлектограмме.Дальше дуги импульс не проходит, поэтому на рефлектограмме не видно концалинии.
Далее на экране рефлектометра накладывают друг на друга двезаписанные в рефлектограммы: рефлектограмму до возникновения дуги ирефлектограмму после возникновения дуги. Это позволяет отчетливо наблюдатьместо начала расхождения рефлектограмм, которое и соответствует месту сложногоили неустойчивого повреждения.
/>
Рис 2.21 Наложение рефлектограмм при методе кратковременной

Таким образом, при методе кратковременной дуги высокоомноеповреждение кратковременно переводится в низкоомное.
Достоинства метода кратковременной дуги:
1. Высокая точность измерений. (Точность измерения такая жекак у метода импульсной рефлектометрии. Есть возможность воспользоватьсярастяжкой рефлектограммы выбранного участка линии).
2. Простота представления результатов измерения. (Порефлектограмме кабельной линии до возникновения кратковременной дуги легкоопределить длину всей кабельной линии и ее неоднородности. На рефлектограмме вмомент кратковременной дуги легко присутствует отражение от места повреждения,как отражение короткого замыкания при методе импульсной рефлектометрии. Дляустранения влияния неоднородностей достаточно воспользоваться сравнением двухрефлектограмм.).
3. В месте повреждения выделяется небольшое, по сравнению спрожигом, количество энергии, поэтому вредное влияние на кабель минимальное.Нет вредного воздействия и на соседние кабели.
4. Возможность реализовать этот метод на различных типахКЛ.
2.3 Волновой метод (метод колебательногоразряда)
Возникновение пробоя в месте повреждения вызывает появлениев кабельной линии волновых процессов.
Существует 2 варианта осуществления волнового метода дляопределения расстояния до места повреждения: метод бегущей волны напряжения иметод импульсного тока.
2.3.1 Метод бегущей волны напряжения
При методе бегущей волны напряжения в кабельную линию отисточника высокого испытательного напряжения через сопротивление, величинакоторого значительно больше волнового сопротивления линии, подают напряжение,которое медленно повышают.
/>
Рис 2.22 Структурная схема реализации волнового методабегущей волны напряжения
Под влиянием отрицательного испытательного напряжения вмомент времени to на расстоянии L происходит пробой (короткое замыкание) иразряд. В месте повреждения формируются электромагнитные волне положительнойполярности, так как испытательное напряжение имело отрицательную полярность, акоэффициент отражения в месте пробоя (короткого замыкания) также отрицателен К=-1.
/>
Рис 2.23 Волновой процесс при методе бегущей волнынапряжения
Одна из волн распространяется от места пробоя к началукабеля, а другая – к концу кабеля. Достигнув начала кабеля, первая волнаотражается от большого сопротивления источника и, не изменяя полярности,распространяется к месту повреждения. В месте повреждения вновь возникаетпробой и отражение с обратным знаком, и так далее. Затухая, волновой процесспродолжается до тех пор, пока энергии волны достаточно для пробоя в местеповреждения.
2.3.1 Волновой метод импульсного тока (бегущей волны тока)
Метод импульсного тока используют в том случае, есливысокоомные повреждения (снижение сопротивления изоляции или высокоомноезамыкание жилы на землю, или малое расстояние между проводниками в муфтах) неудается преобразовать с помощью прожига в низкоомное повреждение. Причиной томумогут быть просачивание в кабель воды или заплывающие повреждения.
В отличие от метода бегущей волны напряжения выходноесопротивление высоковольтного импульсного генератора должно быть значительно меньшеволнового сопротивления кабельной линии и коэффициент отражения напряжения отначала линии и места повреждения в момент пробоя равен Кu = -1, а коэффициентотражения тока К i= 1.
/>
Рис 2.24 Структурная схема реализации волнового методабегущей волны тока
Высоковольтный импульсный генератор представляет собойисточник высокого напряжения, у которого на выходе включен высоковольтныйконденсатор и специальный разрядник, с которого высоковольтные импульсыпоступают в кабель.

/>
Рис 2.24 Волновой процесс при методе бегущей волны тока
Ударная волна посылается в поврежденный кабель в момент t0и в момент t1 достигает места повреждения. Под воздействием ударной волныпроисходит пробой поврежденного участка кабельной линии в момент t1з,вызывающий отражение. Этот отраженный сигнал возвращается к началу кабеля вмомент t2 и отражается от начала кабеля (входное сопротивление генератораимпульсов эквивалентно короткому замыканию) в сторону повреждения и в момент t4снова достигает начала кабеля и т.д.
Состояние пробоя (длительность электрической дуги)сохраняется до тех пор, пока достаточно энергии для горения дуги. Для тогочтобы вызвать пробой в месте повреждения, необходимо в течение определенноговремени (t1з – t1) воздействовать на поврежденный участок (время ионизации).Это время зависит от амплитуды высоковольтного импульса и переходного сопротивленияв месте повреждения. Чтобы исключить влияние задержки ионизации на результатизмерения расстояния до места повреждения, замеряют время между первой и второйотраженными волнами t2 и t4: Tl = t4 – t2.
Связь измерителя волновых процессов с кабельной линиейпроизводится с помощью специального присоединительного устройства по току(импульсного токопреобразователя). Импульсный токопреобразовательдифференцирует импульсный ток на входе линии и преобразует его в однополярныеимпульсы, поступающие на вход измерителя волновых процессов.
При волновом методе измерений выходное сопротивлениевысоковольтного источника не равно волновому сопротивлению линии, поэтому кромеотраженных волн от участка повреждения появляются отраженные от неоднородностейкабеля (муфт, ответвлений) и переотраженные от начала кабеля импульсные сигналы– синхронные помехи, значительно затрудняющие оценку импульсной характеристикикабеля.
При волновом методе расстояние до места поврежденияопределяется по временной задержке между приходом к началу кабеля импульсовнапряжения или импульсов тока, отраженных от места повреждения. Импульсынапряжения по длительности занимают половину расстояния до места повреждения, аударные импульсы тока также имеют достаточно большие длительности. Это приводитк следующим недостаткам по сравнению с методом импульсной рефлектометрии:
1. Сложность анализа полученных импульсных характеристикпри измерениях волновым методом. (Вид этих характеристик зависит не только отхарактера повреждения и длины линии, но и от величины поданных импульсов,наличия или отсутствия пробоя в месте повреждения и т.д.)
2. Низкая разрешающая способность, то есть невозможностьобнаруживать близко расположенные неоднородности. (Отражения от неоднородностейвообще трудно различимы на импульсной характеристике кабельной линии, аотражения от соседних неоднородностей вообще сливаются друг с другом)
3. По импульсной характеристике невозможно получитьориентировки, расстояние до которых известно (в виде отражений от муфт,кабельных вставок и т.д.)
4. Большая погрешность измерения. (Это обусловленоотносительно большими длительностями фронтов и срезов волновых процессов,которые формируются самой линией и процессом пробоя)
5. Невозможность стабильного повторения волновых процессов,что может привести к появлению ошибок.
(Процесс пробоя является очень нестабильным, он в любоймомент может прерваться и не повториться в том же виде. Это накладывает оченьсерьезные требования к быстродействию измерителя волновых процессов).
Таким образом, волновой метод по сравнению с методомимпульсной рефлектометрии, с одной стороны, позволяет определять сложные (сбольшим сопротивлением) и неустойчивые (заплывающие) места поврежденийкабельных линий, а с другой стороны, имеет существенные недостатки. В значительнойстепени совместить достоинства метода импульсной рефлектометрии и волнового методапозволяет метод кратковременной дуги.
повреждениекабельный определение линия
2.4 Метод измерения частичных разрядов
В последние годы все более широкое распространение в нашейстране и за рубежом находит мнение о необходимости замены испытаний кабельныхлиний повышенным напряжением постоянного тока, превышающем рабочее напряжение в3…6 раз рабочее напряжение (Uраб) на диагностику изоляции с помощью измерениячастичных разрядов (ЧР), токов утечки, абсорбционных токов и других методов сприложением напряжения (1…1,5) Uраб.
Дело в том, что проведение испытаний кабеля, находящегося вэксплуатации продолжительное время, повышенным напряжением отрицательно влияетна изоляцию и снижает срок эксплуатации.
В отличие от испытаний диагностика изоляции кабельной линииотносится к неразрушающим методам контроля. Одним из прогрессивных методовдиагностики является метод измерения ЧР, позволяющий не только определитьуровень частичных разрядов в кабельной линии, но и определить ихместонахождение по длине.
Частичный разряд – это электрический разряд, длительностькоторого составляет единицы-десятки наносекунд. Частичный разряд частичношунтирует изоляцию кабельной линии. Частичные разряды появляются в слабом местекабельной линии под воздействием переменного напряжения и приводят кпостепенному развитию дефекта и разрушению изоляции.
Амплитудно-фазовые диаграммы (АФД) сегодня являются однимиз основных методов представления информации о характеристиках частичныхразрядов (ЧР) в изоляции оборудования. АФД обеспечивают необходимую информациюкак для идентификации типов дефектов изоляции так и для выделения сигналов ЧРиз помех. Кроме того, использование метода АФД при хранении информации обеспечиваетминимизацию объема запоминаемых данных, что важно при создании экспертныхсистем. Высокая эффективность метода АФД обусловлена учетом стохастическихсвойств ЧР и использованием усредненных характеристик сигналов ЧР вамплитудно-фазовом пространстве.
Существующая на сегодняшний день аппаратура для измерениясигналов ЧР, как правило, регистрирует параметры каждого импульса ЧР, чтообуславливает ее избыточную сложность и стоимость. Применение метода АФД нетолько при анализе данных, но и при измерении сигналов ЧР позволяет снизитьстоимость аппаратуры регистрации ЧР. При этом резко сокращается избыточностьрегистрируемых данных и достигается оптимальное соответствие требуемой точностиизмерений, стоимости аппаратуры, объема накапливаемой информации и времениизмерения.
2.4.1Какие параметры импульсов ЧР нужно измерять
В зависимости от сложности и стоимости аппаратуры можноизмерять различные параметры импульсов. Первое и основное разделение – измерятьнекий набор параметров каждого импульса (с последующей обработкой) или измерятьнекие усредненные характеристики импульсов, такие как средний ток, количествоимпульсов превышающих заданный порог и т.п. В первом случае мы увеличиваемсложность и стоимость аппаратуры – во втором теряем некоторую информацию (вчастности, возможность отличить сигнал ЧР от помехи по форме импульса и др.).Общего однозначного решения этого вопроса, вероятно, не существует, однако наосновании уже накопленного опыта можно предложить вариант оптимального на нашвзгляд решения.
Сначала рассмотрим случай, когда мы регистрируемхарактеристики каждого импульса, т.е. располагаем максимальной информацией. Взависимости от сложности и стоимости аппаратуры можно регистрировать следующиеиндивидуальные характеристики импульса ЧР:
– форму каждого импульса и время его появления
– амплитуду, полярность, длительность и времяпоявления
– амплитуду и время появления
– только амплитуду
Регистрация формы – самая полная но, увы, очень дорогаяхарактеристика. При регистрации амплитуды импульса сразу встает вопрос – чтоназывать амплитудой в случае, если импульс имеет колебательную форму (рис3.2.24) – амплитуду первого пика или максимальное значение модуля сигнала? Притакой форме импульса встает аналогичный вопрос по поводу полярности идлительности сигнала. Параметры сигналов ЧР, регламентированные в существующихнормативных документах, практически невозможно использовать при такой формеимпульсов, особенно с учетом того, что интеграл импульса (заряд) может бытьравен нулю.

/>
Рис 2.24 Типичная форма сигнала ЧР
Для того чтобы не усложнять дальнейшее изложение, давайтесохраним термин амплитуда, понимая под ним некий параметр характеризующийвеличину сигнала. На наш взгляд наиболее удачными приближениями являютсямаксимальная амплитуда или энергия (т.е. интеграл квадрата напряжения), но имможет служить и заряд, и что-то еще – в общем, кому что нравится. Аналогичнымобразом поступим и с длительностью импульса и с его полярностью.
В результате многочисленных экспериментов пришли к выводу,что оптимальной с точки зрения соотношения стоимость – информативность являетсярегистрация только двух параметров – «амплитуды» и времени прихода импульса.
2.4.2Хранение и представление информации
Будем считать, что для каждого пришедшего импульсаизмерительная аппаратура дает нам эти параметры. Адекватной формой храненияинформации является таблица, в строчках которой записываются амплитуда и фаза(время появления) каждого зарегистрированного импульса. Из-за стохастическойприроды ЧР, для получения необходимой точности измерения (т.е. определенияхарактеристик ЧР контролируемого объекта с необходимой точностью) требуетсянакопление информации за 500 – 5000 периодов питающего напряжения. С учетомналичия помех общее количество зарегистрированных за одно измерение сигналовдостигает десятков и сотен тысяч. И если такая форма записи подходит дляхранения данных (в виде файла), то для представления полученных данных онанесколько неудобна. Рассмотрим другой способ представления полученных данных.
2.4.3Амплитудно-фазовые диаграммы (АФД)
Точечная форма АФД
Возьмем лист бумаги и отложим по горизонтальной оси фазу(от нуля до 360 градусов), а по вертикальной оси – амплитуду сигнала. Длякаждого зарегистрированного сигнала у нас есть две характеристики – амплитуда ифаза. Будем рассматривать их как две координаты точки на плоскости листа.Каждый зарегистрированный сигнал будем отмечать точкой, поставленной всоответствии с измеренными значениями амплитуды и фазы импульса. Последостаточно длительного измерения, мы получим картину похожую на приведенную нарис. 2 (реальные данные). Это и есть АФД с точечной формой представленияданных.
/>
Рис 2.25 Точечная амплитудно-фазовая диаграмма

Сравним этот способ запоминания и представления данных стаблицей, о которой говорилось выше. Если с точки зрения хранения данных непроизошло каких-либо изменений (наш график с точки зрения компьютера это та жетаблица), то форма представления данных стала гораздо удобнее (по крайней мере,на наш взгляд). Самое главное это то, что, получив возможность «одним взглядом»оценить сразу все полученные данные, мы не потеряли никакой информации. Каждыйимпульс зарегистрирован и может быть рассмотрен. По такой АФД мы можемопределить все важнейшие характеристики сигналов ЧР, такие как фазовыераспределения сигналов в заданном интервале амплитуд, амплитудные распределенияимпульсов в любом фазовом интервале, зависимость интенсивности сигналов отамплитуды (заряда) и т.д.
Стандартная форма АФД
Сразу же отметим, что точечное представление данных на АФДпрактически не используется. Во-первых, в таком виде ей неудобно пользоваться т. к.близко лежащие точки сливаются и становятся неразличимы. Кроме того, дляопределения числа импульсов, поступивших в интересующую нас зону (фазовый иамплитудный интервалы) приходится считать отдельные точки.
Второй (и основной) причиной является то, что такой методрегистрации сигналов ЧР (измерение амплитуды и фазы каждого импульса ЧР)является неэкономичным, т. к. для запоминания параметров каждого иззарегистрированных импульсов требуемся много памяти и места на дисковомнакопителе. Т.е. неудобен сам способ запоминания и хранения данных.

/>
Рис. 2.26 Стандартная АФД
Рассмотрим сначала точечную форму АФД показанную на рис. 2.Добившись наглядности представления данных, мы не потеряли ничего. Из рис. 2.можно определить любой из требуемых ГОСТом параметров (с точностью до проблем,описанных в п. 2.) таких как ток ЧР, максимальный зарегистрированныйзаряд, частоту следования импульсов в любом интервале амплитуд, энергию имощность ЧР, квадратичный параметр и т.д. Мы не потеряли никакой информации,правда, при точечной форме АФД ничего и не выиграли в объеме запоминаемыхданных.
Теперь рассмотрим стандартную форму АФД (рис. 3).Наиболее важным моментом является то, что при таком подходе количествозапоминаемой информации перестало зависеть от общего числа зарегистрированныхсигналов. Теперь необходимый объем памяти определяется требуемой точностьюизмерения амплитуды и фазы, которая пропорциональна числу интервалов, накоторые мы разбиваем оси координат, т.е. числу ячеек матрицы.
На первый взгляд, при построении матрицы мы полностьюпотеряли информацию о конкретных импульсах ЧР. Мы уже не можем сказать, в какоеконкретное место внутри ячейки попал импульс, но какова была его амплитуда ифаза, мы, по прежнему, знаем, правда, с точностью до размера ячейки. Такимобразом, единственная разница между этими формами АФД – это точностьопределения амплитуды и фазы импульсов. Если в первом случае точность измеренияамплитуды и фазы определялась измерительным прибором, то во втором случае, онаограничивается числом разбиений по амплитуде и фазе. Иными словами, на первыйвзгляд, мы снизили изначально более высокую точность измерений до некоторогоуровня.
Сущность метода измерения частичных разрядов заключается вследующем. В момент появления частичного разряда в кабельной линии возникаетдва коротких импульсных сигнала, длительности которых десятки-сотни наносекунд.Эти импульсы распространяются к разным концам кабельной линии. Измеряяимпульсы, достигшие начала кабеля, можно определить расстояние до места ихвозникновения и уровень.
Структурная схема измерений частичных разрядов в кабельныхлиниях показана на рисунке. Основными узлами измерительной схемы являются:компьютерный анализатор дефектов и частичных разрядов в кабельных линиях ивысоковольтный адаптер. Компьютерный анализатор дефектов и частичных разрядов вкабельных линиях может быть выполнен в виде совокупности измерительного блока ипортативного компьютера (как показано на рисунке) или в видеспециализированного измерительного прибора. Высоковольтный адаптер служит дляразвязки компьютерного анализатора и источника воздействующего напряжения. Так,короткие импульсы напряжения, распространяющиеся в кабельной линии,беспрепятственно проходят на вход рефлектометра TDR или на выход частичныхразрядов, но не попадают в низкочастотный (50 или меньше герц) источникнапряжения. В тоже время напряжение (1…1,2)*Uраб от источника беспрепятственнопоступает на кабельную линию. В качестве воздействующего напряжения можетслужить напряжение промышленной сети или напряжения от источника сверхнизкойчастоты.
Сначала кабельная линия отключается от источникавоздействующего напряжения, вызывающего появление частичных разрядов. Припомощи кнопки Кн на высоковольтном адаптере (или специального устройства)проверяют разряженность кабельной линии. Компьютерный анализатор включают врежим импульсного рефлектометра и снимают рефлектограмму кабельной линии. Порефлектограмме определяют длину кабельной линии и коэффициент затуханияимпульсов в линии.
/>
Рис 2.27 Определениедефектов изоляции
Затем переключают компьютерный анализатор в режим измерениячастичных разрядов.
Далее снимают гистограмму – распределение частотыследования n импульсов частичных разрядов от амплитуд импульсов от частичныхразрядов Uчр, пришедших к началу кабельной линии.
По гистограмме n=f(Uчр) можно сделать вывод о наличии иколичестве слабых мест (потенциальных дефектов) в кабельной линии.
Так, на рисунке показана гистограмма кабельной линии стремя потенциальными дефектами. Дефект №1 имеет самую высокую частотуследования n1 и самую маленькую амплитуду импульсов U1. Соответствующиепараметры имеют дефект №2 и дефект №3.
По амплитуде импульсов частичных разрядов, представленныхна гистограмме, еще нельзя делать вывод о мощности частичного разряда в местедефекта, так как пока неизвестно расстояние до него. В тоже время известно, чтоимпульсы частичных разрядов, имея малые длительности, сильно затухают прираспространении по кабельной линии. Поэтому следующим шагом является измерениерасстояния до каждого из дефектов.
Компьютерный анализатор дефектов позволяет измеритьрасстояние до каждого из дефектов: L1, L2 и L3 и сохранить их в памяти.
Далее, на основе гистограммы и данных о расстоянии докаждого из дефектов, компьютерный анализатор вычисляет мощность частичныхразрядов в каждом из дефектов и строит сводную таблицу дефектов.
 
2.5 Мостовой метод измерения
Мостовой метод измерения используется при контрольныхизмерениях и для локализации высокоомных повреждений изоляции на кабелях связи.
Эти повреждения можно условно разделить на 3 группы:
1. Низкое сопротивление изоляции или короткое замыканиемежду жилами пары.
2. Низкое сопротивление изоляции жилы относительно землиили замыкание на землю.
3. Связь между парами.
Для локализации повреждений в кабеле связи мостовым методомнеобходимым является наличие хотя бы одной «хорошей» жилы между местомподключения прибора и концом кабеля. «Хорошая» жила должна иметь высокоесопротивление изоляции. На практике в качестве «хорошей» жилы выбирается та,которая имеет наибольшее сопротивление изоляции.
Перед проведением измерений все жилы, которыепредполагается использовать при измерениях, необходимо отключить от источниковсигналов (например, коммутаторных устройств) и приемников сигналов (например,абонентских устройств).
2.5.1 Определение расстояния до места обрыва кабеля(оборваны все жилы)
При обрыве всех жил кабеля определить расстояние доповреждения можно по формуле:
Lх = Сх / Ср, (2.9)
где Сх – емкость оборванной пары, измеренная прибором;
Ср – погонная емкость пары.
2.5.2 Метод определения расстояния до места поврежденияизоляции кабеля и его особенности
/>
Рис 2.28 схема подключения жил кабеля к приборам
На рисунке обозначено:
А – «хорошая» жила;
В-жила с повреждением изоляции;
С – заземленная оболочка кабеля или жила, относительнокоторой у поврежденной жилы имеется утечка сопротивления Rп.
Расстояние Lx от начала кабеля до места нахождения утечкиRп определяется посредством измерения сопротивления шлейфа жил А и В, измерениясопротивления дефектного участка Rx жилы В и вычисления выражения:
Lx = 2Rx∙L / (Ra + Rв) = 2Rx∙L / Rs, (2.10)
где: Rs = Ra + Rв – сопротивление шлейфа жил А и В;
L – длина кабеля.
Если в кабеле есть одновременно несколько мест повреждения,например, вместе с утечкой Rп есть утечка R'п, причем R'п > Rп, товследствии частичного ответвления измерительного тока на R'п при определениярасстояния прибор покажет величину L'x. При этом, чем больше R'п по сравнению сRп, тем меньше отличие L'x от Lx.
Таким образом, следует иметь в виду, что прибор непозволяет указать сколько и в каких местах одновременно имеется повреждений нанеисправной жиле. Все повреждения идентифицируются прибором как одно общееповреждение, до которого и определяется расстояние.
2.5.3 Определение расстояния до места повреждения изоляциикабеля
Определение расстояния до места пониженной изоляции илиместа утечки на землю в поврежденной жиле симметричной линии производитсяметодом Муррея посредством измерения отношения сопротивлений жилы до местаповреждения к сопротивлению шлейфа, по схеме с замкнутыми жилами напротивоположном конце кабеля.
Прежде всего необходимо найти в кабеле «хорошую» жилу.
Для этого в режиме «Измерение Ri» прибором ПКМ-105измеряется сопротивление изоляции всех жил кабеля, которые предполагаетсяиспользовать при измерениях.
В качестве «хорошей» жилы выбирается та жила, которая имеетнаибольшее сопротивление изоляции. Далее нужно измерить сопротивление изоляции «хорошей»жилы Ri и поврежденной жилы Rп (жилы с пониженной изоляцией) и определить ихотношение Кu.
Следует иметь в виду, что определение расстояния до местаповреждения целесообразно проводить если величина Rп не превышает 20 МОм. Приэтом переходное сопротивление до 10 МОм позволяет обеспечить погрешностьопределения расстояния не более 1% (в пределах от 0,1 до 1% – в зависимости отусловий). При более высоких значениях Rп погрешность увеличивается.
Если полученное отношение Кu удовлетворяет условию: Кu = Ri/ Rп? 400, то для определения расстояния до места повреждения с паспортнойточностью достаточно провести измерение с одного конца линии в режиме «ИзмерениеLx».
/>
Рис 2.28 При измерении Lx схема подключения прибора
На рисунке позиция C может быть оболочкой кабеля или жилой,по отношению к которой понижено сопротивление изоляции поврежденной жилы B.Позицией A на рисунке обозначена неповрежденная жила. Жилы A и B соединены наконце между собой.
Измерение Lx производится прибором ПКМ-105 (РЕЙС-205)автоматически. Причем под управлением встроенного микропроцессора сначалаизмеряется сопротивление Rs шлейфа жил A и B, а затем измеряются сопротивлениеRx части шлейфа от начала кабеля до места понижения изоляции жилы B.
Затем автоматически вычисляется отношение:
К = Rx / Rs / 2 = 2Rx / Rs (2.11)
Далее, используя погонное значение сопротивления жил Rо,автоматически вычисляется расстояние Lx до места повреждения:
Lx = L*K = (Rs/Rо)*(2Rx/Rs) = 2Rx/ Rо, (2.12)
где: L – полная длина линии, км;
R0 – погонное сопротивление, Ом/км;
Rx – сопротивление до места повреждения, Ом.
2.5.4 Учет величины Ku при определении расстояния до местаповреждения изоляции кабеля
В случае, когда сопротивление изоляции «хорошей» жилытакже, как и поврежденной, понижено и величина Ku лежит в пределах: 3
Расстояние до места повреждения, в этом случае, можноопределить по выражению:
Lx = L* Lx1 / (Lx1 + Lx2), (2.13)
где: Lx1 – расстояние до повреждения при измерении спервого конца линии;
Lx2 – расстояние до повреждения при измерении со второгоконца линии;
Lx – расстояние до повреждения от первого конца линии порезультатам

3. Трассовые методы
3.1 Индукционный метод
Индукционный метод может быть реализован в 2-х вариантах:активный и пассивный.
Активный индукционный метод требует использованияиндукционного комплекта, состоящего из 2-х частей: индукционный генератор ииндукционный приемник. Индукционный генератор может иметь синусоидальныйвыходной сигнал или сигнал в виде меандра и подключается к кабельной линии. Засчет протекания переменного тока вокруг кабельной линии образуется переменноемагнитное поле.
Перемещаясь над кабельной линии со специальным индукционнымприемником, оснащенным поисковой катушкой, можно определить трассу прохождениякабельной линии, глубину залегания кабельной линии и точное место обрыка иликороткого замыкания в ней.
В зависимости от задачи (определение трассы, определенияточного места короткого замыкания или места обрыва кабельной линии) могутиспользоваться частоты индукционного генератора, а значит и принимаемые частотыприемника, в пределах от 480 до 10000 Гц. Для уменьшения влияния промышленнойсети на чувствительность приемника обычно выбирается рабочая частота не кратная50 (60) Гц (в зависимости от частоты сети).
В зависимости от типа кабельной линии, на которойвыполняются работы, глубины ее залегания, питания от сети или аккумуляторов,генераторы могут иметь выходную мощность от единиц ват до нескольких сотенватт.
Индукционные приемники могут быть как простые, содержащиеусилитель и поисковую катушку, так и сложные, имеющие несколько катушек,указатель нахождения над трассой кабеля и цифровую индикацию глубины залеганиякабельной линии.
При пассивном индукционном методе достаточно использоватьтолько индукционный приемник. При этом приемник должен принимать магнитное поле
От работающего кабеля на частоте 50 Гц
3.2 Акустическийметод
 
Акустический метод используется для определения местаобрыва на силовых кабельных линиях.
Определить место обрыва индукционным методом нельзя, таккак в месте обрыва ток от индукционного генератора равен нулю, а значит имагнитное поле вокруг кабеля отсутствует.
Для реализации акустического метода используется генератормощных ударных импульсов и акустический приемник.
Генератор ударных импульсов представляет собой совокупностьспециального высоковольтного конденсатора и разрядника. Конденсаторподключается к силовой кабельной линии через разрядник. При срабатыванииразрядника все напряжение с заряженного конденсатора оказывается мгновенноприложенным к кабельной линии. В кабельной линии возникает электромагнитнаяволна, 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. Обычноразряд конденсатора производится периодически (раз в несколько секунд), поэтомуи пробои повторяются с той же периодичностью.
Для улавливания сигнала от пробоя служит акустическийприемник со специальным акустическим датчиком, например типа «краб». Такойдатчик «чувствует» акустический сигнал под землей. По максимальнойинтенсивности звукового сигнала находится место обрыва кабельной линии.
На практике часто используются акустические приемники,которые имеют не только канал приема акустических сигналов с акустическимдатчиком, но и канал приема электромагнитных сигналов с соответствующимдатчиком. Наличие двух каналов позволяет ускорить нахождение места повреждения.
Работает двухканальный приемник следующим образом.
Момент пробоя сопровождается не только звуковым сигналом,но и электромагнитным импульсом. Звуковой сигнал распространяется от местапробоя во все стороны со звуковой скоростью, а электромагнитная волна – соскоростью, близкой к скорости света. Поэтому сначала на приемник будетприходить электромагнитный импульс, а затем – акустический сигнал.
Чем ближе приемник находится к месту пробоя тем меньшезадержка между приходом электромагнитного и акустического сигналов.
Указанная зависимость линейная, на приемнике в цифровомвиде индицируется расстояние до места пробоя. При поиске места пробоя задачаизмерителя – найти место где эта разность минимальна.
 
3.3 Выводы по трассовым методам
 
В отличии от дистанционных методов, которые позволяютопределить длину кабельной линии, расстояние до зоны расположения местаповреждения кабельной или воздушной линии, трассовые методы предназначены дляопределения трассы прохождения кабельной линии, глубины залегания кабеля,точного нахождения места повреждения (короткого замыкания или обрыва) на трассекабельной линии.
Существуют различные трассовые методы, однако наиболеепопулярны индукционный и акустический методы.