Рефлектометрия, как метод предварительной локализации места и характера повреждения кабельной линии

Предварительная локализация места повреждения на трассе

Кабельные линии являются основным проводником электроэнергии и информационных сигналов и к ним, как к важнейшему элементу систем передачи, предъявляются высокие требования качества изготовления и длительной бесперебойной работы. В случае повреждения и выхода из работы кабельной линии она подлежит скорейшему ремонту. Определение места и характера повреждения является сложной задачей в силу большой протяженности кабельных линий и способа прокладки (воздушные линии или подземные). Учитывая, что повреждения кабельной линии могут носить различный характер, который влияет на поведение электрического сигнала внутри линии, методы поиска места повреждения могут сильно отличаться и для определения точного места повреждения может требоваться целая лаборатория с комплексом различных приборов. Для трёхфазных силовых кабельных линий сложность также заключается в определении повреждённой жилы или нескольких жил. Повреждение таких линий может быть комбинированным, и параметры линии требуют детального анализа перед проведением работ по локализации места повреждения с учетом взаимодействия электрического сигнала между жилами кабельной линии и между жилами и изоляцией.

Основной характеристикой повреждения является его переходное электрическое сопротивления и все виды повреждений можно классифицировать с учетом его характера и переходного сопротивления в месте повреждения линии. Проанализировав переходные сопротивления во всевозможных комбинациях подключения к линии, можно сделать вывод о характере повреждения, но не определить место повреждения на трассе. Для ускорения рабочего процесса по поиску места повреждения были изобретены методы предварительной локализации, которые указывают приблизительное расстояние до проблемного участка. Один из таких методов получил широкое распространение в силу своей наглядности, функциональности, точности и аналитических свойств.

Метод импульсной рефлектометрии

Суть метода импульсной рефлектометрии заключается в посыле в кабельную линию короткого зондирующего импульса, который, постепенно затухая, частично или полностью отражается при изменении волнового сопротивления внутри линии, что свидетельствует о неоднородностях в месте прохождения импульса. Зная скорость распространения импульса и разность времени между его посылом и приёмом отраженной части на конце линии можно посчитать расстояние до места неоднородности. По ходу следования импульса его форма изменяется, и вид отраженного сигнала также несёт в себе информацию о состоянии линии. Если снять осциллограмму принимаемых отражений импульса на достаточном временном окне, за которое зондирующий импульс и его отражения полностью проходят кабельную линию, то по её результатам можно оценить общее состояние линии с учетом расстояния до всех неоднородностей. С помощью такого метода можно с более чем достаточной точностью определить место и характер низкоомного повреждения линии, расположение муфт и ответвлений, конец линии и соответственно её полную длину, а также участки замокания изоляции кабеля.

Анализ рефлектограмм и работа с ними

График отражений зондирующего импульса называют рефлектограммой. В силу большой частоты дискретизации значений амплитуды сигнала, рефлектограмма является мощным аналитическим инструментом. Как известно, кабель обладает собственной погонной ёмкостью, обусловленной его конструкцией, из-за чего воздействие на сигнал в линии является частотно-зависимым. Длина зондирующего импульса влияет на скорость его затухания и перераспределение энергии сигнала по времени при его движении через кабельную линию, поэтому есть необходимость подстройки длины зондирующего импульса под определенную линию для получения более детальной рефлектограммы. Также в зависимости от характера повреждения форма отражений импульса может быть как положительной так и отрицательной полярности. Ниже приведены типичные рефлектограммы для различного рода неоднородностей линии.

Ось абсцисс графика показывает время, прошедшее от начала посыла зондирующего импульса, для удобства эту ось пересчитывают в длину участка линии. В пересчете участвует скорость распространения импульса вдоль линии, которая зависит от конструктивных особенностей кабеля, эту скорость определяют отношением скорости света к реальной скорости распространения импульса, получившийся коэффициент называют коэффициентом укорочения. Каждая марка кабеля имеет свой коэффициент укорочения и большинство из них уже давно рассчитаны, если коэффициент укорочения кабеля неизвестен, то можно его вычислить из известной длины исправного кабеля и времени прохождения импульса и его отражения от конца кабельной линии.

Построению рефлектограммы могут препятствовать различные помехи, которые классифицируются на две группы: асинхронные и синхронные. Асинхронные помехи вызваны наводками высоковольтного электрооборудования вблизи кабельной линии или соседней линией в работе и имеют вид шума, уровень которого может быть выше полезного сигнала зондирующего импульса. В таких условиях используется режим накопления сигнала – рефлектограмма снимается несколько раз, и вычисляются среднеарифметические значения точек графика, из-за чего асинхронная составляющая каждого измерения приближается к координатному нулю.

Синхронные помехи связаны с неоднородностями самой линии и вызваны процессом измерения. При наличии множества вставок, муфт, скруток или участков замокания изоляции кабельной линии рефлектограмма может принимать трудночитаемую форму и выделить место повреждение становится затруднительно. В этом случае помогает метод дифференциального анализа поврежденной жилы с исправной или просто нескольких конфигураций подключения линии с попарным сравнением. Суть метода заключается в вычитании точек одной рефлектограммы из другой, таким образом отсеиваются синхронные составляющие рефлектограмм, и место повреждения более явно проявляется на полученном графике.

Современные рефлектометры и их наиболее важные характеристики

Основной характеристикой рефлектометров является диапазон измерения длины линии. Многие рефлектометры имеют весьма высокие диапазоны порядка нескольких сотен километров, но важно понимать, что это лишь аппаратная величина измерения самого прибора. Так как измерение связано с затуханием сигнала в линии и различными коэффициентами укорочения, реальное максимальное расстояние определения места повреждения или длины линии может быть намного меньше, особенно в силу затухания низковольтного зондирующего импульса. При использовании рефлектометра с генераторами высоковольтных ударных импульсов можно расширить этот диапазон до предела ограниченного коэффициентом укорочения линии и сильно расширить функционал самого рефлектометра за счет реализации новых методов локализации. При использовании рефлектометра в синхронизации с подобными генераторами, можно создать короткую дугу в месте высокоомного повреждения, через которую пройдет зондирующий импульс рефлектометра, т.к. сама дуга обладает низким сопротивлением. Такой метод локализации называется импульсно дуговым. Также возможна реализация метода колебательного разряда, сущность которого заключается в многократных переотражениях в месте заплывающего пробоя. Расстояние до такого повреждения можно найти из периода волны колебаний регистрируемой прибором.

Также важной характеристикой при выборе рефлектометра являются параметры зондирующего импульса. В современных рефлектометрах возможна настройка величины амплитуды и длительности зондирующего импульса, что позволяет подобрать нужные параметры под определенный тип и длину линии. В рефлектометрах присутствует так называемая мертвая зона, в которой невозможно различить полезные данные рефлектограммы из-за высокого уровня искажений, вызванных длительностью самого зондирующего импульса и аппаратными помехами после него. Поэтому для использования рефлектометра на коротких линиях требуется как можно меньшая длительность зондирующего импульса.

Анализ рефлектограмм для определения характера и места повреждения может быть трудоемкой задачей, поэтому для современных рефлектометров также важно детальное отображение рефлектограммы на крупном дисплее и возможность вывода нескольких рефлектограмм с функцией дифференциального анализа. При различных вариантах подключения к поврежденной линии возможность сопоставления рефлектограмм на месте значительно упрощает и ускоряет рабочий процесс по поиску проблемных участков.

Наша компания рекомендует к использованию современные рефлектометры внесенные в государственный реестр средств измерения республики Казахстан, среди которых модели: РИ-407 «СТРИЖ-С», который может быть использован в комплекте с высоковольтным ударным генератором ADG-200-2 «СКАТ-М» и РИ-307М3 «СТРИЖ».