Устройство определения мест неоднородностей кабеля
Предлагаемая полезная модель относится к электронным устройствам для измерения и контроля параметров состояния конструкций электрических металлических кабелей, в частности, для выявления различных неоднородностей по длине кабеля методами рефлектометрии. Задачей полезной модели является повышение достоверности определения фактического места повреждения в кабеле при работе в полевых условиях непосредственно на трассе. Для решения поставленной задачи в устройстве используется рефлектометр, включающий источник зондирующих импульсов, подключаемый к входному торцу жилы и оболочки кабеля, и приемник отраженных от неоднородности кабеля импульсов с устройством обработки сигналов и устройством отображения. Рефлектометр позволяет предварительно определить предполагаемое место неоднородности кабеля. Для определения фактического места неоднородности кабеля в устройство введен источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля, выполненный с возможностью перемещения вдоль кабеля. В устройстве также имеются первый и второй радиомодемы, образующие радиоканал для передачи управляющей информации о расстоянии, на которое необходимо переместить источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности в направлении сокращения расстояния до фактического места неоднородности. Первый радиомодем установлен с входной стороны кабеля и связан с интерфейсом рефлектометра, а второй радиомодем установлен в предполагаемом месте неоднородности кабеля и связан с переносным персональным компьютером.
Предлагаемая полезная модель относится к электронным устройствам для измерения и контроля параметров состояния конструкций электрических кабелей, в частности для выявления различных неоднородностей по длине кабеля методами рефлектометрии.
В настоящее время известно множество как зарубежных, так и отечественных устройств определения различных неоднородностей кабелей, вызванных их механическим повреждением, коротким замыканием, износом и старением конструкции.
Известные устройства определения мест неоднородностей кабеля (рефлектометры) обычно содержат источник зондирующих импульсов, которые вводят в токоведущие жилы и оболочки кабелей, и приемник, фиксирующий отраженные от мест неоднородностей импульсы, предварительно определяя предполагаемые места неоднородностей. Определение предполагаемых мест неоднородностей производится расчетным путем с использованием различных устройств обработки сигналов, поступающих в приемник, имеющий также устройство отображения, на котором в графической форме представляется характеристика неоднородностей по длине кабеля.
Одно из таких устройств для определения места повреждения кабеля с металлическими элементами (см. заявку РФ №2001107701, М.кл. G 01 R 31/11, опубл. 10.03.2003 г.) содержит источник зондирующих импульсов направленного электромагнитного излучения, подключаемый к жиле кабеля, приемник импульсов, отраженных от места повреждения кабеля, устройство обработки сигналов и устройство отображения (осциллограф), на экране которого осуществляется совмещение зондирующего и отраженного импульсов при перемещении приемника в виде индукционной рамки над кабелем вдоль трассы прокладки. При совмещении упомянутых импульсов на экране осциллографа определяют предполагаемое место повреждения жилы по местоположению приемной индукционной рамки.
При определении места повреждения жилы кабеля таким устройством необходимо обеспечить его электромагнитную совместимость, поскольку влияние различных электромагнитных полей вносит существенную погрешность в результаты измерений, что влияет на точность определения фактического места повреждения кабеля.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство определения места однофазных замыканий в кабельных линиях, проложенных в земле (см. патент РФ №2143703, М.кл. G 01 R 31/08, опубл. 27.12.1999 г.), которое использует какой-либо дистанционный метод для предварительного определения предполагаемого места повреждения кабеля
(например, используя рефлектометр), после чего к поврежденной жиле и оболочке кабеля подключают источник в виде генератора звуковой частоты. Последовательно в цепь, идущую от генератора звуковой частоты к жиле и оболочке кабеля, включают первичную обмотку регулируемого трансформатора, вторичную обмотку которого с параллельно включенной фазосдвигающей цепочкой подключают между землей и оболочкой на ближнем к генератору конце кабеля, а на поверхности земли над кабелем в предполагаемом месте повреждения дополнительно устанавливают датчик с радиопередатчиком. При этом датчик располагают так, чтобы он воспринимал преимущественно поле одиночного тока. Информация о параметрах поля одиночного тока передается по радиосвязи к тому месту, где находится регулируемый трансформатор. Компенсация поля одиночного тока в предполагаемом месте повреждения осуществляется регулированием величины и фазы напряжения трансформатора и фиксации нулевого значения поля одиночного тока. Затем перемещают вдоль трассы кабелеискатель, фиксируют изменение электромагнитного поля, создаваемого протекающими в кабеле токами.
В данном устройстве используется пассивный метод определения места повреждения, требующий использования чувствительного приемника, способного принять слабый отраженный сигнал в условиях влияния различных электромагнитных полей, которые вносят значительную погрешность в результаты измерений. При этом в определении места повреждения участвуют два технических средства: во-первых, генератор звуковой частоты с регулируемым трансформатором и фазосдвигающей цепочкой и, во-вторых, датчик с радиопередатчиком, что обуславливает наличие различных погрешностей, вносимых каждым из этих средств в результаты измерений, и существенно влияет на достоверность определения фактического места повреждения кабеля.
Задачей полезной модели является повышение достоверности определения фактического места повреждения в кабеле при работе в полевых условиях непосредственно на трассе.
Решение данной задачи обеспечивается в предлагаемом устройстве определения мест неоднородностей кабеля, содержащем рефлектометр для дистанционного определения предполагаемого места неоднородности кабеля, включающий источник зондирующих импульсов, подключенный к входному торцу жилы и оболочки кабеля и приемник отраженных от неоднородности импульсов с устройством обработки сигналов и устройством отображения, отличающемся тем, что рефлектометр снабжен интерфейсом, связанным входом с выходом устройства обработки сигналов, и в устройство введен источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля, выполненный с возможностью перемещения вдоль кабеля, связанный с выходом интерфейса рефлектометра через введенные первый и второй радиомодемы, первый из которых установлен с входной
стороны кабеля, а другой - в предполагаемом месте неоднородности кабеля и связан с введенным в устройство переносным персональным компьютером.
При этом источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля может быть выполнен в виде источника теплового воздействия.
Источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля для обеспечения возможности его перемещения может быть установлен и зафиксирован на устройстве перемещения таким образом, чтобы его излучающая часть была углублена и направлена на располагаемый под землей кабель. При этом устройство перемещения может содержать, например, направляющие в виде рельс или лестницы, располагаемые по трассе кабеля, на которых располагается передвижная подставка с механическим исполнительным устройством перемещения ручным или автоматическим способом на необходимое расстояние.
Введение в предлагаемое устройство источника внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля, выполненного в виде источника теплового воздействия, и последующая фиксация сигнала, отраженного от фактического места созданной неоднородности кабеля, тем же приемником рефлектометра, которым фиксировался сигнал, отраженный от предполагаемого места неоднородности кабеля, позволяет исключить погрешность измерений, связанную с наличием в устройстве прототипа двух различных технических средств, участвующих в определении места неоднородности кабеля, и тем самым повысить достоверность определения фактического места неоднородности кабеля.
При этом достоверность определения фактического места неоднородности кабеля повышается также за счет того, что в предлагаемом устройстве осуществляется определение расстояния между импульсом, отраженным от предполагаемого места неоднородности и импульсом, отраженным от места фактической искусственно созданной неоднородности, но находящейся уже в зоне предполагаемого места неоднородности.
Наличие в устройстве радиоканала, формируемого с помощью введенных в устройство радиомодемов, через которые введенный источник внешнего воздействия на кабель связан с интерфейсом рефлектометра, установленного на входном конце кабеля, позволяет независимо от канала измерения передавать по нему информацию, о величине расстояния, определенного устройством обработки сигналов и отображенного на устройстве отображения рефлектометра, на которое необходимо на каждом последующем шаге переместить источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности кабеля вдоль него до совмещения фактической и искусственной неоднородностей. При этом введенный в устройство переносной персональный компьютер позволяет
отобразить эту информацию в месте нахождения источника внешнего воздействия на кабель.
Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже, согласно которому оно содержит рефлектометр 1, включающий источник 2 зондирующих импульсов, выходом подключенный к входному торцу жилы и оболочки кабеля 3, и приемник 4 отраженных импульсов, подключенный также к входному торцу жилы и оболочки кабеля и связанный выходом с первым входом устройства 5 обработки сигналов, первым выходом связанного со входом устройства 6 отображения, а вторым выходом - со входом введенного интерфейса 7, при этом выход источника 2 зондирующих импульсов подключен ко второму входу устройства 5 обработки сигналов.
Устройство также дополнительно содержит источник 8 внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля, связанный с интерфейсом 7 рефлектометра 1 через образующие радиоканал первый радиомодем 9 и второй радиомодем 10, причем радиомодем 10 установлен в предполагаемом месте неоднородности кабеля и связан с переносным персональным компьютером 11. Кроме того предлагаемое устройство может содержать показанное на чертеже устройство 12 перемещения, на котором размещен источник 8 внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности кабеля. Устройство 12 перемещения может содержать направляющие в виде рельс или лестницы, на которых располагается передвижная подставка 13с механическим исполнительным устройством перемещения ручным или автоматическим способом на необходимое расстояние. Направляющие укладываются по трассе кабеля 3, а источник 8 внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности фиксируется на подставке 13 таким образом, чтобы его излучающая часть была углублена и направлена на расположенный под землей кабель 3.
Работа устройства осуществляется следующим образом. На первом этапе проводится предварительное определение предполагаемого места неоднородности по длине кабеля.
Для этого используется дистанционный метод, реализуемый, с помощью имеющегося в устройстве рефлектометра 1. При этом на устройстве 6 отображения рефлектометра 1 в виде графика отображается вся протяженность кабеля 3 (его длина) от начала до конца. Отдельным сигналом в виде всплеска амплитуды напряжения положительной или отрицательной полярности колоколообразной формы отображается фактическая неоднородность в предполагаемом месте по длине кабеля 3. Кроме того на устройстве 6 отображения с помощью устройства 5 обработки сигналов формируются подвижные маркеры в виде вертикальных линий для обозначения начала и конца кабеля 3 и мест имеющихся в кабеле 3 неоднородностей. С помощью маркеров определяется расстояние до
неоднородностей по длине кабеля 3 внутри него. Это расстояние показывает область на местности для определения точного положения неоднородности относительно поверхности земли. Фактическое расстояние по поверхности земли всегда будет меньше измеренного предварительно дистанционным методом, т.к. кабель лежит под землей не по прямой линии, а волнообразно и имеет дополнительные укладочные изгибы и петли. Чем больше изгибов и петель кабеля под землей, тем значительнее различия между предварительно определенным местом неоднородности и реальным местом неоднородности.
На втором этапе для точного определения места неоднородности на трассе кабеля 3 на местности в предварительно определенной зоне предполагаемого места неоднородности устанавливается источник 8 внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля. 1. Источник 8 воздействует на локальный участок кабеля 3, расположенного под землей, таким образом, что в нем возникает внутренняя временная неоднородность. После обработки отраженного от этой неоднородности сигнала устройством 5 обработки сигналов и соответствующего отображения маркером на устройстве 6 отображения фактического места искусственной неоднородности с помощью радиомодемов 9 и 10 по образованному ими радиоканалу передается сигнал о расстоянии, на которое должен быть перемещен источник 8 по поверхности трассы кабеля 3 в направлении сокращения расстояния до фактического места неоднородности. Эта информация отображается на переносном персональном компьютере 11.После перемещения источника 8 на необходимое расстояние передается сигнал на отключение рефлектометра 1, и как описано выше, определяется остаточное расстояние между искусственной и фактической неоднородностями внутри кабеля 3. Такая процедура перемещения повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто совмещение искусственной и фактической неоднородностей, что будет отражено на графике устройства 6 отображения и на переносном персональном компьютере 11 - расстояние между сигналами станет равным нулю. Это соответствует расположению источника 8 на поверхности земли по трассе кабеля 3 непосредственно над местом, где расположена фактическая неоднородность в кабеле.
Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемого устройства. В качестве используемого в устройстве рефлектометра 1 может быть использован рефлектометр Т 12/3.
В качестве радиомодемов могут быть использованы радиомодемы марки «Телур-РМ».
В качестве переносного персонального компьютера может быть использован, например, компьютер PORTEGEG 20CT. В качестве источника 7 внешнего воздействия на кабель может быть использован источник теплового воздействия который представляет собой устройство ускоренного отогревания грунта в зимних условиях производства НИИ Сварки (с рабочей температурой 500°С) или газовую пропановую
горелку (см. Сборник «Наука для города. Передовые технологии», опубл. Научно-техническим Советом Мэрии Санкт-Петербурга, 1998г.) или Универсальный портативный плазменный аппарат для сварки, резки и пайки металлов «Мультиплаз-2500» (см. информацию на сайге сети Интернет: www.multiplaz.ru).
1. Устройство определения мест неоднородностей кабеля, содержащее рефлектометр для дистанционного определения предполагаемого места неоднородности кабеля, включающий источник зондирующих импульсов, подключенный к входному торцу жилы и оболочки кабеля, и приемник отраженных от неоднородности импульсов с устройством обработки сигналов и устройством отображения, отличающееся тем, что рефлектометр снабжен интерфейсом, связанным с выходом устройства обработки сигналов и в устройство введен источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля, выполненный с возможностью перемещения вдоль кабеля, связанный с выходом интерфейса рефлектометра через введенные первый и второй радиомодемы, образующими радиоканал, при этом первый радиомодем установлен с входной стороны кабеля, а второй - в предполагаемом месте неоднородности кабеля и связан с введенным в устройство переносным персональным компьютером.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля выполнен в виде источника теплового воздействия на кабель.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения возможности перемещения источника внешнего воздействия на кабель для создания искусственной неоднородности на локальном участке предполагаемого места неоднородности кабеля он размещен и зафиксирован на устройстве перемещения таким образом, чтобы его излучающая часть была углублена и направлена на располагаемый под землей кабель.
