СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения наличия повреждения кабеля электроснабжения, расположенного в земле, и участка кабеля заданной длины, на котором это повреждение расположено.

Известен индукционный способ определения места повреждения кабеля, основанный на принципе фиксирования изменений магнитного поля, создаваемого протекающим по кабелю с повреждением током. По кабелю пропускают ток от генератора звуковой частоты, при этом вокруг кабеля образуется магнитное поле, величина которого пропорциональна величине тока в кабеле. На поверхности земли над кабелем при помощи приемной рамки, усилителя и телефона можно прослушать звучание, которое распространяется по пути прохождения тока по кабелю. Место повреждения кабеля определяют по скачкообразному изменению магнитного поля, фиксируемого приемной рамкой [1].

Недостатками данного способа являются повышенная трудоемкость и значительные временные затраты и низкая точность, обусловленная субъективным фактором.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения трассы прокладки и локализации места повреждения кабеля. На передвижном устройстве, способном перемещаться по поверхности только по прямой и в одном направлении, закрепляют датчики компонент магнитного поля и курвиметр. На поверхности над кабелем перемещают устройство параллельно одной из сторон выделенной прямоугольной области. С помощью датчиков магнитного поля измеряют уровни компонент магнитного поля, с помощью курвиметра - расстояние, которое прошло устройство по поверхности. По локальным экстремумам функции уровней компонент магнитного поля от расстояния определяют место повреждения [2].

Недостатками данного способа являются повышенная трудоемкость и значительные временные затраты, связанные с необходимостью проводить измерения многократно, постоянно перемещая устройство на определенное расстояние внутри выделенной прямоугольной области.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и временных затрат при определении повреждения кабеля электроснабжения.

Для достижения этой цели в предлагаемом способе определения повреждения кабеля электроснабжения, включающем подключение источника переменного тока к кабелю электроснабжения, измерение напряженности магнитного поля, измерения проводят на поверхности земли и на высоте а в начале и конце участка кабеля, выделенного для измерения, длиной L, рассчитывают глубину залегания кабеля h₁ и h₂ в начале и конце участка кабеля, определяют проводимость исследуемого участка кабеля по формуле:

$$Y=\frac{{\left(\ln \frac{H_1{h}_1}{H_2{h}_2}\right)}^2}{L^{2}Z},$$

где H₁ и Н₂ - напряженности магнитного поля на поверхности земли в начале и конце исследуемого участка кабеля, А/м;

$$H_1^{\text{'}}$$ и $$H_2^{\text{'}}$$ - напряженности магнитного поля на высоте а над поверхностью земли в начале и конце исследуемого участка кабеля, А/м;

h₁, и h₂, - глубина залегания кабеля в начале и конце исследуемого участка кабеля, м;

$$h_1=\frac{a}{\frac{H_1}{H_1^{\text{'}}}-1}{\text{ и h}}_{\text{2}}=\frac{a}{\frac{H_2}{H_2^{\text{'}}}-1},$$

L - длина исследуемого участка кабеля электроснабжения, м;

Z - продольное сопротивление кабеля, определяемое в соответствии с [3, 4], Ом/м.

Полученное значение проводимости изоляции сравнивают с проводимостью неповрежденного кабеля У_н, соотношение Y>Y_H свидетельствует о наличии повреждения кабеля электроснабжения на исследуемом участке, затем участок делят на две части (в частном случае равные) длинами L₁ и L₂, повторяют измерения, определяют проводимости первой Y₁ и второй Y₂ частей участка, сравнивают полученные значения с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H, если Y₁>Y_H, то повреждение находится в первой части участка кабеля, если Y₂>Y_H - во второй, далее процесс повторяется до достижения заданной длины участка кабеля, на котором находится повреждение.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующая измерения по данному способу.

Устройство содержит датчики напряженностей магнитного поля 1 и 2, устройство обработки сигнала 3, устройство принятия решения 4, индикатор 5, генератор переменного тока 6, подключенный к кабелю 7, имеющему повреждение 8.

При подаче тока от генератора 6 в кабель 7 на поверхности земли возникает электромагнитное поле. Датчиками 1 и 2 измеряются напряженности магнитного поля на поверхности земли и на высоте а, значения которых поступают на устройство обработки сигналов 3. Далее преобразованные сигналы поступают на устройство принятия решений 4 и результат выводится на индикатор 5.

Определение глубины залегания кабеля осуществляется следующим образом. По полученным при измерениях в точке 1 значениям напряженностей магнитного поля на поверхности земли и на высоте а, находим глубину залегания кабеля в начале участка кабеля длиной L:

$$h_1=\frac{a}{\frac{H_1}{H_1^{\text{'}}}-1},$$

где H₁ - напряженность магнитного поля на поверхности земли в начале исследуемого участка кабеля, А/м;

$$H_1^{\text{'}}$$ - напряженность магнитного поля на высоте а над поверхностью земли в начале исследуемого участка кабеля, А/м.

Аналогично определяется h₂ - глубина залегания кабеля в точке 2 (конце исследуемого участка кабеля длиной L).

Проводимость рассчитывается исходя из следующего уравнения:

$$\gamma =\sqrt{ZY},$$

где γ - коэффициент распространения на заданном участке, 1/м;

Z - продольное сопротивление кабеля, определяемое в соответствии с [3, 4], Ом/м.

По измеренным значениям напряженностей магнитного поля H₁ и Н₂ и рассчитанным значениям глубины залегания кабеля h₁ и h₂ в двух исследуемых точках находим:

$$\gamma =\left(\ln \frac{H_1{h}_1}{H_2{h}_2}\right)\cdot \frac{1}{L}.$$

Следовательно, проведя соответствующие преобразования, получим проводимость изоляции кабеля:

$$Y=\frac{{\left(\ln \frac{H_1{h}_1}{H_2{h}_2}\right)}^2}{L^{2}Z}.$$

Данное значение необходимо сравнить с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H.

Соотношение Y>Y_H свидетельствует о наличии повреждения кабеля электроснабжения на исследуемом участке.

Затем делим участок кабеля длиной L на две части (в частном случае равные) длинами L₁ и L₂, повторяем измерения напряженностей магнитного поля на поверхности земли и на высоте а в точке 3, рассчитываем глубину залегания кабеля в точке 3. Определяем проводимости первой Y₁ и второй Y₂ частей участка, сравниваем полученные значения с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H. Если Y₁>Y_H, то повреждение находится в первой части участка кабеля, если Y₂>Y_H - во второй.

Далее повторяем процесс до достижения необходимой точности, т.е. до определения заданной (требуемой) длины участка кабеля, на котором это повреждение находится.

Например, имеется кабель ААШв 3×35, проводимость земли σ=0,1 Сим/м, частота f=10 Гц. Определим продольное сопротивление Z и полную проводимость Y для оболочки кабеля в исправном состоянии по формулам [3, стр. 60-65] или [4, стр. 127-134].

Полная проводимость исправного кабеля, полученная из расчета равна |Y_н|=4,518·10^-8 Сим/м, продольное сопротивление кабеля |Z|=3,714·10^-4 Ом/м.

Примем, что повреждение находится на расстоянии 1,3 км от начала участка кабельной линии, ток генератора 400 мА, глубина залегания кабеля h=1 м. Площадь повреждения 10^-4 м², полное переходное сопротивление в месте повреждения Z=3·10³e^j35° Ом [5].

Сначала обследуется участок кабеля длиной L-4 км. Полная проводимость на участке между точками 1 и 2 составляет |Y₁₂|=1,029·10^-7 Сим/м.

Проводимость на данном участке больше проводимости неповрежденного кабеля (|Y_H|=4,518·10^-8 Сим/м), следовательно, на участке между точками 1 и 2 имеется повреждение.

Далее оператор выполняет измерения, например, в середине поврежденного участка в точке 3 (на расстоянии L₁=L₂=2 км от начала участка кабельной линии). Полная проводимость |Y₁₃|=4,629·10^-7 Сим/м.

Проводимость на участке 1-3 больше проводимости исправного кабеля, следовательно, повреждение находится на данном участке.

Снова делим поврежденный участок пополам (L₂'=1 км) и выполняем измерения в точке 4. По полученным результатам проводимость на участках между точками 1 и 4, 4 и 3 равна |Y₁₄|=4,518·10^-8 Сим/м (участок 1-4) и |Y₄₃|=2,09·10^-6 Сим/м (участок 4-3). Из результатов измерений следует, что

кабель поврежден на участке между точками 4 и 3.

Снова делим поврежденный участок пополам (L₁"=0,5 км) и выполняем измерения в точке 5. На участке 4-5 |Y₄₅|=8,973·10^-6 Сим/м. Следовательно, кабель поврежден на участке между точками 4 и 5.

Далее оператор проводит аналогичные измерения магнитного поля до достижения необходимой точности, т.е. до определения заданной (требуемой) длины участка кабеля, на котором это повреждение находится.

В данном способе снижаются трудоемкость и временные затраты при определении повреждения кабеля электроснабжения.

Использованные источники

1. Дементьев B.C. Как определить место повреждения в силовом кабеле. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1960.

2. Пат. 2350974 Российская Федерация, МПК G01R 31/08. Способ определения трассы прокладки и локализации места повреждения кабеля. / Бурдин В.А.

3. Кандаев В.А. Совершенствование эксплуатационного контроля коррозионного состояния подземных сооружений систем электроснабжения железнодорожного транспорта: Монография. Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2003. 198 с.

4. Михайлов М.И., Разумов Л.Д. Защита кабельных линий связи от влияния внешних электромагнитных полей. - М.: Связь, 1967. 344 с.

5. Адамов Н.И. Исследования параметров металлической алюминиевой оболочки в местах наличия повреждений шлангового изоляционного покрытия / Н.И.Адамов, В.А.Кандаев // Влияние внешних электромагнитных полей на линии железнодорожной связи / Омский ин-т инж. ж-д. трансп. - Омск, 1982. С. 67-80.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения наличия повреждения кабеля электроснабжения, расположенного в земле, и участка кабеля заданной длины, на котором это повреждение расположено. Сущность: подключают источник переменного тока к кабелю электроснабжения. Измеряют напряженность магнитного поля, причем измерения проводят на поверхности земли и на высоте а в начале и конце участка кабеля, выделенного для измерения, длиной L. Рассчитывают глубину залегания кабеля и в начале и конце участка кабеля. Определяют проводимость исследуемого участка кабеля. Полученное значение проводимости Y изоляции сравнивают с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H, соотношение Y>Y_H свидетельствует о наличии повреждения кабеля электроснабжения на исследуемом участке. Затем участок делят на две части, повторяют измерения, определяют проводимости первой Y₁ и второй Y₂ частей участка. Если Y₁>Y_H, то повреждение находится в первой части участка кабеля, если Y₂>Y_H - во второй. Далее процесс повторяют до определения заданной (требуемой) длины участка кабеля, на котором находится повреждение. Технический результат: снижение трудоемкости и временных затрат. 1 ил.

Способ определения повреждения кабеля электроснабжения, включающий подключение источника переменного тока к кабелю электроснабжения, измерение напряженности магнитного поля, отличающийся тем, что измерения проводят на поверхности земли и на высоте а в начале и конце участка кабеля, выделенного для измерения, длиной L, рассчитывают глубину залегания кабеля h₁ и h₂ в начале и конце участка кабеля, определяют проводимость исследуемого участка кабеля по формуле:

где Н₁ и Н₂ - напряженности магнитного поля на поверхности земли в начале и конце исследуемого участка кабеля, А/м;
и - напряженности магнитного поля на высоте а над поверхностью земли в начале и конце исследуемого участка кабеля, А/м;
h₁ и h₂ - глубина залегания кабеля в начале и конце исследуемого участка кабеля, м;

L - длина исследуемого участка кабеля электроснабжения, м;
Z - продольное сопротивление кабеля, Ом/м;
полученное значение проводимости изоляции сравнивают с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H, соотношение Y>Y_H свидетельствует о наличии повреждения кабеля электроснабжения на исследуемом участке, затем участок делят на две части (в частном случае равные) длинами L₁ и L₂, повторяют измерения, определяют проводимости первой Y₁ и второй Y₂ частей участка, сравнивают полученные значения с проводимостью неповрежденного кабеля Y_H, если Y₁>Y_H, то повреждение находится в первой части участка кабеля, если Y₂>Y_H - во второй, далее процесс повторяется до определения заданной (требуемой) длины участка кабеля, на котором находится повреждение.