Способ обнаружения дефекта электрического кабеля Российский патент 2018 года по МПК G01R31/11 

Изобретение относится к импульсной технике и электроизмерениям и может использоваться для обнаружения и локализации дефекта в виде замокшего участка электрического кабеля для распределения электрической энергии с изоляцией из винила при соединении электрических сетей.

Из научно-технической литературы широко известен метод импульсной рефлектометрии, осуществляемый специальными радиотехническими приборами (рефлектометры), заключающийся в выполнении следующих операций: зондирование кабеля (двухпроводной линии) импульсом напряжения; прием импульса от участка электрического кабеля с дефектом и конца электрического кабеля; выделение импульса, отраженного от участка электрического кабеля с дефектом, на фоне случайных помех, определении расстояния до места начала участка электрического кабеля с дефектом по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения, на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами (Митрофанов С.В., Поздняков Н.В. «Методика определения повреждений кабельных линий», материалы Всероссийской научно-методической конференции «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», Оренбург, 03-05 февраля 2016 г., стр. 339).

На практике дефекты в кабельных линиях условно можно подразделить на локальные (точечные) и распределенные. В общем случае к локальным дефектам относятся такие виды повреждений как разрыв, короткое замыкание (жила-жила или жила-экран). И, наоборот, к распределенным дефектам относятся такие виды повреждений как появление замокшего участка, появление участка с повышенным механическим напряжением (Пономарев Н.В. «Моделирование метода высокочастотной рефлектометрии», журнал «Вестник Кузбасского государственного технического университета», №6(106), 2014 г., стр. 120).

Известен прибор «РЕЙС-105М1» (см. ссылку https://www.eurostell.com/products/reis-105m1/), работающий по принципу импульсной рефлектометрии, предназначенный для обнаружения и определения расстояния до места повреждения в кабелях.

Из руководства по эксплуатации прибора «РЕЙС-105М1» известна информация по определению характера повреждения по виду рефлектограммы и полярности отраженного импульса, где рассматриваются такие случаи дефектов как: обрыв, короткое замыкание, утечка, увеличение продольного сопротивления. Однако не рассматривается случай появления замокшего участка электрического кабеля (см. ссылку https://skomplekt.com/files/goods/3817431406/manual_reis_105.pdf).

Наиболее близким по техническому решению является способ обнаружения дефекта электрического кабеля (см. статью: Игорь Иванцов «Локализация дефектов в кабеле посредством рефлектометров», журнал Сетевых решений/LAN, №5, 2005 г.), заключающийся в зондировании электрического кабеля импульсом напряжения, приеме импульсов, отраженных от замокшего участка и конца электрического кабеля, получении дефектной рефлектограммы с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделении импульса, отраженного от замокшего участка, на фоне случайных помех, определении расстояния до места начала замокшего участка по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения, на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами.

К недостаткам прототипа относится недостаточная степень определения дефекта, что обусловлено сравнительно невысокой точностью определения расстояния до места начала замокшего участка электрического кабеля, невозможностью определения длины замокшего участка электрического кабеля у способа обнаружения дефекта электрического кабеля.

Техническим результатом является повышение точности определения дефекта за счет повышения точности определения расстояния до места начала замокшего участка электрического кабеля, возможности определения длины замокшего участка электрического кабеля у способа обнаружения дефекта электрического кабеля.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения дефекта электрического кабеля, заключающемся в зондировании электрического кабеля импульсом напряжения, приеме импульсов, отраженных от замокшего участка и конца электрического кабеля, получении дефектной рефлектограммы с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделении импульса, отраженного от замокшего участка, на фоне случайных помех, определении расстояния до места начала замокшего участка по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения, на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, согласно изобретению предварительно перед эксплуатацией кабеля зондируют электрический кабель импульсом напряжения, принимают импульс, отраженный от конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, сравнивают дефектную и контрольную рефлектограммы, уточняют место начала замокшего участка по координате наибольшего отрицательного отклонения функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, определяют длину замокшего участка по формуле: ; где d - длина замокшего участка, м; - координата на дефектной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; - координата на контрольной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; 0,083 - эмпирический коэффициент для электрического кабеля; оценивают дефект по условию: d/L≤0,5; где d - длина замокшего участка кабеля, м; L - длина кабеля, м; если условие выполняется, то дефект считают некритическим, если условие не выполняется, то дефект считают критическим.

Формула ; принята исходя из условий визуального анализа классической рефлектограммы электрического кабеля, а именно: компоненты , учитываются потому, что наиболее достоверно выбранной объективной точкой экстремума функции напряжения от координаты является координата вершины отраженного импульса от конца кабеля на любом типе рефлектограмм, компонент «0,083» учитывается как число пропорциональности, связывающее длину замокшего участка с разностью координат экстремумов функции напряжения.

Условие d/L≤0,5; принято исходя из условий масштабности дефекта в виде замокшего участка по отношению полной к длине кабеля Обоснование критериев охраноспособности изобретения: Эффективность применения способа обнаружения дефекта электрического кабеля подтверждена результатами испытания электрических кабелей, которые были проведены в электротехнической лаборатории путем погружения электрического кабеля в воду и создания длительного замокания всей изолирующей оболочки электрического кабеля. Проведены опыты по осуществлению заявленного способа с применением прибора «РЕИС-105М1», получена библиотека рефлектограмм с минимальной протяженностью замокшего участка 1 м и максимальной протяженностью замокшего участка 5 м с шагом замокания 1 м, на основании которых был проведен сравнительный анализ функций напряжения в зависимости от координаты. По результатам эксперимента дано заключение о том, что действительно вершина отраженного импульса от конца кабеля на дефектной рефлектограмме подвержена смещению по отношению к контрольной рефлектограмме, выяснено количественное значение пропорциональности вышеупомянутого смещения. Отсюда можно положить, что выполняется критерий «изобретательский уровень».

Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна из сведений об уровне техники, а именно: уточнение места начала замокшего участка по координате наибольшего отрицательного отклонения функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, определение длины замокшего участка по формуле: ; где d - длина замокшего участка, м; - координата на дефектной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; - координата на контрольной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; 0,083 - эмпирический коэффициент для электрического кабеля; оценка дефекта по условию: d/L≤0,5; где d - длина замокшего участка кабеля, м; L - длина кабеля, м; если условие выполняется, то дефект считают некритическим, если условие не выполняется, то дефект считают критическим; в способе обнаружения дефекта электрического кабеля, заключающемся в зондировании электрического кабеля импульсом напряжения, приеме импульсов, отраженных от замокшего участка и конца электрического кабеля, получении дефектной рефлектограммы с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделении импульса, отраженного от замокшего участка, на фоне случайных помех, определении расстояния до места начала замокшего участка по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения, на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами.

Промышленная применимость подтверждается возможностью осуществления технического решения на кабельных линиях в системах электроснабжения сельского хозяйства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен график, на котором совмещены контрольная и дефектная рефлектограммы для примера 1; на фигуре 2 изображен график, на котором совмещены контрольная и дефектная рефлектограммы для примера 2; на фигуре 3 изображен график, на котором совмещены контрольная и дефектная рефлектограммы для примера 3.

Способ обнаружения дефекта электрического кабеля осуществляется следующим образом.

Пример 1. Объектом, над которым проводят спланированные опыты, является электрический кабель длиной 12 м (с учетом присоединительных проводов, поставляемых в комплекте с «РЕЙС-105М1») с тремя многопроволочными жилами площадью поперечного сечения у каждой из жил 0,75 мм². С обеих сторон кабель отключают от выводов источника электрической энергии и приемника электрической энергии, жилы оставляют разомкнутыми. С одной стороны, к кабелю подключают прибор «РЕЙС-105М1» с помощью присоединительных проводов. Далее зондируют кабель импульсом напряжения, принимают импульсы, отраженные от конца кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца кабеля импульсами. После этого искусственно создают замокание участка кабеля на расстоянии 9 м от места подключения к прибору «РЕЙС-105М1». Длина замокшего участка кабеля составляет 1 м. Затем с помощью прибора «РЕЙС-105М1» осуществляют зондирование кабеля импульсом напряжения, принимают импульсы, отраженные от замокшего участка и конца кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца кабеля импульсами, выделяют импульс, отраженный от замокшего участка, на фоне случайных помех. Следующим шагом сравнивают дефектную 1 и контрольную 2 рефлектограммы (см. графики на фиг. 1). На графиках уточняют место начала замокшего участка по наибольшему отрицательному отклонению функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы, выделено эллипсом 3 (в данном случае координата Х₀=9,385 м, в прототипе начало замокшего участка не просматривается на фоне помех) и получают информацию для расчета длины замокшего участка (; ), где сдвиг вершины импульса, отраженного от конца кабеля, на дефектной рефлектограмме относительно контрольной рефлектограммы выделен прямоугольником 4. Далее рассчитывают длину замокшего участка кабеля, в данном случае: d=(12,911-12,745)/0,083=2 м. На основании предыдущих расчетов оценивают дефект: 2/12≤0,5; условие выполнялось, дефект считают некритическим. Погрешность определения места начала замокшего участка составила: 4,3%. Погрешность определения длины замокшего участка кабеля составила: 0%.

Пример 2. Объектом, над которым проводят спланированные опыты, является электрический кабель длиной 12 м (с учетом присоединительных проводов, поставляемых в комплекте с «РЕЙС-105М1») с тремя многопроволочными жилами площадью поперечного сечения у каждой из жил 0,75 мм². С обеих сторон электрический кабель отключают от выводов источника электрической энергии и приемника электрической энергии, жилы оставляют разомкнутыми. С одной стороны, к электрическому кабелю подключают прибор «РЕЙС-105М1» с помощью присоединительных проводов, поставляемых в комплекте с прибором. Далее зондируют электрический кабель импульсом напряжения, принимают импульс, отраженный от конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами. После этого искусственно создают замокание участка электрического кабеля на расстоянии 9 м от места подключения к прибору «РЕЙС-105М1». Длина замошего участка электрического кабеля составляет 3 м. Затем с помощью прибора «РЕЙС-105М1» осуществляют зондирование электрического кабеля импульсом напряжения, принимают импульсы, отраженные от замокшего участка и конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделяют импульс, отраженный от замокшего участка, на фоне случайных помех. Следующим шагом сравнивают дефектную 1 и контрольную 2 рефлектограммы (см. графики на фиг. 2). На графиках уточняют место начала замокшего участка по наибольшему отрицательному отклонению функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы, выделено эллипсом 3 (в данном случае координата Х₀=9,692 м, в прототипе начало замокшего участка не просматривается на фоне помех) и получают информацию для расчета длины замокшего участка (; ), где сдвиг вершины импульса отраженного от конца электрического кабеля на дефектной рефлектограмме относительно контрольной рефлектограммы выделен прямоугольником 4. Далее рассчитывают длину замокшего участка электрического кабеля, в данном случае: d=(13,159 м - 12,911 м)/0,083 = 2,988 м. На основании предыдущих расчетов оценивают дефект: 2,988/12≤0,5; условие выполняется, дефект считают некритическим. Погрешность определения места начала замокшего участка составила: 7,7%. Погрешность определения длины замокшего участка электрического кабеля составила: 0,4%.

Пример 3. Объектом, над которым проводят спланированные опыты, является электрический кабель длиной 12 м (с учетом присоединительных проводов, поставляемых в комплекте с «РЕЙС-105М1») с тремя многопроволочными жилами площадью поперечного сечения у каждой из жил 0,75 мм². С обеих сторон электрический кабель отключают от выводов источника электрической энергии и приемника электрической энергии, жилы оставляют разомкнутыми. С одной стороны, к электрическому кабелю подключают прибор «РЕЙС-105М1» с помощью присоединительных проводов, поставляемых в комплекте с прибором. Далее зондируют электрический кабель импульсом напряжения, принимают импульс, отраженный от конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами. После этого искусственно создают замокание участка электрического кабеля на расстоянии 7 м от места подключения к прибору «РЕИС-105М1». Длина замошего участка электрического кабеля составляет 5 м. Затем с помощью прибора «РЕЙС-105М1» осуществляют зондирование электрического кабеля импульсом напряжения, принимают импульсы, отраженные от замокшего участка и конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделяют импульс, отраженный от замокшего участка, на фоне случайных помех. Следующим шагом сравнивают дефектную 1 и контрольную 2 рефлектограммы (см. графики на фиг. 3). На графиках уточняют место начала замокшего участка по наибольшему отрицательному отклонению функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы, выделено эллипсом 3 (в данном случае координата Х₀=6,923 м, в прототипе начало замокшего участка не просматривается на фоне помех) и получают информацию для расчета длины замокшего участка (; ), где сдвиг вершины импульса отраженного от конца электрического кабеля на дефектной рефлектограмме относительно контрольной рефлектограммы выделен прямоугольником 4. Далее рассчитывают длину замокшего участка электрического кабеля, в данном случае: d=(13,159 м - 12,745 м)/0,083 = 4,988 м. На основании предыдущих расчетов оценивают дефект: 4,988/12≤0,5; условие выполняется, дефект считают некритическим. Погрешность определения места начала замокшего участка составила: 1,1%. Погрешность определения длины замокшего участка электрического кабеля составила: 0,3%.

Изобретение относится к электроизмерениям и может использоваться для обнаружения и локализации дефекта в виде замокшего участка электрического кабеля. Технический результат: повышение точности определения дефекта, возможность определения длины замокшего участка кабеля. Сущность: перед эксплуатацией кабеля зондируют кабель импульсом напряжения, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца кабеля импульсами. Получают дефектную рефлектограмму с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца кабеля импульсами. Выделяют импульс, отраженный от замокшего участка, на фоне случайных помех. Сравнивают дефектную и контрольную рефлектограммы. Определяют расстояние до места начала замокшего участка по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца кабеля импульсами. Уточняют место начала замокшего участка по координате наибольшего отрицательного отклонения функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы между зондирующим и отраженным от конца кабеля импульсами. Определяют длину замокшего участка по формуле: ; где d - длина замокшего участка, м; - координата на дефектной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца кабеля, м; - координата на контрольной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца кабеля, м; 0,083 - эмпирический коэффициент для кабеля. Оценивают дефект по условию: d/L≤0,5; где d - длина замокшего участка кабеля, м; L - длина кабеля, м. Если условие выполняется, то дефект считают некритическим. Если условие не выполняется, то дефект считают критическим. 3 ил.

Способ обнаружения дефекта электрического кабеля, заключающийся в зондировании электрического кабеля импульсом напряжения, приеме импульсов, отраженных от замокшего участка и конца электрического кабеля, получении дефектной рефлектограммы с зондирующим, отраженным от замокшего участка и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, выделении импульса, отраженного от замокшего участка, на фоне случайных помех, определении расстояния до места начала замокшего участка по координате, где функция напряжения отклоняется в отрицательные значения, на дефектной рефлектограмме между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, отличающийся тем, что предварительно перед эксплуатацией кабеля зондируют электрический кабель импульсом напряжения, принимают импульс, отраженный от конца электрического кабеля, получают контрольную рефлектограмму с зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, сравнивают дефектную и контрольную рефлектограммы, уточняют место начала замокшего участка по координате наибольшего отрицательного отклонения функции напряжения дефектной рефлектограммы относительно контрольной рефлектограммы между зондирующим и отраженным от конца электрического кабеля импульсами, определяют длину замокшего участка по формуле: ; где d - длина замокшего участка, м; - координата на дефектной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; - координата на контрольной рефлектограмме вершины импульса, отраженного от конца электрического кабеля, м; 0,083 - эмпирический коэффициент для электрического кабеля; оценивают дефект по условию: d/L≤0,5; где d - длина замокшего участка кабеля, м; L - длина кабеля, м; если условие выполняется, то дефект считают некритическим, если условие не выполняется, то дефект считают критическим.