Устройство для контроля состояния изолирующей оболочки кабеля линий связи Советский патент 1984 года по МПК G01R31/08 

паратора подключен формирователь соединен с выходом фиксатора на:СЙгнала повреждения , а выход .рушения изолирующей оболочки каформирователя сигнала повреждения беля .

1129568

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ ОБОЛОЧКИ : КАБЕЛЯ ЛИНИЙ СВЯЗИ, содержащее первый канал контроля, включающий в себя измеритель сопротивления изоляции, входы которого соединены с первыми входами устройства, выход измерителя сопротивления изоляции соединен с первым входом фиксатора нарушения изолирующей оболочки кабеля, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в устройство -введен второй канал контроля, идентичный первому, входы измерителя сопротивления изоляции которого соединены с вторыми входами устройства, в калщый канал контроля введены два компаратора с источниками опорных напряжений, два управляемых переключателя, три потенциометра, источники максимального и минимального пороговых напряжений, два диода и два резистора, фиксатор нарушения изолирующей .оболочки кабеля каждого канала кбнтроля дополнен вторым входом, который через первьй регулируемый резис.тор соединен с источником напряжения, а через второй резистор соединен с источниками мак. симального и минимального пороговых напряжений через диоды и непосредственно - со средним контактом первого управляемого .переключателя другого канала контроля, причем к источнику максимального порогового напряжения подключен катод первого диода, и к источнику минимального порогового напряжения подключен анод второго диода, нормально замкнутый контакт первого .управляемого переключателя соединен с движком, первого потенциометра, его управляющий вход соединен с выходом первого компаратора, а нормально разомкнутый контакт соеди.нен со средним контактом второго.управляемого переклю(Л чателя, нормально замкнутый контакт которого соединен с движком вторбго . потенциометра, его управляющий вход .соединен с выходом второго компарас с тора, а нормально разомкнутый контакт соединен с движком третьего потенциометра, крайними выводами потенциометры включены между общей шиной SD устройства и выходом измерителя соп;о ротивления изоляции, с которым соединены первые входы компараторов, а их Л вторые входы соединены с источниками опорных напряжений. 30 2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что фиксатор нарушения изолирующей оболочки кабеля содержит компаратор, инвертирующий вход которого соединен с первым входом фиксатора, неинвертирующий вход компаратора соединен с вторым входом фиксатора и со средним выводом резистивного делителя, включен-, него между выходом компаратора и общей шиной устройства, к выходу ком

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике средств двязи и может быть использовано для контроля за состоянием внешней изолирующей антикоррозионной оболочки 5 кабеля магистральных и зоновых линий связи путем слежения за изменением сопротивления между металлиеской (или экранирующей) оболочкой . абеля и землей. Устройство предназ- JO начено для фиксации факта нарушения целостности внешней изолирующей нтикоррозионной оболочки кабелей.

Известно устройство для -контроля сопротивления изоляции кабелей, со- 15 ержащее два измерителя сопротивления изоляции кабелей и фиксатор нарушения ГЛ .

Недостатком известного устройст- . ва является низкая точность измере- 20 ния сопротивления изоляции кабеля в диапазоне температур.

НаибоЗпее близким к предлагаемому по технической сущности является ,. устройство для контроля сопротйв- 25 ления изоляции кабеля, содержащее последовательно соединенные измеритель сопротивления изоляции и фиксатор нарушения изоляции 2j .,

Однако это устройство характери- 30 зуется невысокой точностью контроля сопротивления изоляции изолирующей оболочки кабеля в широком диапазоне температур, так как не позволяет отличить понижение сопротивления, 35 вызванное повреждением изолирующей оболочки от понижения сопротивления, вызванного повьппением температуры почвы, в которой проложен кабель. Указанньм недостаток особенно ска- 0 зываётся при использовании поливинилового покрытия,сопротивление которого экспоненциально зависит от температуры и, кроме того, различно у разных партий кабеля.45

Цель изобретения --повьшение точности кентроля.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для контроля состояния изолирующей оболочки кабеля линий связи, содержащее первьм канал, контроля, включающий в себя измеритель сопротивления изоляции, входы которого соединены с первыми входами устройства, выход измерителя сопротивления изоляции соединен с первым входом фиксатора нарушения изолирующей оболочки кабеля, введен второ канал контроля, идентичный первому, входы измерителя сопротивления изоляции которого соединены с вторыми входами устройства, в каждый канал контроля введены два компаратора с источниками опорных напряжений, два управляемых переключателя,три потенциометра, источники максимального и минимального пор оговых напряжений, два диода и два резистора, фиксатор нарушения изолирующей оболочки кабеля каждого канала контроля дополнен вторым входом, который через первьй регулируемый резистор соедине с источником напряжения, а через второй резистор соединен с источниками максимального и минимального пороговых напряжений через диоды и непосредственно - со средним контактом первого управляемого переключателя другого канала контроля, причем к источнику максимального порогового напряжения подключен катоД первого диода, а к источнику минимального порогового напряжения Подключен анод второго диода, нормально замкнутый контакт первого управляемого переключателя соединен с движком первого потенциометра, его . управляющий вход соединен с выходом первого компаратора, а нормально разомкнутый контакт соединен со средним контактом второго управляемого переключателя, нормально замкнутый контакт которого соединен с движком второго потенциометра, его управляющий вход соединен- с выходом второго компаратора, а нормально разомкнутый контакт соединение движком третьего потенциометра, крайними выводами потенциометры включены между общей шиной устройства и выходом измерителя сопротивления изоляции, с которым соединены первые входы компараторов, а их вторые входы соединены с источниками опорных напряже Фиксатор нарушения изолирующей оболочки кабеля содержит компаратор инвертирующий вход которого соединен с первым входом фиксатора, не- , инвертирующий вход компаратора соединен с вторым .входом фиксатора и со средним выводом резистивиого дели теля, включенного между выходом компаратора и общей шикай устройства, к выходу компаратора подключен форми рователь сигнала повреждения, а выход формирователя сигнала повреждени соединен с выходом фиксатора нарушения изолирующей оболочки кабеля, Наличие в устройстве двух идентич ных каналов контроля сопротивления изоляций изолирующих оболочек двух кабелей, проложенных рядом и имеющих одинаковую температуру, и формировайие порогового напряжения для фиксаторов нарушения одного канала конт роля с помощью компараторов, управляемых переключателей и потенциометров в зависимости от результата измерения сопротивления изоляции по другому каналу контроля позволяет контролировать сопротивление изолирующих оболочек кабелей независимо от температурного режима. На чертеже показана схема устройства. Предлагаемое устройство состоит из двух конструктивно идентичных каналов 1 и 2 контроля изолирующих оболочек двух кабелей связи. На.входе канала 1(2) колтроля установлен измеритель 3 сопротивления изоляции входы которого подключены к соответствующей металлической оболочке или к экрану кабелей связи и к земле (к грунту, в котором уложены кабели связи). Вход измерителя, соединенньй с землей, подключен к одному полюсу источника 4 измерительного напряжения, а металлическая оболочка подк1|ючена к ограничительному резистору 5, второй конец которого соединен с общей шиной ycr-i ройства, с измерительным резистором бис резисторами 7 и 8,являющимися нагрузками полевых транзисторов 9 и 10. Выходы-(истоки) полевых транзисторов 9 и-10 соединены со входами операционного усилителя 11, причем исток транзистора 9 соединен с I неинвертирующим входом операционно-; го усилителя 11. Затвор транзистора 9 соединен со вторым зажимом источника 4 измерительного напряже ния и с резистором 6, а затвор полевого, транзистора 10 соединен с / выходом операционного усилителя 11. Кроме того, выход операционного усилителя 11 является выходом измерителя 3 сопротивления изоляции и соединен с первыми входами двух крмпараторов 12 и 13, с крайними вьшодами потенуиометров 14, 15 и 16, другие крайние выводы которых соединены с общей шиной устройства, а также с инвертирующим входом компаратора 17, фиксатора 18 повреждения изолирующей оболочки кабеля. Неинвертирующий вход компарато-. ра 17 соединен со средней точкой резистивного делителя, образованного из резисторов 19 и 20 и включенного между выходом компаратора 17 и общей шиной устройства, а также с первым выводом резистора 21. Выход компа- ратора 17 соединен с входом формирователя 22 сигнала повреждения. Выход , формирователя 22 сигнала повреждения является выходом фиксатора 18 поврежжения изолирующей оболочки кабеля и выходом каналов 1 и 2 контроля. Выходы второго и первого компараторов 12 и 13 соединены с управляющими входами второго и первого пере cлючaтeлeй 23 и 24 соответственно. Нормально замкнутый контакт перво- го управляемого переключателя 24 соединен с движком первого потенциометра 16, нормально разомкнутый контакт первого управляемого переключателя 24 соединен со средним контактом второго управляемого переключателя 23, нормально замкнутый контакт которого соединен с движком второго потенциометра 15, а его нормально замкнутый контакт соединен с движком третьего потенциометра 14. Средний контакт первого управляемого переключателя 24 через второй диод 25 сое5динен с.источником 26 минимального порогового напряжения,, а через первый диод 27 соединен с источником 28 максимального порогового нап жения. Кроме того, средний контакт первого управляемого переключателя 24 каждого канала контроля соединен через второй резистор 21 друг го канала контроля с вторым входом фиксатора 18 нарушения изолирующей оболочки кабеля. К выхбдам компараторов 12 и 13 подключены индикаторы 29, 30 и 31, выполненные,, например, в виде светодиодов. Второй вывод первого индикатора 29 соедине с источником напряжения (не показан а второй вывод последнего индикатора 31 соединен собщей шиной. Неинвертирующие входы компараторов 12 и 13 соединены с источниками опо ных напряжений, выполненными в виде делителя напряжения на резисто,рах 32, 33 и 34. К источнику на пряжения подключен также первьш регу лируемый резистор 35, второй вывод которого соединен с неинвертирующим, входом компаратора . Устройство работает .следующим образом. Предлагаемое устройство непрерывно измеряет сопротивление между металлическими оболочками кабелей и землей (грунтом, в котором уложены кабели связи). При этом устройство следит за тем, чтобы соотношения меж ду сопротивлениями оболочек обоих ка белей и землей не выходили за заданные пределы. В случае отклонения указанного соотношения сверх заданных пределов в сторону увеличения проводимости оболочки устройство вьщает сигнал о нарушении целостности изолирующей оболочки, покрывающей защитное метал лическое покрытие. Параметры соотнош ния между сопротивлениями изоляции металлических оболочек выставляются вручную, частично Сразу после проклад ки кабеля, а частично при первых сезонных проверках. Работа узлов устройств. Измеритель 3 сопротивления изоляции формир ет на своем выходе напряжение, пропорциональное проводимости оболочки первого кабеля Q . Для этого в изме рителе 3 источник 4 измерительного напряжения создает разность потенциалов между землей (грунтом) и метал8лической оболочкой первого кабеля. Ток утечки протекает через ограничительный резистор 5 и измерительный резистор 6. Падение напряжения на измерительном резисторе 6 через повторитель напряжения на полевом транзисторе 9 попадает на инвертирующий вход операционного усилителя 11. Инвертирующий вход операционного усилителя присоединен к повторителю напряжения на полевом транзисторе 10, затвор которого присоединен к выходу операционного усилителя 11. Полевые транзисторы 9 и. 10 представляют собой подобранную пару транзисторов. Напряжение на выходе Измерителя 3 практически равно падению напряжения на измерительном резисторе 6. Поэтому напряжение на выходе измерителя 3 пропорционально проводимости между металлической оболочкой первого кабеля и землей. Напряжение измерителя 3 поступает на инвертирующий вход компаратора 1-7 фиксатора 18 повреждения оболочки. Если это напряжение выше порогового, поступающего на неинвертирующий вход компаратора, формируется сигнал нарушения оболочки кабеля. Этот сигнгал поддерживается благодаря наличию положительной обратной связи через резисторы 19 и20. Процесс формирования порогового напряжения. Пороговое напряжение снимается с движка одного из потенциометров 14, 15 или 16. Выбор потенциометра .производится переключателя-, ми 23 и 24, управляемыми компарато-т рами 12 и 13. Состояние этих компараторов определяется соотнощением между напряжением на выходе измерителя 3 и опорными напряжениями на выходах делителя на резисторах 32, 33 и 34. Предлагаемая схема формирования порогового напряжения позволяет отличить температурные изменения проводимости изолирующей оболочки кабеля от изменений проводимости, вызванных нарушением целостности оболочки. Известно, что зависимость проводимости G изолирующей оболочки (например, из поливинила) от изменения температуры Дт имеет экспоненци ьный характер Q,W-Q,lUe где Q (.t()) проводимость при некоторой начальной температу ре io ; К , - некоторый коэффициент, к торый зависит от химичес кого состава оболочки и может быть различным у разных партий кабеля. Если предположить, что оба кабеля принадлежат к одной и той же пар тии (коэффициенты К у обоих кабелей равны между собой), тогда отношение между проводимостями оболочек обоих кабелей не зависит от температуры, так как .Uole QAfcj C,2ti) G,,(Ue -QiCto) и постоянно равно отношению, имев-. шему место при начальной температуре i .В этом случае движки всех потенциометров 14, 15 и 16 первого канала контроля, которые задают пороговое напряжение для второго кана ла контроля, следует установить в одинаковое положение, а именно такое, чтобы коэффициент деления бьш равен отношению проводимостей При этом пороговое напряжение канала контроля второго кабеля равно р 1Уизм Ео, , - начальное пороговое напря жение, которое устанавлив ется регулируемым резистором 35. Если предположить, что начальные .проводимости Q, и 2 равны между собой (кабели совершенно одинаковы),т да CE.opi, iUH,, Ер задает допустимо т.е. напряжение т.е. отклонение проводимости, т.е. прев шение которого трактуется устройст вом контроля как свидетельство нар шения целостности оболочки. Если при прокладке магистрали и пользуют кабели различных партий (что обычно бъгеает на практике), т да величина отношения.проводимосте Q , (t) и Q 2 (i) .различна при разн температурах. Действительно ,Cki-ki)ii: с,, 1 8 В предлагаемом устройстве используются потенциометры 14, 15 и которых устанавливаетна каждом из ся коэффициент деления, соответствующий определенному диапазону измене- ния температуры кабелей, т.е. определенному диапазону изменения проводимости. Определение диапазона изменения проводимости производится путем сравнения величины напряжения на выходе измерителя 3 со значениями опорных напряжений на выходах делителя на резисторах 32, 33 и 34. Если проводимость мала (высокое сопротивление изоляции оболочки кабеля),.напряжение на выходе измерителя 3 меньше напряжения на резисторе 34 делителя. Тогда на выходах 9сех компараторов высокое напряжение, которое устанавливает переклю чатели 23 и,24 в положение, показанное на чертеже. При этом пороговое напряжение задается первым потенциометром 16 и светится индикатор 31, показывающий,что включен потенциометр 16. Если же величина проводимости изоляции такова, что напряже- ние на выходе измерителя 3 нахбдится в пределах между напряжением на резисторе 34 и резисторе 33, тогда на выходе компаратора 13 низкий потенциал, а на выходе компаратора 124 высокий потенциал. При этом переключатель 24 переключается в левЬе положение, а переключатель 23 остается в положении, показанном на чертеже . Пороговое напряжение формируется вторым потенциометром 15 и светится индикатор 30. Еще большая проводимость приводит к переключению обоих переключателей 23 и 24, при этом пороговое напряжение задается третьим потенциометром 14 и светится индикатор 29. Таким образом, каждо.му диапазону изменения проводимости изоляции кабеля соответствует подключение одного из потенциометров 14, 15 или 16, причем какбй именно из потенциометров ПОДКЛЮЧЕН, видно по одному из индикаторов 29, 30 или 31. Выбор диапазонов изменения проводимости изоляции производится следующим образом. Очень большие сопротивления изоляции, например более 5 МОм, с точки зрения назначения предлагаемого уст911ройства интереса не представляют, так как место повреждения не может быть выявлено существутащими трассопоисковыми приборами. При сопротивлениях изоляции обоих кабелей менее 5 МОм и при нарушении этого соотноше ния сверх пределов заданных переменным резистором 35 вьщается сигнал нарушения. При уменьшении сопротивления изоляции ниже 50 МОм вьщается сигнал нарушения независимо от соотношения сопротивлений изоляции обоих кабелей, а также и от температуры грун та. Таким образом, диапазон.изменени сопротивления изоляции оболочки кабеля от 5 МОм и ниже представляет ин - - . терес для р.анней диагностики повреждений оболочки. Этот дипазон разбит на ряд интервалов, границы .которых определяются напряжениями на выходах делителя -на резисторах 32, 33 и 34. Для каждого из интервалов подбирается коэффициент деления соответствующего потендиометра 14, 15 или 16. Методика установки положения. дви ков потенциометров 14, 15 и 16. После прокладки кабелей и включения уст ройства .по свечению одного из индика торов 29, 30 или 31 устанавливают, какой именно потенциометр.подключен. Затем устанавливают движок этого потенциометра в положение, соответству . щее границе срабатывания фиксатора 18. При этом регулируемый резис-г тор 35 устанавливают в положение, . соответствующее минимальному значению начального порогового напряжения (EJJ) . После этого положение движка включенного потенциометра фиксируют, остальные потенциометры устанавли;Вают в такое же положение, но не . фиксируют, а регулируемьй резистор 3 устанавливают в положение/ соответствующее желаемому значению начального порогового, напряжения Е. При этом до око.нчания процесса регулировки значение Е целесообразно устанавливать большим, чтобы не было ложных сигналов нарушения, вызванных неправильным положением потенциометров. Во время очередного последующего сезонного осмотра, когда температура кабелей изменится и соответственно изменятся положения переключателей 23 и 24, производится аналогичным образом установка движка другого 8, потенциометра. Положение установленного потенциометра фиксируется. Аналогичным образом устанавливается и фиксируется положение движка третьего потенциометра, причем положения движков потенциометров, зафиксированных ранее, не изменяются. После окончания настройки устройства регулировкой резистора 35 уменьшают значение начального порогового напряжения Е ,: Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется кусочно-линейная аппроксимация зависимости вели чины порогового напряжения от температуры грунта. Отклонение от установленной зависимости выше заданных пределов (предел задается резистором 35) фиксируется устройством как следствие нарушения целостности изолирующей оболочки, при этом вьщается соответствующий сигнал фирмирователем 22 сигналов повреждения. Назначение диодов 25 и 27. Диод 25 не позволяет пороговому напряжению опускаться ниже некоторой вели- . чины Е J напряжения источника 26. Целесообразность такого ограничения обусловлена тем, что чувствительность приборов поиска повреждений оболочки на трассе ограничена и поэтому не имеет смысла вьщавать сигнал о повреждении, если, место повреждения не может быть установлено поисковь1ми приборами. Величина выбирается исходя из .возможностей поисковых приборов. Диод 27 не позволяет пороговому напряжению подни- . маться вьщ1е величины Е напряжения источника 28. Это ограничение предусмотрено на случай.одновременного сильного повреждения изолирующих оболочек обоих кабелей. В результате этого сигнал повреждения вьщается, если сопротивление изоляции уменьшается ниже допустимого значения независимо от соотношения сопротивле- НИИ изолирующих оболочек обоих кабелей связи. Функционирование предлагаемого устройства в различных ситуациях. Предлагаемое устройство по существу следит за постоянством зависимости проводимости от температуры. При отклонении этой зависимости от заданной потенциометрами 14, 15 и 16 вьщает-. ся сигнал нарушения. Поэтому устройство нормально функционирует если даже контролируемая оболочка оказыва ется поврежденной еще до настройки устройства. Утечка (проводимость) в месте повреждения не может не .изменяться в течение времени, кроме то го, температурная зависимость проводимости в месте повреждения не мо жет быть такой же, как оболочка кабе ля. Таким обра.зом, независимо от того, когда возникло повреждение в процессе настройки или после окончания настройки, или .даже при самай цракладке кабеля,.устройство зафиксирует возникшие повреждения, так ка дроводимость .в месте повреждения не остается неизмедаой и,- кроме того, характер изменения этой проводимости с изменением температуры отличается от характера изменения проводимостиг самой поливиниловой оболочки кабеля. . Устройств о следит за тем, сохраняются ли з;ада.нные (выставленные) параметры з.ав:исимости проводимости от температуры и .в- случае отклонения проводимости от .заданной зависимости на велич1шу более заданной вьщает ся сигнал ндр:у1Це.;Ния. Поэтому предлагаемое устройство позволяет зафик-. сироватьповр;ежд:ение до того, как начнут изменяться характеристики то68.1 конесущих жил кабеля, и,следовательно, принять меры по устранению такого повреждения до начала коррозии i защитной металлической оболочки. Применение предлагаемого устройства позволяет помимо автоматического контроля за электрическими характеристиками кабелей, производимого известными приборами, одновременно вести автоматическое еле-. жение за состоянием внешней оболочки и осуществлять раннюю диагностику нарушения целостности этой оболочки. Это позволяет оперативно производить необходимые ремонтные работы до нарушения нормальных электрических параметров кабелей. При этом можно значительно сократить объем периодических изменений характеристик кабелей, выполняемых измерительными Лабораториями, уменьшить также .объем предремонтных измерительных работ. Технический эффект от применения устройства заключается в том, что устройство позволяет контролировать состояние внешней оболочки кабеля путем измерения проводимости изоляции. Устройство выдает сигнал нарушения в случае повреждения изолирующей оболочки даже если все электрические паг раметры кабеля находятся в норме.