Способ определения места повреждения металлической оболочки кабеля Советский патент 1993 года по МПК G01R31/08 

i Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения мест повреждения металлической оболочки кабеля.

Известен способ определения места повреждения кабельной линии, заключающийся в создании вдоль трассы кабеля электромагнитного поля путем подачи напряжения переменного тока между оболочкой кабеля и землей и измерения на обоих концах кабеля соответственно напряжений Ui и Da на согласованных нагрузках соответствующей цепи внутри оболочки кабеля, затухание которой известно(например, пары или жил кабеля). Расстояние до места повреждения определяют по формуле

U 0,51 n (Ui/U2)exp(aL)/a

где а - коэффициент затухания соответствующей цепи внутри оболочки кабеля.

оиз для лли поаюеля налочоихний вет, заары по0)

твуL - длина указанной цепи.

Для достижения приемлемой точности внутренняя цепь должна обладать высокой, с точки зрения затухания, однородностью. Это не позволяет использовать в качестве внутренней цепи пикаровские цепи, цепь внешний проводник коаксиальной пары - оболочка и т.п. То есть цепи, обладающие большей, по сравнению с рабочими цепями кабелей, электромагнитной связью с внешней цепью.

Погрешность оценок расстояния до места повреждения, полученных известным способом, определяется в основном точностью определения величины а. Затухание кабельных цепей зависит от ряда факторов (в частности, от температуры). Это вызывает необходимость непосредственно перед определением расстояния до места повреждения проведения высокоточных измерений собственного затухания кабельных цепей.

00

о

CJ 00 00

VI

Как следует из (1), погрешность оценки Ln зависит от погрешности измерения отношения U2/Ui, затухания а и длины линии L.

При этом погрешность оценки Ln резко возрастает с увеличением al, Учитывая это, а также связь отношения Ua/lh с коэффициентом затухания и длиной линии, в реальных условиях трудно добиться приемной точности определения расстояния до места повреждения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ определения места повреждения кабельной линии (2), заключающийся в создании вдоль трассы кабеля электромагнитного поля путем подачи переменного тока в направляющую структуру, образованную оболочкой кабеля и землей, причем переменный ток подают на несущей частоте, соответствую- щей минимальному сопротивлению связи оболочки, прсмодулированный низкочастотным сигналом, измеряют сдв.иг фазы ЗФ сигнала с частотой модуляции на согласованной нагрузке ближнего конца цепи внутри оболочки кабеля относительно этого же сигнала на ближнем конце направляющей структуры, а расстояние до места повреждения определяют по формуле

U бФ /(2 я F)(Ui + 1)2) (2)

где F - частота модуляции,

Ui и U2 - соответственно фазовые скорости направляющей структуры и цепи внутри кабеля.

Как следует из (2), погрешность оценки расстояния до места повреждения Ln пропорциональна абсолютной погрешности измерения сдвига фазы, нестабильности модулирующей частоты и относительной погрешности ее установки, а также относительной погрешности измерения фазовых скоростей. Измерить фазовые скорости с высокой точностью достаточно сложно. По- этому при измерении известным способом всегда будет иметь место систематическая погрешность, обусловленная погрешностями измерения фазовых скоростей.

Кабельные цепи относительно большой протяженности не обладают высокой однородностью с точки зрения фазовой скорости. Особенно это касается внешней цепи кабельной линии - направляющей структуры. Учитывая, что формула (2) получена в предположении постоянства Ui и U2 подлине кабельной линии, будет иметь место дополнительная погрешность оцени Ln из-за неоднородности цепей кабельной линии. Очевидно, что эта погрешность возрастает

с увеличением расстояния до места повреждения, А поскольку к внутренней цепи кабельной линии без вскрытия оболочки кабеля можно подключиться только на определенных пунктах кабельной линии (например, на необслуживаемых усилительных пунктах, необслуживаемых регенерацион- ных пунктах и т.п.), которые как правило удалены друг от друга на значительные расстояния (до нескольких километров), то погрешность определения расстояния до места повреждения известным способом будет значительна.

Целью изобретения является повышение точности определения места повреждения и расширения диапазона допустимых значений модулирующей частоты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способа определения места повреждения металлической оболочки кабеля, заключающегося в создании вдоль трассы кабеля электромагнитного поля путем подачи от генератора в цепь оболочка-земля кабельной линии переменного тока на несущей частоте, соответствующей минимальному сопротивлению связи оболочки, промодулированной низкочастотным сигналом, и измерении на одном конце кабельной линии сдвига фазы сигнала с частотой модуляции на согласованной нагрузке цепи внутри оболочки кабеля относительно этого же сигнала в цепи оболочка-земля, при этом предварительно определяют участок кабельной линии, на котором поврежден кабель, генератор помещают в конце этого участка и измеряют сдвиг фазы 1 перемещают генератор по направлению к концу кабельной линии, на котором производят измерения, в начало участка, на котором поврежден кабель и измеряют сдвиг фазы , перемещают генератор вдоль кабельной линии в том же направлении на известное расстояние L и измеряют сдвиг фазы 3, а затем определяют расстояние от начала участка до места повреждения по формуле:

Ln L (d Ф 1 -d Ф 2)/(d Ф 2-d Ф 3)

причем при L Ly частота модуляции выбирается из условия

F Ui U2/(U2 - Ui)/Ly

где Ui, U2 - соответственно фазовая скорость внутренней цепи;

Ly - участок кабельной линии, в пределах которого поврежден кабель;

L - расстояние между участком кабельной линии, в пределах которого поврежден кабель и местом третьего включения генератора.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что генератор подключается к цепи оболочка-земля не в конце линии, а сдвиг фаз измеряют трижды: при подключении генератора в конце участка, в пределах которого поврежден кабель, в начале этого участка в точке линии между концом линии, на котором измеряют сдвиг фазы, и началом участка на известном расстоянии от начала участка.

В результате в отличие от известного способа, которым является прототип, не требуется измерение фазовых скоростей, что позволяет исключить систематическую погрешность, обусловленную погрешностью измерения фазовых скоростей. Согласно (3) погрешность оценок расстояния до места повреждения кабеля предполагаемым способом в отличии от известного, которым является прототип, определяется только точностью измерения сдвигов фаз и той погрешностью, с которой известно расстояние L. Это расстояние может быть вы-1 брано достаточно малым (во много раз меньше длины кабельной линии), что позволяет определять его с малой абсолютной погрешностью.

В (3) результаты измерения сдвига фаз входят в виде разностной (d ФТ-d Ф2) и (d Ф 2-d Ф 3). В результате исключается систематическая погрешность измерения сдвига фаз.

Это позволяет существенно повысить точность определения расстояния до места повреждения предлагаемым способом по сравнению с известным, которым является прототип.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство содержит генератор сигнала переменного-тока на несущей частоте, промодулированной низкочастотным сигналом 1, измеритель сдвига фаз 2, поврежденный кабель 3, согласованные нагрузки внутренней 4 и внешней 5 цепей кабельной линии 6 участок кабельной линии длиной Ly, в пределах которого поврежден кабель 6, конец 7 этого участка, начало 8 этого участка, от которого расстояние до конца линии, на которой производятся измерения, равно LO, точка 9 кабельной линии, расположенная между началом участка и концом кабельной линии, где производят измерения, на расстоянии L от начала участка.

Определение места повреждения осуществляется следующим образом.

Предварительно определяют участок 6, в конце 7 участка 6 подключают к цепи оболочка-земля генератор 1 и измерителем фаз 2 измеряют сдвиг фаз dФ1 сигналов с частотой модуляции на нагрузках 4 и 5 на конце

кабельной линии. Затем генератор подключают к цепи оболочка-земля в начале 8 участка 6 и измеряют сдвиг фаз dФ2. После чего, генератор подключают к цепи оболочка-земля в точке 9 и измеряют сдвиг фаз d

ФЗ. После чего по формуле (3) определяют расстояние до места повреждения от начала 8 участка 6.

Однозначность определения расстояния до места повреждения обеспечивается

соответствующим выбором модулирующей частоты F.

Пусть Ui - фазовая скорость сигнала во внешней цепи оболочка-земля;

U2 - фазовая скорость внутренней цепи.

Тогда при подключении генератора в конце 7 участка 6 время прохождения сигнала во внутренней цепи составит

30

ti(Ly-Ln)/Ui+(Ln + Lo)/U2

а во внешней цепи t2 (Lo + Ly)/Ui

35 Соответствующий фазовый сдвиг сигналов на нагрузках 4 и 5

2 (ti-tz)/T 2 (Ln + U)/Ui + 40+ (Ln + U)/U2 (4)

При подключении генератора в начале 8 участка 6 эти величины будут равны

45ti Ln/Ui+(Ln + Lo)/U2

t2 U/Ul

Соответствующий фазовый сдвиг Р тг(ц - t2)/T 2 л F( - U)/U 1 + + (Ln + U)(5)

При подключении генератора в точке 9 время прохождения составит

ti(Ln + L)/Ui + (Ln + Lo)/U2 t2 (Lo-L)/Ui

Соответствующий фазовый сдвиг равен

2 л (ti - t2)/T 2 п F( +

+ 2 L-L0)/Ui + (Ln + U)(6)

Из (4) - (6) следует

ЬФ1 -ЬФ2 2л:Р 2 Ln/Ui(7)

27TF -2L/Ui Разделив (8) на (7) получаем (dФ1 - dФ2)/(dФ2 - ) U/L

Отсюда следует формула (3).

Для устранения неоднозначностей в определении Ln разность измеренных значений фазового сдвига () и () не должен превышать 2. Для этого при L частота модуляции выбирается из услоВИЯ

U2/t(U2-Ui)Ly (9)

Согласно (3) точность определения расстояния предлагаемым способом зависит от точности измерения фазового сдвига (при этом исключается систематическая погреш- ность сдвига фаз) и погрешности, с которой известно расстояние L. Расстояние L может выбираться достаточно малым, что позволяет достигать весьма малых значений и абсолютной погрешности его оценки, Это обеспечивает существенно более высокую точность определения по сравнению с прототипом.

Условие (9) по сравнению с прототипом, дает значительно более широкий диапазон допустимых значений модулирующей частоты. При этом в отличие от прототипа, ограничения не связаны с длиной линии, Это существенно расширяет возможности реализации предложенного метода по сравне- нию с прототипом.

Формула изобретения

1 Способ определения места повреждения металлической оболочки кабеля, заключающийся в создании вдоль трассы

5

10

15

2025

30 35кабеля электромагнитного поля путем подачи от генератора в цепь оболочка-земля кабельной линии переменного тока на несущей частоте, соответствующей минимальному сопротивлению связи оболочки, промодулированной низкочастотным сигналом, и измерении на одном конце кабельной линии сдвига фазы сигнала с частотой модуляции на согласованной нагрузке цепи внутри оболочки кабеля относительно этого же сигнала в цепи оболочка-земля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения места повреждения, предварительно определяют участок кабельной линии, на котором поврежден кабель, генератор помещают в конце этого участка и измеряют сдвиг фазы , перемещают генератор по направлению к концу кабельной линии, на котором производят измерения, в начало участка, на котором поврежден кабель, и измеряют сдвиг фазы Ада, перемещают генератор вдоль кабельной линии в том же направлении на известное расстояние I и измеряют сдвиг фазы , а затем определяют расстояние In от начала участка до места повреждения по формуле:

t

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона допустимых значений модулирующей частоты, при I у частота модуляции выбирается из условия

F

VI У2 1 V2 - V1 |у

где v.i, v2 - соответственно фазовая скорость сигнала во внешней цепи оболочка-земля и фазовая скорость внутренней цепи;

1у-участок кабельной линии, в пределах которого поврежден кабель;

I - расстояние между участком кабельной линии, в пределах которого поврежден кабель, и местом третьего включения генератора.

Использование: относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения мест повреждения металлической оболочки кабеля. Сущность изобретения: устройство реализующий способ содержит генератор сигнала переменного тока на несущей частоте, промодулирован- ной низкочастотным сигналом, измеритель сдвига фаз, поврежденный кабель, согласованные нагрузки внутренней и внешней цепей кабельной линии, участок кабельной линии длиной Ly, в пределах которого поврежден кабель, конец этого участка, начало этого участка, от которого расстояние до конца линии, на которой производят измерения, равно Lo, точка кабельной линии, расположенная между началом участка и концом кабельной линии, где производят измерения, на расстоянии LOT начала участка. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. fe