CC BY
109
Методы локализации повреждений кабелей на трассах сложной конфигурации
В условиях, когда на ограниченном пространстве трасса прокладки кабеля многократно меняет направление, поиск мест повреждений кабеля традиционными методами с помощью кабелеиска-телей, как правило, не дает положительных результатов. Это обусловлено, в первую очередь, помехами, наводимыми в антенне приемника кабелеискателя над инспектируемым участком трассы токами в кабеле с соседних близко расположенных участков трассы. Подобные проблемы возникают также при прокладке кабеля совместно с другими протяженными подземными сооружениями с металлическими элементами. Для поиска повреждений кабеля в рассматриваемых условиях предлагаются методы, базирующиеся на сканировании распределения на некоторой поверхности над кабелем уровней электромагнитного поля, создаваемого токами в цепи "кабель-земля", и последующем анализе трехмерного отображения данного распределения. Описывается опыт применения такого подхода на трассах кабельных линий связи для поиска повреждений кабелей нагрева в ступенях схода метрополитена. В качестве примера представлено устройство, реализующее предлагаемый метод, для поиска повреждений в кабельной системе, уложенной в Ключевые слова: кабелеисшюль, полах. Приведены результаты испытаний. Показана возможность определения места поврежде-
кабельная линия, 'Теплые полы', ния кабеля с помощью данного устройства в уложенной в полах кабельной системе со сложной
курвиметр, магнитное поле. конфигурацией укладки с погрешностью не более 10 см.
Бурдин В.А.,
д.т.н., профессор, проректор по науке и инновациям ФГОБУВПО ПГУТИ
Прокопьев В.И.,
к.ф.-м.н., доцент, доцент кафедры "Линий связи и измерений в технике связи" ФГОБУ ВПО ПГУТИ
Ромодин В.Г.,
заведующий лабораторией кафедры "Линий связи и измерений в технике связи" ФГОБУ ВПО ПГУТИ
Сивков В.С.,
к.т.н., доцент, начальник отдела информационных систем ФГОБУВПО ПГУТИ
Из всех известных методов поиска трассы и повреждений кабельных линий наибольшее применение получил индукционный метод, в основу которого положены измерения магнитного поля, создаваемого протекающим в однопроводной цепи кабеля [1-3]. Поле вокруг одиночного кабеля можно представить в виде концентрических линий. Посредством измерения уровней магнитного поля обнаруживают наличие кабельной линии, определяют местоположение кабельной линии, глубину ее залегания и место повреждения. Для измерений в простейшем случае используют специальную поисковую катушку с магнитным сердечником. Если ось поисковой катушки расположена параллельно поверхности земли непосредственно над кабелем (вдоль линий магнитного поля), то в катушке наводится максимальной уровень сигнала. При удалении катушки от кабеля в сторону уровень сигнала, наводимого на катушке, плавно уменьшается. На практике по максимуму сигнала при указанном положении катушки обнаруживают ориентировочное местонахождение трассы кабельной линии. Это так называемый способ поиска "по максимуму". Из-за размытости максимума сигнала точно определить местонахождения кабеля сложно. Если ось поисковой катушки расположить перпендикулярно поверхности земли непосредственно над кабелем (перпендикулярно линиям магнитного поля) так, что ось катушки проходит через ось кабеля, то уровень сигнала с катушки будет минимальным. При смещении катушки в сторону от кабеля уровень сигнала сначала резко увеличивается, а затем плавно
уменьшается. Перпендикулярное к поверхности земли расположение катушки позволяет получить резко выраженный минимум сигнала, который на практике используется для точного определения местонахождения кабеля. Это так называемый способ поиска "по минимуму". Для поиска трасс кабельных линий и локализации мест повреждения кабеля на трассе обычно используют кабелеискатели -специальные комплекты приборов, в состав которьх входит генератор и приемник с антенной.
Описанный выше способ локализации повреждений кабеля на основе индукционного метода с успехом применяется для одиночного кабеля, находящегося на достаточном удалении от других подземных коммуникаций, трасса которого не меняет направление на противоположное. Если же направление прокладки кабеля на ограниченном пространстве неоднократно меняется на противоположное, что имеет место в кабельных системах нагрева (кабели нагрева в ступенях схода метрополитена, системы "теплые полы" и т.п.), то описанные выше способы поиска по "минимуму" или "максимуму" сигнала не применимы. Это обусловлено тем, что в этом случае уровень наводимого в антенне приемника сигнала будет определяться суммой составляющих, наводимых с отдельных участков кабеля. При этом уровни этих составляющих соизмеримы, а знаки могут как совпадать, так и быть противоположными.
Для поиска повреждений кабеля в таких кабельных системах был предложен способ, основанный на измерении и анализе распределений уровней магнитного поля на поверхности над кабельной системой [4]. Генератор зондирующих сигналов подключается как обычно, к цепи "провод-земля" кабеля. Антенну приемника перемещают последовательно над поверхностью над кабельной системой, измеряя и записывая уровни сигнала, наводимого в антенне, для отдельных точек поверхности. По данным измерений строят трехмерный график распределения уровней сигнала на исследуемой поверхности над кабельной системой. Место повреждения кабеля в кабельной системе определяют в точке поверхности, где распределение уровней магнитного поля на данной поверхности имеет локальный экстремум. Данный способ с успехом был применен для поиска повреждений кабелей нагрева в ступенях сходов метрополитена. Для измерений использовался комплект кабелеискателя, приемник которого имел стрелочный индикатор уровней принимаемого сигнала и селективную катушку с узкой диаграммой направлен-
T-Comm, #8-2013
зз
ности в качестве антенны. Следует отметить, что процесс реализации данного способа являлся достаточно трудоемким.
В [5] был предложен вариант модернизации данного способа, при котором предлагалось также определять место повреждения кабеля в кабельной системе по результатам измерений и анализа распределений уровней магнитного поля на поверхности над кабельной системой в точках, где это распределение имеет локальный экстремум. Но здесь для измерений распределения уровней магнитного поля на поверхности над кабельной системой было предложено использовать антенный комплекс из селективных катушек с узкой диаграммой направленности, расположенных вдоль линии через равные промежутки, и курвиметр, подключенные к контроллеру, обеспечивающему сбор, запись и обработку данных. Курвиметр обеспечивает измерение расстояния, на которое перемещается антенный комплекс, что позволяет зная размеры антенного комплекса привязать измеряемые уровни магнитного поля к координатам поверхности над кабелем. Соответственно, при перемещении антенного комплекса над кабельной системой в базу данных непосредственно заносится искомое распределение уровней магнитного поля.
В ПГУТИ был разработан и изготовлен опытный образец устройства, реализующий описанный выше способ и предназначенный для локализации повреждений в кабельной системе "теплые полы". Антенный комплекс представлял собой пять расположенных на одной линии через 10 см датчиков магнитного поля, выполненных на броневых сердечниках, с высокой селективностью и узкой диаграммой направленности. Антенный комплекс закреплялся на платфор-
ме, колеса которой с датчиками числа оборотов выполняли функции курвиметра. Датчики подключены к контроллеру, в котором осуществлялись сбор, запись, обработка и хранение данных. Результаты обработки отображались на мониторе. На рис. 1 представлен внешний вид специализированного кабелеискателя для поиска повреждений в кабельной системе "теплые полы". На рис.2-4 приведены примеры отображения на мониторе распределения уровней магнитного поля на поверхности над кабельной системой "теплые полы" с повреждением кабеля. По результатам испытаний опытного образца специализированного кабелеискателя он обеспечивал локализацию повреждения кабеля в кабельной системе "теплые полы" с погрешностью не более 10 см.
Литература
1. Справочник строителя кабельных сооружений связи/ Барон Д. А., Гершман Б. И., Гроднев И. И. и др. — М.: Связь, 1979. — 704 с.
2. От А до Я локации и поиск повреждений подземных кабелей и труб для начинающих и специалистов // 1^ас1юс1е1ес1юп, ЗАО "Пергам", 1999. — 163 с.
3. Трассоискатель/повреждениеискатель для кабелей/труб 3М™ Dynаtel™. Серия 2550Е/2573Е. Инструкция по эксплуатации. — 69 с.
4. Бурдин В А. Способ определения места повреждения кабельной линии со сложной конфигурацией прокладки кабеля. Авторское свидетельство БЫ 1766791, БИ №36, 1992.
5. Бурдин ВА. Способ определения трассы прокладки и локализации места повреждения кабеля. Патент Ш 200711 8602, БИ №33, 2008.
34
Т-Сотт, #8-2013
