Измерительная техника
О современной поисковой профессиональной аппаратуре повреждений коммуникаций.
Поиск мест повреждений кабелей и трубопроводов всегда были сложной и ответственной задачей. Как с помощью современной аппаратуры можно уменьшить потери времени при отыскании мест повреждений, сократить затраты на ошибки, допускаемые в ходе поисковых работ, пойдет речь в этой статье.
Повреждения в силовых кабелях, кабелях связи, утечки в трубопроводах требуют быстрого устранения мест повреждений для бесперебойного обеспечения предприятий и населения электроэнергией, услугами связи, водой, газом и теплом.
Определение мест повреждений - это сложная взаимосвязанная система поисковых работ с привлечением различных ремонтных служб и подразделений.
Не сложно подсчитать, что ошибки при определении только одного места повреждения — это несколько тысяч, а в некоторых случаях, десятки тысяч гривень убытков. При этом сложно подсчитать убытки предприятий, которые остались без электроэнергии или без воды.
Поэтому, качество и бесперебойность оказания услуг энергоснабжающих компаний перед населением и предприятиями является делом чести и собственного имиджа.
Техническое обеспечение энергоносителями и обеспечение услугами сопряжено со старением коммуникаций и оборудования по их обслуживанию. Затраты на ремонт определяются, в первую очередь, возможностью и состоянием поисковой аппаратуры.
На многих предприятиях эксплуатируется аппаратура 60-80-х годов выпуска. Элементная база тех лет не позволяла создать высокочувствительные приемники и акустические датчики для эффективного, точного и быстрого поиска повреждений.
Выпускаемая аппаратура 90-х как правило была недорогой, рассчитанная на массового потребителя и, как следствие, примитивной.
Поиск повреждений такой аппаратурой во многих случаях невозможен из-за низкой чувствительности и слабой помехозащищенностью приемников, слабой мощности генератора, нестабильностью параметров при изменении температуры окружающего воздуха, и во многих случаях приводит к ошибочному определению мест повреждений.
Многие руководители по старинке живут сегодняшним днем, не задумываясь, что экономический эффект от внедрения новой техники составляет тысячи процентов в год, а это нетрудно подсчитать, зная, что восстановление только одного места повреждения составляет от трех до десяти тысяч гривен. Прибор окупает себя на первой неделе эксплуатации.
За границей основные производители поисковой аппаратуры, Германия и Англия, очень хорошо знают экономический эффект от продажи своей аппаратуры, поэтому стоимость их приборов, как минимум, на порядок выше стоимости наших.
Отечественные приборы, производимые ООО «Кварц-Электроник», ничуть не уступая в качестве и возможностях импортному оборудованию, стоят намного меньше прежде всего из-за низкой платежеспособности наших коммунальных предприятий, и этим мы стараемся привлечь внимание ответственных за положение дел начальников.
Для того, чтобы получить экономический эффект от внедрения новой техники, необходимо знать, каким требованиям должен отвечать современный поисковый комплекс аппаратуры повреждений коммуникаций.
Современные поисковые комплексы должны уверенно работать в условиях помех, создаваемых линиями электропередач, трансформаторными подстанциями, трамвайными и троллейбусными линиями, станциями катодной защиты. Фильтры приемника должны ослаблять сигналы помех, которые в десятки тысяч раз превышают полезный сигнал генератора.
Поиск мест повреждений кабелей и трубопроводов основан на приеме и обработке сигнала генератора заданной тональной частоты, поэтому важно, чтобы приемник имел три вида индикации — стрелочную, цифровую и звуковую.
Некоторые виды повреждений определяются только на электрическую антенну, которая ранее практически не применялась. К этим повреждениям относятся повреждение изоляции жил кабелей сопротивлением до 10 МОм, которые имеют непосредственный контакт с землей. Также электрической антенной определяют повреждения изоляции трубопроводов, место контакта металлической оболочки кабеля с землей и несанкционированные врезки на трубопроводах, капельную течь воды.
Электрическая антенна по своим функциям является аналогом штыревого метода, где с помощью двух штырей, заглубляемых в грунт, производят измерение уровней сигнала генератора, растекаемого на поверхности земли. Однако штыревой метод невозможно применить на твердых покрытиях, таких как асфальт, бетон, брусчатка.
Поисковиков, как правило, волнует уверенный сигнал над исследуемой коммуникацией, его протяженность. Из опыта эксплуатации можно сказать, что в зависимости от вида повреждения кабелей, его типа для электрических сетей мощность генератора должна быть не менее 100 Вт. Еще лучше, если она будет 500 Вт. Запас по мощности гарантирует лучший сигнал, если генератор будет включен по схеме ЖИЛА-ЖИЛА при межфазных замыканиях или обрывах.
100 Вт мощности генератора необходимо иметь и тем службам, которые эксплуатируют трубопроводы в условиях города. Это городские и областные газовые хозяйства, водоканал, теплоцентраль.
Мощность генератора 30 Вт достаточна для кабелей связи и служб, эксплуатирующих магистральные трубопроводы.
Для связистов, использующих высокочастотную аппаратуру уплотнения, важно иметь генератор с синусоидальным сигналом на выходе. Такой генератор нужен и тем службам, которые обслуживают дистанционные системы автоматики. При такой форме сигнала генератор не создает помех рабочим каналам.
Рабочая частота генератора может быть разной, но выбирается такой, чтобы не быть кратной 50 Гц и ее гармоникам. В наших приборах для разных модификаций она выбрана 477 Гц, 1024 Гц, 1071 Гц, 1177 Гц, 8192 Гц, 8475 Гц.
В некоторых случаях, когда в пользовании заказчика имеются на вооружении приборы с определенной рабочей частотой, ему удобно заказать те же частоты, что позволяет одновременно работать новыми и старыми приборами с нашим более мощным генератором.
На примере искателя повреждений «УНИВЕРСАЛ-911М-7» мы предлагаем рассмотреть техническое решение поискового комплекса, предназначенного для обнаружения повреждений в силовых кабелях. Прибор зарекомендовал себя, как эффективный и надежный. Сегодня он успешно эксплуатируется в составе лабораторий и вне их на многих предприятиях Украины и СНГ, таких как Крымэнерго, Киевоблэнерго, Нико-лаевоблэнерго и др.
Рассмотрим более подробно рабочие частоты генератора и приемника 477, 1177 и 8475 Гц.
Частота 477 Гц имеет энергетику сигнала, который хорошо слышен через экранирующие препятствия. Так, при поиске межфазного повреждения высоковольтного кабеля, место повреждения оказалось под асфальтом на проезжей части. Сигнал генератора частотой 1177 Гц мощностью 500 Вт обрывался в начале дороги, предположительно из-за того, что кабель на переходах технологически укладывают во внутрь стальной трубы, которая является хорошим экраном. На другой стороне дороги сигнала не было слышно, т. е. участок длиной 30 метров не прослушивался. Переключив генератор на частоту 477 Гц, удалось четко прослушать сигнал, повив - усиление над местом повреждения и полное его исчезновение за местом повреждения. Место повреждения было под проезжей частью и определено с точностью до 10 см. При этом удалось избежать лишних раскопок и разрезания кабеля.
Таким образом, металлические трубы, являясь хорошим экраном для частот, близких к 1 кГц, не оказывают такого же экранирующего действия на более низкие частоты.
Частоту 477 Гц используют при поиске тех повреждений, где наведенное напряжение на другие жилы или оболочку кабеля может затруднить поиск и сигнал потянется дальше за местом повреждения, ведь, как известно, сигнал генератора распространяется не только за счет активного сопротивления в месте повреждения или через закоротку, поставленную на другом конце кабеля. Жилы кабеля и его оболочка имеют емкость по отношению к земле, поэтому через емкостное сопротивление сигнал генератора может проходить дальше за местом повреждения. Чем ниже частота генератора, тем меньше будет влияние этой емкости.
Частоту 477 Гц хорошо использовать при параллельно расположенных коммуникациях. Так как сигнал от нашей коммуникации перенаводится на соседние, которые, в свою очередь, тоже излучают, оператор может ошибочно сбиться с трассы и уйти на другую. Чтобы этого не произошло, применяют более низкую частоту - 477 Гц.
Частота 1177 Гц наиболее распространена среди многих поисковых приборов, где применяются близкие по частоте 1024 и 1071 Гц. Она применяется в рядовых случаях и наиболее привычна для человеческого уха.
Частота 8475 Гц предназначена для таких повреждений, как обрывы. Оборванная жила не имеет активного сопротивления, а только емкостное. Сигнал генератора будет тем лучше слышен в приемнике, чем выше его частота.
Все рабочие частоты генератора кварцованы. Он защищен от перегрузок при включении, в момент броска тока. Выходные транзисторы защищены от перегрева и выхода из строя вследствие ошибок при согласовании или плавающем характере сопротивления нагрузки. Два стрелочных индикатора позволяют выбрать оптимальный режим согласования. На одном из них контролируют ток в нагрузке от 80А на нагрузке 0.1 Ом, до 1.2 А на нагрузке 500 Ом. При этом напряжение на выходе составляет 550-600В, что в некоторых случаях позволяет производить прожиг кабеля для перевода его сопротивления из высокоомного в низкоомное до устойчивого межфазного или однофазного замыкания.
Десять пределов согласования от 0.1 до 500 Ом позволяют вручную установить максимальную мощность генератора — 500 Вт.
Генератор не боится коротких замыканий и наведенного напряжения на жилы кабеля со стороны других, находящихся под напряжением. Длительность импульсов может быть непрерывная или импульсная — 0.3 сек.
Приемник искателя повреждений «УНИВЕРСАЛ-911М-7» производит обнаружение подземных коммуникаций на глубинах до 30 метров. Высокая чувствительность — от 0.03 микровольта, позволяет уверенно принимать сигнал генератора. Точность определения линии трассы и глубины залегания составляет ±5-10 см.
Электрическая принципиальная схема приемника стабилизирована по напряжению. Это гарантирует нормальную работу при разряде аккумулятора до минимально-допустимого уровня. Элементная база приемника и генератора тщательно отбирается по ТКС и ТКЕ. Это позволяет уверенно работать при температуре окружающей среды от - 30 до +50 °С. Все электронные компоненты проходят отбраковку. Платы залиты защитным лаком, что позволяет обеспечивать нормальную работу в условиях резкого перепада температур, когда приемник выносят с теплого помещения на мороз и наоборот.
В приемнике имеется индикатор генератора акустики. На панели приемника установлен светодиод, который индицирует о разряде высоковольтных конденсаторов. Приемник конструктивно выполнен в корпусе, носимом на ремешке. Штанга приемника имеет небольшой вес, изготовлена из пластмассовых элементов. В основании штанги расположены магнитные антенны и узел для вкручивания электрической антенны.
С помощью прибора «УНИВЕРСАЛ-911М-7» определяют различные виды повреждений на любых кабелях, как низковольтных — 0.4 кВ., так и высоковольтных — 6-10 кВ, такие как:
однофазные в низковольтных кабелях без экрана с ПВХ-наружной оболочкой, при этом сопротивление может составлять от короткого замыкания до 10 МОм;
однофазные в высоковольтных кабелях 6-10 кВ;
межфазные и обрывы.
Для обследования мест повреждения изоляции на трубопроводах разработан и успешно эксплуатируется прибор «УНИВЕРСАЛ-911М-4». Особенность прибора заключается в том, что приемник выполнен по двухканальной схеме, что позволяет одновременно определять линию трассы и производить контроль состояния изоляции. Двухканальная схема приемника позволяет сократить время работы в 3 раза. Этот же прибор применяется для поиска мест несанкционированных врезок на трубопроводах.
Для предприятий связи, водоканала и теплокоммунэнерго, разработаны приборы модификации «УНИВЕР-САЛ-911М, ...М2, ...М5». Модификации «УНИВЕРСАЛ-911-М, ...М5» кроме основных функций по определению трассы и глубины залегания могут работать как металлоискатели, для определения колодцев и крышек люков.
У всех приборов есть функция определения кабеля в пучке кабелей. Для генераторов мощностью 30 и 100 Вт предусмотрена возможность подключения выносной рамки для бесконтактного метода излучения сигнала.
Для тех, кто не имеет навыков по работе с поисковыми приборами, специалисты предприятия проводят обучение с практическим показом на полигоне, где можно увидеть как на реальном трубопроводе или кабеле определяют места повреждений. В комплекте прибора имеется подробное методическое пособие. Для тех, кто имеет многолетние навыки, но хотели бы повысить уровень своих знаний, предприятие проводит семинары с практическим показом.
Повреждения в силовых кабелях, кабелях связи, утечки в трубопроводах требуют быстрого устранения мест повреждений для бесперебойного обеспечения предприятий и населения электроэнергией, услугами связи, водой, газом и теплом.
Определение мест повреждений - это сложная взаимосвязанная система поисковых работ с привлечением различных ремонтных служб и подразделений.
Не сложно подсчитать, что ошибки при определении только одного места повреждения — это несколько тысяч, а в некоторых случаях, десятки тысяч гривень убытков. При этом сложно подсчитать убытки предприятий, которые остались без электроэнергии или без воды.
Поэтому, качество и бесперебойность оказания услуг энергоснабжающих компаний перед населением и предприятиями является делом чести и собственного имиджа.
Техническое обеспечение энергоносителями и обеспечение услугами сопряжено со старением коммуникаций и оборудования по их обслуживанию. Затраты на ремонт определяются, в первую очередь, возможностью и состоянием поисковой аппаратуры.
На многих предприятиях эксплуатируется аппаратура 60-80-х годов выпуска. Элементная база тех лет не позволяла создать высокочувствительные приемники и акустические датчики для эффективного, точного и быстрого поиска повреждений.
Выпускаемая аппаратура 90-х как правило была недорогой, рассчитанная на массового потребителя и, как следствие, примитивной.
Поиск повреждений такой аппаратурой во многих случаях невозможен из-за низкой чувствительности и слабой помехозащищенностью приемников, слабой мощности генератора, нестабильностью параметров при изменении температуры окружающего воздуха, и во многих случаях приводит к ошибочному определению мест повреждений.
Многие руководители по старинке живут сегодняшним днем, не задумываясь, что экономический эффект от внедрения новой техники составляет тысячи процентов в год, а это нетрудно подсчитать, зная, что восстановление только одного места повреждения составляет от трех до десяти тысяч гривен. Прибор окупает себя на первой неделе эксплуатации.
За границей основные производители поисковой аппаратуры, Германия и Англия, очень хорошо знают экономический эффект от продажи своей аппаратуры, поэтому стоимость их приборов, как минимум, на порядок выше стоимости наших.
Отечественные приборы, производимые ООО «Кварц-Электроник», ничуть не уступая в качестве и возможностях импортному оборудованию, стоят намного меньше прежде всего из-за низкой платежеспособности наших коммунальных предприятий, и этим мы стараемся привлечь внимание ответственных за положение дел начальников.
Для того, чтобы получить экономический эффект от внедрения новой техники, необходимо знать, каким требованиям должен отвечать современный поисковый комплекс аппаратуры повреждений коммуникаций.
Современные поисковые комплексы должны уверенно работать в условиях помех, создаваемых линиями электропередач, трансформаторными подстанциями, трамвайными и троллейбусными линиями, станциями катодной защиты. Фильтры приемника должны ослаблять сигналы помех, которые в десятки тысяч раз превышают полезный сигнал генератора.
Поиск мест повреждений кабелей и трубопроводов основан на приеме и обработке сигнала генератора заданной тональной частоты, поэтому важно, чтобы приемник имел три вида индикации — стрелочную, цифровую и звуковую.
Некоторые виды повреждений определяются только на электрическую антенну, которая ранее практически не применялась. К этим повреждениям относятся повреждение изоляции жил кабелей сопротивлением до 10 МОм, которые имеют непосредственный контакт с землей. Также электрической антенной определяют повреждения изоляции трубопроводов, место контакта металлической оболочки кабеля с землей и несанкционированные врезки на трубопроводах, капельную течь воды.
Электрическая антенна по своим функциям является аналогом штыревого метода, где с помощью двух штырей, заглубляемых в грунт, производят измерение уровней сигнала генератора, растекаемого на поверхности земли. Однако штыревой метод невозможно применить на твердых покрытиях, таких как асфальт, бетон, брусчатка.
Поисковиков, как правило, волнует уверенный сигнал над исследуемой коммуникацией, его протяженность. Из опыта эксплуатации можно сказать, что в зависимости от вида повреждения кабелей, его типа для электрических сетей мощность генератора должна быть не менее 100 Вт. Еще лучше, если она будет 500 Вт. Запас по мощности гарантирует лучший сигнал, если генератор будет включен по схеме ЖИЛА-ЖИЛА при межфазных замыканиях или обрывах.
100 Вт мощности генератора необходимо иметь и тем службам, которые эксплуатируют трубопроводы в условиях города. Это городские и областные газовые хозяйства, водоканал, теплоцентраль.
Мощность генератора 30 Вт достаточна для кабелей связи и служб, эксплуатирующих магистральные трубопроводы.
Для связистов, использующих высокочастотную аппаратуру уплотнения, важно иметь генератор с синусоидальным сигналом на выходе. Такой генератор нужен и тем службам, которые обслуживают дистанционные системы автоматики. При такой форме сигнала генератор не создает помех рабочим каналам.
Рабочая частота генератора может быть разной, но выбирается такой, чтобы не быть кратной 50 Гц и ее гармоникам. В наших приборах для разных модификаций она выбрана 477 Гц, 1024 Гц, 1071 Гц, 1177 Гц, 8192 Гц, 8475 Гц.
В некоторых случаях, когда в пользовании заказчика имеются на вооружении приборы с определенной рабочей частотой, ему удобно заказать те же частоты, что позволяет одновременно работать новыми и старыми приборами с нашим более мощным генератором.
На примере искателя повреждений «УНИВЕРСАЛ-911М-7» мы предлагаем рассмотреть техническое решение поискового комплекса, предназначенного для обнаружения повреждений в силовых кабелях. Прибор зарекомендовал себя, как эффективный и надежный. Сегодня он успешно эксплуатируется в составе лабораторий и вне их на многих предприятиях Украины и СНГ, таких как Крымэнерго, Киевоблэнерго, Нико-лаевоблэнерго и др.
Рассмотрим более подробно рабочие частоты генератора и приемника 477, 1177 и 8475 Гц.
Частота 477 Гц имеет энергетику сигнала, который хорошо слышен через экранирующие препятствия. Так, при поиске межфазного повреждения высоковольтного кабеля, место повреждения оказалось под асфальтом на проезжей части. Сигнал генератора частотой 1177 Гц мощностью 500 Вт обрывался в начале дороги, предположительно из-за того, что кабель на переходах технологически укладывают во внутрь стальной трубы, которая является хорошим экраном. На другой стороне дороги сигнала не было слышно, т. е. участок длиной 30 метров не прослушивался. Переключив генератор на частоту 477 Гц, удалось четко прослушать сигнал, повив - усиление над местом повреждения и полное его исчезновение за местом повреждения. Место повреждения было под проезжей частью и определено с точностью до 10 см. При этом удалось избежать лишних раскопок и разрезания кабеля.
Таким образом, металлические трубы, являясь хорошим экраном для частот, близких к 1 кГц, не оказывают такого же экранирующего действия на более низкие частоты.
Частоту 477 Гц используют при поиске тех повреждений, где наведенное напряжение на другие жилы или оболочку кабеля может затруднить поиск и сигнал потянется дальше за местом повреждения, ведь, как известно, сигнал генератора распространяется не только за счет активного сопротивления в месте повреждения или через закоротку, поставленную на другом конце кабеля. Жилы кабеля и его оболочка имеют емкость по отношению к земле, поэтому через емкостное сопротивление сигнал генератора может проходить дальше за местом повреждения. Чем ниже частота генератора, тем меньше будет влияние этой емкости.
Частоту 477 Гц хорошо использовать при параллельно расположенных коммуникациях. Так как сигнал от нашей коммуникации перенаводится на соседние, которые, в свою очередь, тоже излучают, оператор может ошибочно сбиться с трассы и уйти на другую. Чтобы этого не произошло, применяют более низкую частоту - 477 Гц.
Частота 1177 Гц наиболее распространена среди многих поисковых приборов, где применяются близкие по частоте 1024 и 1071 Гц. Она применяется в рядовых случаях и наиболее привычна для человеческого уха.
Частота 8475 Гц предназначена для таких повреждений, как обрывы. Оборванная жила не имеет активного сопротивления, а только емкостное. Сигнал генератора будет тем лучше слышен в приемнике, чем выше его частота.
Все рабочие частоты генератора кварцованы. Он защищен от перегрузок при включении, в момент броска тока. Выходные транзисторы защищены от перегрева и выхода из строя вследствие ошибок при согласовании или плавающем характере сопротивления нагрузки. Два стрелочных индикатора позволяют выбрать оптимальный режим согласования. На одном из них контролируют ток в нагрузке от 80А на нагрузке 0.1 Ом, до 1.2 А на нагрузке 500 Ом. При этом напряжение на выходе составляет 550-600В, что в некоторых случаях позволяет производить прожиг кабеля для перевода его сопротивления из высокоомного в низкоомное до устойчивого межфазного или однофазного замыкания.
Десять пределов согласования от 0.1 до 500 Ом позволяют вручную установить максимальную мощность генератора — 500 Вт.
Генератор не боится коротких замыканий и наведенного напряжения на жилы кабеля со стороны других, находящихся под напряжением. Длительность импульсов может быть непрерывная или импульсная — 0.3 сек.
Приемник искателя повреждений «УНИВЕРСАЛ-911М-7» производит обнаружение подземных коммуникаций на глубинах до 30 метров. Высокая чувствительность — от 0.03 микровольта, позволяет уверенно принимать сигнал генератора. Точность определения линии трассы и глубины залегания составляет ±5-10 см.
Электрическая принципиальная схема приемника стабилизирована по напряжению. Это гарантирует нормальную работу при разряде аккумулятора до минимально-допустимого уровня. Элементная база приемника и генератора тщательно отбирается по ТКС и ТКЕ. Это позволяет уверенно работать при температуре окружающей среды от - 30 до +50 °С. Все электронные компоненты проходят отбраковку. Платы залиты защитным лаком, что позволяет обеспечивать нормальную работу в условиях резкого перепада температур, когда приемник выносят с теплого помещения на мороз и наоборот.
В приемнике имеется индикатор генератора акустики. На панели приемника установлен светодиод, который индицирует о разряде высоковольтных конденсаторов. Приемник конструктивно выполнен в корпусе, носимом на ремешке. Штанга приемника имеет небольшой вес, изготовлена из пластмассовых элементов. В основании штанги расположены магнитные антенны и узел для вкручивания электрической антенны.
С помощью прибора «УНИВЕРСАЛ-911М-7» определяют различные виды повреждений на любых кабелях, как низковольтных — 0.4 кВ., так и высоковольтных — 6-10 кВ, такие как:
однофазные в низковольтных кабелях без экрана с ПВХ-наружной оболочкой, при этом сопротивление может составлять от короткого замыкания до 10 МОм;
однофазные в высоковольтных кабелях 6-10 кВ;
межфазные и обрывы.
Для обследования мест повреждения изоляции на трубопроводах разработан и успешно эксплуатируется прибор «УНИВЕРСАЛ-911М-4». Особенность прибора заключается в том, что приемник выполнен по двухканальной схеме, что позволяет одновременно определять линию трассы и производить контроль состояния изоляции. Двухканальная схема приемника позволяет сократить время работы в 3 раза. Этот же прибор применяется для поиска мест несанкционированных врезок на трубопроводах.
Для предприятий связи, водоканала и теплокоммунэнерго, разработаны приборы модификации «УНИВЕР-САЛ-911М, ...М2, ...М5». Модификации «УНИВЕРСАЛ-911-М, ...М5» кроме основных функций по определению трассы и глубины залегания могут работать как металлоискатели, для определения колодцев и крышек люков.
У всех приборов есть функция определения кабеля в пучке кабелей. Для генераторов мощностью 30 и 100 Вт предусмотрена возможность подключения выносной рамки для бесконтактного метода излучения сигнала.
Для тех, кто не имеет навыков по работе с поисковыми приборами, специалисты предприятия проводят обучение с практическим показом на полигоне, где можно увидеть как на реальном трубопроводе или кабеле определяют места повреждений. В комплекте прибора имеется подробное методическое пособие. Для тех, кто имеет многолетние навыки, но хотели бы повысить уровень своих знаний, предприятие проводит семинары с практическим показом.