Импульсные локаторы: принцип действия и технология использования для поиска неисправностей в кабеле

В отличие от мостов, посредством которых можно измерить расстояние до дефекта по трассе кабеля, импульсные локаторы ведут поиск места повреждения кабеля, то есть определяют, где именно находится место дефекта, причем на точность его локализации не влияют ни параметры кабеля, ни температура.

Основное назначение импульсных локаторов — локализация дефектов защитной изолирующей оболочки кабеля, из-за которых происходит замыкание экрана и/или проводников на землю. Для поиска таких мест сигнал от генератора подается между дефектным проводником и грунтом. В результате образуется замкнутая цепь (генератор-проводник-дефект-грунт-генератор).

Ток, протекающий в грунте, концентрируется в районе заземлителя и повреждения. Но между этими точками он течет на разных глубинах по самым различным путям с наименьшим сопротивлением. Разница потенциалов, возникающая на каком-либо участке грунта вследствие протекания тока, может быть обнаружена чувствительным вольтметром. Именно такой прибор и используется в импульсном локаторе в качестве приемника. Сигнал принимают два щупа, расположенных на небольшом удалении друг от друга (обычно они устанавливаются на А-образной раме). Для снижения переходного сопротивления при съеме сигнала щупы приемника втыкаются в грунт.

Импульсные локаторы, в зависимости от состояния грунта, обнаруживают дефекты с сопротивлением 0,5—2 МОм. Для успешной локализации необходимо, чтобы как можно бо’льшая часть тока текла через дефект в грунт и по грунту — к заземлителю. Поэтому генератор должен подключаться к качественно выполненному заземлению.

В качестве тестового сигнала применяется переменное напряжение или импульсы постоянного напряжения. В первом случае приемник измеряет только величину сигнала между двумя щупами (разность потенциалов). Во втором — кроме уровня сигнала по его полярности можно определить и положение щупов приемника относительно дефекта (до дефекта или после него). Но и у сигнала переменного тока есть привлекательная черта — он позволяет вести трассировку кабеля.

Так или иначе, уровень сигнала минимален при расположении щупов строго над дефектом и симметрично относительно него: если место дефекта будет находиться точно под датчиком (посередине между двумя щупами А-образной рамы), то уровень сигнала будет равен нулю. Именно этот факт и используется для локализации дефекта.

Для безошибочного определения места дефекта и уточнения кабельной трассы щупы нужно установить в плоскости, перпендикулярной трассе, и еще раз найти ту точку, где сигнал будет минимальным — при этом точность может достигать 0,1 м.

Поскольку ток концентрируется около заземлителя и дефекта, уровни сигнала в этих местах максимальны. На всем участке между заземлителем и дефектом, в случае значительного расстояния между ними, сигнал может и не фиксироваться, так как окажется слишком слабым. Чтобы сократить время поиска, расстояние до дефекта стоит предварительно оценить с помощью моста или рефлектометра. Это позволит начать поиск поблизости от дефекта, а не идти вдоль трассы от ее начала.

Важно иметь в виду, что амплитуда сигнала на определенном расстоянии от заземлителя равна амплитуде сигнала на том же удалении от дефекта. Это может существенно ускорить поиск — использование откалиброванного подобным образом приемника позволяет не реагировать на незначительные флуктуации сигнала на трассе. В качестве опорной обычно рекомендуют использовать точку, расположенную по другую сторону заземлителя на таком же удалении от кабеля, что и заземлитель.

Если в непосредственной близости от кабеля и параллельно ему проходят какие-либо проводники (трубопроводы, бронированные кабели и т. п.), то обратный ток, избирая путь наименьшего сопротивления, будет течь по ним, а не по грунту. Это существенно снижает уровень сигнала и затрудняет локализацию дефекта.

Подобная же проблема проявляется, если локализуемый дефект находится в одном из нескольких кабелей, выходящих из одной точки. Емкость цепи «экран-земля» в таком случае может оказаться весьма существенной, так как экраны кабелей обычно соединены. А большая емкость цепи «экран-земля» приводит к тому, что утечка тестового сигнала через емкость экранов в землю становится сравнимой с утечкой тестового сигнала через сопротивление дефекта.

По этой же причине все проводники в исследуемом кабеле, которые в нормальных обстоятельствах заземлены и поэтому способны — вместо грунта — пропустить ток обратно, должны быть отключены от заземления.

Чтобы устранить влияние паразитных цепей, идущих параллельно кабелю, заземлитель генератора нужно установить как можно дальше от трассы кабеля в перпендикулярном направлении. Причем заземление необходимо выполнить как можно более качественно (с минимально возможным сопротивлением).

Если в кабеле обнаружен целый ряд дефектов, их величина оценивается по величине тока утечки каждого из них — если при проведении замеров от трассы кабеля отклониться в перпендикулярном направлении, то чем существеннее дефект, тем на большем расстоянии он будет обнаруживаться. Нужно отметить, что при наличии нескольких близко расположенных друг от друга дефектов (что часто случается при повреждении оболочки кабеля или его намокании) сильные дефекты могут «маскировать» слабые. Поэтому после локализации дефекта и его устранения кабель следует проверить повторно.

Когда кабель находится под твердым покрытием (асфальтом, бетоном), для снижения переходного сопротивления между щупами и покрытием его поверхность нужно увлажнить, надев на оба щупа куски поролона, смоченного в слегка подсоленной воде. Но такой сложный способ применяется, когда размеры твердого покрытия достаточно велики.

Ситуация проще, если кабель расположен поперек участка с твердым покрытием небольшой ширины (например, пересекает дорогу). Тогда для его локализации можно «раздвинуть» щупы так, чтобы они находились за пределами покрытия. Для этого к одному из щупов подключается с помощью провода дополнительный заземлитель, при этом он устанавливается по одну сторону покрытия, а второй щуп втыкается в грунт с другой стороны. Далее следует найти положение щупа, при котором сигнал отсутствует, и определить место расположения дефекта как середину отрезка между щупом и вторым заземлителем.

Если же кабель проложен вдоль участка с твердым покрытием (например, под дорожным полотном), то для щупа можно использовать полосу грунта по обочине.

В случае, когда кабель лежит не в грунте, а в канале из непроводящего материала, локализовать дефект невозможно. Ток будет протекать по внутренней поверхности канала до шва или трещины, где и произойдет утечка в грунт. Именно это место и будет идентифицировано приемником импульсного локатора как место нахождения дефекта.