Nieniszcząca lokalizacja uszkodzeń kabli elektroenergetycznych

Nieniszcząca lokalizacja uszkodzeń kabli elektroenergetycznych

Nieniszcząca lokalizacja uszkodzeń kabli elektroenergetycznych

W trakcie eksploatacji kabli elektroenergetycznych zarówno niskiego, jak i wysokiego napięcia oraz kabli światłowodowych często występują różnego rodzaju uszkodzenia m.in. izolacji – zwarcia z ziemią i międzyfazowe. Szybkie zlokalizowanie miejsca uszkodzenia pozwala na ich naprawę i skrócenie przerwy w dostawie energii elektrycznej odbiorcom lub przestoju w pracy maszyn i urządzeń przemysłowych.

 

Najczęstszymi przyczynami uszkodzeń kabli ułożonych w gruncie są:

  • kamienie leżące bezpośrednio pod kablem lub na kablu,

  • rozrastające się korzenie drzew i krzewów,

  • ruchy gruntu,

  • prace ziemne przy użyciu ciężkiego sprzętu,

  • uderzenie pioruna w kabel lub w bliskiej od niego odległości,

  • prądy błądzące,

  • nieprawidłowo wykonane mufy,

  • starzenie się kabli.

Uszkodzenia w kablach elektroenergetycznych można lokalizować różnymi metodami. Wyniki pomiarów nie są zazwyczaj tak jednoznaczne i dokładne jak wyniki pomiarów wielkości fizycznych. Najlepsze rezultaty osiąga się, dysponując kilkoma miernikami opartymi na różnych metodach pomiarowych. Metody wyszukiwania miejsc uszkodzenia w kablach można podzielić na metody nieniszczące i niszczące. Zawsze w pierwszej kolejności należy wykorzystywać metody nieniszczące, które nie narażają kabla na dalszą degradację. Są to pomiary rezystancji izolacji i ciągłości żył, metoda niskonapięciowego reflektometru lub trasera. Jeżeli metody te nie dadzą oczekiwanego rezultatu w postaci określenia miejsca uszkodzenia, to trzeba przystąpić do badań metodą udarową. Stosując metodę udarową, należy brać pod uwagę, że kable poddawane inwazyjnej metodzie badania, zwłaszcza długo leżące w gruncie, mogą nie wytrzymać tej próby lub ich izolacja tak się osłabi, iż mogą powstać jej kolejne uszkodzenia w czasie dalszej eksploatacji.

Pomiar rezystancji izolacji i ciągłości żył

Pomiary rezystancji izolacji i ciągłości żył kabla zawsze są czynnościami wstępnymi poprzedzającymi lokalizację miejsca uszkodzenia (zwarcia, przerwy żyły). Potwierdzają uszkodzenie kabla i informują, w której żyle to uszkodzenie występuje, lecz nie umożliwiają lokalizacji miejsca uszkodzenia.

Uszkodzenia kabli można podzielić ze względu na miejsce ich występowania na:

  • zwarcie między żyłami kabla wielożyłowego,

  • zwarcie żyły do ekranu kabla ekranowanego,

  • zwarcie żyły doziemne,

  • przerwę żyły lub ekranu,

  • wielokrotność tych uszkodzeń.

Podstawą podziału może być również rezystancja w miejscu uszkodzenia:

  • zwarcie metaliczne między żyłami kabla wielożyłowego – rezystancja praktycznie wynosi 0 Ω,

  • uszkodzenie niskoomowe o rezystancji do 500 Ω,

  • przerwa żyły lub ekranu (pomiar między końcami kabla – rezystancja równa nieskończoności),

  • uszkodzenia wysokoomowe – o rezystancji powyżej 500 Ω,

  • uszkodzenia zanikające o rezystancji znacznie powyżej 500 Ω,

  • zwarcia doziemne.

Ramka typu ważne:

Badania kabli uważane są za prace o szczególnym zagrożeniu i dlatego powinny być wykonywane na polecenie pisemne przez co najmniej dwie osoby z uprawnieniami „E”.

Koniec ramki

Przed przystąpieniem do badań należy zidentyfikować kabel przeznaczony do badań, wyłączyć napięcie, sprawdzić brak napięcia, kabel rozładować i zabezpieczyć przed omyłkowym załączeniem.

Do pomiaru stosuje się napięcie prądu stałego o minimalnym tętnieniu, aby wyeliminować wpływ pojemności na wynik pomiaru. Pomiar rezystancji izolacji kabli sterowniczych o napięciu znamionowym nieprzekraczającym napięcia 250 V wykonuje się induktorem o napięciu 500 V, kabli energetycznych napięcia niskiego induktorem o napięciu 1000 V, kabli od napięciu znamionowym wyższym od 1 kV zaś induktorem o napięciu 2,5 kV. Przy badaniu kabli wysokiego napięcia mierniki rezystancji izolacji powinny charakteryzować się dużą obciążalnością wyjścia – 2 mA do 5 mA przy napięciu 5 kV. Takie parametry miernika pozwalają na szybkie ładowanie pojemności kabla, a zatem krótki czas pomiaru.

Miejsce uszkodzenia kabla ustala się zazwyczaj jedną z metod lokalizacji wstępnej, a następnie wynik pomiaru potwierdza − jedną z metod lokalizacji dokładnej.

Przy pomiarach rezystancji izolacji powinna być mierzona rezystancja izolacji każdej żyły w stosunku do pozostałych żył zwartych i uziemionych. W przypadku kabli ekranowanych wystarczy wykonanie pomiaru pomiędzy każdą żyłą i ekranem. Podczas przeprowadzania pomiarów kabel ładuje się podobnie jak każdy kondensator, dlatego po zakończeniu pomiarów żyły kabla należy zewrzeć i uziemić w celu jego rozładowania. Rezystancję izolacji kabli podaje się w [MΩ/km]. Powinna wynosić w zależności od materiału, z którego jest wykonana izolacja, co najmniej:

  • kable o napięciu do 1 kV:

− kable w izolacji gumowej – 75 MΩ/km,

− kable w izolacji papierowej – 20 MΩ/km,

− kable w izolacji polwinitowej – 20 MΩ/km,

− kable w izolacji polietylenowej – 100 MΩ/km;

  • kable o napięciu wyższym od 1 kV:

− kable w izolacji polwinitowej – 40 MΩ/km,

− kable w izolacji papierowej – 50 MΩ/km,

− kable w izolacji polietylenowej – 100 MΩ/km (o napięciu do 30 kV).

Zmierzoną wartość rezystancji izolacji kabla należy przeliczyć na następujące warunki – długość 1 km w temperaturze 20oC według zależności:

R20 = Rzm l k20 [MΩ/km]

gdzie: l – długość kabla [km].

Przykładowe współczynniki przeliczeniowe podane są w tablicy 1.

Tablica 1. Przykładowe współczynniki przeliczeniowe k20

Temperatura [oC]

4

8

10

12

13

20

Izolacja kabla papierowa

0,21

0,30

0,37

0,42

0,61

1,0

Izolacja kabla gumowa

0,47

0,57

0.62

0,68

0,83

1,0

Izolacja kabla polwinitowa

0,11

0,19

0,25

0,33

0,625

1,0

W przypadku kabli z izolacją polietylenową, ze względu na bardzo wysoką wartość rezystancji izolacji, nie stosuje się współczynnika przeliczeniowego k20.

Wstępna lokalizacja miejsca uszkodzenia

Wyznaczanie miejsca zwarcia – metoda Murray’a

Jedną z metod wstępnej lokalizacji miejsca uszkodzenia kabla (zwarcia) jest metoda Murraya. Polega na modyfikacji mostka Wheatstone’a. Ma zastosowanie, gdy w kablu pozostaje nieuszkodzona przynajmniej jedna żyła i rezystancja uziemienia miejsca uszkodzenia nie przekracza 1 kΩ. Modyfikacja mostka Wheatstone’a polega na zastąpieniu dwóch gałęzi mostka rezystancjami żył kabla (rys. 1).

Rys. 1. Schemat układu do wyznaczania miejsca zwarcia żyły kabla z ziemią metodą mostkową Murraya: U – zasilacz stabilizowany, R1 – dekada 10 × 1000 Ω – 10 × 1 Ω, R2 – dekada 10 × 1000 Ω – 10 × 1 Ω, W – wskaźnik równowagi mostka, Rz – rezystor symbolizujący zwarcie żyły kabla z ziemią

W celu wykonania badania w jedną gałąź mostka włącza się żyłę pomocniczą (nieuszkodzoną żyłę kabla) zwartą na przeciwległym końcu kabla, z odcinkiem żyły uszkodzonej. W drugą gałąź mostka włącza się żyłę uszkodzoną między miejscem uszkodzenia a miejscem połączenia z mostkiem. Połączenia mostka z żyłami badanego kabla wykonuje się krótkimi przewodami o przekroju zbliżonym do przekroju żył badanego kabla, aby do minimum ograniczyć wpływ ich rezystancji na wynik pomiaru. Mostek zasilany jest napięciem prądu stałego z baterii, której jeden biegun połączony jest z mostkiem przez dodatkową rezystancję regulowaną, drugi zaś z ziemią. Napięcie baterii powinno być tym wyższe, im większa jest rezystancja przejścia w miejscu uszkodzenia. Wyznaczenie odległości punktu uszkodzenia „Z” od końca kabla, przy którym wykonuje się pomiar, sprowadza się do pomiaru rezystancji tego odcinka żyły kabla. Jeżeli w badanym kablu żyły uszkodzona i pomocnicza wykonane są z tego samego materiału miedzi lub aluminium (mają taką samą rezystywność) i taki sam przekrój, to z warunku równowagi mostka wynika zależność:

R1Rlx = R2(Rl + Rl – Rlx) = R2(2Rl – Rlx)

odległość lx od miejsca uszkodzenia do miejsca pomiaru wyniesie:

gdzie: l – całkowita długość kabla od miejsca pomiaru do miejsca zwarcia żył i ich uziemienia w metrach. Po wstępnym określeniu miejsca uszkodzenia kabla można przystąpić do lokalizacji dokładnej.

Wyznaczanie miejsca przerwy metodą Gotta

Wygodną metodą wyznaczania miejsca przerwy w uszkodzonej żyle kabla jest metoda mostkowa Gotta.

Rys. 2. Schemat układu do wyznaczania przerwy metodą mostka Gotta: G – generator do zasilania mostka, R1 – dekada 10 × 1000 Ω – 10 × 1 Ω, R2 – dekada 10 × 1000 Ω – 10 × 1Ω, OSC oscyloskop jako wskaźnik równowagi mostka

W układzie pokazanym na rys. 2 mostek jest zasilany napięciem przemiennym z generatora. Z warunku równowagi mostka wynika, że:

po przekształceniu:

Przy założeniu, że obie żyły kabla mają taką samą pojemność jednostkową względem ekranu,

otrzymamy:

gdzie: l – całkowita długość kabla od miejsca pomiaru do miejsca zwarcia żył i ich uziemienia w metrach.

Reflektometryczne metody wykrywania uszkodzeń w kablach elektroenergetycznych

Oferowane przyrządy do wyszukiwania uszkodzeń kabli są zazwyczaj oparte na jednej z trzech metod:

  • odbicia impulsów niskonapięciowych reflektometru (TDR),

  • odbicia impulsów niskonapięciowych od łuku ARM,

  • impulsu prądowego (Surge IC).

Reflektometr (rys. 3) jest elektronicznym przyrządem pomiarowym służącym głównie do pomiarów długości i tłumienności przewodów z żyłami metalowymi oraz włókien światłowodowych.

Rys. 3. Reflektometr SONEL TDR 410

Przyrząd składa się z nadajnika impulsów i odbiornika ich odbicia. Impuls odbity jest wyświetlany na ekranie aparatu i obrazuje stan kabla. Po pomiarze zostaje automatycznie ustawiony na początku zbocza odbitego impulsu, wskazując odległość od uszkodzenia lub od końca badanego kabla (rys. 4).

Rys. 4. Przykładowe reflektogramy z reflektometru TDR 410 SONEL

Działanie reflektometru polega na porównaniu parametrów impulsu pomiarowego wysyłanego w kierunku miejsca badanego z impulsem powrotnym odbitym od końca przewodu lub od jego niejednorodności, np. miejsca łączenia lub uszkodzenia. Do uzyskania poprawnego wyniku trzeba uwzględnić dwie zmienne – impedancję badanego kabla oraz współczynnik propagacji Vp.

Z nadajnika przyrządu jest wysyłana seria impulsów o określonej szerokości i napięciu (impulsów wyjściowych) w badany przewód (żyłę kabla). Następnie mierzony jest czas potrzebny na dotarcie impulsu do końca kabla lub miejsca jego uszkodzenia i czas powrotu. Uzyskana wartość mnożona jest przez współczynnik propagacji Vp% charakterystyczny dla materiału, z którego została wykonana izolacja przewodu (żyły). Impuls odbity wyświetla się na ekranie przyrządu w postaci fali. Kształt tej fali na ekranie reflektometru jest charakterystyczny dla określonego uszkodzenia (zwarcia, przerwy itp.). Miejsce ustawienia kursora na wykresie wskazuje odległość od miejsca uszkodzenia.

W kablach elektroenergetycznych prędkość przebiegu impulsów, a zatem i współczynnika propagacji Vp może być różna i wynika z rodzaju materiałów użytych do produkcji kabla i konstrukcji żył. Współczynnik propagacji kabla jest to prędkość rozchodzenia się w nim impulsu testowego podana w procentach w stosunku do prędkości rozchodzenia się fali świetlnej w próżni (299 792 458 m/s), może ona przyjmować wartości od 1% do 100%. Przykładowo przewód ze współczynnikiem Vp 75% będzie przenosić sygnał z prędkością równą 75% prędkości światła w próżni. Wartość Vp zależy od rodzaju materiału dielektrycznego izolacji żyły oraz jego grubości między żyłami. W przypadku przewodów wielodrutowych wpływ na wartość Vp ma rodzaj splotu i jego gęstość. Współczynnik Vp nie zależy od materiału, z którego wykonana jest żyła (miedź, aluminium czy stal), lecz od materiału izolacji i jej grubości.

Reflektometry można podzielić na:

  • reflektometry do żył przewodów miedzianych zwane TDR (ang. Time-Domain Reflectometer),

  • reflektometry optyczne do badania torów światłowodowych zwane OTDR (ang. Optical Time-Domain Reflectometer),

  •    wykorzystujące impuls prądowy (Surge IC).

Najnowsze reflektometry są to urządzenia mikroprocesorowe wyposażone w wyświetlacz LCD lub diodowy, które w sposób mniej lub bardziej automatyczny potrafią zmierzyć, przetworzyć i wyświetlić pełne dane dotyczące parametrów badanego kabla.

Nowoczesne cyfrowe reflektometry są przeznaczone do lokalizowania uszkodzeń w instalacjach niskiego i średniego napięcia. Niektóre modele cechuje bardzo przyjazny dla użytkownika interfejs oparty na kolorowym wyświetlaczu pracującym w rozdzielczości VGA. Jako akcesoria oferowane są przystawki pozwalające na lokalizowanie uszkodzeń w wysokoomowych kablach symetrycznych. Wyniki badań podawane wyświetlacz pokazuje w formie wykresów. Najczęściej przewidziane są dwa tryby wyświetlania reflektogramów. W trybie pierwszym na pełnym ekranie wyświetlana jest trasa badanego kabla. Po naciśnięciu odpowiedniego przycisku pojawią się dwa obrazy. Na górnej połowie ekranu ukaże się pełny reflektogram badanego kabla, na dolnej zaś wybrany fragment kabla, który może być powiększany i analizowany z uwzględnieniem szczegółów.

W bardziej zaawansowanych technologicznie reflektometrach przewidziano możliwość kompensacji impulsu wejściowego. Tym sposobem uzyskuje się optymalne dostosowanie reflektometru do impedancji mierzonego kabla. Dzięki temu mogą być również wykrywane uszkodzenia znajdujące się w niewielkiej odległości od lokalizatora. W niektórych modelach reflektometrów cyfrowych przewidziano trzy tryby pracy: w trybie Quick Steps przyrząd wykonuje pomiary samoczynnie i wyniki wyświetla na ekranie monitora z możliwością ich wydrukowania. Funkcja Step-by-Step Easy Mode pozwala na wykorzystanie menu, które krok po kroku prowadzi przez proces badania kabla. Trzeci tryb to Expert Mode, który przewiduje dowolne ustawianie parametrów.

Bezpośredni pomiar impulsowo-echowy

Pomiar wykonywany jest za pomocą reflektometru TDR. Reflektometr wysyła sygnał pomiarowy i rejestruje jego odbicie (echo) od miejsca uszkodzenia w kablu. Poznawszy współczynnik propagacji Vp,można obliczyć czas niezbędny do przebycia impulsu pomiarowego i tym samym drogę, jaką sygnał pokonał, czyli odległość do miejsca uszkodzenia. Biorąc pod uwagę, że impuls pomiarowy musi pokonać drogę do miejsca uszkodzenia i z powrotem, operuje się pojęciem „połowy prędkości propagacji”. Na ekranie przyrządu uszkodzenia w postaci zwarcia obrazowane są przez odgięcie echogramu do dołu, przerwa wzdłużna lub koniec kabla przez odgięcie echogramu do góry (rys. 5). Pomiar może być wykonany jako bezpośredni, różnicowy, porównawczy dwóch lub więcej faz itp.

Rys. 5. Reflektometr Tracker Pro i przykładowy reflektogram

Odbicie impulsów od łuku ARM

Kolejna metoda stosowana do wykrywania uszkodzeń w kablach to odbicie impulsów niskonapięciowych od łuku ARM (ang. Arc Reflection Method). Metoda ta jest najbardziej skutecznym sposobem wstępnej lokalizacji uszkodzeń kabli. Usuwa całkowicie potrzebę dopalania w miejscu uszkodzenia kabla. Pomiar wykonywany jest dwustopniowo.

Najpierw przeprowadza się typowy bezpośredni pomiar impulsowo-echowy, jednak wynik tego pomiaru nie może jednoznacznie wskazać miejsca uszkodzenia ze względu na wysoką wartość rezystancji uszkodzenia i niewielką wartość odbitego echa. Dlatego potrzebny jest drugi etap badania oparty na wysyłaniu impulsu niskonapięciowego o znacznej energii, który powoduje zapalenie łuku elektrycznego w miejscu uszkodzenia. Następnie wysyłane są przez reflektometr impulsy niskonapięciowe, które odbijają się od łuku i ich odbicia są analizowane przez reflektometr. Rezystancja łuku palącego się około 20 ms wynosi w przybliżeniu 0 omów, co tworzy idealne warunki do odbicia impulsów z reflektometru.

Cały proces badania jest zazwyczaj wykonywany automatycznie i drugi pomiar nakłada się na pierwszy. Do miejsca uszkodzenia oba przebiegi są praktycznie takie same. Pierwsze znaczące odchylenie echogramów następuje w miejscu uszkodzenia. Rezystancja w miejscu uszkodzenia po zgaśnięciu łuku wraca do wartości pierwotnej. Czas palenia się łuku jest zbyt krótki, aby mogło nastąpić dopalenie.

Surge IC

Jeżeli rezystancja łuku jest większa od 200 Ω, to metoda ARM okaże się zawodna. Wówczas stosuje się metodę impulsu prądowego – Surge IC. Jest skutecznym sposobem lokalizacji wstępnej uszkodzeń wysokoomowych i zanikających nawet w bardzo długich kablach elektroenergetycznych. Polega na generowaniu impulsu o znacznej energii przy napięciu dochodzącym do kilkunastu kV, który powoduje zapalenie łuku w miejscu uszkodzenia. Analizie poddawane są stany nieustalone (oscylacje) prądu. Fala prądowa przemieszcza się od miejsca wyładowania do generatora udaru. Proces się powtarza aż do samoistnego wytłumienia się fali prądowej. Do obwodu włączany jest sprzęg pełniący rolę bocznika. Uzyskiwany dzięki temu sygnał może być rejestrowany i analizowany. Pomiar między pozytywnym a negatywnym szczytem przebiegu fali prądowej określa odległość do miejsca uszkodzenia.

Wykrywanie uszkodzeń w kablach światłowodowych

Obok reflektometrów przeznaczonych do lokalizacji uszkodzeń w kablach miedzianych czy aluminiowych na rynku dostępne są również mierniki mocy optycznej, które umożliwiają wykrywanie uszkodzeń w kablach światłowodowych (rys. 6).

Rys. 6. Reflektometr optyczny OTDR typu MTS-4000 FTTx firmy JDSU

Urządzenia tego rodzaju mogą mierzyć poziom mocy źródła światła laserowego oraz lokalizować uszkodzenia w kablu światłowodowym, dzięki czemu uzyskuje się pełny obraz stanu sieci. Typowy przyrząd współpracuje z kablami SMF i wykorzystuje długości fali: 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm i 1625 nm z możliwością obsługi długości fal z zakresu wybranego przez użytkownika. Zakres pomiaru mocy mieści się zazwyczaj pomiędzy -55dBM a 10 dBM. Niektóre typy przyrządów mają funkcje reflektometru jednomodowego, testera tłumienności oraz wizualnego lokalizatora uszkodzeń. Opcjonalnie przyrządy mogą pełnić funkcje reflektometrów do pomiarów w liniach czynnych.

Trasowanie kabli

Metoda trasowania kabla polega na tym, że operator wraz z przyrządem pomiarowym przemieszcza się wzdłuż trasy badanego kabla w celu ustalenia jego rzeczywistego położenia w gruncie. Urządzenie pomiarowe – traser składa się z dwóch zespołów – nadajnika sygnału pomiarowego i odbiornika; jeżeli celem trasowania kabla jest wykrycie miejsca uszkodzenia (zwarcia z ziemią), to przyrząd jest dodatkowo wyposażony w tzw. A-ramkę (rys. 7).

Rys 7. Przyrząd do wykrywania tras kabli (traser) z A-ramką do lokalizacji miejsca uszkodzenia kabli firmy Rycom

Sygnał pomiarowy z nadajnika może być wysyłany do kabla różnymi sposobami:

  • przez bezpośrednie połączenie z żyłą kabla,

  • na drodze sprzężenia indukcyjnego – przez umieszczenie nadajnika impulsów pomiarowych nad kablem,

  • metodą sprzężenia indukcyjnego przez objęcie kabla cęgami.

Stosowana jest również lokalizacja pasywna przebiegu kabla pod napięciem prądu przemiennego o częstotliwości sieciowej (50 Hz) bez użycia nadajnika.

Nadajniki generują sygnały pomiarowe w szerokim zakresie częstotliwości. Częstotliwości akustyczne – poniżej 20 kHz stosowane są zazwyczaj na terenach zurbanizowanych, tam, gdzie występują silne sprzężenia pojemnościowe z innymi instalacjami zakopanymi w gruncie. Niskie częstotliwości, ze względu na niewielkie pojemnościowe prądy upływu, dają lepsze efekty na dłuższych dystansach. Częstotliwości wyższe od 20 kHz do 80 kHz stosuje się w takich miejscach, w których w najbliższym sąsiedztwie badanego kabla nie ma innych obiektów, gdy kabel jest trasowany na niewielkiej długości lub gdy nie ma możliwości wykonania połączenia dla sygnału powrotnego (nie można uziemić przeciwległego końca kabla).

W użyciu są dwa rodzaje odbiorników: analogowe ze wskaźnikiem wychylnym i cyfrowe z monitorem LCD lub diodowym. Obydwa rodzaje odbiorników zostały wyposażone w regulację wzmocnienia sygnału. Informacji wizualnej zawsze towarzyszy sygnał akustyczny odbierany przez operatora za pomocą słuchawek. Niektóre urządzenia mają możliwość wyboru sposobu trasowania według sygnału maksymalnego lub minimalnego.

Przyrządy bardziej zaawansowane technologicznie wyposażone są w dodatkowe funkcje: określania głębokości ułożenia kabla w gruncie oraz pomiaru względnej wartości prądu pomiarowego płynącego w kablu. Możliwość pomiaru prądu w badanym kablu zmniejsza ryzyko zakłóceń pochodzących od kabli sąsiednich generujących sygnały pasożytnicze. W prostszych, analogowych urządzeniach głębokość ułożenia kabla w gruncie określa się metodą triangulacyjną.

Mimo że podstawowym zadaniem trasera jest wyznaczanie trasy kabla ułożonego w gruncie, może również pełnić funkcję lokalizatora uszkodzeń kabli. W tym celu wyposaża się go w tzw. ramkę powrotną (A-ramkę), która służy do lokalizacji zwarć doziemnych kabli.

Przystępując do badań, zawsze, w pierwszej kolejności, jedno wyjście nadajnika łączy się galwanicznie z badanym kablem, drugie zaś z pomocniczą sondą uziemiającą umieszczoną w możliwie dużej odległości od badanego kabla oraz innych kabli i metalowych instalacji podziemnych. Jeżeli w miejscu zagłębienia sondy ziemia jest sucha, to trzeba użyć dłuższej sondy lub grunt nasycić wodą, aby zmniejszyć rezystancję uziemienia sondy. Drugi koniec badanego kabla należy, na czas badań, uziemić. Uziemienie końca kabla powoduje zmniejszenie rezystancji pętli pomiarowej, zwiększenie prądu pomiarowego oraz zwiększenie natężenia pola elektromagnetycznego, wykrywanego przez odbiornik. Jeżeli takie uziemienie nie jest możliwe, to trzeba wykorzystać inny z podanych sposobów doprowadzenia sygnału pomiarowego do kabla lub doprowadzić sygnał o zwiększonej częstotliwości – 80 kHz, ryzykując znaczne zmniejszenie zasięgu trasowania. Przy braku uziemienia końca kabla prąd płynący w pętli ma charakter pojemnościowy dzięki sprzężeniu pojemnościowemu i rezystancyjny przez uszkodzoną izolację kabla.

Po doprowadzeniu sygnału pomiarowego do kabla przystępuje się do jego trasowania. Trasowanie rozpoczyna się od zatoczenia kręgu o średnicy około 3 m odbiornikiem wokół nadajnika w celu wykrycia miejsca, w którym odbiornik wykrywa maksymalny sygnał (w zależności od rodzaju odbiornika, analogowy lub cyfrowy).

Gdy w czasie pomiaru trasy kabla operator stwierdzi gwałtowny zanik sygnału lub jego osłabienie i jednocześnie nie ulega zmianie głębokość zalegania kabla w gruncie, to może oznaczać, że część sygnału na odcinku ostatnich kilku metrów odpłynęła do gruntu. W takiej sytuacji odbiornik montuje się na A-ramce i łączy się je przewodem. Przewód między przednią a tylną sondą A-ramki tworzy ścieżkę dla prądu upływowego kabla. Prąd wpływa do ramki jedną sondą i wypływa przeciwną. Odbiornik mierzy prąd płynący przez A-ramkę. W gruncie prąd rozpływa się promieniście od miejsca uszkodzenia kabla i ma największą gęstość w pobliżu tego miejsca i w miejscu zagłębienia sondy uziemiającej odbiornik. Pomiędzy tymi miejscami (miejscem uszkodzenia kabla a sondą uziemiającą) prąd jest bardzo rozproszony w gruncie. Lokalizacja miejsca uszkodzenia kabla polega na umieszczaniu A-ramki w odległości co kilkadziesiąt centymetrów w okolicy spodziewanego doziemienia kabla. W miarę zbliżania się odbiornika do obszaru o dużej gęstości prądu przyrząd wskazuje coraz wyższy poziom sygnału. Sygnał nasila się dopóty, dopóki jedna z sond A-ramki nie ominie miejsca uszkodzenia. W chwili gdy obydwie sondy A-ramki znajdą się po przeciwnych stronach miejsca uszkodzenia w równych od niego odległościach, prądy płynące przez A-ramkę znoszą się i wskazanie odbiornika jest bliskie zeru, co oznacza zlokalizowanie miejsca uszkodzenia.

Podsumowanie

W ofercie rynkowej znajduje się wiele przyrządów do ustalania tras kablowych i wyszukiwania miejsc uszkodzenia zarówno kabli w gruncie, jak i tych w instalacjach budynkowych. Standardowe lokalizatory przewodów są zazwyczaj uproszczonymi wersjami przyrządów, które mogą współpracować tylko z instalacjami pod napięciem. Bardziej zaawansowane technologicznie modele są przeznaczone do lokalizacji kabli w gruncie zarówno pod napięciem, jak i nieczynnych. W czasie badań można korzystać z nadajnika i z odbiornika lub tylko z odbiornika. Można więc wykorzystywać pole pochodzące od napięcia sieciowego, jak też od generowanych fal radiowych. Zaawansowane detektory są uniwersalnymi przyrządami pozwalającymi na trasowanie przewodów w budynkach, a także kabli w gruncie do głębokości 2 m. Mogą być wykrywane przerwy żył, zwarcia, identyfikowane kable w wiązce oraz miejsca zainstalowanych zabezpieczeń. Niektóre urządzenia tego rodzaju umożliwiają lokalizacje instalacji gazowych, wodnych, CO oraz lokalizację stelaży metalowych w ścianach kartonowogipsowych. Najczęściej jednak chodzi o diagnostykę kabli niskiego napięcia. Niektóre przyrządy przy zastosowaniu specjalnych filtrów separujących mogą być wykorzystywane przy badaniu kabli pod napięciem. Przyrządy do lokalizowania uszkodzeń w kablach są szeroko stosowane nie tylko w elektroenergetyce, ale również w telekomunikacji, telewizji przemysłowej itp.

 

Autor: inż. Michał Świerżewski Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Warszawskiej. Specjalista w zakresie instalacji elektrycznych w wykonaniu przeciwwybuchowym. Wieloletni biegły sądowy ds. bezpieczeństwa przeciwpożarowego i przeciwwybuchowego instalacji elektrycznych.