نحوه یافتن عیوب کابل با مقاومت بالا: روش‌های عملی میدانی برای کابل‌های زیرزمینی

برای تکنسین‌های صحرایی، این بدان معناست که کابل همچنان ممکن است بار را در ولتاژ پایین حمل کند، سنج مقاومت عایق ممکن است مرزی-نرمال را نشان دهد، و TDR ممکن است انعکاس واضحی را نشان ندهد. با این حال، کابل در شرایط خطا قطع می شود، یا به طور متناوب تحت بار از کار می افتد. مکان یابی این گسل ها به تکنیک های تخصصی نیاز دارد که به طور فعال خطا را مجبور به ارائه یک امضای قابل اندازه گیری می کند. این مقاله توضیح می دهد که چرا خطاهای با مقاومت بالا بسیار دشوار هستند و از طریق روش های اثبات شده ای که توسط عیب یاب های کابل حرفه ای استفاده می شود، توضیح می دهد.

1. خطای کابل با مقاومت بالا چیست؟

گسل با مقاومت بالا یک خرابی دی الکتریک است که در آن عایق آسیب می بیند اما به یک اتصال مستقیم فلز به فلز فرو نمی ریزد. در عوض، نقطه گسل جریان را از طریق یک مسیر مقاومتی - اغلب از طریق عایق کربن دار، درختان آب، یا نقص های آلوده به رطوبت - به جای یک مسیر فلزی جامد، هدایت می کند. مقادیر مقاومت عیب معمولی از چند صد کیلو اهم تا چندین مگا اهم متغیر است.

علل رایج خطاهای با مقاومت بالا عبارتند از:

• درختکاری آب در عایق XLPE - رطوبت در طول سال ها از طریق عایق عبور می کند و کانال های کوچک درخت مانندی ایجاد می کند که هدایت ضعیفی دارند. اندازه گیری این گسل ها اغلب صدها کیلواهم است.
• ردیابی کربنی شده از رویدادهای اضافه ولتاژ قبلی - یک موج قبلی که تا حدی یک مسیر رسانا را از طریق عایق سوزانده بود، یک مسیر کربنی شده با مقاومت متوسط ​​تا زیاد باقی می‌گذارد.
• رطوبت در اتصالات یا پایانه ها - آلودگی آب در یک اتصال به جای اتصال مستقیم، یک مسیر نشتی مقاومتی ایجاد می کند.
• آسیب مکانیکی جزئی - کابلی که در حین نصب سوراخ شده یا ساییده شده است ممکن است به عایق آسیب رسانده باشد اما مقاومت دی الکتریک کافی برای جلوگیری از اتصال کوتاه را حفظ کرده است.
• عیوب لایه نیمه رسانا - آثار چاقو یا حذف ناقص صفحه نیمه نماد در پایانه، غلظت های میدانی را ایجاد می کند که فقط تحت ولتاژ بالا شکسته می شود.

1.1 چرا TDR استاندارد نمی تواند آنها را شناسایی کند

TDR با ارسال یک پالس ولتاژ پایین و اندازه گیری بازتاب از عدم تطابق امپدانس کار می کند. یک اتصال کوتاه جامد (مقاومت نزدیک به صفر) بازتاب قوی و به راحتی قابل تشخیص را ایجاد می کند. اما یک خطای با مقاومت بالا امپدانس نزدیک به امپدانس مشخصه کابل را نشان می‌دهد - معمولاً 20 تا 50 Ω - بنابراین انعکاس کوچک است، اغلب در نویز مدفون است، یا به طور کامل وجود ندارد. در عمل، TDR به طور قابل اعتماد خطاهای زیر حدود 100 Ω را تشخیص می دهد. بالاتر از آن، دامنه انعکاس به شدت کاهش می یابد و تشخیص آن از ویژگی های کابل معمولی (مفاصل، اتصالات، شاخه ها) دشوار می شود.

به همین دلیل است که یک تکنسین می تواند یک TDR را به یک کابل معیوب وصل کند، یک اثر کاملاً تمیز را ببیند و همچنان بداند که کابل معیوب است. مقاومت خطا به سادگی برای ایجاد انعکاس قابل اندازه گیری با یک پالس ولتاژ پایین بسیار زیاد است.

2. روش های اثبات شده برای مکان یابی گسل های با مقاومت بالا

2.1 روش بازتاب قوس (ARM) / روش موج موج

روش بازتاب قوس - که ARM، روش موج موج یا روش جریان ضربه ای نیز نامیده می شود - استاندارد صنعتی برای مکان یابی خطاهای با مقاومت بالا است. به جای استفاده از یک پالس TDR با ولتاژ پایین، یک نوسان ولتاژ بالا (8 تا 35 کیلوولت) اعمال کنید که باعث خرابی خطا می شود. در طول شکست، مقاومت خطا به طور لحظه ای به نزدیک به صفر کاهش می یابد، زیرا یک قوس تشکیل می شود. در حالی که قوس فعال است، یک پالس TDR یک انعکاس قوی از نقطه خطا را اندازه گیری می کند، دقیقاً مانند یک کوتاه ثابت.

نوسان ولتاژ بالا توسط یک Thamp (مولد برق) تولید می شود که خازن را شارژ می کند و آن را به کابل تخلیه می کند. انرژی موج - معمولاً 500-2450 ژول - باید برای پل زدن مقاومت خطا و حفظ قوس برای چندین میکروثانیه کافی باشد. پس از تشکیل قوس، بازتاب TDR واضح است و فاصله تا خطا از روی زمان رفت و برگشت پالس و سرعت انتشار کابل محاسبه می‌شود.

مزایای کلیدی ARM:

• روی خطاهای تا چندین مگا اهم کار می کند - بسیار فراتر از محدوده عملی TDR.
• تنها به چند ثانیه در هر پالس نیاز دارد. محل خطا را می توان در چند دقیقه به دست آورد.
• شکل موج بصری را ارائه می دهد که اپراتورهای باتجربه می توانند تفسیر و تأیید کنند.
• به هادی برگشت خوب نیاز ندارد (برخلاف روش های پل).

2.2 روش جریان پالس

روش جریان پالس (که روش جریان موجی نیز نامیده می شود) ارتباط نزدیکی با ARM دارد. به جای ارسال یک پالس TDR ولتاژ پایین مجزا، موج جریان ولتاژ بالا را هنگام عبور از کابل، انعکاس از قوس خطا و بازگشت اندازه گیری می کند. یک کوپلر جریان (CT گیره دار) در اطراف سیم یا کابل تست در انتهای نزدیک قرار می گیرد و گیرنده موج خروجی و انعکاس آن را نمایش می دهد.

این روش به ویژه برای خطاهای با مقاومت بسیار بالا و کابل های طولانی موثر است، زیرا از نوسان پرانرژی هم به عنوان فعال کننده خطا و هم به عنوان سیگنال اندازه گیری استفاده می کند. پالس ولتاژ بالا انرژی بسیار بیشتری دارد و با تضعیف کمتری نسبت به یک پالس ولتاژ پایین TDR بیشتر حرکت می کند و برای کابل های بلند یا ضعیف ایده آل است.

2.3 تهویه مطبوع سوختگی / خطا

هنگامی که مقاومت خطا به قدری زیاد است که حتی یک نوسان 35 کیلوولت نمی تواند آن را از بین ببرد، از روش سوختگی (تهویه خطا) استفاده می شود. Burn-down یک ولتاژ DC پایدار را در سطحی درست زیر آستانه شکست اعمال می کند و انرژی پیوسته را به نقطه خطا می رساند. انرژی طی چند دقیقه عایق را کربن می کند و یک مسیر رسانا ایجاد می کند و به تدریج مقاومت خطا را از مگا اهم به چند صد اهم یا کمتر کاهش می دهد.

هنگامی که مقاومت خطا کاهش یافت، می توان از TDR یا ARM استاندارد برای مکان یابی استفاده کرد. سوختن باید با احتیاط استفاده شود: به طور دائم به نقطه عیب آسیب می رساند (قابل قبول است، زیرا به هر حال تعمیر لازم است)، اما باید کنترل شود تا از ایجاد خطاهای ثانویه در جای دیگر کابل جلوگیری شود. مجموعه های اختصاصی سوختن شامل محدودیت جریان و قطع خودکار برای جلوگیری از آسیب جریان بیش از حد است.

2.4 روش‌های پل (حلقه موری/وارلی)

روش‌های پل یکی از قدیمی‌ترین تکنیک‌های مکان‌یابی خطا هستند، اما زمانی که یک هادی خوب موازی در دسترس باشد، برای خطاهای با مقاومت بالا مفید باقی می‌مانند. روش های حلقه موری و حلقه وارلی از پیکربندی پل وتستون برای اندازه گیری نسبت مقاومت بین هادی معیوب و هادی سالم در همان کابل استفاده می کنند. با مقایسه مقاومت طول کابل کامل با مقاومت انتهای آزمایش تا عیب، فاصله تا خطا محاسبه می شود.

روش‌های پل مخصوصاً برای خطاهای زمین با مقاومت بالا (فاز به صفحه یا فاز به زمین) مؤثر هستند زیرا مقاومت DC را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کنند و به بازتاب پالس بستگی ندارند. با این حال، برای تشکیل حلقه به یک هادی خوب با گیج و طول یکسان نیاز دارند و نمی‌توانند خطاهای مدار باز یا خطاهای فاز به فاز را بدون مسیر برگشت مناسب پیدا کنند. دقت معمولاً 1-2% طول کابل است.

2.5 VLF / فعال سازی استرس با ولتاژ بالا

برخی از گسل های با مقاومت بالا - به ویژه گسل های درخت آب - فقط تحت ولتاژ AC پایدار خراب می شوند. در این موارد، اعمال یک ولتاژ متناوب VLF (فرکانس بسیار پایین) در فرکانس 0.1 هرتز، معمولاً در 1.5-2.0 برابر ولتاژ نامی، برای چند دقیقه باعث می شود که خطا به طور مکرر و پیوسته خراب شود. هنگامی که خطا به طور فعال تحت ولتاژ پایدار قوس می شود، ARM یا جریان پالس را می توان از قبل مکان یابی کرد.

تنش VLF همچنین برای تشخیص اینکه آیا یک خطا با مقاومت بالا وابسته به ولتاژ است مفید است: اگر عیب در 1.5 U0 ظاهر شود اما در 1.0 U0 ناپدید شود، وضعیت معمولاً درختی بودن آب یا تخلیه خالی است تا یک مسیر کربنی دائمی.

2.6 تعیین دقیق آکوستیک مغناطیسی

پس از اینکه پیش موقعیت گسل را به یک بخش خاص محدود کرد، باید موقعیت دقیق سطح زمین را پیدا کرد. روش آکوستیک مغناطیسی برای این مرحله نهایی جهانی است: موج ضربان باعث ایجاد قوس در خطا می شود و هم صدای آکوستیک (از انبساط سریع حرارتی در خطا) و هم یک سیگنال مغناطیسی (از جریان موج) تولید می کند. یک گیرنده دستی با میکروفون زمینی و سنسور مغناطیسی در طول مسیر کابل راه می رود. اپراتور ابتدا از سیگنال مغناطیسی برای یافتن ناحیه کلی استفاده می کند، سپس به گوش دادن آکوستیک می پردازد تا محل دقیق خطا را در 10 تا 30 سانتی متر مشخص کند.

3. روش گام به گام

4. بهترین شیوه ها

• با کمترین ولتاژ موثر شروع کنید - ولتاژ بیش از حد می تواند به بخش های کابل سالم آسیب برساند. ولتاژ را فقط تا زمانی که خرابی ثابت رخ دهد افزایش دهید.
• سرعت انتشار را تأیید کنید - VF (ضریب سرعت) صحیح را از سازنده کابل وارد کنید. یک VF نادرست باعث ایجاد خطاهای فاصله 5-15٪ می شود.
• ذخیره و مقایسه چندین شکل موج - بازتاب خطای واقعی در چندین پالس ثابت است در حالی که نویز به طور تصادفی ظاهر می شود.
• همه هادی ها را آزمایش کنید - خطاهای با مقاومت بالا ممکن است یک فاز به زمین، فاز به فاز یا غلاف را تحت تاثیر قرار دهد. هر ترکیب را تست کنید
• از انرژی موج کافی استفاده کنید - انرژی، نه فقط ولتاژ، برای خطاهای با مقاومت بالا مهم است.
• ایمنی را در اولویت قرار دهید - قفل/تاگوت را دنبال کنید، از PPE عایق استفاده کنید، فاصله ایمن را در حین ضربان نگه دارید، و همیشه کابل را پس از آزمایش تخلیه و زمین کنید.

5. XZH TEST راه حل برای محل خطا با مقاومت بالا

XZH TEST یک سیستم کامل مکان یابی خطای کابل را ارائه می دهد که به طور خاص برای خطاهای با مقاومت بالا و متناوب طراحی شده است:

• مکان یاب های خطا یکپارچه - روش های TDR، ARM (بازتاب قوس) و جریان پالس را در یک گیرنده قابل حمل با صفحه نمایش لمسی ترکیب کنید. حالت خودکار بهترین روش را بر اساس نوع خطا انتخاب می کند.
• مولد سرج ولتاژ بالا - دمپرهای قابل حمل و نصب شده روی چرخ دستی تا 35 کیلو ولت با انرژی قابل تنظیم (تا 2450 ژول)، برای شکستن حتی خطاهای با مقاومت بسیار بالا در کابل های فشار متوسط ​​و فشار قوی کافی است.
• گیرنده‌های دقیق آکوستیک مغناطیسی - سیگنال‌های صوتی و مغناطیسی را از قوس‌های خطا تشخیص می‌دهند، با همبستگی داخلی برای رد نویز میدان و دقت دقیق بین 10-30 سانتی‌متر.
• قابلیت Burn-Down – مدل‌های منتخب مولد سرج شامل خروجی سوختگی کنترل‌شده برای کاهش مقاومت بسیار بالای خطا قبل از پیش‌محل ARM هستند.
• بسته‌های کامل سیستم - کیت‌های همه‌کاره با ترکیب مکان یاب TDR/ARM، مولد برق، تشخیص دقیق صوتی-مغناطیسی و ردیابی مسیر کابل در یک راه‌اندازی قابل حمل.

نتیجه گیری

خطاهای کابل با مقاومت بالا در سیستم های کابلی زیرزمینی واقعی یک امر عادی است و استثنا نیست. TDR استاندارد در این خطاها خراب می شود زیرا مقاومت خطا برای ایجاد یک بازتاب قابل اندازه گیری بسیار بالا است. راه حل این است که به طور فعال خطا را مجبور به ارائه یک امضای امپدانس پایین کنیم - با استفاده از نوسانات ولتاژ بالا برای ARM یا قبل از موقعیت فعلی پالس، استرس سوختگی یا VLF برای سرسخت ترین خطاها، و تعیین دقیق صوتی-مغناطیسی برای مکان نهایی زمین. با تجهیزات مناسب، یک روش سیستماتیک، و توجه به ولتاژ، انرژی و سرعت انتشار، حتی خطاهای سطح مگااهمی را می توان به طور دقیق و کارآمد پیدا کرد.

درباره XZH TEST

XZH TEST متخصص در تشخیص عیب کابل و تجهیزات تست الکتریکی، ارائه راه حل های عملی برای تاسیسات برق، پیمانکاران برق، شرکت های آزمایش و مهندسان میدانی است. طیف محصولات شامل مکان یاب های خطای کابل، ژنراتورهای ولتاژ بالا، پینپوینت های صوتی-مغناطیسی، ابزارهای TDR، سیستم های تست VLF و ردیاب های مسیر کابل است - همه برای دوام میدان، دقت اندازه گیری و ایمنی اپراتور طراحی شده اند.