روند توسعه فناوری تشخیص و آزمایش کابل های برق

[خلاصه] کابل‌های برق، چه روی ماشین‌آلات نصب شده باشند و چه زیر زمین دفن شده باشند، پس از استفاده طولانی‌مدت دچار خرابی‌های اجتناب‌ناپذیری می‌شوند که زندگی شهروندان و کسب‌وکارها را مختل می‌کند. خرابی‌های جدی حتی می‌توانند باعث آتش‌سوزی‌های جدی و تلفات جانی شوند.

کابل‌های برق، چه روی ماشین‌آلات نصب شده باشند و چه زیر زمین دفن شده باشند، پس از استفاده طولانی‌مدت دچار خرابی‌های اجتناب‌ناپذیری می‌شوند که زندگی شهروندان و کسب‌وکارها را مختل می‌کند. خرابی‌های جدی حتی می‌توانند باعث آتش‌سوزی‌های جدی و تلفات جانی شوند. کابل‌های برق دفن‌شده بسیار پنهان هستند و تشخیص عیب و مکان‌یابی دقیق را دشوار می‌کنند و مانع از تعمیر و نگهداری کابل می‌شوند. با توجه به نقش مهم کابل‌های برق در مناطق شهری و ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها، فناوری تست تشخیصی کابل برق توجه قابل‌توجهی را از سوی فعالان صنعت به خود جلب کرده است. 1. مروری بر فناوری‌های تست تشخیصی کابل برق
1.1 فناوری‌های تست سنتی
روش DC superposition، روش مؤلفه DC و روش تلفات دی‌الکتریک TGδ همگی روش‌های تست سنتی کابل برق هستند که معمولاً استفاده می‌شوند. در حالی که نمی‌توان ارزش کاربردی آن‌ها را به‌طور کامل انکار کرد و آن‌ها مرجعی برای تشخیص عیوب برق ارائه می‌دهند، این فناوری‌های سنتی در نهایت برای تست و تشخیص کابل‌های برق فوق‌العاده ولتاژ بالا نامناسب هستند و دامنه کاربرد آن‌ها را به‌طور قابل‌توجهی محدود می‌کنند.
1.2 فناوری‌های تست جدید
① فناوری تست اتصال کابل
یک بررسی آماری از خرابی‌های کابل برق در حین کار نشان داد که بیش از 90٪ از خرابی‌های کابل در اتصالات کابل رخ می‌دهد. اضافه بار و مقاومت تماسی در کابل‌های برق در حال کار می‌تواند باعث افزایش دمای اتصال شود که منجر به پیری و خرابی سریع می‌شود. استفاده از فناوری تست اتصال کابل برای اندازه‌گیری دمای اتصال و تجزیه و تحلیل آن بر اساس داده‌های دمای اتصال در زمان واقعی، درک جامع‌تری از وضعیت عملکرد کابل برق ارائه می‌دهد و امکان اقدامات پیشگیرانه فعال را برای کاهش احتمال خرابی فراهم می‌کند.
② فناوری تست فرکانس فوق‌العاده بالا
اگر یک کابل برق، فرکانس پالس تخلیه موضعی بالایی را تجربه کند، گرفتن آن سیگنال تخلیه موضعی مستلزم افزایش فرکانس نمونه‌برداری ابزار تست برای به حداقل رساندن آلودگی نویز خارجی است. فناوری تشخیص فرکانس فوق‌العاده بالا از حسگرهای تخلیه جزئی پهن‌باند و روش‌های کوپلینگ الکترومغناطیسی برای تشخیص پدیده‌های تخلیه جزئی در محدوده فرکانس 10 کیلوهرتز تا 28 مگاهرتز با نتایج تشخیص رضایت‌بخش استفاده می‌کند.
③ فناوری کوپلینگ الکترومغناطیسی
این فناوری سیگنال جریان تخلیه جزئی سیم ارت یک کابل برق پلی‌اتیلن متقاطع را با دو خط ذکر شده در بالا از طریق تعامل یک حلقه اندازه‌گیری و یک خط کوپلینگ الکترومغناطیسی متصل می‌کند. این کار سیگنال محلی را تقویت کرده و تداخل نویز را کنترل می‌کند.
2. توسعه و کاربرد فناوری تست تشخیصی کابل برق
2.1 فناوری تشخیص آنلاین
① تبدیل موجک: این فناوری نیازمند استفاده از فیلترها است. برخی مطالعات دو روش برای اندازه‌گیری فواصل خطا پیشنهاد کرده‌اند—تشخیص تک‌سر و تشخیص همزمان دو سر. مطالعات دیگر از تبدیل موجک برای فاصله‌یابی موج سیار تک‌سر استفاده کرده‌اند و مشکل انتخاب بین سرعت انتشار موج سیار و زمان رسیدن را حل کرده‌اند. تجربه عملی گسترده تأیید کرده است که دقت این فناوری فاصله‌یابی موج سیار تک‌سر به‌طور کامل استانداردهای مکان‌یابی دقیق خطا را در محل خطا برآورده می‌کند. مطالعات دیگر به بررسی نظارت آنلاین بر خطای کابل و روش‌های اندازه‌گیری دقیق فاصله کابل پرداخته‌اند و به اندازه‌گیری فاصله خطای کابل با استفاده از فناوری تبدیل موجک پرداخته‌اند. ② سیستم خبره در زمان واقعی: این فناوری که بر اساس خدمات از راه دور شبکه توسعه یافته است، به مکان‌یابی خطای کابل می‌پردازد. تحقیقات نشان می‌دهد که سیستم‌های خبره مبتنی بر حفاظت رله می‌توانند از طریق تشخیص یکپارچه زبان C، نوع خطا و RMS جریان کابل‌های برق را شناسایی کرده و در نهایت مکان خطا را مشخص کنند.
③ شبکه علّی: یک شبکه علّی از گره‌ها تشکیل شده است: علائم، علل اولیه، حالت‌ها و فرضیه‌ها. گره‌های علامت، علائم گره‌های حالت را نشان می‌دهند، مانند عملکرد حفاظتی که نشان‌دهنده قطع مدارشکن است؛ علل اولیه، علت اولیه خطای کابل را نشان می‌دهند؛ گره‌های حالت، حالت یک دامنه خاص را نشان می‌دهند، مانند خطای مدارشکن؛ و فرضیه‌ها، فرضیه‌های تشخیصی را برای سیستم تحقیق نشان می‌دهند. برخی از محققان با استفاده از مفهوم محدودیت‌های زمانی در اطلاعات هشدار، شبکه علّی را گسترش داده‌اند تا یک شبکه علّی زمانی جدید بسازند و یک فناوری تشخیص خطای کابل برق را بر اساس این شبکه توسعه داده‌اند.
2.2 تکنیک‌های تشخیص آفلاین
① روش پالس ولتاژ پایین: یک سیگنال پالس ولتاژ پایین از طریق یک ترمینال تست وارد کابل می‌شود. یک ابزار، اختلاف زمان (Δt (μs)) بین پالس ارسالی و پالس بازتابی دریافت شده در نقطه خطا را ثبت می‌کند و سپس فاصله خطا را محاسبه می‌کند. اگر سرعت انتشار سیگنال در یک کابل برق v (m/μs) باشد، آنگاه فاصله خطای کابل l = v × Δt/2.
② روش ولتاژ پالس: این روش یک سیگنال پالس تولید شده توسط تخلیه در نقطه خطا را دریافت می‌کند. تجهیزات ولتاژ بالا برای ایجاد تخلیه در نقطه خطا در کابل استفاده می‌شود و یک سیگنال پالس تولید می‌کند. سپس ابزار، سیگنال تخلیه را از نقطه خطا در انتهای تست دریافت می‌کند و فاصله تا نقطه خطا بر اساس زمانی که برای دریافت سیگنال طول می‌کشد، محاسبه می‌شود. با این حال، این روش ممکن است خطرات ایمنی را به همراه داشته باشد زیرا اتصال الکتریکی بین بخش ولتاژ بالا و تستر را به‌طور کامل جدا نمی‌کند.
③ روش جریان پالس: این روش مشابه روش ولتاژ پالس عمل می‌کند، اما از یک کوپلر جریان استفاده می‌کند و بخش ولتاژ بالا را به‌طور کامل جدا می‌کند و ایمنی را تضمین می‌کند.
④ روش پالس ثانویه: این یک روش اندازه‌گیری فاصله خطا بسیار پیشرفته است. اصل فنی این است که ولتاژ بالا را به کابل معیوب اعمال کنید و یک قوس ولتاژ بالا ایجاد کنید. این کار یک اتصال کوتاه با مقاومت کم ایجاد می‌کند که سپس می‌توان آن را با استفاده از روش پالس ولتاژ پایین تشخیص داد.
2.3 فناوری مکان‌یابی خطای کابل برق
هنگامی که مسیر و فاصله کابل معیوب اندازه‌گیری شد، مکان تقریبی نقطه خطا را می‌توان تعیین کرد. با این حال، برای مکان‌یابی دقیق‌تر خطا، فناوری مکان‌یابی خطا مورد نیاز است. ① فناوری تشخیص صوتی: یک دستگاه تخلیه برای ایجاد ارتعاشات در نقطه خطا استفاده می‌شود. هنگامی که ارتعاشات به زمین می‌رسند، از یک پیکاپ ارتعاش برای دریافت سیگنال صوتی از نقطه خطا استفاده می‌شود که امکان تعیین مکان خاص خطا را فراهم می‌کند. فناوری تشخیص صوتی می‌تواند برای هرگونه تشخیص خطای کابل که در آن یک سیگنال پالس ولتاژ بالا یک صدای تخلیه را در نقطه خطا ایجاد می‌کند، استفاده شود.
② فناوری همگام‌سازی صوتی-مغناطیسی: تخلیه در نقطه خطا همزمان امواج صوتی و الکترومغناطیسی را تولید می‌کند که امکان مکان‌یابی دقیق خطا را فراهم می‌کند. یک سیگنال پالس ولتاژ بالا به کابل معیوب اعمال می‌شود. در حین تخلیه، هم یک سیگنال صوتی و هم یک سیگنال میدان مغناطیسی پالسی در نقطه خطا تولید می‌شود، اما این سیگنال‌ها با سرعت‌های متفاوتی منتشر می‌شوند. از حداقل اختلاف زمان انتشار برای مکان‌یابی نقطه خطا استفاده می‌شود.
③ فناوری حسگر صوتی: تکنسین‌ها از گوش خود برای شناسایی قدرت سیگنال صوتی استفاده می‌کنند و در نهایت مکان خطای کابل را تعیین می‌کنند. یک سیگنال جریان صوتی 1 کیلوهرتز یا فرکانس‌های دیگر بین دو فاز کابل یا بین غلاف فلزی و یک فاز اعمال می‌شود. این کار یک سیگنال الکترومغناطیسی صوتی تولید می‌کند که یک میدان مغناطیسی قوی را مستقیماً بالای یک خطای مدار باز نزدیک یا یک خطای اتصال کوتاه فلزی ایجاد می‌کند و در نتیجه نقطه خطا را مکان‌یابی می‌کند.