روند توسعه فناوری تشخیص و آزمایش کابل های برق

چه در ماشین‌آلات نصب شده باشد و چه در زیر زمین دفن شده باشد، کابل‌های برق به ناچار با گذشت زمان مستعد خرابی هستند و زندگی شهروندان و مشاغل را مختل می‌کنند. خرابی‌های شدید حتی می‌تواند باعث آتش‌سوزی‌های جدی و تلفات جانی شود. کابل‌های برق دفن شده بسیار پنهان هستند و تشخیص عیب و مکان‌یابی دقیق را دشوار می‌کنند و مانع از نگهداری کابل می‌شوند. با توجه به نقش مهم کابل‌های برق در شهرها و ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها، فناوری تست تشخیصی کابل برق توجه قابل توجهی را از سوی افراد داخلی صنعت به خود جلب کرده است.
1. مروری بر فناوری‌های تست تشخیصی کابل برق
1.1 فناوری‌های تست سنتی
روش سوپرپوزیشن DC، روش مؤلفه DC و روش تلفات دی‌الکتریک TGδ همگی روش‌های تست سنتی کابل برق هستند که معمولاً استفاده می‌شوند. در حالی که نمی‌توان ارزش آن‌ها را به طور کامل انکار کرد و آن‌ها مرجعی برای تشخیص عیوب ارائه می‌دهند، این فناوری‌های سنتی در نهایت برای آزمایش و تشخیص کابل‌های برق با ولتاژ فوق‌العاده بالا نامناسب هستند و دامنه کاربرد آن‌ها را به طور قابل توجهی محدود می‌کنند.
1.2 فناوری‌های تست جدید
① فناوری تست اتصال کابل
یک نظرسنجی آماری از خرابی‌های کابل برق در حین کار نشان داد که بیش از 90 درصد از خرابی‌های کابل در اتصالات کابل رخ می‌دهد. در کابل‌های برق در حال کار، اضافه بار و مقاومت تماسی می‌تواند باعث افزایش دمای اتصال شود که منجر به پیری و خرابی سریع می‌شود. استفاده از فناوری بازرسی اتصال کابل برای نظارت بر دمای اتصال و تجزیه و تحلیل داده‌های دمای اتصال در زمان واقعی به اپراتورها اجازه می‌دهد تا درک جامع‌تری از شرایط عملکرد کابل برق به دست آورند و به طور فعال اقدامات حفاظتی را برای کاهش احتمال خرابی اجرا کنند.
② فناوری بازرسی فرکانس فوق‌العاده بالا
اگر کابل برق فقط یک فرکانس پالس تخلیه موضعی بالا را تجربه کند، گرفتن سیگنال تخلیه موضعی مستلزم افزایش فرکانس نمونه‌برداری ابزار بازرسی برای به حداقل رساندن تداخل نویز خارجی است. فناوری بازرسی فرکانس فوق‌العاده بالا از یک سنسور تخلیه جزئی پهن باند و کوپلینگ الکترومغناطیسی برای تشخیص تخلیه جزئی در محدوده فرکانس 10 کیلوهرتز تا 28 مگاهرتز استفاده می‌کند و به نتایج رضایت‌بخشی دست می‌یابد.
③ فناوری کوپلینگ الکترومغناطیسی
این فناوری سیگنال جریان تخلیه جزئی سیم ارت یک کابل برق پلی اتیلن متقاطع را از طریق عملکرد ترکیبی یک حلقه اندازه‌گیری و یک خط کوپلینگ الکترومغناطیسی به دو خط ذکر شده متصل می‌کند. این سیگنال موضعی را تقویت می‌کند و تداخل نویز را به حداقل می‌رساند. 2. توسعه و کاربرد فناوری تست تشخیصی کابل برق
2.1 فناوری تشخیص آنلاین
① تبدیل موجک: این فناوری نیاز به استفاده از فیلترها دارد. برخی از مطالعات دو روش برای اندازه‌گیری فواصل خطا پیشنهاد کرده‌اند—تشخیص تک‌سر و تشخیص همزمان دو سر. مطالعات دیگر از تبدیل موجک برای انجام 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 به طور کامل استانداردهای مکان‌یابی دقیق خطا را در محل خطا برآورده می‌کند. مطالعات دیگر نظارت آنلاین بر عیوب کابل و روش‌های اندازه‌گیری دقیق فاصله کابل را بررسی کرده‌اند 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 اندازه‌گیری فاصله خطای کابل می‌پردازد. برخی از مطالعات نشان داده‌اند که سیستم‌های خبره مبتنی بر حفاظت رله می‌توانند از زبان C برای تشخیص یکپارچه برای تعیین نوع خطا و مقدار RMS جریان کابل‌های برق استفاده کنند و در نهایت محل خطا را با دقت مشخص کنند. ③ شبکه علّی: گره‌هایی از جمله علائم، علل اولیه، حالت‌ها و فرضیه‌ها یک شبکه علّی را تشکیل می‌دهند. گره‌های علامت، علائم گره‌های حالت را نشان می‌دهند، مانند اینکه یک اقدام حفاظتی یک علامت از قطع شدن یک کلید مدار است. علل اولیه، علت اولیه یک خطای کابل را نشان می‌دهند. گره‌های حالت، حالت یک مؤلفه خاص را در دامنه نشان می‌دهند، مانند چالش یک کلید مدار. 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 تکنیک تشخیص خطای کابل برق را بر اساس این شبکه پیشنهاد کرده‌اند.
2.2 تکنیک‌های تشخیص آفلاین
① روش پالس ولتاژ پایین: یک سیگنال پالس ولتاژ پایین از طریق ترمینال تست وارد کابل می‌شود. دستگاه اختلاف زمان (Δt) بین پالس ارسالی و پالس منعکس شده دریافت شده در نقطه خطا را ثبت می‌کند و سپس فاصله خطا محاسبه می‌شود. اگر سرعت انتشار سیگنال در کابل برق v (m/μs) باشد، آنگاه فاصله خطای کابل l = v × Δt/2 است.
② روش ولتاژ پالس: این روش سیگنال پالس تولید شده توسط تخلیه در نقطه خطا را دریافت می‌کند. از تجهیزات ولتاژ بالا برای تخلیه یک کابل معیوب استفاده می‌شود و یک سیگنال پالس تولید می‌شود. سپس دستگاه سیگنال تخلیه را از خطا در انتهای تست دریافت می‌کند و فاصله تا خطا را بر اساس زمانی که برای دریافت سیگنال طول می‌کشد، محاسبه می‌کند. با این حال، این روش ممکن است خطرات ایمنی را به همراه داشته باشد زیرا فاقد جداسازی الکتریکی کامل بین بخش ولتاژ بالا و تستر است.

③ روش جریان پالس: این روش مشابه روش ولتاژ پالس عمل می‌کند، اما از یک کوپلر جریان استفاده می‌کند و بخش ولتاژ بالا را به طور کامل جدا می‌کند و اساساً ایمنی را تضمین می‌کند.

④ روش پالس ثانویه: این یک روش مکان‌یابی 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 خطا را به یک اتصال کوتاه با مقاومت کم تبدیل 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 خطا را می‌توان تعیین کرد. با این حال، برای مکان‌یابی دقیق‌تر خطا، فناوری مکان‌یابی خطا مورد نیاز است. ① فناوری تشخیص صوتی: از یک دستگاه تخلیه برای ایجاد ارتعاشات در نقطه خطا استفاده می‌شود. هنگامی که ارتعاشات به زمین می‌رسد، از یک پیکاپ ارتعاش برای دریافت سیگنال صوتی از نقطه خطا استفاده می‌شود و به تعیین مکان خاص خطا اجازه می‌دهد. فناوری تشخیص صوتی را می‌توان برای هر تشخیص خطای کابل که در آن یک سیگنال پالس ولتاژ بالا یک صدای تخلیه در نقطه خطا ایجاد می‌کند، استفاده کرد.
② فناوری همگام‌سازی صوتی-مغناطیسی: تخلیه در نقطه خطا همزمان امواج صوتی و الکترومغناطیسی را تولید می‌کند و 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 فرکانس دیگری بین دو فاز کابل یا بین غلاف فلزی و یک فاز اعمال می‌شود. این 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 مشخص می‌کند.