eng
Выпуск #2/2009
В.Горохов, В.Скаковский.
Технология измерений RFL для кабельных линий
Технология измерений RFL для кабельных линий
Просмотры: 2761
Измерения расстояния до утечки в кабельной линии связи остается важной задачей для эксплуатационных служб. Известны несколько методов дистанционного обнаружения места повреждения кабеля. Один из наиболее актуальных называют резистивным локатором утечки (RFL – Resistance Fault Locator). По сути, технология RFL использует хорошо известный принцип моста постоянного тока. Вместе с тем, это достаточно самостоятельный метод, отличающийся от традиционных мостов. Чем именно – этому вопросу посвящена данная статья.
Современный мост RFL
Метод RFL позволяет определить расстояние до места повреждения изоляции в кабельной линии связи (т.е. до места утечки вследствие пониженного сопротивления изоляции отдельной жилы кабеля). Как следует из названия, метод RFL основан на измерении сопротивления жилы (R1b) по постоянному току до места утечки (рис.1). Чтобы провести измерения, необходимо подать постоянное напряжение между поврежденной жилой и каналом утечки (другая жила, оболочка жилы, земля) и включить участок с R1b в электрическую цепь посредством другой, неповрежденной жилы (обратная жила) (см. рис.1б). Обратная жила выступает измерительным про водом вольтметра. По закону Ома, R1b = V/I. Зная удельное сопротивление проводника и площадь сечения жилы, несложно вычислить расстояние до места утечки.
Однако несмотря на очевидную простоту идеи, ее техническая реализация достаточно сложна. Прежде всего, сопротивление изоляции обратной жилы должно быть по крайней
мере в 400 раз больше сопротивления исследуемой утечки - только в этом случае вольтметр покажет падение напряжения именно на R1b. Для высокоомных утечек такое правило выполнить достаточно сложно. Ведь если сопротивление поврежденной изоляции составляет 50 МОм, необходимо найти обратный провод с изоляцией не хуже 20 ГОм. Это принципиальное ограничение локализации утечек.
При уровне напряжения 400 В, позволяющем исследовать кабели с характерным сопротивлением утечки до 50 МОм, ток утечки составляет всего 8 мкА. Поскольку испытательное напряжение подается на поврежденную жилу относительно земли, необходимо учитывать емкость проводника. При столь малом токе время заряда проводника становится ощутимым,для точных измерений необходимо дождаться завершения этого процесса. Специальные схемы должны ускорять заряд длинных линий, обладающих значительной емкостью.
Кроме того, при токе в 8 мкА для обеспечения точности измерений 0,1% разрешение амперметра должно быть не хуже 8 нА. Падение напряжения на участке медной жилы диа-
метром 1,2 мм и длиной 1 км составляет всего 130 мкВ. Соответственно, это напряжение необходимо измерять с точностью не хуже 0,15 мкВ.
Немаловажно, что на практике измерения необходимо проводить на линиях, в которых всегда есть помехи, зачастую превышающие уровень полезного сигнала. Процессы,
как правило, нестабильны и все измерения необходимо проводить одновременно.
Исторически для решения этих проблем поврежденная жила включалась в схему классического моста (Муррея или Варлея). Мост уравновешивался, что позволяло достичь достаточной чувствительности метода и защиты от помех. В современных методах этого эффекта достигают за счет применения многоразрядного АЦП и цифровой обработки сигнала. Причем классические мостовые методы интегрированы в один измерительный процесс.
Метод Купфмюллера
Если не удается подобрать обратную жилу, сопротивление изоляции которой в 400 раз выше, чем у поврежденной, корректные измерения R1b невозможны. Но есть одно исключение – когда обе жилы повреждены в одном месте (например, повреждена муфта). В этом случае используют метод Купфмюллера (К-тест) (рис.2). Зная соотношение сопротивлений изоляции двух жил – плохой (Rут_b) и относительно хорошей (Rут_a) – можно определить место повреждения обычным мостовым методом. Для этого сначала необходимо на холостом ходу непосредственно измерить коэффициент К, отражающий отношение сопротивления изоляции двух жил: K = 2 Rут_b / (Rут_a - Rут_b).
Коэффициент К показывает поправку, которую вносит метод Купфмюллера в мостовые измерения. Если Rут у хорошей жилы гораздо больше, чем у плохой, то К → 0 и случай
сводится к обычному мостовому измерению. Коэффициент К позволяет оценить и погрешность обычных мостовых методов измерений. Если 0,01 < К < 0,1, то обычный мостовой метод даст ошибку порядка 1–10% длины кабеля, погрешность же метода Купфмюллера будет пренебрежимо мала. При 0,1 < К < 1 погрешность стандартных мостовых методов превысит 10%, поэтому применим только К-тест.
Отметим, что если жилы повреждены не в одном месте, то метод Купфмюллера неприменим. В этом случае К-тест пока-зывает дополнительную погрешность измерений мостовым методом из-за плохого соотношения изоляции жил.
Интегральная реализация мостовых методов в приборах ирк-про
Описанные методики измерений реализованы в приборах серии ИРК-ПРО компании "Связьприбор". Во всех моделях ИРК-ПРО обычный мостовой метод и метод Купфмюллера интегрированы в один измерительный процесс. Измерителю не приходится выбирать нужный метод, так как процедура измерения использует их последовательно. Как организован этот процесс, лучше всего проиллюстрировать на приборе ИРК-ПРО "Гамма" (рис.3).
Измерения представлены на экране прибора в виде про-токола, отражающего последовательность действий измери-теля. Результаты прибор автоматически заносит в протокол, который заполняется сверху вниз (рис.4).
На первом этапе измеритель выбирает плохую и хорошую жилу, измеряя сопротивление изоляции. При этом он контро-лирует соотношение сопротивлений изоляции жил, измеряя коэффициент К (рис.5). Второй этап сводится к измерению R1b. Прибор по описанной мостовой схеме сначала измеря-ет сопротивление шлейфа, а затем резистивное расстояние до утечки R1b, которое сравнивает с полным сопротивлением жилы (полученным из сопротивления шлейфа). Расстояние до повреждения выражается в процентах длины кабеля (рис.6).
Полученное значение прибор корректирует с помощью коэффициента К, измеренного на этапе выбора жил. Если
К > 0,1 ("желтая опасность"), то пользоваться результатами измерений можно, только если измеритель уверен, что жилы А и В повреждены в одном месте. Иначе погрешность может превысить 10% длины кабеля, хотя по Купфмюллеру поправка составляет всего 1,9%.
По умолчанию прибор выдает расстояние до поврежде-ния в процентах длины кабеля. Чтобы перевести его в мет-ры, необходимо знать длину кабеля. Этот параметр измери-тель вводит вручную или извлекает из памяти прибора (ес-ли она там хранится). Если длина кабеля неизвестна, можно воспользоваться сервисной функцией: прибор пересчитает шлейф в длину по выбранной марке кабеля с учетом темпе-ратуры грунта. Отметим, что кабель может состоять из учас-тков с разными диаметрами жил. В таком случае необходимо указать длину и диаметр жилы на каждом участке. Длину ка-беля (и диаметр жил) можно записать в специальный список кабелей в памяти прибора. Перед измерениями достаточно выбрать нужный кабель из списка – и прибор сразу будет указывать расстояние до утечки в метрах.
Благодаря интерфейсу USB, приборы ИРК-ПРО легко под-ключаются к компьютерам (ПК). Если компьютер оснащен ОС Windows 2000/XP, то ИРК-ПРО "Гамма" виден как USB-диск. Это позволяет легко скопировать все данные из солидной па-мяти прибора (1 Гбайт). Так, удобнее сначала внести кабель в список на ПК и уже затем переписать в память прибора. Спис-ками кабелей можно обмениваться между приборами ИРК-ПРО разных моделей и версий. Список кабелей можно отре-дактировать и хранить как базу данных для приборов ИРК-ПРО. Плановые измерения документируются и сохраняются.
Таким образом, метод RFL использует принцип моста пос-тоянного тока и известные физические методы измерений. Вместе с тем, он отличается современными средствами из-мерения и обработки результатов, организацией и сервис-ным обеспечением измерительного процесса. Сочетание этих возможностей помещает измерителя в дружественную среду, что повышает эффективность его работы. Это важно для облегчения трудоемких измерений и правильной интер-претации полученных результатов. Недаром среди измери-телей бытует шутка, похожая на правду: если выдан невер-ный результат, "второй раз копает измеритель".
Метод RFL позволяет определить расстояние до места повреждения изоляции в кабельной линии связи (т.е. до места утечки вследствие пониженного сопротивления изоляции отдельной жилы кабеля). Как следует из названия, метод RFL основан на измерении сопротивления жилы (R1b) по постоянному току до места утечки (рис.1). Чтобы провести измерения, необходимо подать постоянное напряжение между поврежденной жилой и каналом утечки (другая жила, оболочка жилы, земля) и включить участок с R1b в электрическую цепь посредством другой, неповрежденной жилы (обратная жила) (см. рис.1б). Обратная жила выступает измерительным про водом вольтметра. По закону Ома, R1b = V/I. Зная удельное сопротивление проводника и площадь сечения жилы, несложно вычислить расстояние до места утечки.
Однако несмотря на очевидную простоту идеи, ее техническая реализация достаточно сложна. Прежде всего, сопротивление изоляции обратной жилы должно быть по крайней
мере в 400 раз больше сопротивления исследуемой утечки - только в этом случае вольтметр покажет падение напряжения именно на R1b. Для высокоомных утечек такое правило выполнить достаточно сложно. Ведь если сопротивление поврежденной изоляции составляет 50 МОм, необходимо найти обратный провод с изоляцией не хуже 20 ГОм. Это принципиальное ограничение локализации утечек.
При уровне напряжения 400 В, позволяющем исследовать кабели с характерным сопротивлением утечки до 50 МОм, ток утечки составляет всего 8 мкА. Поскольку испытательное напряжение подается на поврежденную жилу относительно земли, необходимо учитывать емкость проводника. При столь малом токе время заряда проводника становится ощутимым,для точных измерений необходимо дождаться завершения этого процесса. Специальные схемы должны ускорять заряд длинных линий, обладающих значительной емкостью.
Кроме того, при токе в 8 мкА для обеспечения точности измерений 0,1% разрешение амперметра должно быть не хуже 8 нА. Падение напряжения на участке медной жилы диа-
метром 1,2 мм и длиной 1 км составляет всего 130 мкВ. Соответственно, это напряжение необходимо измерять с точностью не хуже 0,15 мкВ.
Немаловажно, что на практике измерения необходимо проводить на линиях, в которых всегда есть помехи, зачастую превышающие уровень полезного сигнала. Процессы,
как правило, нестабильны и все измерения необходимо проводить одновременно.
Исторически для решения этих проблем поврежденная жила включалась в схему классического моста (Муррея или Варлея). Мост уравновешивался, что позволяло достичь достаточной чувствительности метода и защиты от помех. В современных методах этого эффекта достигают за счет применения многоразрядного АЦП и цифровой обработки сигнала. Причем классические мостовые методы интегрированы в один измерительный процесс.
Метод Купфмюллера
Если не удается подобрать обратную жилу, сопротивление изоляции которой в 400 раз выше, чем у поврежденной, корректные измерения R1b невозможны. Но есть одно исключение – когда обе жилы повреждены в одном месте (например, повреждена муфта). В этом случае используют метод Купфмюллера (К-тест) (рис.2). Зная соотношение сопротивлений изоляции двух жил – плохой (Rут_b) и относительно хорошей (Rут_a) – можно определить место повреждения обычным мостовым методом. Для этого сначала необходимо на холостом ходу непосредственно измерить коэффициент К, отражающий отношение сопротивления изоляции двух жил: K = 2 Rут_b / (Rут_a - Rут_b).
Коэффициент К показывает поправку, которую вносит метод Купфмюллера в мостовые измерения. Если Rут у хорошей жилы гораздо больше, чем у плохой, то К → 0 и случай
сводится к обычному мостовому измерению. Коэффициент К позволяет оценить и погрешность обычных мостовых методов измерений. Если 0,01 < К < 0,1, то обычный мостовой метод даст ошибку порядка 1–10% длины кабеля, погрешность же метода Купфмюллера будет пренебрежимо мала. При 0,1 < К < 1 погрешность стандартных мостовых методов превысит 10%, поэтому применим только К-тест.
Отметим, что если жилы повреждены не в одном месте, то метод Купфмюллера неприменим. В этом случае К-тест пока-зывает дополнительную погрешность измерений мостовым методом из-за плохого соотношения изоляции жил.
Интегральная реализация мостовых методов в приборах ирк-про
Описанные методики измерений реализованы в приборах серии ИРК-ПРО компании "Связьприбор". Во всех моделях ИРК-ПРО обычный мостовой метод и метод Купфмюллера интегрированы в один измерительный процесс. Измерителю не приходится выбирать нужный метод, так как процедура измерения использует их последовательно. Как организован этот процесс, лучше всего проиллюстрировать на приборе ИРК-ПРО "Гамма" (рис.3).
Измерения представлены на экране прибора в виде про-токола, отражающего последовательность действий измери-теля. Результаты прибор автоматически заносит в протокол, который заполняется сверху вниз (рис.4).
На первом этапе измеритель выбирает плохую и хорошую жилу, измеряя сопротивление изоляции. При этом он контро-лирует соотношение сопротивлений изоляции жил, измеряя коэффициент К (рис.5). Второй этап сводится к измерению R1b. Прибор по описанной мостовой схеме сначала измеря-ет сопротивление шлейфа, а затем резистивное расстояние до утечки R1b, которое сравнивает с полным сопротивлением жилы (полученным из сопротивления шлейфа). Расстояние до повреждения выражается в процентах длины кабеля (рис.6).
Полученное значение прибор корректирует с помощью коэффициента К, измеренного на этапе выбора жил. Если
К > 0,1 ("желтая опасность"), то пользоваться результатами измерений можно, только если измеритель уверен, что жилы А и В повреждены в одном месте. Иначе погрешность может превысить 10% длины кабеля, хотя по Купфмюллеру поправка составляет всего 1,9%.
По умолчанию прибор выдает расстояние до поврежде-ния в процентах длины кабеля. Чтобы перевести его в мет-ры, необходимо знать длину кабеля. Этот параметр измери-тель вводит вручную или извлекает из памяти прибора (ес-ли она там хранится). Если длина кабеля неизвестна, можно воспользоваться сервисной функцией: прибор пересчитает шлейф в длину по выбранной марке кабеля с учетом темпе-ратуры грунта. Отметим, что кабель может состоять из учас-тков с разными диаметрами жил. В таком случае необходимо указать длину и диаметр жилы на каждом участке. Длину ка-беля (и диаметр жил) можно записать в специальный список кабелей в памяти прибора. Перед измерениями достаточно выбрать нужный кабель из списка – и прибор сразу будет указывать расстояние до утечки в метрах.
Благодаря интерфейсу USB, приборы ИРК-ПРО легко под-ключаются к компьютерам (ПК). Если компьютер оснащен ОС Windows 2000/XP, то ИРК-ПРО "Гамма" виден как USB-диск. Это позволяет легко скопировать все данные из солидной па-мяти прибора (1 Гбайт). Так, удобнее сначала внести кабель в список на ПК и уже затем переписать в память прибора. Спис-ками кабелей можно обмениваться между приборами ИРК-ПРО разных моделей и версий. Список кабелей можно отре-дактировать и хранить как базу данных для приборов ИРК-ПРО. Плановые измерения документируются и сохраняются.
Таким образом, метод RFL использует принцип моста пос-тоянного тока и известные физические методы измерений. Вместе с тем, он отличается современными средствами из-мерения и обработки результатов, организацией и сервис-ным обеспечением измерительного процесса. Сочетание этих возможностей помещает измерителя в дружественную среду, что повышает эффективность его работы. Это важно для облегчения трудоемких измерений и правильной интер-претации полученных результатов. Недаром среди измери-телей бытует шутка, похожая на правду: если выдан невер-ный результат, "второй раз копает измеритель".
Отзывы читателей
