Контактный метод. Поиск повреждения кабеля штырями

 

Самый простой и самый точный метод поиска повреждений. Основан на измерении шагового напряжения вдоль трассы кабеля (кабель подключается кгенератору переменного тока). Огромный выигрыш в точности достигается из-за абсолютной привязки к местности. Простота в наглядности: где стрелочка «забегала» там и копай. Для поиска повреждений применяли и применяют старенькие КИ4-П, ИМПИ-2, ИМПИ-3, относительно новый «Поиск» и возможно что-то ещё. Некоторые простые кабелеискатели, например белорусской фирмы «Лёс», снабжаются штырями вроде бы для того же, но пользоваться ими удобно только на коротких трассах или предполагая точный район поиска. Впрочем, можно искать повреждения с помощью генератора и наушников или даже телефонной трубкой, но это уже «экстрим».

Поиск повреждения заключается в измерении уровня сигнала генератора вдоль трассы кабеля. Для этого штыри, подключённые к прибору, втыкают в землю, один непосредственно по трассе кабеля, другой в метре от неё. (не дляИМПИ-3) Наблюдают за показанием индикатора, затем перемещаются на 1 – 1,5 метра по трассе и вновь втыкают штыри. Действия измерителя во многом напоминают движения лыжника, а измерительные штыри его палки, только лыж не хватает, для полного комплекта. Имеет значение расстояние между штырями в момент замера. Большему расстоянию соответствует большее показание индикатора. Для наглядности вид сверху на предполагаемую трассу и повреждение на ней.

Рисунок 3.8 - Показания прибора-индикатора при поиске повреждения кабеля измерением шагового напряжения утечки (штырями)

 

Обычно поиск начинают от кабельного ящика с установленным генератором. Возле оконечного устройства показания индикатора всегда завышены. Сказывается близость генератора и малая глубина залегания кабеля. Не всегда вынос заземления генератора на 15 метров избавляет от его влияния. Если повреждение находится на большом расстоянии от генератора или очень мало по сопротивлению (5-10 кОм), то индикатор может зашкаливать на некотором расстоянии от оконечного устройства. Если вас это смущает, вынесете заземление ещё дальше. По длине трассы возможна достаточно большая разбежка в показаниях прибора. Вызвана она может быть разными причинами:

1. Низкая глубина залегания кабеля.

2. Особенности грунта. В болоте и на влажной глине показания больше.

3. Наличие металлических предметов вблизи кабеля.

На рисунке обозначена как неоднородность показаний. Часто подобные неоднородности принимают за повреждения, раскапывают грунт, и повреждений не находят. Есть несколько хитростей помогающих не ошибиться. 1. Повреждение, как правило «фиксируется», то есть показания индикатора резко возрастают в одной точке, а не на протяжении нескольких метров. 2. Максимум показаний индикатора должен быть соизмерим с величиной сопротивления повреждения. Если у вас повреждение в 7 кОм и ток утечки генератора большой, а стрелка индикатора отклоняется только в среднем диапазоне, то стоит пройти по трассе дальше. 3. На повреждении часто возможна проверка на минимум. Если один штырь воткнуть в 70 см до повреждения, а другой в 70 см после него индикатор покажет минимум. Возникновение такого эффекта точный признак повреждения, но он не возникнет, если повреждений несколько. 4. Если есть сомнения, стоит «прощупать» всю трассу. При подходе к месту повреждения показания индикатора увеличиваются в несколько раз, часто прибор просто зашкаливает даже при минимальном усилении. Причём подобная картина может наблюдается на протяжении 5 – 10 метров. В этом случае свои способы: 1. Можно уменьшить расстояние между штырями и пройти этот участок, втыкая штыри на расстоянии 20-30 см друг от друга. 2. Один штырь просто берут в руку, а поиск производят, втыкая только один. В этом случае ток протекает через подошвы и тело человека, сильно ослабляясь и давая возможность определить повреждение с точностью до 40 см. Несколько отличается методика поиска с комплектом ИМПИ-3. Тут штыри втыкаются вдоль трассы на расстоянии 5-10 метров друг от друга и поиск несколько усложняется. К слову этот прибор долгое время у нас считался самым чутким. Мне удавалось засечь им повреждения в 2-3 мегома, что с другими комплектами получается редко. Только описывать их уже не имеет смысла мало их «живых» осталось. Повреждения более 50 кОм часто «сохнут». Выражается это в том, что проходишь всю трассу, а стрелка индикатора так ни где и не «запрыгала». Отключаем генератор, мерим изоляцию, а там уже не 70 кОм, а 6 мегом как это лечить не знаю. Можно посоветовать мостовые схемы, определитесь точнее с районом поиска, а уже потом включайте генератор. На однопарном неэкранированном кабеле с помощью штырей хорошо ищутся обрывы, лучше, чем катушкой. «Клюшка» замолкает за 5- 10 метров от обрыва, а штыри «ведут» до самого конца. В тоже время бесполезно искать обрывы в кабеле с целым экраном, ток генератора равномерно «расползётся» по экрану и разницы вы не услышите.

 

4 Защита сооружений связи от внешних воздействий

 

4.1 Электромагнитная совместимость

 

Источники сторонних полей условно делят на две группы: внешние – энергетически и конструктивно не связанные с линией связи, и внутренние – соседние физически и искусственные цепи данной линии связи.

Внешниеисточники помех делятся следующим образом: - естественные – грозовые разряды, солнечная радиация, космическое из­лучение, магнитные бури; - созданные человеком – высоковольтные линии передач, радиостанции различного назначения, линии электрифицированных железных дорог, метро и трамвая, электрические сети промышленных предприятий и отдельных энергоемких устройств. Мероприятия, проводимые по устранению внешних влияний на ОК, описаны далее.

 

4.1.1 Защита ОК, проложенных в междугородной кабельной канализации, от опасных электромагнитных воздействий

 

Одним из важнейших факторов обеспечения надежной работы подземных оптических кабельных линий передачи является своевременная и технически правильно выполненная защита их от ударов молнии в процессе проектирования, строительства и эксплуатации. Оптические кабельные линии передачи магистральной и внутризоновых сетей связи могут быть сданы в постоянную эксплуатацию, если будут выполнены все мероприятия, предусмотренные проектом защиты ОК

 

4.1.2 Виды опасных воздействий грозовых разрядов на оптические кабели и характере их повреждений

 

Интенсивность грозовых разрядов (ударов молнии) характеризуется величиной тока молнии. Ток единичного грозового разряда состоит из импульсной и постоянной составляющих. Величина тока молнии импульсной составляющей грозового разряда колеблется от нескольких килоампер до сотен килоампер. Средняя величина тока молнии при грозовом разряде в землю равна 30 кА. Форма импульса тока молнии характеризуется длительностью фронта τ мкс и длительностью спада импульса до половины амплитуды тока t мкс. Импульс обозначается τ/t. Средний ток молнии имеет форму импульса 5/65. За импульсной составляющей следует постоянная составляющая тока грозового разряда, которая характеризуется величиной и длительностью протекания тока молнии. Средняя величина постоянной составляющей тока грозового разряда равна 100 А. Длительность постоянной составляющей в среднем равна 30-50 мс. Число повторных импульсов в образовавшемся канале грозового разряда изменяется в широких пределах. Среднее число импульсов в грозовом разряде равно 3. Редко наблюдается число импульсов в разряде молнии, превышающее 10. Величина общего заряда, стекающего в землю по каналу многократной молнии колеблется от 10 до 80 Кл (в среднем 20 Кл). Ожидаемое число и объем повреждений ударами молнии, возникающих в течение года на подземном оптическом кабеле, зависят от ряда факторов: - интенсивности грозовой деятельности; - амплитуды и формы импульса тока молнии; - удельного сопротивления, влажности и геологического строения грунта; - рельефа местности; - наличия вблизи кабеля возвышающихся объектов; - молниестойкости кабеля. Интенсивность грозовой деятельности в конкретно рассматриваемой местности определяется по удельной плотности ударов молнии в землю (ожидаемое число ударов молнии в 1 км поверхности земли за год), исходя из среднегодовой продолжительности гроз в часах. Стойкость оптических кабелей к ударам молнии (молниестойкость) определяется допустимым током молнии в металлической оболочке (бронепокрове) ОК, при котором не возникает повреждения кабеля с перерывом связи. Молниестойкость ОК зависит от механической прочности кабеля (и, в первую очередь, к раздавливающим усилиям), тепловых характеристик кабельных материалов, проводимости металлических оболочек (бронепокрова), электрической прочности изоляции жил ДП, оболочек и других металлических элементов. ОК, выдерживающие ток молнии 105 кА и выше, относятся к первой категории, 80 кА и выше, но не более 105 кА - ко второй категории, 55 кА и выше, но не более 80 кА - к третьей категории по молниестойкости. ОК, выдерживающие ток молнии менее 55 кА, относятся к четвертой категории. Опасным ударом молнии называется такой удар, при котором возникает повреждение ОК с перерывом связи. Наибольшая плотность наземных грозовых разрядов наблюдается в зонах тектонических разломов, характеризующихся низкими удельными сопротивлениями грунтов по сравнению с удельными сопротивлениями прилегающих горных пород, и в местах контакта двух различных геологических пород, отличающихся по величине удельного сопротивления. Возвышающиеся объекты (опоры воздушных линий связи, ВЛС и электропередачи, ВЛ, мачты радиобъектов, отдельные деревья, лес и т. п.), находящиеся вблизи трассы ОК, ориентируют на себя наземные грозовые разряды, что повышает при прочих равных условиях число повреждений кабеля, проложенного на открытой местности. Различают следующие виды опасных воздействий разрядов молнии на ОК: грозовые перенапряжения, электродинамические и термические воздействия. Кабели одновременно подвергаются всем видам воздействий. Электродинамические воздействия создают наиболее серьезные повреждения ОК, которые возникают в результате интенсивного испарения воды во влажном грунте или битумного (гидрофобного) состава, наложенного поверх бронепокрова, и резкого повышения давления при контакте с высокотемпературным каналом молнии в месте входа тока молнии в кабель. Наблюдаются прогибы и вмятины на бронелентах, оболочке и сердечнике со смятием и растрескиванием трубок оптических модулей и изоляции жил дистанционного питания (ДП). Термические воздействия тока молнии вызывают перегрев бронепокрова и жил ДП, по которым течет ток, вплоть до их разрушения, оплавление и прожог оболочек и лент бронепокрова, расплавление и разрушение трубок оптических модулей и изоляции жил ДП в результате интенсивного выделения тепла в месте контакта с каналом молнии. Под грозовым перенапряжением понимается обусловленное ударом молнии повышенное напряжение в различных цепях ОК, вызывающее пробои изоляции и прекращение действия связи.

 

4.1.3 Защитные мероприятия и оценка их эффективности

 

Защита оптических кабельных линий передачи от ударов молнии может быть осуществлена следующими способами: -путем прокладки полностью неметаллических ОК; -путем прокладки ОК повышенной молниестойкости; -с помощью проложенных в земле параллельно ОК защитных проводов (тросов). Выбор той или иной защитной меры или комплекса защитных мер устанавливается проектной или эксплуатирующей организацией, исходя из экономической целесообразности на основании нормативных указаний.

 

4.1.4 Защита оптических кабелей с помощью подземных проводов

 

Защитные провода, проложенные в земле над ОК, перехватывают разряд молнии и, следовательно, уменьшают вероятность поражения ОК ударами молнии. Защитное действие проложенных в земле проводов характеризуется коэффициентом защитного действия S_пр, показывающим отношение вероятного числа повреждений ОК при наличии защитного провода к вероятному числу повреждений при его отсутствии. В таблице 4.1 приведены коэффициенты защитного действия одного и двух проводов типа ПС-70 для различных значений удельного сопротивления грунта и расстояния между проводами. Коэффициенты получены при прокладке защитных проводов на глубине 0,4 м от поверхности земли, расстояние между кабелем и тросом при защите одним тросом и между кабелем и плоскостью защитных проводов при защите двумя тросами 0,5 м. Расчет защиты проводами производится следующим образом. Если вероятное число повреждений ОК на данном участке превышает допустимое, то в качестве защитной меры может быть выбран один защитный провод. Вероятное число повреждений кабеля после прокладки одного защитного провода находится умножением коэффициента защитного действия, определяемого из таблицы 4.1, на вероятное число повреждений ОК при отсутствии провода.

 

Таблица 4.1 - Вероятное число повреждений кабеля после прокладки одного защитного провода

Удельное сопротивление грунта, Ом∙м	Коэффициент защитного действия
одного провода	двух проводов при расстоянии между проводами rин м
0,4	1,0	2,0	4,0
	0,03	0,02	0,002	0,001	0,40
	0,18	0,15	0,06	0,03	0,32
	0,25	0,21	0,10	0,06	0,19
	0,34	0,28	0,16	0,09	0,13
	0,41	0,31	0,22	0,15	0,18
	0,63	0,54	0,48	0,41	0,23
	0,73	0,63	0,58	0,49	0,36
	0,78	0,69	0,63	0,55	0,44
	0,82	0,77	0,71	0,64	0,52

 

Если найденная величина числа повреждений меньше или равна допустимой, то для защиты достаточно одного защитного провода. Если n>n_о то следует взять два защитных провода, после чего опять находится вероятное число повреждений ОК с двумя защитными проводами. Защита оптического кабеля с помощью проводов в количестве более двух не предусматривается. Наилучшие результаты при защите ОК двумя проводами дает их прокладка симметрично относительно ОК на расстоянии два метра друг от друга при удельном сопротивлении грунта до 1000 Ом∙м и на расстоянии четыре метра друг от друга при удельном сопротивлении грунта свыше 1000 Ом∙м. При прокладке ОК по открытой местности, вдоль леса, ВЛС или ВЛ защитные провода прокладываются на глубине 0,4 м от поверхности земли. В грунтах V группы и выше, а также в грунтах IV группы, разрабатываемых взрывным способом или отбойными молотками, защитные провода прокладываются на глубине равной половине глубины прокладки ОК. В случае прокладки ОК по пашне, глубина прокладки проводов выбирается на 0,2 м ниже глубины вспашки. Допускается уменьшение принятой глубины прокладки защитных проводов на 25%. Если ОК проложен по открытой местности и по условиям расчета выбран один защитный провод, последний прокладывается над ОК. При прокладке двух защитных проводов последние следует располагать симметрично над кабелем с расстоянием между проводами от 0,4 м до 4 м. Если ОК прокладывается вдоль леса, ВЛС или ВЛ и между ОК и лесом необходимо проложить защитный провод, последний прокладывается на расстоянии 1 м от ОК при удельном сопротивлении грунта до 1000 Ом∙м и 2 м - при удельном сопротивлении грунта более 1000 Ом∙м. Дополнительный защитный провод с противоположной стороны ОК прокладывается симметрично на том же расстоянии от ОК. Диаметр защитного провода должен быть не менее 4 мм для биметаллического провода и не менее 9,4 мм для стального оцинкованного провода (соответствуют проводу ПС-70). Для замены одного провода типа ПС-70 другими типами стальных проводов необходимо брать оцинкованные провода такого диаметра и в таком количестве, чтобы общее сечение их было не менее 70 мм. В этом случае последние должны прокладываться вместе в одной траншее. Защитные провода с оболочкой и бронепокровом ОК не соединяются. Специальные заземления по длине защитного провода не делаются. На каждом участке защитные провода плавно (с радиусом не менее 3 м) отводятся в сторону от ОК под прямым углом на расстояние равное 15 м, и на концах провода оборудуется заземлителъ с сопротивлением не более 10 Ом при удельном сопротивлении грунта свыше 100 Ом∙м, 20 Ом при удельном сопротивлении грунта ρ₃ свыше 100 до 300 Ом∙м, 30 Ом при р₃ свыше 300 до 500 Ом∙м, 50 Ом при ρ₃ свыше 500 до 1000 Ом∙м и 60 Ом при ρ₃ свыше 1000 Ом∙м. Защитный провод должен заканчиваться на расстоянии не менее 25 м от регенерационного пункта (НРП и ОРП). Продление защитного провода мимо НРП на соседний регенерационный участок недопустимо. Выполняется отвод защитного провода в сторону от ОК. На стыках отдельные строительные длины защитных проводов соединяются между собой пайкой, сваркой или обжимами

 

4.2 Принцип экранирования

 

Для уменьшения электрического и магнитного влияния на внешнее про­странство активно применяются экраны. В технике связи и радиотехнике эк­раны оцениваются через экранное затухание А_Э, характеризующее величину затухания, вносимого экраном. Для магнитного поля затухание экранирова­ния определяется по формуле (2.25) (при n=1):

 

. (4.1)

 

Для электрического поля (2.26) (при n=1):

 

, (4.2)

 

где k_M = - коэффициент распространения в металле (коэффици­ент вихревых токов); k_Д=ω - коэффициент распространения в диэлек­трике; Δ- толщина экрана; r_Э - радиус экрана; J₁ и H₁ - цилиндрические функции первого (Бесселя) и третьего (Хенкеля) родов; J₁' и H₁' - производ­ные этих функций; Z₀ = - волновое сопротивление диэлектрика пло­ской волны; Z_M = = - волновое сопротивление металла.

Экраны работают в трех режимах: - низкочастотная область - электромагнитостатический режим; - высокочастотная область - электромагнитный режим; - сверхвысокочастотная область - волновой режим. Электростатическое и магнитостатическое экранирование имеют прин­ципиальное различие. Электромагнитное экранирование состоит в замыка­нии электрического поля на поверхности металлической массы экрана и пе­редачи электрических зарядов на землю или корпус прибора. Магнитоста­тическое экранирование основано на замыкании магнитного поля в толще экрана, происходящее вследствие его повышенной магнитопроводности.

Волновые сопротивления диэлектриков определяются по формулам:

 

(4.3)

 

,

. (4.4)

 

Эффективность экранов, предусмотренных для защиты от внешних ис­точников помех и от взаимных влияний между цепями, расположенными в общем кабеле, имеет существенные различия. При защите от внешних помех большое значение играют цепи оболочка-земля. Здесь велика роль состав­ляющих продольных токов, и необходимо учитывать действие как вихревых (А_Э), так и продольных (А_ПР) токов. Для цепей, расположенных в общем ка­беле, преобладает эффект вихревых токов, и в первом приближении он оп­ределяет защитное действие экрана. Результирующее экранное затухание А_Э.РЕЗ определяется экранированием от вихревых(А_Э) и продольных (А_ПР) токов, протекающих в оболочке кабеля. Формулы для расчета А_Э (2.25) и (2.26). Величина А_ПР рассчитывается по формуле (2.29), дБ:

 

, (4.5)

 

 

где L_ВШ – внешняя индуктивность цепи оболочка-земля, равная 2х10^-6Гн/м; = - сопротивление оболочки, Ом/м, где Z_M = = ;r – радиус оболочки; k = ; Δ – толщина оболочки.

Для низких частот сопротивление оболочки равно сопротивлению по­стоянного тока Z_ОБ = R₀ = 1/2πrσΔ. Эта формула справедлива для немагнитных экранов до 10 кГц, для магнитных - до 1кГц.

 

 

5 Защита сооружений связи от коррозии

 

5.1 Коррозия. Виды коррозии

 

Коррозия – это процесс разрушения металлических оболочек кабелей (свинцовых, стальных, алюминиевых), а также защитных и экранирующих покровов (стальной брони, медных и алюминиевых экранов) вследствие химического, механического и электрического воздействия окружающей среды. Различают следующие основные типы коррозий: почвенную (электрохимическую), электрокоррозию (коррозию блуждающими точками) и межкристаллическую. В условиях эксплуатации могут действовать все три вида коррозий. В зависимости от характера взаимодействия оболочки кабеля и почвы, в которой он находится, а также от происхождения блуждающего тока, вдоль кабеля образуются анодные, катодные или знакопеременные зоны. Для того чтобы защитить кабель, который прокладывают в открытый грунт, в его конструкции присутствуют металлические элементы. Они расположены непосредственно под защитной оболочкой: проволочная и стальная ленточная броня, а также силовой центральный элемент. В процессе эксплуатации именно эти металлические части подвергаются коррозии.

 

5.2 Почвенная коррозия

 

Почвенная коррозия вызывается электрохимическим взаимодействием металла с окружающей средой. Основными причинами, вызывающими почвенную коррозию, являются: содержание в почве влаги, органических веществ, солей, кислот, неоднородность химического состава грунта, насыщенность грунта кислородом. В результате действия этих факторов на поверхности металла образуются гальванические пары, что сопровождается циркуляцией тока между металлом и окружающей средой, возникают анодные и катодные зоны, металлическая оболочка кабеля разрушается.
Интенсивность коррозии зависит от состояния почвы, которая характеризуется удельным сопротивлением грунта и показателем кислотности грунта pH. По удельному сопротивлению грунты подразделяются на три категории:
-низкоагрессивные (песчаные, глинистые, каменистые, );
-среднеагрессивные (суглинистые, лесные, слабые чернозёмы, );
-высокоагрессивные (торфяники, чернозёмы, перегной, ).
По химическому содержанию (показатели кислотности pH) грунты также делятся на три категории (рисунок 10.2):

1) - кислотные грунты, содержащие растворы кислот (торф, перегной, чернозём, отходы производства);

2) - нейтральные грунты (песок, глина, каменистый грунт);

3) - щелочные грунты, содержащие натриевые, калиевые, кальциевые и др. соли (известь, удобрения, зола и др.).

 

-интенсивность коррозии

Рисунок 10.2 – Интенсивность коррозии а) и подверженность коррозии различных металлов б)

 

Различные металлы по – разному подвержены коррозии. Свинец разрушается главным образом в щелочных средах. Алюминий подвержен коррозии и в щелочных и в кислотных средах. На сталь мало влияет щелочная среда.
Интенсивность почвенной коррозии возрастает при увеличении влажности среды, её насыщенности кислородом.

 

5.3 Коррозионная агрессивность грунта

 

Грунт – очень агрессивная коррозионная среда, которая состоит из множества элементов. Коррозионная агрессивность почвы (грунта) определяется некоторыми факторами: влажностью, рН, аэрацией, составом почвы, пористостью, электропроводностью. По коррозионной активности грунты различают: высокой, средней, низкой агрессивности. Глинистые грунты способны долго удерживать в себе влагу, за счет чего считаются наиболее агрессивными в коррозионном отношении.

Песчаные в коррозионном отношении практическиинертны. Торфяные, глинистые, болотные почвы, содержащие большое количество органических кислотобладают сильным негативным воздействием на находящийся в них металл. рН этих грунтов имеет повышенное либо пониженное значение (оптимальное значение – 6 – 7,5), за счет чего коррозионные процессы ускоряются. Влага, которая находится в почве, ускоряет прохождение процессов коррозии, превращая почвенную среду в электролит, и способствует прохождению именно электрохимических коррозионных процессов. Влага легче проходит сквозь почву, если почва имеет более пористую структуру. При наличии в грунте растворенных солей и различных минералов он становится более электропроводным, электродные процессы на катоде и анодепротекают легче, что является причиной увеличения скорости почвенной коррозии. Высокая неоднородность грунта также влияет на скорость почвенной коррозии. Возникают гальванические элементы, из-за которых коррозионное разрушение носит неравномерный характер. В грунтах живет множество различных микроорганизмов, которые оказывают очень большое влияние на коррозионную агрессивность почв. Коррозионное разрушение, вызванное наличием и жизнедеятельностью живых организмов носит название – биокоррозия. Микроорганизмы в почве могут существовать при наличии кислорода и без него. Среди бактерий, которые оказывают очень сильное влияние на почвенную коррозию, можно выделить серобактерии, железобактерии и анаэробные сульфатредуцирующие бактерии.