Отечественные и зарубежные неавтоматические локационные искатели повреждений по типу измерения можно разделить на искатели с отсчетом результата измерения по масштабу линии развертки ЭЛТ и искатели с отсчетом результата измерения по калиброванной задержке развертки.
Применяется, хотя и редко, комбинированный отсчет, например, в искателях серии FOG (ГДР).
Первый тип, по которому выполнялись отечественные приборы ИЛ-1, ИКЛ-3, ИКЛ-4, ИКЛ-5, Р5-1А и многие зарубежные приборы, обладает принципиально и практически меньшей точностью и худшими условиями для оператора, чем второй. Поэтому с середины 60-х годов устройства первого типа вновь не разрабатываются. Однако в эксплуатации еще находится много таких приборов. При отсчете по линии развертки из-за ее нелинейности и нестабильности непосредственно снижается точность измерений.
На основе анализа зарубежных конструкций в СССР были разработаны и внедрены первые отечественные неавтоматические искатели Р5-5 и Р5-9 с отсчетом по калиброванной задержке развертки 155, 56].
Рис. 6.11. Структурная схема (а) и временная диаграмма работы (б) прибора Р5-5.
Структурная схема прибора Р5-5 представлена на рис. 6.11, а, а соответствующие ей временные соотношения — на рис. 6.11, б. Для обеспечения точности измерения временных интервалов в приборе применен опорный генератор 1 с кварцевой стабилизацией. На основе его сигнала блок синхроимпульсов 2 формирует последовательность импульсов, используемых для генератора тактовых импульсов 3 и блока задержки развертки 4. В зависимости от положения переключателя 4а на выходе блока 4 обеспечивается задержка tз,р выходного импульса по отношению к тактовому на дискретное число высокоточных интервалов.
Тактовые импульсы запускают также блок 7 задержки генератора зондирующих монополярных импульсов 8. Выходные импульсы блока 7 являются пусковыми для генератора 8. Задержка tз,г, обеспечиваемая блоком 7, плавно меняется оператором. Максимальное время этой задержки достаточно для перекрытия одного дискретного интервала задержки tз,р, так что требования к точности плавно регулируемой части задержки менее жесткие, чем при отсчете расстояния по линии развертки. Зондирующие импульсы из блока 8 поступают в линию, а отраженные от места повреждения или неоднородности сигналы через усилитель 9 попадают на пластины вертикального отклонения ЭЛТ индикатора 6. Развертка и подсвет луча ЭЛТ обеспечиваются блоком 5, который запускается каждый такт импульсом с выхода блока 4.
Переключая дискретную задержку развертки, жестко связанную с грубой (дискретной) шкалой прибора, оператор добивается положения отраженного импульса на экране ЭЛТ, максимально близкого к левому обрезу линии развертки. Далее, изменяя плавную задержку зондирующего импульса, жестко связанную с точной шкалой прибора, совмещают отраженный импульс с началом развертки («нуль-меткой»). Как следует из рис. 6.11, б, измеряемый временной интервал
При отсчете ЭЛТ играет лишь роль нуль-индикатора. Экран ЭЛТ также используется для отыскания нужного отраженного импульса при измерении развертки (просмотр линии).
Хорошие результаты дает изменение структурной схемы (рис. 6.11), обеспечивающее непосредственный отсчет расстояния в единицах длины на кабелях разных типов, т. е. при различных скоростях распространения импульсов. Для этой цели достаточно предоставить оператору техническую возможность одновременно и пропорционально изменять частоту опорного генератора 1 (без кварцевой стабилизации) и наклон характеристики задержки 7 генератора зондирующих импульсов.
При ОМП оператор сначала ведет измерение на известном отрезке той же линии (до места расположения соединительной муфты, конца кабеля) или на аналогичном кабеле известной длины. Установив отсчет расстояния на эту длину, оператор изменением указанных выше наклона и частоты добивается совмещения начала фронта импульса с «нуль-меткой». Масштаб отсчета при этом соответствует искомой скорости. После этого можно производить отсчет расстояния до места повреждения непосредственно в метрах. Эталонное и измеряемое расстояния должны быть близки, чтобы не внести погрешности за счет разного искажения формы импульсного сигнала. Указанное изменение структуры реализовано в приборе Р5-9.
В соответствии с типовым проектом, выпущенным институтом «Энергосетьпроект», искатели типа Р5-5 или Р5-10 устанавливаются на всех подстанциях 110 кВ и выше как средство дополнительное к ФП. Фактически на подавляющем большинстве подстанций СССР, на которых нет автоматических локационных искателей, установлены неавтоматические локаторы.
Примечание. Приведенные типы универсальных искателей применяются
Технические характеристики Р5-5 и Р5-10 в сравнении с зарубежными аналогами приведены в табл. 6.1, а характеристики искателя Р5-9 и ряда аналогичных зарубежных приборов — в табл. 6.2.
Первым в мировой практике ОМП неавтоматическим локационным искателем с преобразованием и статистической обработкой импульсных сигналов был прибор Р5-8 (разработан в СССР). Его структурная схема, хотя по существу реализует операции, соответствующие схеме рис. 5.13, но значительно сложнее последней. Это обусловлено необходимостью удовлетворения требованиям стабильности, точности и удобства работы с прибором.
для ОМП воздушных линий» силовых КЛ» кабельных и проводных линий связи.
Таблица 6.2
Рис. 6.12. Структурная схема прибора Р5-8.
Рис. 6.13 Эпюры напряжений к схеме по рис. 6.12.
Структурная схема прибора Р5-8 представлена на рис. 6.12, а характеризующие ее эпюры напряжений — на рис. 6.13. Преобразователь 1 постоянного напряжения питания в прямоугольное выполняет одновременно функции тактового генератора, вырабатывающего меандры (рис. 6.13, а), которые поступают на вход блока импульсов управления 2. Этот блок формирует на выходе I меандры
вдвое меньшей частоты (рис. 6.13, б) и на выходе II — однополярные прямоугольные импульсы (рис. 6.13, в). Последние запускают генератор 5, вырабатывающий на выходе I короткие импульсы (рис. 6.13, г), идущие через коммутатор 4 на запуск генератора зондирующих импульсов 5 (рис. 6.13, б), и на выходе II линейно-изменяющееся напряжение (рис. 6.13, ж), поступающее на вход I компаратора 6. Зондирующие импульсы поступают в кабель и отражаются от места повреждения (рис. 6.13, е).
Компаратор 6 имеет еще вход II, на котором оператор, производящий измерение, устанавливает потенциометром тот. или иной уровень напряжения. Так как на выходе компаратора выделяется импульс в момент достижения линейно-изменяющимся напряжением установленного уровня (пунктир на рис. 6.13, ж), то интервал времени между зондирующим импульсом и импульсом (рис. 6.13, з) с выхода компаратора 6 пропорционален показанному пунктиром уровню напряжения. Этот интервал времени прямо пропорционален расстоянию до просматриваемой оператором точки линии. Поэтому потенциометр на входе II блока 6 отградуирован в метрах.
Импульсы с выхода компаратора 6 синхронно запускают генератор измерительных импульсов 7 (рис. 6.13, и), подключенный выходом к входу II импульсного модулятора 5. На вход / этого модулятора поступает напряжение с контролируемого (измеряемого) кабеля, состоящее каждый нечетный такт из зондирующих и отраженных импульсов вместе с помехами (коммутатор 4 замкнут) и каждый четный такт — только из помех (коммутатор 4 разомкнут).
С выхода модулятора 8 импульсы (рис. 6.13, к) поступают в усилитель-расширитель 9, который увеличивает их длительность, сохраняя амплитуду. Расширенные импульсы через переключатель 10 поочередно поступают каждый нечетный такт на один из конденсаторов (интеграторов) 11 и каждый четный такт—на другой (рис. 6.13, л, м). Напряжение с конденсаторов 11 с помощью второго переключателя 12 поступает на вход II модулятора 8, обеспечивая отрицательную обратную связь для его устойчивой и точной работы в большом динамическом диапазоне. Через сотни тактов в замкнутом контуре блоков 8, 9, 10, 11, 12 отрабатывается установившийся режим и на конденсаторах 11 устанавливается напряжение ΔU, пропорциональное импульсному напряжению на кабеле в точке просмотра, т. е. соответствующее заданному временному сдвигу относительно зондирующего импульса (рис. 6.13, н). Разностное напряжение ΔU измеряется прибором 13 (обычно магнитоэлектрическим миллиамперметром). Помехи при этом вычитаются, т. е. компенсируются. По мере того как оператор перемещает на входе II блока 6 ручку потенциометра, связанную с отградуированной в метрах шкалой, показание прибора 13 изменяется соответственно изменяющемуся импульсному напряжению на кабеле.
Точка шкалы потенциометра, в момент прохождения которой прибор 13 начинает давать резкое отклонение (фронт отраженного импульса), соответствует расстоянию до места повреждения. Поскольку заметное перемещение ручки потенциометра происходит небыстрее чем за секунду, то за это время проходят тысячи тактов (частота 10 кГц) и успевают установиться напряжения на конденсаторах 11, Поэтому показание прибора 13 устойчиво соответствует ординате импульса в данной точке линии.
Таким образом, оказывается осуществленным преобразование импульсных (мгновенных) напряжений в пропорциональные им постоянные. В приборе гораздо проще осуществляется повышение точности и разрешающей способности (расширение полосы частот), чем при обычном способе локации, так как широкая полоса частот требуется лишь во входной части прибора (до преобразования). В Р5-8 отсутствует ЭЛТ, в результате чего устройство становится в несколько раз дешевле, чем приборы аналогичного назначения, не имеющие преобразования импульсных сигналов. При необходимости иметь изображение ИХ используется прибор Р5-8/1, отличающийся от Р5-8 наличием приставки для записи их на бумаге. Приставка вырабатывает относительно медленное линейно-изменяющееся напряжение, заменяющее напряжение от потенциометра на входе II блока 6, а прибор 13 выполняется регистрирующим. Сравнительные технические характеристики локатора Р5-8 (Р5-8/1) и прибора Tektronix (производство США) приведены в табл. 6.3.
При коротких зондирующих импульсах (2—5 нс) подключение прибора к концам разделки кабеля (0,7—1,5 м), находящимся в воздухе, вызывает почти полное отражение импульса от начала собственно кабеля. Возникают паразитные колебания, не позволяющие осуществлять ОМП [57]. Положение существенно улучшается, если присоединение выполнять путем прокалывания изоляции иглами непосредственно на входе кабеля (при этом иглы осуществляют контакт с жилами).
Амплитуда проникающего в кабель импульса в этих условиях составляет около половины амплитуды зондирующего импульса напряжения, паразитные колебания уменьшаются в 12—15 раз, проведение ОМП оказывается возможным.
Импульсами длительностью меньше 2 нс можно зондировать кабели, имеющие специальные согласующие разъемы. Для силовых КЛ такие разъемы не разработаны. Нет и практической необходимости использования более коротких зондирующих импульсов.
Подавляющее большинство повреждений силовых КЛ имеет несимметричный характер. Обычные же неоднородности КЛ симметричны.
Как следует из теории распространения и отражения импульсных сигналов в симметричных линиях, рассмотренной в гл. 4, при несимметричных повреждениях отраженные импульсы на разных жилах (проводах) различны. От симметричных неоднородностей отраженные импульсы на жилах одинаковы. Это обстоятельство позволяет использовать сравнение отраженных импульсов на разных жилах при различных схемах подключения генератора и приемника импульсов для выявления МП. Наиболее совершенные современные неавтоматические локационные искатели для линий имеют специальную конструкцию входных устройств, позволяющую подключить к прибору сразу все три жилы (провода) и заземление. В процессе измерений вручную или автоматически осуществляются подключения генератора и приемника прибора к различным жилам или между жилами в различных комбинациях.
Сравнение их может выполняться с помощью зарисовки или автоматически путем наложения изображений специальным коммутатором. Так, при однополюсном КЗ на жиле А и подключении генератора и приемника между жилами В и С отраженных импульсов от места повреждения не будет. При включении же по схеме А—В или А—С будут одинаковые отраженные импульсы. Отметим, что по этим схемам четкость и точность ОМП для однополюсного КЗ или обрыва выше, чем для случая включения генератора и приемника по схеме «поврежденный провод А—земля».
Особенно эффективно выявление несимметричных повреждений с помощью «электрического вычитания». Эта операция осуществляется следующим образом. Генератор зондирующих импульсов включается по схеме «поврежденная жила — неповрежденная жила», приходящие одновременно по обеим жилам импульсы суммируются. Отражения от всех симметричных неоднородностей, имея разные полярности и одинаковую величину, компенсируются и не попадают на индикатор прибора. Это относится и к ответвлениям, и к концу КЛ. Отражения от несимметричного повреждения, неодинаковые на жилах, при этом четко фиксируются на индикаторе прибора. Такими устройствами снабжены, в частности, приборы Р5-10 (СССР) и FOG-211 (ГДР). При отсутствии автоматического переключения жил и «электрического вычитания» у используемых в электрических сетях приборов можно воспользоваться специальной приставкой, описанной в [58].
Приборы типов Р5-8 и Р5-9 с разрешающей способностью соответственно 0,2 и 1 м успешно используются для ОМП внутренних проводок, а также проводок и кабелей машин, механизмов, сооружений, кораблей, самолетов и т. п. Применяются они также для отыскания мест замыкания жилы на оболочку кабеля в сетях 127—380 В. Вследствие относительно больших переходных сопротивлений (см. гл. 2) другие методы и устройства в этом случае непригодны. С помощью искателей Р5-8 и Р5-9 удается четко фиксировать импульсы, отраженные от мест замыкания с переходным сопротивлением в несколько десятков Ом.
Применяя локаторы типов Р5-5 и Р5-10 для определения мест устойчивых повреждений на ВЛ, необходимо серьезное внимание уделять вопросам техники безопасности. При этом используются решения двух видов.
1. Зондирование ВЛ осуществляют радиоимпульсами через фильтр присоединения и конденсатор связи. В этом случае к серийным приборам изготавливают специальные приставки, состоящие из генератора радиоимпульсов и схемы управления им. Генератор напряжением от нескольких сотен вольт до 3 кВ работает синхронно с прибором Р5-5 (Р5-10), на экране которого фиксируются отраженные импульсы. Такие приставки изготовляют, например, в Мосэнерго.
2. Зондирование ВЛ осуществляют видеоимпульсами. В этом случае прибор может устанавливаться непосредственно на открытой подстанции и соединяться с ВЛ по схеме рис. 6.14, а. Однако при нормальной эксплуатации установка прибора на открытой подстанции не рекомендуется. Прибор следует размещать на щите управления и соединять его с открытым распредустройством кабелем.
Рис. 6.14. Схемы присоединения неавтоматических искателей к ВЛ на открытых подстанциях.
а и б — несимметричные схемы с расположением прибора на подстанции и на щите управления соответственно; в — симметричная схема с расположением прибора на щите управления; а — схема с использованием заградителя линии; 1 — линия; 2 — дроссель; 3 — прибор; 4 — конденсатор; 5 и 6 — разрядники; 7 — шинка; 8 — штанга; 9 — заземляющий разъединитель; 10 — заградитель.
При этом вдоль ячеек открытой подстанции прокладывается специальная шинка 7 (рис. 6.14, б) или пара шинок (рис. 6.14, в). Изолированной штангой 8 можно соединять шинку с любой отключенной от высокого напряжения линией.
Наводимые на отключенной ВЛ потенциалы промышленной частоты и ее гармоник можно сделать безопасными для измерений, если использовать высокочастотный заградитель 10, соединяемый с прибором по схеме рис. 6.14, г.