Определение мест повреждения кабельных линий: Поиск и определение места повреждения кабельных линий

Способы определения мест повреждения в кабельных линиях

При повреждении кабельной линии имеет большое значение быстрота ее ремонта, так как нарушается нормальная схема передачи электроэнергии, снижается надежность электроснабжения потребителей и ухудшаются технико-экономические показатели электрической сети. При прокладке кабеля в земле к указанным причинам необходимости ускоренного ремонта добавляется опасность проникновения влаги в изоляцию кабеля через отверстие в его оболочке и возможность интенсивного засасывания влаги по длине кабеля.
При быстром нахождении повреждения ремонт ограничивается короткой вставкой кабеля с монтажом двух муфт, а в благоприятных случаях — даже одной муфты. В противном случае приходится с обоих концов от места повреждения кабеля вырезать по несколько метров, а иногда по несколько десятков метров увлажненного кабеля. Это значительно усложняет и удорожает ремонт кабельной линии.
Быстрое и точное определение места повреждения в кабельных линиях осуществляется передвижными измерительными лабораториями, располагаемыми в крытом фургоне автомашины.

Внутри лаборатории монтируют прожигательную установку для уменьшения переходного сопротивления изоляции в поврежденном месте кабельной линии и последующего определения места повреждения специальными измерительными приборами, в частности:
– импульсным прибором Р5-8 или Р5-9 (измеритель неоднородностей кабелей) для определения характера повреждения и расстояния до места повреждения с диапазоном измерения от 1 до 10000 м;
– прибором Щ-4120 (или ЭМКС-58) комплектно с присоединительным устройством — для определения расстояния до места повреждения кабельной линии при заплывающих пробоях с диапазоном измерения от 40 до 20 000 м методом колебательного разряда;
– кабельным мостиком УКМ или другого типа — для определения места повреждения методом петли или емкостным методом;
– устройством для определения места повреждения акустическим методом непосредственно на трассе при условии, что в поврежденном месте может быть искусственно создан электрический разряд, прослушиваемый с поверхности земли;
– оборудованием и аппаратурой для определения места повреждения индукционным методом непосредственно на трассе.
При повреждении кабельной линии прежде всего необходимо определить характер повреждения. В большинстве случаев для этого бывает достаточно с помощью мегомметра определить с обоих концов линии: сопротивления изоляции каждой токоведущей жилы кабельной линии по отношению к земле; сопротивления изоляции между каждой парой токоведущих жил. Если мегомметром не удается определить характер повреждения изоляции, что иногда бывает, когда кабельная линия повреждена не во время работы, а при испытании, то характер повреждения определяют дополнительными повторными испытаниями изоляции токоведущих жил по отношению к металлической оболочке кабеля и между собой. В настоящее время характер повреждения определяют также импульсными приборами (ИКЛ-5, Р5-1А, Р5-5, Р5-8 и Р5-9).
После того, как произведены все необходимые измерения, составляют схему вида повреждения кабельной линии и выбирают метод, который для данного вида повреждения может дать наилучший результат.
Почти во всех случаях повреждений кабельных линий предварительно определяют зону повреждения на линии и после этого различными методами уточняют место повреждения непосредственно на трассе линии. Для определения зоны повреждения линии применяют следующие основные методы: импульсный, колебательного разряда, петли, емкостный. Для нахождения места повреждения непосредственно на трассе линии рекомендуется применять следующие основные методы измерений: акустический, индукционный, метод накладной рамки.
Импульсный метод основан на измерения времени между моментом посылки в кабель кратковременного импульса постоянного тока и приходом к месту установки прибора ИКЛ импульса, отраженного от места повреждения. При этом отраженный импульс при коротком замыкании жил кабеля своим острием направлен вниз, а при обрыве жил — вверх. На экране прибора при измерении видны линии масштабных отметок времени и импульса. Ручкой совмещения импульса совмещается импульс с началом масштабной отметки и производится отсчет числа отметок от начала импульса до его отражения.
Расстояние до места повреждения определяется по формуле:
Lx = vn,
где v = 160 м/мкс — скорость распространения импульса по кабельной линии, а n — количество масштабных отметок. Прибор Р5-9 в отличие от других моделей этого типа имеет встроенный автономный источник питания.
Метод колебательного разряда применяется для определения повреждений в кабельных линиях при заплывающих пробоях. Для измерения на поврежденную жилу подается напряжение от кенотронной выпрямительной установки. При пробое в кабеле происходит колебательный процесс. Метод основан на измерении периода собственных колебаний Т в момент пробоя электромикросекундомером тогда расстояние до места повреждения
Lx = 40Т,
где Т — время четырехкратного пробега волны до места повреждения.
Отсчет расстояния от места присоединения прибора до места заплывающего пробоя производят по шкале приборов, градуированной в километрах на четырех пределах: 0—1, 0—2, 0—5 и 0—10 км.
Метод петли применяется в случаях: повреждения одной или двух жил при наличии одной здоровой жилы в этом же кабеле; повреждения трех жил при наличии возможности использования рядом проложенного кабеля; повреждения трех жил, если величины переходных сопротивлений жил отличаются друг от друга более чем в 100 раз; если переходное сопротивление поврежденной жилы не превышает 5000 Ом при использовании моста низкого напряжения и при больших переходных сопротивлениях при работе мостом высокого напряжения.
Акустический метод (рис. 204) применяется в случаях:
– заплывающих пробоев в соединительных муфтах;
– устойчивых, но не металлических замыканий между одной из жил и оболочкой кабеля.
Метод основан на прослушивании над местом повреждений разрядов от посылаемых импульсов в кабельную линию. В качестве генератора импульсов применяют кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов может быть использована емкость неповрежденных жил.
Индукционный метод основан на принципе прослушивания с поверхности земли при помощи кабелеискателя звука, создаваемого электромагнитными колебаниями в результате протекания по жилам кабеля, тока звуковой частоты (800—1000 Гц).
С помощью индукционного метода определяют двух- и трехфазные замыкания устойчивого характера по величине переходного сопротивления в месте повреждения около 10 Ом.

Место повреждения определяется по изменениям звука в телефоне. Над местом повреждения звуковые сигналы будут усиливаться и за местом повреждения полностью исчезнут. Эти изменения улавливает оператор, идущий вдоль трассы кабельной линии
Метод накладной рамки применяется на открыто проложенных кабельных линиях, а в земле — отрытой траншее или специально отрытых шурфах по трассе линии для определения места повреждений на кабелях с отдельно освинцованными жилами. Он может быть использован и на кабелях с поясной изоляцией при пробоях одной жилы на оболочку или нескольких жил с большим переходным сопротивлением.

Способы и методы поиска мест повреждения кабельной линий

Автор Alexey На чтение 7 мин. Просмотров 638 Опубликовано 22.02.2017

Обновлено 22.02.2017

Если кабельная линия повреждена, то это чревато экономическими потерями при передачах электрического тока, может возникнуть короткое замыкание, что приведет к поломке запитанных приборов или подстанций. При нарушении целостности изоляционного материала может возникнуть опасность удара электрическим током.

Поиск повреждений кабельный линий

Повреждение линии может стать причиной отключения от электропитания жилых домов, хозяйственных объектов, системы управления и контроля цехов и предприятий, транспортных средств. Отыскивание нарушений в роботе кабельной линии имеет первоочередное значение.

Какие бывают повреждения

Подземные и надземные линии передачи электрического тока могут повреждаться по многим причинам. Самые распространены следующее ситуации:

1. Замыкание одной или более жил на землю;
2. Замыкание нескольких жил одновременно между собой;
3. Нарушение целостности жил и заземление их как оборванных;
4. Обрыв жил без заземления;
5. Возникновение коротких замыканий даже при незначительном повышении напряжения (заплывающий пробой), которые пропадают при нормализации напряжения;
6. Нарушение целостности изоляционного материала.

Для установления истинного типа нарушения передачи электроэнергии пользуются специальным прибором – мегаомметром.

Мегаомметр

Предполагаемый поврежденный кабель отсоединяют от источников питания и рабочего прибора. На обоих концах провода измеряют такие показатели:

• Фазной изоляции;
• Линейной изоляции
• Отсутствие нарушений целостности жил, проводящих электрический ток.

Этапы определение мест повреждения кабельных линий

Отыскивание проблематичных зон в кабеле включает три основных этапа, благодаря которым достаточно быстро устраняется нерабочий участок:

1. Прожигание кабеля – проводят для понижения сопротивления на поврежденном участке;

   Процесс прожигания кабеля

2. Поиск поврежденного участка;
3. Отыскание места повреждения кабеля (поврежденных жил).

Первый этап осуществляется с использованием специального оборудования. В этих целях используют трансформаторы, кенотрономы или же приборы способные генерировать высокие частоты. При прожигании за 20 — 30 сек показатель сопротивления значительно падает. Если в проводнике присутствует влага, то необходимая процедура прожигания проходит намного дольше и максимальное сопротивление, которого удается достигнуть составляет 2 -3 тыс Ом.

АИП-70 установка для прожигания кабеля

Намного дольше происходит этот процесс в муфтах, при этом показатели сопротивления могут изменятся волнообразно, то повышаются, то обратно падают. Процедуру прожигания проводят до тех пор, пока не наблюдается линейное понижение сопротивления.

Сложность определение места повреждения кабеля состоит в том, что длина кабельной линии может достигать несколько десятков километров. Поэтому на втором этапе нужно определить зону повреждения. Чтобы справиться с поставленной задачей используют эффективные методики:

• Методика измерения ёмкости проводника;
• Методика зондирующего импульса;
• Создание петли между жилами;
• Создание в проводнике колебательного разряда.

Выбор методики зависит от предполагаемого типа повреждений.

Емкостный метод

На основе емкости проводника вычисляют длину от свободного конца проводника до зоны разрыва жилы.

Схема определения повреждений емкостным методом

Применяя переменный и постоянный ток измеряют емкость жилы, что повреждена. Расстояние измеряют, основываясь на том, что емкость проводника напрямую зависит от его длины.

с1/lx = c2/l – lx,

где, c1 и c2 – емкость кабеля на обоих концах, l –длина исследуемого проводника, lх – искомое растения до места предполагаемого обрыва.

Из представленной формулы не трудно определить длину кабеля до зоны обрыва, которая равняется:

lх = l * c1/(c1 + c2).

Импульсный метод

Методика применима практически во всех случаях повреждения проводника, за исключением заплывающих пробоев, причиной которых является повышенная влажность. Поскольку в таких случаях сопротивление в проводнике свыше 150 Ом, что является недопустимым для импульсного метода. Он основывается на подаче, с помощью переменного тока, импульса-зонда к поврежденной области и улавливании ответного сигнала.

Временная развертка зондирующих отраженных сигналов при импульсном методе определения мест повреждения: 1, 2, …, m – единичные процессы, повторяющиеся с частотой 500 — 1000 Гц.

Эта процедура осуществляется с помощью специального оборудования. Поскольку скорость передачи импульса постоянная и составляет 160 метров за микросекунду, то легко рассчитать расстояние до зоны повреждения.

Проверка кабеля производится на приборе ИКЛ-5 или же ИКЛ-4.

Прибор ИКЛ-5

Экран сканера отображает импульсы разной формы. Исходя из формы можно примерно определить тип повреждения. Также импульсный метод дает возможность найти место где возникло нарушение в передаче электрического тока. Хорошо данный метод работает если оборвана одна или несколько жил, а плохой результат получается при коротком замыкании.

Метод петли

В этом методе применяется специальный мост из переменного тока, позволяющий измерять изменения сопротивления. Создание петли возможно при наличии хотя бы одной рабочей жили в кабеле. Если возникла ситуация с обрыванием всех жил, следует воспользоваться жилами кабеля, что располагается параллельно. При соединении перебитой жилы с рабочей по одну сторону проводника образуется петля. К противоположной стороне жил подсоединяют мост, который может регулировать сопротивление.

Схема определения повреждений кабеля методом петли

Поиск повреждения силового кабеля при помощи данной методики имеет ряд недостатков, а именно:

• Продолжительное время подготовки и измерений;
• Полученные измерения не совсем точны.
• Необходимо наличие закороток.

В силу этих причин метод применяют крайне редко.

Метод колебательного РАЗРЯДА

Используют метод если причиной повреждения послужил заплывающий пробой. Метод подразумевает использование кенотронной установки, от которой по поврежденной жиле подается напряжение. Если в процессе работы возникает пробой в кабеле, там обязательно формируется разряд с устойчивой частотой колебаний.

Учитывая тот факт, что электромагнитная волна имеет постоянную скорость, то можно легко определить место повреждения на линии. Это можно сделать, сопоставив периодичность колебания и скорость.

Схема определения повреждений методом колебательного разряда

Установив область повреждения, в предполагаемую зону отправляют оператора, который найдет точку повреждения силового кабеля. Для этого используют уже совсем другие методы, такие как:

• Акустическое улавливание искрового разряду;
• Метод индукции;
• Метод вращающейся рамки.

Акустический метод

Этот вариант отыскивания повреждения используется для подземных линий. При этом оператору нужно создать искровой разряд в мести нарушения работы кабеля в земле. Метод работает в случае если в точке повреждения есть возможность создать сопротивление более 40 Ом. Сила звуковой волны, которую может создать искровой разряд, зависит от глубины, на которой размещается кабель, а также от структуры грунта.

Схема определения повреждений акустическим методом

На открытых трассах не рекомендуется применять акустический метод, поскольку звук по металлической трубке распространяется в широком диапазоне и распознать точны источник звука сложно.

В качестве прибора способного генерировать необходимый импульс используют кенотрон, в схему которого необходимо дополнительное включить шаровой разрядник и высоковольтный конденсатор. В роли акустического приемника используется электромагнитный датчик или же датчик-пьезо. Дополнительно используют усилители звуковой волны.

Метод индукции

Это универсальный метод для поиска всех возможных типов нарушений в работе кабеля, кроме этого, позволяет определить поврежденную кабельную линию и глубину на которой она залегает под землей. Используют для обнаружения муфт, соединяющих кабель.

Схема определения повреждений кабеля методом индукции

Основой данного метода является возможность уловить изменений в электромагнитном поле, что возникают при движении тока по электрической линии. Для этого пропускают ток, что имеет частоту 850 — 1250 Гц. Сила тока при этом может находиться в пределах нескольких долей ампера до 25 А.

Зная каким образом происходят изменения исследуемого электромагнитного поля не составит труда отыскать место нарушения целостности кабеля. Для того чтобы достаточно точно определить место, можно воспользоваться выжиганием кабеля и переводом однофазного замыкание в двух- или трехфазное.

В этом случае нужно создать цепь «жила-жила». Преимуществом такой цепи является то, что ток направляется по противоположных направлениях (по одной жиле вперед, по второй – обратно). Таким образом концентрация поля значительно возрастает и отыскать место повреждения значительно легче.

Метод рамки

Схема определения повреждений кабеля методом рамки

Это хороший способ для отыскивания нерабочих зон на поверхности линии электропередач. Принцип действия очень схож с методом индукции. Подключается генератор к двум жилами или же к одной жиле и оболочке. Затем на кабель с повреждением накладывается рамка, что вращается вокруг оси.

К месту нарушения должны отчетливо проявляются два сигнала – минимум и максимум. За предполагаемой зоной сигнал не будет колебаться, не давая пиков (монотонный сигнал).

Определение места повреждения воздушных линий

Протяженность воздушных линий электропередач настолько велика, что оперативное определение в них места повреждения становится одной из самых важных задач. Для этого используется как импедансный, так и волновой метод.

Выявление места пробоя осуществляется системой защиты. Основная задача этого действия — как можно более точное установление зоны поломки с целью ее оперативного устранения ремонтными бригадами.

Методы, используемые для определения мест повреждения ВЛ

В настоящее время в этих целях используются два основных метода:

• импедансный,
• волновой.

Для определения мест повреждения (сокращенно — ОМП) приборы импедансного типа полагаются на замеры силы тока и напряжения в воздушных линиях. Полученные данные обрабатываются на компьютере, в результате чего вычисляется зона вероятной неисправности.

Неточность расчетов по импедансной методике возникает ввиду следующих факторов влияния:

• искажения по току;
• индукции кабелей;
• емкости относительно земли;
• эффекта переходного сопротивления и др.

Погрешности в процессе расчетов в этом случае могут варьироваться от 1 % до 20 %.

Волновой метод определения мест повреждения ВЛ

Эта технология выявления ОМП считается более точной, поскольку здесь измеряется не сила тока и напряжение, а время прохождения электромагнитной волны. Она всегда возникает в высоковольтной линии в следующих случаях:

• в результате атмосферного разряда;
• при коммутационных операциях.

То есть от места повреждения (пробоя) высоковольтной воздушной линии в обе стороны распространяются электромагнитные волны, определение которых — лишь вопрос техники. При использовании данной методики необходимо учитывать следующие факторы:

• скорость движения волны;
• ее затухание и искажение;
• ее возможные отражения;
• модель ВЛ;
• диагональную трансформацию и др.

К достоинствам волнового метода можно отнести высокую точность ОМП, не превышающую 150–500 метров. Эта технология также позволяет проводить мониторинг воздушных линий.

Пять типов приборов для определения мест повреждения ВЛ волновым методом

В зависимости от особенностей применяемой методики эти устройства подразделяются на 5 типов. Их принцип действия основан на анализе электромагнитной волны, образовавшейся в результате пробоя (короткого замыкания).

К ним относятся:

1. Тип А. Это устройство одностороннего ОМП. В данном случае замеряется как первая волна, возникшая в результате пробоя, так и отраженная.

2. Тип В. Это прибор двустороннего ОМП. При коротком замыкании электромагнитные волны расходятся в противоположных направлениях и улавливаются двумя подстанциями. Их расчеты сопоставляются, что позволяет более точно установить проблемную зону.

3. Тип С. Относится к устройствам одностороннего ОМП. Для определения места повреждения прибор отправляет импульс в воздушную линию и фиксирует отраженную электромагнитную волну. Полученные данные обрабатываются, и вычисляется зона короткого замыкания.

4. Тип D. Это устройства двустороннего ОМП. Система предусматривает использование двух таких приборов, синхронизированных по времени. Когда волна расходится в обе стороны, ее фиксируют две самостоятельные подстанции.

5. Тип Е. Относится к приборам одностороннего ОМП. С помощью коммутатора создается электромагнитная волна, которая отправляется в воздушную линию и используется для определения места повреждения. В данном случае силовой выключатель выполняет функцию трех импульсных генераторов.

Мониторинг воздушных линий

Установка подстанций с волновыми приборами на всей протяженности ВЛ обеспечивает не только периодическую диагностику. С их помощью можно организовать полноценный мониторинг воздушных линий.

Рис. 1. Принцип работы системы волнового ОМП TWS FL-1/8.

Внедрение волновой системы обеспечивает следующие преимущества:

• непрерывное наблюдение за ВЛ в автоматическом режиме;
• оперативное определение места повреждения ВЛ;
• высокую скорость принятия решений для ликвидации неисправностей.

Для организации мониторинга воздушных линий обращайтесь в компанию «БО-ЭНЕРГО».

Эксплуатация систем электроснабжения. Определение мест повреждения в кабельных сетях

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

 

2.1. Виды и характер повреждений кабельных линий

 

Электрические сети состоят из отдельных элементов, связанных между собою. С точки зрения ОМП к отдельным элементам целесообразно отнести КЛ и ВЛ, трансформаторы, РУ, щиты управления, вводы, а также электродвигатели и различные электроприемники (например, светильники, электропечи).

В элементах электрической сети возникают как устойчивые, так и неустойчивые повреждения изоляции и токоведущих частей. Неустойчивые повреждения могут самоустраняться, оставаться неустойчивыми или переходить при определенных условиях в устойчивые.

В изоляции КЛ неустойчивые повреждения в боль­шинстве случаев возникают вследствие специфических свойств бумажно-масляной изоляции. При ее пробое в разрядном промежутке создаются условия, способствующие гашению электрической дуги. Аналогично происходит в маслонаполненных силовых и измерительных трансформаторах. На фарфоровых изоляционных конструкциях РУ неустойчивые повреждения обусловлены, как правило, случайными набросами или поверхностными перекрытиями при повышенном увлажнении или загрязненности. Необходимо подчеркнуть, что количество неустойчивых повреждений значительно превосходит количество устойчивых.

Ниже приведено распределение кратности повторения кратковременных пробоев до устойчивого повреждения для 106 кабельных линий (указано число повторений без учета полного пробоя – устойчивого замыкания):

 

Кратность повторения кратковременных пробоев	1	2	3…10
Количество случаев, %	55	32	13

 

Распределение интервалов времени от первого кратковременного пробоя, относящегося к данному месту повреждения, до возникновения установившегося поврежде­ния для этих же 106 случаев следующее:

 

 

Интервал времени	10-60 мин	1-24 ч	1-10 сут	Более 10 сут
Количество случаев	25	35	23	17

 

Приведенные данные свидетельствуют о постепенности развития повреждений в кабельных сетях. При этом 82 % рассмотренных случаев относились к пробою изо­ляции КЛ, а 18 % – 
к пробою изоляции остальных элементов сети. Следует отметить, что по многолетним данным, в кабельных сетях 6…10 кВ около 90 % причин автоматических отключений приходится на повреждения КЛ, а 10 % – на повреждения остальных элементов этих сетей.

Сочетание сигнализации кратковременных замыканий на землю с ОМП в кабельных сетях может существенно сократить число устойчивых повреждений.

По видам повреждения подразделяются на короткие замыкания (в сетях с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов также «замыкания на землю») и обрывы. Короткие замыкания, бывают однофазными (однополюсные) и междуфазные (двух- и трехфазные, как с «землей», так и без «земли»). Для сетей с изолированной нейтралью или компенсацией емкостных токов существенное значение имеют также двойные замыкания на землю, т. е. замыкания двух фаз на землю в разных точках электрически связанной сети.

В большинстве случаев обрывы жил КЛ выявляются после отключения КЗ на линии. Однако встречаются случаи возникновения обрывов и без КЗ. На КЛ напряжением ниже 1000 В возникают обрывы жил (растяжки) без КЗ в тройниковых соединительных муфтах, вызванные отсутствием тока нагрузки, например в ночное время.

Распределение КЗ по видам зависит от класса изоля­ции и конструкции элементов сетей. По данным [1], однофазные КЗ составляют примерно 65 %, двухфазные и двойные замыкания на землю –20 %, двухфазные замыкания «без земли» – 10 %, трехфазные замыкания – 5 %. Из этой информации следует, что в подавляющем большинстве случаев (примерно 85 %) происходит «замыкание на землю» или однофазное КЗ.

Для ОМП КЛ важное значение имеет статистическое распределение повреждений по ее элементам. По данным анализа 3649 аварий КЛ, 13,5 % повреждений приходится на соединительные муфты, 16,5 % – на концевые муфты и заделки, остальные 70 % – «целые» места кабеля. При этом на электрические пробои изоляции в «целом» месте приходится 40 % случаев и на механические –60 %. Характерным результатом профилактических испытаний КЛ является большая относительная повреждаемость концевых и соединительных муфт, достигающая суммарно 40…45 % (против 30 % при авариях). Это указывает, в частности, на эффективность профилактической отбраковки концевых и соединительных муфт.

Для выявления повреждений силового трансформатора существенное значение имеет их статистическое распре­деление по видам изоляции (на корпус, между обмотками, между витками). В частности, на основе анализа 376 повреждений трансформаторов было установлено, что 17,6 % случаев составили витковые замыкания. Этот тип повреждения не может быть выявлен при испытаниях повы­шенным напряжением.     

 

 

2.2. Структура системы поиска мест повреждений

 

Разнообразие видов и характера повреждений, а также структуры и условий работы электрических сетей не позволяет разработать какой-либо универсальный метод ОМП. Еще более сложно создать какую-либо универсальную аппаратуру. Достаточно отметить, что необходимо находить повреждения как в сверхмощных и сверхдальних электропередачах, так и во внутренних проводках к отдельным светильникам при расстояниях в несколько метров.

К защите линий и сетей, а также разного типа повреждений к методам и устройствам ОМП предъявляются различные требования, обусловленные технико-экономическими факторами. Удовлетворить эти требования удается только при совокупном применении методов и средств ОМП как системы с единой структурой для всех типов линий и сетей при любом характере повреждений.

Структурная схема системы ОМП, приведенная на рис. 2.1, включает четыре последовательные операции: определение поврежденного элемента; прожигание изоляции в месте повреждения; дистанционное ОМП; топографическое (трассовое) ОМП.

Выделение поврежденного элемента во многих случаях осуществляется автоматически при срабатывании селективной релейной защиты. Если при срабатывании релейной защиты автоматически выделяется (отключается) группа элементов (например, последовательная цепочка линий, РУ и трансформаторов), то выделение поврежденного элемента входит в систему ОМП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.1. Структурная схема системы ОМП в электрических сетях

 

Определение поврежденных элементов приходится осуществлять не только при авариях, т. е. внезапных КЗ, но и при профилактических испытаниях. Это относится к испытаниям, одновременно охватывающим цепочки элементов или даже участки электрической сети. Способы определения поврежденных элементов зависят от характеристик сетей и видов повреждений. Вторая операция системы ОМП – прожигание. По существу, это подготовительная операция, обеспечивающая возможность использования совокупности методов ОМП. Как будет показано ниже, многие методы ОМП применимы только при переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции не более сотен и даже единиц Ом (в отдельных случаях требуются десятые доли Ома). Снизить переходное сопротивление – задача прожигания.

При профилактическом (во время испытаний) пробое изоляции КЛ переходные сопротивления составляют десятки МОм и более. Во многих случаях остаются недопустимо большими для ОМП переходные сопротивления и при аварийных повреждениях. Поэтому прожигание изоляции КЛ в месте повреждения 
необходимо в подавляющем большинстве случаев. Для этой цели применяются специальные установки.

Как правило, прожигание поврежденной изоляции ВЛ, РУ и трансформаторов не требуется. Это прежде всего связано с характером повреждений изоляции названных элементов. Повторная подача рабочего напряжения на предположительно поврежденный элемент – операция, аналогичная прожиганию. Эта операция позволяет подтвердить наличие повреждения и может при­вести к снижению переходного сопротивления. Повторное или многократное включение поврежденного элемента – операция, входящая в систему ОМП. Для некабельной изоляции ее лишь условно можно называть прожиганием. Специальные методы и средства необходимы только для прожигания кабельной изоляции.

Общими требованиями к ОМП всех типов и классов линий электропередачи являются быстрота и точность. Наиболее быстро можно произвести дистанционное ОМП, заключающееся в измерении расстояния до места повреждения от конца или концов линии. Однако любое дистанционное ОМП обладает ограниченной точностью.

Для КЛ, проложенной в земле, нельзя достаточно определенно указать место раскопки трассы, соответствующее идеально точно измеренному расстоянию от конца линии. Расстояния до характерных точек трассы КЛ (поворотов, соединительных муфт и т. п.) в исполнительной документации указываются в планах, т. е. в горизонтальной плоскости. В действительности КЛ изменяет свое положение и по вертикали, что не отражается в документации.

Кабель укладывается в траншее без натяга, так называемой змейкой. Степень удлинения за счет такой непрямолинейной укладки учесть сколько-нибудь достоверно нельзя. Поэтому, располагая даже полной документацией, нельзя указать на трассе точку, соответствующую точному расстоянию от конца КЛ, с погрешностью, меньшей 1…2 %. Для КЛ l = 3000 м соответствующая абсолютная погрешность составит ±(30…60) м. В условиях усовершенствованных (асфальтобетонных) покрытий раскопка участка протяженностью 60…120 м совершенно недопустима.

В современных крупных городах абсолютная погрешность для ОМП подземных КЛ не должна превышать ±3м. Даже для коротких КЛ с учетом не идеальности самого дистанционного измерения удовлетворить этому требованию одним дистанционным ОМП нельзя. Пусть, например, погрешность дистанционного измерения составит 1 %, погрешность топографического отсчета на местности – 2 %, тогда для линии длиной 200 м результирующая абсолютная погрешность Dl = ±200 + 0,02² =
 = ±4,5 м. Таким образом, дистанционное ОМП позволяет быстро указать фактически не место повреждения, а зону его расположения. Требованию точности дистанционное ОМП может удовлетворить лишь на очень коротких линиях (l < 100м). Для подавляющего большинства длин КЛ необходим, следовательно, еще один метод ОМП – топографический (трассовый).

Топографическое ОМП – это определение искомого места на трассе, т. е. топографической точки расположе­ния места повреждения. Точность современных топографических методов для КЛ не ниже ± 3 м. Но ограничиться использованием только топографических методов, обеспечивающих необходимую точность, тоже нельзя, так как при этом не удовлетворяются требования быстроты ОМП (не более нескольких часов). При использовании топографических методов необходимо перемещаться со специальной аппаратурой по всей трассе КЛ. Знание же указанной дистанционной зоны повреждения позволяет ограничиться  пределами этой зоны, т. е. резко сократить время поиска.

 

 

Рис.2.2. Схема классификации методов ОМП

 

 

 

На рис. 2.2 представлена схема классификации методов ОМП. Различают следующие методы ОМП:

1) дистанционные и топографические;

2) высокочастотные и низкочастотные.

Низкочастотные методы ОМП связаны с принципиальным различием электрических процессов в объектах измерения (проводах и кабелях), в существенно разных частотных диапазонах.

Под низкочастотным диапазоном (f_н) будем понимать частоты от нуля (постоянный ток) до нескольких килогерц. При этом для воздушных линий f_н = 0…1 кГц, для кабельных линий f_н = 
= 0…10 кГц. К высокочастотному диапазону (f_в) отнесем частоты, превышающие несколько десятков килогерц. При этом для воздушных линий f_в = 30…1000 кГц, для кабельных линий f_в = 
= 60…10⁶ кГц. Диапазоны частот 1…30 кГц для ВЛ и 10…60 кГц для КЛ не используются в практике ОМП. Это означает, что между двумя используемыми частотными диапазонами разница весьма существенная.

 

2.3. Характеристика высокочастотных методов ОМП

 

Как видно из схемы классификации, приведенной на рис. 2.2, к высокочастотным методам относится только часть дистанционных методов ОМП. Прежде всего рассмотрим импульсные методы, принцип действия которых основан на измерении интервалов времени распространения элек­тромагнитных волн (импульсов) по участкам линий.

1 – импульсные методы; 2 – локационные методы; 3 – волновые методы;

4 и 5 – волновые односторонние и двусторонние измерения;

6 и 7 – предварительная и последующая посылки хронирующих сигналов

По признаку использования для отсчета времени специально генерируемых импульсов или же возникающих в месте повреждения линии электромагнитных волн выделяют локационные и волновые методы. В свою очередь волновые методы подразделяют на двусторонние и односторонние по фиксации моментов прихода фронтов волн на обоих концах линии или на одном конце. При двусторонних измерениях необходима посылка так называемых хронирующих сигналов, обеспечивающих «привязку» к общему началу отсчета времени измерительных элементов на обоих концах линии. По периоду посылки хронирующих сигналов различают методы с предварительным и с последующим хронирующими сигналами. Описанная классификация схематически показана на рис. 2.3.

Классификация полностью охватывает все существенные различия между известными в настоящее время методами. В табл. 2.1 для сопоставления приведены классификации, принятые в России, США и Японии.

 

Таблица 2.1

 

Классификация методов ОМП

 

Классификации методов, принятая в России			Классификация методов, принятая в США и Японии
Локационный			С, F, К
Волно-вые	Односторонние измерения			А
	Двусторонние измерения	С предварительной посылкой хронирующего сигнала		D, Р
		С последующей посылкой хронирующего сигнала		B, E

 

 

 

Локационный метод [2] основан на измерении времени между моментами посылки в линию зондирующего электрического импульса и прихода к началу линии импульса, отраженного от места повреждения. Трасса распространения импульсов в поврежденной линии и временные соотношения показаны на рис. 2.4.

 

Рис.2.4. Трасса распространения импульсов и временные соотношения

при локационном методе ОМП:

1 –линия; 2 – место повреждения; 3 – трасса распространения импульсов;

4-5 – зондирующий и отраженный импульсы

 

Послав в линию импульс, измеряют время двойного пробега этого импульса до места повреждения t_л. Расстояние до места повреждения определяют по формуле

,                                          (2.1)

где U – скорость распространения импульса в линии.

Локационные измерения подразделяются на автоматические и неавтоматические. Первые используются для ВЛ, включенных в находящуюся под рабочим напряжением электрическую сеть. При срабатывании релейной защиты запускается автоматический локационный искатель, который фиксирует искомое расстояние за время, меньшее одной десятой доли секунды. Если в результате успешного АПВ линия остается в работе, то на основе полученного замера можно выполнить профилактический ремонт.

Измерения в период горения дуги КЗ – важное условие ОМП на ВЛ. После погасания дуги на поврежденной ВЛ получить необходимый отраженный импульс при неавтоматической локации в большинстве случаев не удается. На КЛ неавтоматическая локация весьма эффективна.

Волновой метод [2] основан на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.

На рис. 2.5, а показан один провод линий электропередачи длиной L, который в момент повреждения t = 0 заряжен до напряжения U, например положительной полярности. При возникновении пробоя изоляции этого провода на землю в некоторой точке, удаленной от конца линии на расстояние l‘, напряжение в этой точке становится равным нулю. Вследствие этого в месте поврежде­ния возникают распространяющиеся в обе стороны электромагнитные волны напряжением – U, стремящиеся со скоростью v распространить нулевой потенциал по всей линии 
(рис, 2.5, б).

По истечении времени t₁= (L — l‘)/v фронт одной из волн достигает ближнего (левого на рис. 2.5, в) конца линии, а через интервал t₂ = l‘/v фронт второй волны достигает дальнего конца. Временные соотношения показаны на рис. 2.5,г. Временной интервал рассчитывается по формуле

.                                  (2.2)

 

 

Рис. 2.5. Диаграмма распространения волн и временные соотношения

при волновом методе ОМП:

 

а – напряжение на линии перед повреждением; б – распространение волн непосредственно после пробоя; в – расположение фронтов волн в момент

достижения одним из них конца линии;  г – временные соотношения

Если повреждение произошло в середине линии (l‘ = L/2), то фронты волн достигают обоих концов одно­временно: t₂ = t₁ и Dt =  = 0. При l‘ > L/2,  t₂ > t₁ и  Dt>0 (положительная величина). При 
l’ < L/2, t₂ <t₁ и  Dt<0  можно измерить величину – Dt = t₁ – t₂ >0. Учитывая, что длина линии L известна, можно из предыдущего уравнения определить расстояние до места повреждения:

.                                         (2.3)

Поскольку точность измерения интервала Dt составляет единицы микросекунд, то с такой же точностью необходимо вести синхронный счет времени на обоих концах линии. При современном уровне техники возможна посылка с одного (ведущего) конца линии на другой (ведомый) хронирующих сигналов, обеспечивающих привязку моментов отсчета.

Волновой метод двусторонних измерений с предварительными хронирующими сигналами поясняется на рис. 2.6. На обоих концах линии непрерывно ведут счет времени одинаковые счетчики. Со стороны ведущего конца (левая часть рисунка) периодически поступают хронирующие импульсы, обеспечивающие синхронность хода счетчиков.

 

Рис. 2.6. Временные соотношения при волновом методе двусторонних

измерений с предварительными хронирующими сигналами:

а – момент возникновения повреждения; б – момент достижения фронтом

волны ближнего от места повреждения конца линии; в – момент достижения фронтом волны дальнего конца линии; 1 – линия; 2 – место повреждения;

3 – трасса хронирующих сигналов; 4 и 5 – ведущий и ведомый счетчики

Счетчики могут синхронизироваться и непрерывными синусоидальными сигналами, это не вносит существенных отличий. Поскольку время распространения хронирующих сигналов вполне определенное, то начало отсчета на ведомом конце в любой момент времени сдвинуто по отношению к началу работы ведущего счетчика на известное время t_o (рис. 2.6, а). Если хронирующие сигналы передаются по самой обслуживаемой линии, то t_o » L/v. Хронирующие сигналы могут передаваться по какому-либо каналу связи, например радиорелейной линии. При этом интервал времени t_о также известен.

Возникающие в момент КЗ электромагнитные волны распространяются к обоим концам линии. В моменты достижения фронтами волн концов линии соответствующие счетчики останавливаются.

В соответствии с рис. 2.6 разность показаний счетчиков

.                              (2.4)

Откуда

.                                   (2.5)

 

Метод стоячих волн называют еще «высокочастотным». Он основан на измерении полного входного сопротивления поврежденной линии в широком диапазоне частот.

К началу линии, имеющей обрыв или КЗ, присоединяют генератор переменной частоты (ГПЧ) и вольтметр V (рис. 2.7, а) и снимают зависимость показаний вольтметра от частоты. Характер этой зависимости показан на рис. 2.7, в. Изменения напряжения вдоль линии при КЗ и резонансе показаны на рис. 2.7, б. По мере изменения частоты вход­ное сопротивление периодически меняется, вследствие чего меняются показания вольтметра. Для любого волнового канала (определенного подключения к проводам линии) характер изменения входного сопротивления аналогичен.

Если взять для упрощения волновой канал линии без потерь, замкнутый на активное сопротивление R, то полное входное сопоставление z будет определяться следующим выражением:

 

 

 

 

Рис 2.7. Измерения методом стоячих волн:

а – принципиальная схема соединений; б – изменение напряжения

вдоль линии при резонансе; в – изменение напряжения в начале линии

в зависимости от частоты; 1 – кабель; 2 – место КЗ

 

  ,                         (2.6)

где Z_в – волновое сопротивление данного канала линии; l – длина линии; v – фазовая скорость распространения по данному каналу.

Пусть R = 0, т. е. на расстоянии l имеет место КЗ, тогда

при w/v = (2k + 1) (p/2) значение z® ¥,

при w/v = kp значение z = 0,

где k = 0, 1, 2 … – кратность соответствующей резонансной частоты. Последнему случаю соответствует резонансная частота генератора

.                                  (2.7)

Аналогично для линии на х. х. (разомкнутой) резонансная частота:

.                                     (2.8)

Интервал между соседними резонансными частотами, соответствующими минимальным или максимальным показаниям вольтметра, в обоих случаях (обрыв или КЗ) составляет

,                                       (2.9)

откуда искомое расстояние до места повреждения

.                                      (2.10)

2.4. Характеристика низкочастотных методов ОМП

 

Низкочастотные дистанционные методы ОМП, основанные на измерении параметров аварийного режима, сегодня находят все большее применение. Параметры аварийного режима (ПАР) – это такие  комбинации токов и напряжений промышленной частоты в аварийном режиме, по которым можно вычислить рас­стояние до места КЗ. Эти параметры фиксируются, т. е. измеряются и запоминаются непосредственно в период протекания токов КЗ в электроэнергетической системе, элементом которой является поврежденная линия. Как и автоматическое импульсное ОМП, измерение ПАР осуществляется до автоматического отключения линии высоковольтным выключателем.

Рассматриваемые методы подразделяются на односто­ронние и двусторонние в зависимости от расположения измерительных средств по сторонам (концам) линии. Наибольшее распространение получили двусторонние методы, позволяющие исключить влияние переходного сопротивления в месте КЗ на результат расчета искомого расстояния. При возникновении внезапного КЗ на включенной в сеть линии с глухозаземленной нейтралью (110…750 кВ) специальные фиксирующие приборы (ФП) запо­минают значения ПАР на концах поврежденной ВЛ.

Эти зафиксированные значения вместе с заранее известными постоянными линии и примыкающей к ней сети используются для вычисления расстояния до места КЗ. Иногда используются показания ФП на соседних с поврежденной ВЛ. Вычисления могут производиться вручную, по графикам, номограммам и с помощью ЭВМ. В большинстве случаев в качестве ПАР служат напряжения и токи нулевой последовательности.

Односторонние методы позволяют непосредственно из­мерять расстояние до места КЗ. Однако в этом случае существенное влияние на результаты измерения оказывает переходное сопротивление, особенно при наиболее распро­страненном виде повреждения – однополюсном КЗ. Эти методы стали использоваться лишь в последние годы. Весьма ограниченно применение петлевого и емкостного методов.

Петлевой метод основан на измерении сопротивления постоянному току отрезков жил кабеля. В тех случаях, когда жила, замкнутая в месте повреждения на оболочку, не имеет обрыва и, кроме того, в кабеле имеется одна «здоровая» жила, определение расстояния до места повреждения можно осуществить петлевым методом, основанным на использовании моста постоянного тока.

Четыре сопротивления А, В, С и D (рис. 2.8) образуют замкнутый четырехугольник; в одну диагональ его включен гальванометр Г, в другую – источник питания с ЭДС, равной Е (обычно батарея гальванических элементов). Если при включенной батарее стрелка гальванометра Г не будет отклоняться (нулевое положение), то должно выполняться следующее соотношение: 
A/C =B/D.

 

Рис.2.8. Принципиальная схема определения места повреждения

петлевым методом

 

Для осуществления схемы петлевого измерения необходимо на одном конце кабельной линии соединить поврежденную и неповрежденную жилы перемычкой (сечением не менее, чем у жил кабеля), обеспечив контакт с малым сопротивлением. Обычно перемычка изготовляется из гибкого многожильного медного троса с надежными за­жимами из латуни. На другом конце кабеля к этим же жилам присоединяется измерительный мост со стрелочным гальванометром и батареей. Сопротивления А и С подбираются на измерительном мосте, а В и D представ­ляют собой сопротивление жил кабеля (рис. 2.8). При этом сопротивление петли В + D всегда равняется удвоен­ному сопротивлению жилы кабеля R, т. е. В + D = 2R.

Так как при одном и том же сечении жилы ее сопротивление пропорционально длине, то можно записать соотношение

,                              (2.11)

позволяющее после установления равновесия моста и фиксации значений А и С вычислить искомое расстояние .

Так как сопротивление жил кабеля мало по сравнению с сопротивлениями А и С моста, то соединительные провода от кабеля к мосту также влияют на результат измерений.

Напряжение батареи для питания моста зависит от переходного сопротивления в месте повреждения кабеля и может быть выбрано на основе следующих ориентировочных соотношений:

 

Переходное сопротивление

в месте повреждения, Ом                 100              1000             10 000

Напряжение батареи, В                   4…6            20…30         100…250

 

При больших переходных сопротивлениях (до 1 МОм) применяют высоковольтные реохордные мосты.

Установку равновесия моста производят постепенным подбором измерительных плеч A и С. После установки равновесия моста и подсчета значения  необходимо поменять местами концы проводов, идущих от жил кабеля к мосту, и провести новое измерение. Если новому равновесию моста будут соответствовать сопротивления его плеч A₁ и C₁, то в результате этого измерения можно получить величину

 

где l_y – расстояние от места повреждения до конца кабеля, на котором установлена закоротка (рис. 2.8).

На основании двух измерений можно произвести про­верку, имея в виду, что l_x + L + l_y = 2L. Если оба результата в сумме не составляют двойной длины кабеля и значительно отличаются от нее, то это означает, что плечи моста подобраны недостаточно точно и измерения следует повторить, проверив все контакты в схеме.

Погрешность при ОМП петлевым методом складывается из погрешности самого измерения и погрешности, связанной с неточным знанием трассы, длины линии и сечения ее участков.

Относительная погрешность измерения Dl_x/L при петлевом методе может быть ориентировочно оценена по формуле

                      (2.12)

где Di – ток небаланса гальванометра с внутренним сопротивлением R_г, обусловливающий погрешность Dl_x.

Решающее влияние на точность мостовых измерений оказывают чувствительность гальванометра и отношение напряжения питания к переходному сопротивлению в месте повреждения. Поэтому для кабельных измерений применяют гальванометры  с  чувствительностью 10^-6…10^-7 А/мм.

Область целесообразного использования петлевого метода весьма ограниченна. Его приходится использовать или при отсутствии импульсных приборов, или при расположении места повреждения в воде, когда переходное сопротивление не удается снизить прожиганием ниже нескольких кОм. Импульсные методы более удобны, точны и менее трудоемки. Серийно выпускаемые промышленностью мосты постоянного тока (типов УМВ и МО-6) и универсальные кабельные мосты (типов РЗЗЗ и Р334) имеют сравнительно низкую чувствительность гальванометров. При пользовании этими мостами желательно подключать выносные дополнительные гальванометры с чувствительностью 10^-7 А/мм.

Емкостный метод. При обрывах жил кабеля в некоторых случаях возможно применять емкостный метод. Расстояние до места обрыва определяется по значению измеренной емкости жил участка КЛ. Изме­рение производится с помощью мостов переменного тока, обычно на частоте 1000 Гц. В качестве нуль-индикатора используется телефон.

Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в месте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения снижается ниже допустимого значения. Все жилы кабеля, кроме измеряемой, заземляют, для того, чтобы уменьшить влияние их емкости на результаты измерения. Измерение емкости на постоянном токе может быть применено лишь при таком обрыве жил кабеля, когда переходное сопротивление в месте обрыва превышает 20 МОм.

Из отечественных серийных устройств в настоящее время наиболее подходящим для измерения емкости является универсальный кабельный мост Р334.

Емкостный метод по точности и удобству измерений значительно уступает импульсному и должен применяться лишь при отсутствии импульсных приборов.

Все известные топографические методы относятся к низ­кочастотным. Наиболее распространенным и важным из них является индукционный, используемый на КЛ и ВЛ, а также на внутренних проводках.

Индукционный метод улавливает характер изменения магнитного поля трассы, создаваемого протекающим по линии током. Измеряется как ток промышленной частоты и его высшие гармониче­ские составляющие, так и ток повышенной частоты (0,4…10 кГц) специального генератора. К индукционным относятся и направленные (фазочувствительные) устройства, содержащие помимо датчиков магнитного поля еще и датчики электрического поля (например, штыревые антенны). Оператор с переносным приемным устройством перемещается вдоль трассы линии, определяя по различным признакам, находится ли он до или после места повреждения. Иногда по ряду признаков можно определить само место повреждения.

В табл. 2.4 сгруппированы методы определения места повреждения кабеля.

 

Таблица 2.4

 

Вид пов-режде-ния кабеля	Пробивное напряже-ние в месте поврежде-ния, кВ	Переход-ное сопро-тивление в месте поврежде-ния, Ом	Метод опреде-ления зоны повреждения	Метод точного определения места повреждения на трассе кабельной линии
Замыкание жилы на оболочку	0…25	0…40       40…200       200…300	Импульсный, петлевой     Импульсный, колебательного разряда, петлевой Колебательного разряда, петлевой	Метод измерения потенциалов, метод накладной рамки   Акустический, метод измерения потенциалов   Акустический

 

 

Окончание табл. 2.4

 

Вид пов-режде-ния кабеля	Пробивное напряже-ние в месте поврежде-ния, кВ	Переход-ное сопро-тивление в месте поврежде-ния, Ом	Метод опреде-ления зоны повреждения	Метод точного определения места повреждения на трассе кабельной линии
Замыкание двух или трех жил между собой (и на землю) в одном месте	0…25	0…40           40…200     200…3000	Импульсный, петлевой (при наличии не-поврежденной жилы)   Импульсный, колебательного разряда   Колебательного разряда	Индукционный           Акустический     »
Обрыв токо- ведущих жил без заземления	До испытательного	³106	Импульсный, колебательного разряда, емкостный	»
Обрыв токо- ведущих жил с замыканием на землю	0…10	0…200 с дожиганием до двухфазного к. з. ³ 200	Импульсный           Колебательного разряда	Индукционный           Акустический
Заплывающий пробой	От 8 до испыта­тельного	³ 107	То же	»

 

Акустические методы основаны на улавливании на трассе акустических (механических) колебаний, возни­кающих на поверхности грунта или асфальтобетонного покрытия при искровом разряде в изоляции КЛ. Оператор с акустическим датчиком и усилителем перемещается в зоне ±(15…40) м, выделенной дистанционным методом, и определяет место максимального уровня приема по индикатору или на слух с помощью телефона. Искровой разряд в месте повреждения изоляции создается посредством специальных устройств, подключаемых на конце КЛ.

Потенциальные методы основаны на фиксации вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ и в земле токами. Используются постоянный и переменный токи повышенной частоты (звукового диапазона). Оператор перемещается по трассе с двумя контактными стержнями или пластинами. В первом случае осуществляется непосредственное измерение разности потенциалов, во втором – через емкость пластин. Пластины используются при асфальтобетонных покрытиях на трассе КЛ. В переносное устройство входят усилитель и индикатор. Ток в поврежденную жилу подается с конца КЛ.

Электромеханические методы основаны на фиксации механических усилий, создаваемых за счет энергии тока КЗ. Могут использоваться электродинамические усилия между током в токоведущих частях и наводимым током в расположенном вблизи датчике и электромагнитные силы, приложенные к якорю из магнитного материала. Электромеханические устройства (указатели) устанавли­ваются стационарно в РУ и на опорах ВЛ. Протекание тока КЗ через контролируемый объект сигнализируется с помощью блинкера. Восстановление исходного состоя­ния указателя  в ряде конструкций осуществляется автоматически при включении ВЛ под напряжение.

Акустические, потенциальные и электромеханические методы удобно объединить в одну общую группу так называемых контактных методов.

Смета на поиск повреждения кабеля

Определение места повреждения силового кабеля и кабельных линий

Определение мест повреждения кабельных линий (ОМП), наравне с подтверждением и испытаниями кабеля, является основной задачей электролаборатории при проведении работ по ремонту и восстановлению кабельных линий.

В Москве и крупных городах Московской области Протокол определения места повреждения является необходимым основанием для открытия Ордера на проведение земляных и строительных работ.

Базовое предложение на поиск места повреждения силовых кабелей, проложенных в земле

Базовое предложение на поиск места повреждения подходит для всех типов силовых кабелей, проложенных в земле и кабельных каналах. Под определением места повреждения кабеля, проложенного в земле, понимают поиск точки на поверхности, под которым искомое повреждение находится.

Поиск места повреждения кабеля

Описание: Поиск места повреждения силового кабеля напряжением до 10 кВ, проложенного в земле с оформлением Протокола определения места повреждения и принятием Решения по составу земляных работ, необходимых для его ремонта

Примечание: Оформляемый Протокол определения места повреждения кабельной линии заверяется круглой печатью электролаборатории и выдается Заказчику непосредственно на месте проведения работ. При необходимости, возможна последующая обработка — перенос данных Протокола ОМП на геоподоснову, спутниковый снимок и пр.

Исходные данные: Доступ к одному из концов поврежденного кабеля, доступ к трассе прокладки кабельной линии (желательно наличие плана прокладки). На противоположном конце жилы должны быть разомкнуты

Стоимость: 15000 RUB

Условия оплаты: наличными, по факту завершения работ

Операции, выполняемые электролабораторией после вскрытия траншеи, носят название подтверждение места повреждения кабеля и в Базовое предложение не входят.

В оказании услуги поиска места повреждения КЛ-0,4/10 кВ существует важный нюанс:

Убедиться в том, что повреждение находится именно там, где указала электролаборатория можно только после вскрытия кабельной трассы, что само по себе требует времени и денег.

Первостепенное значение здесь имеет вопрос — Требуется ли открытие Ордера на проведение земляных работ.

Задачи у электролаборатории при заказе определения места повреждения может быть две:

1. Определение места повреждения с подготовкой документов, необходимых для открытия (оформления) Ордера на проведение земляных работ.

2. Определение места повреждения в составе работ по ремонту кабеля, т.е. когда Ордер на проведение земляных работ уже открыт или не требуется.

Понятно, что стоимость и порядок действий для этих двух случаев различны.

Мы гарантируем точность и безошибочность нахождения места повреждения силового кабеля, но при условии, что сразу после вскрытия кабельной трассы наши специалисты будут вызваны для мероприятий по подтверждению повреждения _{подробнее сдесь} , контрольной резки и проверки кабельной линии «в обе стороны» от вырезанного неисправного участка. Практика показала, что только такой подход позволяет быстро, без лишних проволочек и недоразумений, устранить повреждение силовой кабельной линии.

Более подробно о порядке ремонта силового кабеля 0,4/10 кВ можно прочитать здесь.

Стоимость определения места повреждения силового кабеля

Устанавливаемая нами цена за определение места повреждения кабельной линии, проложенной в земле зависит от:

• Вида повреждения
• Протяженности кабельной линии
• Удаленности от г. Москва

Базовые расценки на определение места повреждения (обрыва) силового кабеля:

• КЛ-0,4/10 кВ, протяженность до 350м, чистый обрыв — 15т.р.
• КЛ-0,4/10 кВ, протяженность до 3000м, заплывающий пробой — 25т.р.
• КЛ-0,4/10 кВ, сшитый полиэтилен, повреждение оболочки, протяженность до 350м — 20т.р.

Мы рекомендуем проводить вскрытие трассы прокладки КЛ сразу, в присутствии специалистов определившей место повреждения лаборатории. Это позволит провести все работы за один выезд, а, значит, подтверждение места повреждения обойдется Вам практически бесплатно.

Представление результатов отыскания места повреждения кабеля

«Протокол (Акт) об определении места повреждения» по результатам поиска повреждения КЛ оформляется непосредственно на месте проведения работ и передается Заказчику.

Пример Протокола определения места повреждения кабельной линии: КЛ-10 кВ, протяженность 3500м, кабель АСБлУ (3*240)

obryv.ucoz.ru

Поиск повреждения кабеля и кабельных линий в земле

Даже после тщательного осмотра кабельных линий и успешных профилактических испытаний при работе кабельной линии могут возникнуть неполадки: пробой изоляционного слоя, разрыв фазы и другие неприятные события. Причины могут быть разные:

• заводские недостатки конструкции;
• несоблюдение технологического процесса;
• неаккуратный монтаж.

Хотя линия лежит глубоко под землей и имеет дополнительную защиту, отыскание места повреждения кабеля обязательно должно проводиться для того, чтобы обезопасить систему от крупной поломки, повреждению кабельных линий и короткого замыкания. Чтобы найти дефекты и слабые места в его изоляции, соединительных узлах и других местах прокладки кабеля, его подвергают различным нагрузкам и по ряду методик определяют точное место повреждения кабеля.

Содержание:

1. Требования к поиску дефектов кабельной линии
2. Этапы поиска разрыва кабеля под землей
3. Методы поиска повреждения кабеля

Требования к поиску дефектов кабельной линии

Поиск повреждений кабельных линий должен проводиться с выполнением условий:

• Погрешность не должна превышать установленный параметр. Для этого необходимо учитывать все нюансы земляных работ.
• Существует ограничение по времени на выполнение работ по поиску повреждения кабеля: не более нескольких часов.
• Обязательно соблюдать технику безопасности для работающего персонала.

Если поиски места повреждения затянутся, то в место дефекта может попасть влага. В этом случае придётся заменить весь увлажнённый участок кабельной линии, а это — несколько десятков метров! Подобный ход дела увеличит и объем земельных работ, и смету на их проведение. В то же время оперативное отыскание места повреждения подразумевает замену участка линии не более 5 м в длину.

Этапы поиска разрыва кабеля под землей

Поиск обрыва кабеля в земле проводится в 2 этапа:

• при помощи специальных приборов находят участок повреждения;
• уточняют конкретную область разрыва.

Для начала при помощи мегаомметра необходимо замерить сопротивление изоляции в течение одной минуты. Если показатель ниже нормы, то прибегают к испытаниям кабельных линий повышенным напряжением. 

Мегаомметр

Выбор метода нахождения места повреждения КЛ зависит от характера дефекта и от величины переходного сопротивления. Трёхфазная линия КЛ подвержена таким видам повреждений:

• замыкание на землю одной, двух или всех трёх жил;
• соединение проводов друг с другом;
• обрыв жил без заземления;
• заплывающий пробой, проявляющийся в форме короткого замыкания.

Для снижения переходного сопротивления могут использоваться генератор высокой частоты или кенотрон. Но процесс этот в каждом случае может проходить по-разному: в большинстве случаев уже через 20 секунд сопротивление снижается до десятков Ом. В муфтах этот процесс может длиться несколько часов.

Когда зона дефекта обнаружена, переходят к поиску конкретного места обрыва. Для увеличения эффективности пользуются сразу несколькими методами поиска с одного конца кабеля, либо применяют одну методику, но движутся сразу с двух концов одновременно.

Методы поиска повреждения кабеля

Специалисты нашей электролаборатории владеют всеми возможными методами поиска повреждения кабеля в земле. Мы даём гарантию, что обрыв будет найден в кратчайший срок и устранён без вреда для кабельной линии и вашего оборудования. В своей работе мы используем:

• Импульсный метод.
  Мы подаём специальный зондирующий импульс переменного тока, который отразится от места дефекта. Замерив интервал времени и зная скорость распространения импульса 160м/мкс, мы находим место дефекта.
• Метод колебательного разряда.
  От кенотронной испытательной установки подаётся напряжение, плавно увеличивающееся до величины пробоя. Период колебаний даёт возможность определить расстояние до точки разрыва.
• Метод петли — используется  «мост» постоянного тока.

Метод петли (схема).

• Ёмкостный метод — замеряем ёмкость оборванной линии и находим разрыв индукционным, акустическим методом либо методом накладывания рамки.
• Индукционный метод с использованием приёмочной рамки позволяет установить глубину, на которой заложен поврежденный кабель.
• Акустический метод основан на прослушивании звуковых колебаний после подачи искрового заряда.
• Метод накладной рамки позволяет прослушивать сигналы от поля пары токов: в месте повреждения сигнал будет монотонным.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения ремонта кабельных линий, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать ремонт кабельных линий или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34.

energiatrend.ru

Приборы для поиска трассы, места повреждения и обрыва кабеля под землей: трассоискатели и трассодефектоискатели :: Ангстрем

Поиск трассы и мест повреждений кабельных линий

Приборы для поиска трассы и мест повреждения кабеля

Оборудование производства компании «АНГСТРЕМ» позволяет осуществлять трассировку кабеля и поиск мест его повреждений.

Все трассодефектоискатели предприятие выпускает под наименованием «Комплекты поисковые». Они состоят из звукового генератора и высокочувствительного приемника. Данное оборудование реализует несколько методов поиска:

• индукционный,
• акустический,
• потенциальный,
• акустико-электромагнитный.

Поисковые комплекты – это универсальное оборудование для поиска обрыва кабельных линий, заплывающих пробоев, замыканий (короткое, междуфазное, однофазное, оболочки на землю). Компания «АНГСТРЕМ» выпускает КП трех типов, отличие между которыми заключается в выходной мощности генератора:

• КП-500К (500 Вт),
• КП-250К (250 Вт),
• КП-100К (100 Вт).

КП-500К — самый востребованный прибор для поиска повреждения кабеля под землей. Именно ему отдают предпочтение специалисты крупных энергетических организаций, средних и малых электротехнических предприятий. В течение более двух десятилетий своего существования этот комплект получил множество положительных отзывов. Его качество и надежность подтверждались практически опытом профессионалов.

Чем уникально данное оборудование?

Генератор ГП-500К — мощный источник высоковольтных импульсов напряжения, изготовленный в специально разработанном корпусе, защищающем устройство от попадания посторонних элементов и позволяющем эксплуатировать прибор в суровых условиях работы.

Приемник ПП-500К не имеет аналогов российского производства. Он позволяет:

• определять МП индукционным, акустическим и потенциальным методом,
• показывает расстояние до места повреждения и направление дальнейшего движения оператора,
• проводить трассировку подземного кабеля и коммуникаций,
• определять глубину залегания подземных коммуникаций,
• выбирать кабель из пучка,
• локализовать повреждения оболочки кабелей, в том числе с изоляцией из сшитого полиэтилена,
• находить места утечки жидкости из трубопровода.

Обладая таким уникальным функционалом Поисковые комплекты выгодны для приобретения. Цена трассодефектоискателя КП-500К (КП-250К, КП-100К) в несколько раз ниже стоимости импортных аналогов, а срок гарантии в 2 раза дольше.

angstrem.tech

Методика «Поиск повреждений подземных силовых кабелей» :: Ангстрем

Описание общей методики обслуживания подземных кабельных линий, поиска повреждений силовых кабелей акустическим, акустико-индукционным, индукционным и потенциальным методами, прожига изоляции.

Содержание методики:

1. 1 Общая информация
   1. 1.1 Классификация повреждений кабельных линий
   2. 1.2 Последовательность поиска неисправностей
2. 2 Прожиг изоляции кабеля в месте повреждения
   1. 2.1 Принцип прожига изоляции
   2. 2.2 Цели проведения прожига
   3. 2.3 Общая методика проведения прожига
   4. 2.4 Особенности применения прожига
3. 3 Методы поиска
   1. 3.1 Дистанционные (относительные) методы
   2. 3.2 Топографические (абсолютные) методы
4. 4 Акустический метод поиска
   1. 4.1 Общий принцип
   2. 4.2 Акустический сигнал в грунте
   3. 4.3 Виды повреждений
   4. 4.4 Схемы подключения генератора к кабелю
   5. 4.5 Сочетание с индукционным методом поиска
   6. 4.6 Нестандартный вариант акустического метода
5. 5 Потенциальный метод поиска
   1. 5.1 Общий принцип
   2. 5.2 Основные разновидности потенциального метода
   3. 5.3 Частотный вариант потенциального метода
      1. 5.3.1 Подключение генератора
      2. 5.3.2 Принцип поиска МП (метод максимума)
      3. 5.3.3 Принцип поиска МП (метод минимума)
   4. 5.4 Особенности потенциального метода
6. 6 Индукционный метод поиска
7. 6.1 Общий принцип
8. 6.2 Поиск трассы
   1. 6.2.1 Обследование местности
   2. 6.2.2 Способы подключения генератора при поиске трассы КЛ
   3. 6.2.3 Определение трасс коммуникаций без генератора
   4. 6.2.4 Определение трасс металлических и неметаллических подземных коммуникаций
9. 6.3 Определение глубины залегания кабеля
   1. 6.3.1 Определение глубины залегания кабельной линии методом 45 градусов
   2. 6.3.2 Определение глубины залегания кабельной линии методом градиента сигнала
   3. 6.3.3 Особенности определения глубины залегания при близком прохождении кабельных линий
10. 6.4 Определение места повреждения кабеля
    1. 6.4.1 Поиск обрыва жилы
    2. 6.4.2 Поиск междуфазного повреждения
    3. 6.4.3 Поиск однофазного повреждения
    4. 6.4.4 Использование накладной рамки
    5. 6.4.5 Возможные варианты подключения генератора

angstrem.tech

Техническое примечание

: Понимание напряжения и отказов кабеля в приложениях с высокой гибкостью

Новейшие машины для автоматизации технологических процессов разработаны для работы намного быстрее, чем предыдущие поколения, и включают в себя видеонаблюдение и многочисленные датчики. Эта новая операционная среда может подвергнуть кабели и кабельному оборудованию чрезмерную нагрузку, превышающую проектные возможности. Напряжение кабеля напрямую влияет на надежность оборудования автоматизации. Понимание причин выхода из строя кабелей в приложениях с высокой степенью гибкости позволяет нам принимать соответствующие меры предосторожности на этапе проектирования, чтобы оптимизировать надежность системы.

Кабели физически ограничены

Кабели изгибаются в одном или нескольких из четырех основных движений, показанных на рисунке 1. Каждый раз, когда кабель изгибается или изгибается, его медные проводники и экраны подвергаются нагрузке. Медь плохо сопротивляется повторяющимся нагрузкам, даже если напряжение удерживается ниже предела текучести, равного 15-процентному удлинению. Медь также имеет очень низкое сопротивление напряжению сдвига и будет деформироваться, даже если напряжение ниже предела пластической текучести.

Чтобы уменьшить усталость медных проводников и экранов и тем самым исключить обрыв провода, радиус изгиба кабеля должен быть как можно большим, а диаметр кабеля — как можно меньшим.

Причины выхода из строя

Существует три основных причины выхода из строя любого кабеля, подверженного изгибу:

• Деградация изоляции кабеля и жилы

• Усталость проводника и экрана в зоне изгиба

• Усталость проводника и экрана в точке подключения

Ухудшение изоляции кабеля и жилы

Одной из причин выхода из строя кабельной оболочки и изоляции является постоянное истирание кабеля другими кабелями, шлангами и оборудованием для укладки кабелей, например, кабельными трассами.Металлическая или пластиковая стружка, растворители и смазочные материалы разрушают оболочку и изоляцию кабеля. Оболочки кабелей также уязвимы к перепадам температур и низкому атмосферному давлению (вакууму), которые могут ослабить или сделать материал оболочки хрупким.

В дополнение к этим факторам окружающей среды изоляция проводника также должна сопротивляться раздавливанию. Проводники в типичном круглом кабеле могут подвергаться высоким силам сжатия, когда кабель зажимается или изгибается в кабельном канале вместе с другими кабелями или шлангами.

Когда оболочка кабеля выходит из строя, обнажается внутренняя часть кабеля. Если присутствует жидкость, она проникает в кабель и в конечном итоге вызывает короткое замыкание между проводниками. Абразивные частицы разрушают изоляцию проводника и приводят к выходу из строя. Если кабель имеет общий экран, он становится открытым для заземления.

Усталость проводника и экрана в зоне изгиба

Наиболее распространенный тип отказа гибкого кабеля — это возможный перелом экрана и / или проводника в области гибкости.Если сначала выходит из строя экран, проводники продолжают функционировать, но кабель чувствителен к помехам и излучению EMI / RFI. Это создает ошибки и ложные сигналы, источник которых очень трудно определить.

Чтобы понять механизм разрушения проводника и экрана, мы должны рассмотреть основные концепции анализа напряжений. Сопротивление твердого тела изгибу зависит от материала, формы, площади поперечного сечения и радиуса кривизны изгиба. Математически это выражается напряжением в теле σ, определяемым как

.

где:

M = изгибающий момент

c = Расстояние от нейтральной оси тела до любого волокна в поперечном сечении

| = Момент инерции поперечного сечения

σ = напряжение в волокне на расстоянии c

Для типичного применения гибкого кабеля геометрия изгиба фиксируется соображениями, включая ограничения механической конструкции и компоновку корпуса, поэтому разработчик должен работать в рамках этих ограничений и минимизировать напряжения проводника, которые сокращают срок службы при изгибе.

Наиболее важным фактором при определении усталостной прочности при изгибе является максимальное напряжение в любой части кабеля. Это максимальное напряжение, при условии, что радиус изгиба не опускается ниже минимального значения, R _мин , определяется по формуле:

σ макс =

Ec макс ______ R мин

где:

E = модуль

эластичности в фунтах на квадратный дюйм (17000000 для меди ETP)

C _max = максимальное расстояние от нейтральной оси до любого волокна

R _мин. = радиус изгиба

Экранированный плоский кабель является самонесущим и может использоваться в большинстве приложений, связанных с перекатыванием, скручиванием и тик-тактом.

Обратите внимание, что это соотношение сохраняется для любого поперечного сечения, потому что момент инерции | не появляется.

Напряжение можно минимизировать, уменьшив толщину или диаметр кабеля, C _max , или увеличив радиус изгиба, R _min . Влияние напряжения также можно свести к минимуму, выбрав материалы проводника и экрана, которые имеют более высокий предел прочности на разрыв, чем медь.

Испытания на изгиб показывают, что сопротивление медных проводников и экранов увеличивается по мере того, как металлы работают сильнее при изгибе.Чем тверже металл обрабатывается, тем он становится более хрупким. Более быстрые циклы оборудования приводят к более высоким температурам в меди. Малый радиус изгиба также приводит к более высоким температурам, а также к более высокой степени усталости. Повышенные температуры могут вызвать размягчение изоляции, что, в свою очередь, изменяет физические свойства изоляции, снижая сопротивление истиранию, уменьшая сопротивление прорезанию и уменьшая прочность на разрыв. Все эти изменения могут вызвать преждевременный выход кабеля из строя.

Усталость проводника и экрана в точке окончания

Изгибающие напряжения и вибрация от движущихся кабелей вызывают поломку разъемов, обжатых и припаянных концов кабеля. Неподдерживаемые кабели преждевременно выходят из строя из-за усталости интерфейса разъема.

Кабели могут получить травмы плетью от быстро движущихся кареток, в результате чего кабель быстро меняет направление и ломается. Во всех приложениях, связанных с высокоскоростным изгибом, неподвижный кабель обеспечивает лучшее сопротивление изгибу и изгибу, чем гибкий кабель.

Конструкция кабеля предотвращает выход из строя

Чтобы повысить надежность кабелей в гибких приложениях, сосредоточьтесь на основных материалах и конструкции кабелей. Размер кабеля — самый важный фактор, который следует учитывать при увеличении срока службы при изгибе. Уменьшение диаметра кабеля приводит к экспоненциальному увеличению срока службы при изгибе, когда радиус изгиба остается постоянным.

Использование стандартных медных проводников и уменьшение размера и веса кабеля может увеличить срок службы (надежность) и снизить затраты.Начните с как можно более тонкой изоляции проводника с высокой диэлектрической прочностью и хорошими характеристиками сопротивления разрыву. Уменьшение толщины изоляции проводника уменьшает общий диаметр готового кабеля и делает его менее восприимчивым к нагрузкам, связанным с изгибом. Изоляция Gore MIL-ENE * на 50 процентов тоньше, чем сопоставимый материал, и рассчитана на номинальное напряжение 300 В RMS при толщине стенки 0,004 дюйма.

Укладка кабелей и проводов имеют решающее значение для увеличения срока службы круглых кабелей при изгибе.Вы можете отрегулировать укладку кабеля, количество витков на дюйм проводов и укладку проводов, чтобы оптимизировать надежность кабеля для различных гибких приложений. Такая оптимизация не увеличивает стоимость кабеля, но при правильной реализации существенно влияет на надежность.

Экран кабеля часто выходит из строя первым, потому что он находится на наибольшем расстоянии от нейтральной оси кабеля и, следовательно, испытывает наибольшую нагрузку. Для решения этой проблемы требуются два элемента дизайна.

Во-первых, замените экран со стандартной оплеткой на экран с двойной оплеткой, оптимизированный для срока службы и эффективности экранирования. Во-вторых, изолируйте экран от проводников и внешней оболочки, чтобы уменьшить трение, которое генерирует тепло и сокращает срок службы при изгибе. Используйте материал с низким коэффициентом трения, как статического, так и динамического.

Gore расширенный PTFE ** имеет самый низкий коэффициент трения среди всех материалов кабеля. Он использовался для различных применений: от коаксиального диэлектрика до прочных внешних оболочек на гибких карданных кабелях.

Оболочка кабеля защищает экраны и проводники от окружающей среды. Если кабель закреплен и правильно заделан, оболочка также может увеличить прочность на разрыв и срок службы кабеля при изгибе.

Лучшие материалы оболочки — тонкие, с высокой прочностью на разрыв и устойчивостью к разрыву, гидравлической жидкости, смазочно-охлаждающей жидкости и растворителям. Полиуретан — отличный материал для оболочек кабелей. Он огнестойкий, устойчив к большинству промышленных жидкостей и обладает отличной стойкостью к истиранию.

Методы прокладки кабелей повышают производительность машины

Применение

Flex в высокоскоростных автоматизированных устройствах может привести к выходу из строя круглых кабелей высочайшего качества. По мере уменьшения времени цикла вес кабеля и системы управления кабелями становится ограничивающим фактором.

В таких приложениях ленточные силовые кабели дольше стандартных силовых кабелей. Срок службы ленточного кабеля в 100 раз больше, чем у круглого кабеля, а вес ленточного кабеля составляет одну четвертую веса круглого кабеля.Ленточный кабель уменьшает массу движущихся пучков кабелей, обеспечивая большее ускорение, меньшую вибрацию и колебания, а также меньший износ.

Плоский кабель часто может сгибаться и двигаться без использования кабельной цепи. Ленточный кабель является самонесущим и с соответствующими зажимами и направляющими может использоваться в большинстве приложений, связанных с перекатыванием, скручиванием и тик-тактом. Он может включать в себя монтажные скобы, отформованные на куртке. Это обеспечивает значительную экономию трудозатрат и затрат на установку.

Заключение

Традиционные кабели, используемые в промышленном оборудовании, не предназначены для обеспечения надежности и производительности, необходимых для новых конструкций оборудования.Используя материалы, которые доказали свою надежность в соответствующих средах, таких как военные и автомобильные приложения, а также улучшая базовую конструкцию кабеля с низкой стоимостью, можно спроектировать надежные кабели, отвечающие требованиям оборудования для автоматизации производства.

использованная литература

¹ Молл, Кеннет В. и Маккартер, Дэвид Р., В. Л. Гор и партнеры, Inc., Flex Life in Cables, Electronic Packaging and Production, июнь 1976 г., стр.29-30, 3435.

* Изоляция MIL-ENE доступна в W. L. Gore & Associates, Inc., Newark, DE

.

** Расширенный PTFE доступен в W. L. Gore & Associates, Inc., Newark, DE

.

Помехи сигналам и экранирование кабеля

Хорошо спроектированный кабель состоит из множества важных независимых элементов. В последнее время экранирование стало таким же важным элементом, как и любой другой элемент дизайна. Растущая сложность современных систем связи и управления в сочетании с увеличением расстояний, необходимых для передачи сигналов и управления, привели к экспоненциальному увеличению количества отказов, связанных с электрическими помехами (шумом).В зависимости от приложения, кабели могут подвергаться неблагоприятному воздействию EMI / RFI / ESI (электромагнитные помехи, радиочастотные помехи, электростатические помехи), также известные как «помехи сигнала». помехи сигнала, правильное экранирование жизненно важно.

Помехи сигнала

Согласно отраслевым техническим данным, существует четыре основных источника помех сигнала.

• Статический шум: Возникает, когда электрическое поле искажает сигнал, и его можно уменьшить, используя непрерывные экраны из фольги, которые обеспечивают 100% эффективность экранирования и соответствующие методы заземления.
• Магнитный шум: исходит от больших электродвигателей переменного тока, трансформаторов и рубильников и может настраивать потоки тока, противоположные прибору. Самый простой и лучший способ устранения магнитного шума — это использование сигнальной проводки на основе витой пары.
• Синфазный шум: Возникает в результате протекания тока между разными потенциальными заземлениями, расположенными в различных точках внутри системы. Решение этой проблемы требует тщательно спроектированной и правильно установленной системы питания и заземления.
• Перекрестные помехи: Относится к наложению импульсных сигналов постоянного или стандартного переменного тока между двумя или более соседними проводами или кабелями. Наиболее эффективное средство смягчения последствий — это индивидуально экранированные витые пары.

Если обнаружится, что шум будет представлять проблему, необходимо определить, является ли шум низким, средним или высоким уровнем.

В таблице ниже приведены обобщенные уровни шума:

Уровень шума	Источники шума	Типовые местоположения
Высокая	Электротехнические процессы, большие двигатели, генераторы, трансформаторы, Индукционный нагрев, Релейное управление, Линии электропередач	Тяжелые перерабатывающие предприятия, такие как сталелитейные и литейные заводы
Средний	Средние двигатели-генераторы, трансформаторы Реле управления	Средние предприятия-производители
Низкая	Малые двигатели, генераторы, трансформаторы	Склады, лаборатории, офисы и легкие сборочные производства

После определения типа / уровня шума можно лучше выбрать наиболее подходящий тип экранирования.

Экранирование кабеля

Экранирование окружает силовые проводники кабеля и защищает их за счет (1) отражения помех сигнала, а также (2) улавливания шума и его заземления. Multi / Cable предлагает различные варианты экранирования и разную степень эффективности экранирования. При выборе типа / количества необходимого экранирования учитывайте следующие факторы:

• Тип помех сигнала — EMI, RFI или ESI
• Уровень шума
• Конфигурация системы
• Стоимость кабеля — нужно ли дополнительное экранирование?
• Диаметр, вес и гибкость кабеля

Multi / Cable обычно использует фольгу или оплетку или и фольгу, и оплетку при экранировании кабелей.

Экран из фольги:

Хорошо

• Защита на частотах выше 15 кГц
• 100% покрытие по жилым проводам
• Легкий
• Низкая стоимость

В экранировании из фольги используется экран из фольги из алюминия / полиэстера или алюминия / каптона (обращенный внутрь) со 100% покрытием и непрерывным контактом со спирально обслуживаемым медным луженым проводом заземления (на один размер AWG меньше, чем изолированные проводники). Дренажный провод используется для создания электрического соединения между экраном и землей цепи.Экранирование из фольги может быть применено к отдельным проводам, витым парам или тройкам, или как общий экран из фольги.

Braid Shield:

Лучше

• Защита на низких частотах (до 15 кГц)
• Сопротивление EMI ​​/ RFI в приложениях питания, управления и передачи данных
• Высокая физическая прочность

Экранирование оплеткой представляет собой плетеную сетку из неизолированных, луженых, серебряных или никелированных медных проводов. Экранирующая оплетка Multi / Cable обеспечивает покрытие не менее 85%.Экраны из оплетки обеспечивают путь к земле с низким сопротивлением, и их намного легче заканчивать при подключении к разъему. Поскольку медь имеет более высокую проводимость, чем алюминий, а плетение обеспечивает большую массу для проводящего шума, оплетка более эффективна в качестве экрана.

MultiShield (фольга и оплетка):

Best

• Защита во всем диапазоне частот
• Высокая физическая прочность
• Легкость прекращения

Для очень шумной среды и когда решающим фактором является физическая прочность, рекомендуется использовать несколько слоев экранирования (фольга / оплетка). Multi / Cable Экран MultiShield «фольга и оплетка» использует тройную ламинатную (алюминий / полиэстер / алюминий) фольгу с отводом на один размер AWG меньше, чем изолированные проводники, а также общую луженую медную оплетку для повышения физической прочности и превосходного экранирования от помех сигнала. В многожильных кабелях отдельные пары иногда экранируются фольгой, чтобы обеспечить защиту от перекрестных помех между парами.

Для получения более точной информации об экранировании кабеля обратитесь к своему дружественному партнеру по продажам или проектированию Multi / Cable.

Сейсмические характеристики подземных электрических кабелей: уровни ремонта и функции хрупкости на основе фактических данных

Зоны анализа

Анализ скорости ремонта проводится для четырех «зон» разжижения, приведенных в Таблице 1. В каждой зоне анализируются все предложенные IM. Таблица 2 суммирует наблюдения в каждой области исследования для каждой типологии изоляции кабеля. Важно отметить, что большинство кабелей в Крайстчерче относятся к типологии PILCA. Следовательно, хотя в последнем столбце представлены данные для всех типологий, объединенных для справки, на эти данные сильно влияет типология PILCA.В следующих разделах подробно описаны производные функции скорости ремонта для каждой зоны анализа. Как правило, наблюдается, что для всех типов кабелей скорость ремонта значительно выше в зонах сжижения, чем в зонах, где сотрясение грунта было единственной наблюдаемой опасностью. Кроме того, темпы ремонта в зоне сотрясения грунта очень низкие. Это согласуется с наблюдениями Квасинки и др. (2014), материалы кабеля, присутствующие в Крайстчерче, должны быть способны выдерживать деформации грунта, вызванные землетрясениями, без податливости, а также наблюдения других землетрясений, согласно которым деформация грунта является основным источником повреждения подземных кабелей (Танака и др. .2008; Fujisaki et al. 2014). Надежность скоростей ремонта для типологий XLPE и PILCA HDPE в несжиженной зоне несколько сомнительна, поскольку они основаны на однократном наблюдении за ремонтом. Однако по сравнению со скоростями восстановления, рассчитанными для типологии PILCA, они имеют аналогичный порядок величины и демонстрируют такое же большое снижение по сравнению с их соответствующими скоростями восстановления в зоне разжижения. Следовательно, эти показатели ремонта можно считать правдоподобными. В зоне разжижения скорость ремонта выше в областях, где наблюдается поперечное растекание, чем в областях, где наблюдается только оседание, что указывает на то, что движение в горизонтальной плоскости более разрушительно для кабелей.Наконец, в целом более высокие скорости восстановления наблюдаются для типологии PILCA, чем для типологий XLPE или PILCA HDPE. Исключение составляет зона бокового распространения, где скорость восстановления для PILCA HDPE очень высока, хотя это основано на экспозиции всего 1 км и поэтому может зависеть от необычных местных условий.

Таблица 2 Наблюдаемые данные ремонта по зоне разжижения от землетрясений Дарфилд и Крайстчерч вместе

Зона A: без разжижения

На рис. 11 показаны наблюдения за скоростью ремонта и подогнанные регрессионные модели для кабелей PILCA в зависимости от каждого из возможных IM.Для краткости, для каждого IM показаны только наиболее эффективные (определяемые наивысшим коэффициентом детерминации, R ² ) линейной (уравнение 6) и модели зависимости мощности (уравнение 7). Информация, представленная на каждом графике, включает уравнение модели наилучшего соответствия для прогнозирования среднего значения скорости ремонта, RR _MEAN , R ² и значение p для значимости регрессии. Поскольку функции скорости восстановления получены из наборов эмпирических данных, наблюдения характеризуются значительным естественным разбросом.Хотя в литературе очень редко эмпирические функции сопровождаются оценками неопределенности (Россетто и др., 2015), графики на рис.11 также включают информацию о стандартной ошибке регрессии, SE (в терминах ln RR для модели отношения мощности) и диапазон ошибок, охватывающий одну стандартную ошибку по обе стороны от медианного прогноза подобранной модели. Поскольку стандартная ошибка для моделей отношения мощности выражается в ln RR, стандартная ошибка становится мультипликативным фактором при преобразовании в натуральный масштаб.

Рис. 11

Графики зависимости скоростей ремонта от возможных показателей интенсивности (IM) для кабелей PILCA в зоне A (без разжижения), включая доверительный интервал Пуассона вокруг каждого наблюдения ( столбцов ошибок ), наиболее подходящая модель линейной регрессии ( сплошная линия ) и доверительный интервал вокруг наилучшего соответствия ( пунктирная линия )

Графики показывают, что скорость ремонта плохо коррелирует с PGV даже в зоне без разжижения.Это подтверждает наблюдения Tanaka et al. (2008), Fujisaki et al. (2014) и Kwasinki et al. (2014), что только деформация грунта может вызвать повреждение подземных кабелей. Хорошо коррелированные и значительные регрессии также достигаются с использованием PGDf _V и PGDf _GEOM , что предполагает, что некоторые кабели в этой зоне могут подвергаться подповерхностному разжижению. Учитывая, что разжижение более распространено, когда сотрясение грунта более сильное, и что исследование зонирования основано только на поверхностных доказательствах разжижения, возможно, что небольшое количество ремонтов, наблюдаемых в этой зоне, является результатом неправильной классификации зонирования.Из-за небольшого количества наблюдаемых неисправностей невозможно определить скорость ремонта по сравнению с моделью IM для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, полиэтилена высокой плотности PILCA или других типов кабелей.

Зона B: разжижение

На рис. 12 показаны наблюдения за скоростью ремонта и подогнанные регрессионные модели для кабелей PILCA в зависимости от каждого из возможных IM. В этой зоне PGDf _GEOM дает наивысшее значение R ² и единственное значение R ² > 0,7. Регрессия с этим IM также значима на уровне 5%, а диапазон ошибок не очень велик по сравнению с величиной прогнозов модели.Следовательно, можно сделать вывод, что PGDf _GEOM является оптимальным IM для прогнозирования скорости ремонта кабеля в разжиженных грунтах. Хотя среди других типов кабелей в этой зоне наблюдается больше неисправностей, их все еще немного. Были протестированы различные значения ширины бинов, но в каждом случае после применения критериев скрининга остается недостаточное количество наблюдений (<3) для выполнения значимой регрессии для других типологий кабелей.

Рис. 12

Графики зависимости скорости ремонта от возможных показателей интенсивности (IM) для кабелей PILCA в зоне B (разжижение), включая доверительный интервал Пуассона вокруг каждого наблюдения ( столбцов ошибок ), наилучшая модель линейной регрессии ( твердых линия ) и доверительный интервал вокруг наилучшего соответствия ( пунктирная линия )

Зона C: разжижение только с оседанием

На рис. 13 показаны наблюдения за скоростью ремонта и подогнанные регрессионные модели для кабелей PILCA в зависимости от каждого из возможных IM.В этой зоне PGDf _GEOM дает наивысшее значение R ² и единственное значение R ² > 0,7. Регрессия с этим IM также значима на уровне 5%. Однако, поскольку не должно быть горизонтального движения в зоне, где наблюдается только оседание, на практике модель PGDf _GEOM никогда не может быть применена, поскольку среднее геометрическое значение набора значений не может быть вычислено, если одно из значений равно нулю. Наличие горизонтальных перемещений в наборе эмпирических данных, вероятно, связано с комбинацией ошибок измерения LiDAR или неправильной классификации зонирования.Как и ожидалось, PGV и PGDf _H — плохие предикторы в этой зоне. Поскольку оседание связано с вертикальной деформацией грунта, PGDf _V является единственным IM, который физически логичен в этой зоне и, как ожидается, будет хорошо предсказывать. Тем не мение. хотя регрессия значительна, она работает лишь умеренно с точки зрения объяснительной способности с R ² = 0,6. Диапазон ошибок для модели PGDf _V все еще относительно узок, и поэтому эта модель может быть приемлемой.Как и в зоне B, после применения критериев отбора наблюдений недостаточно для выполнения значимой регрессии для других типологий кабелей.

Рис.13

Графики зависимости скорости ремонта от возможных показателей интенсивности (IM) для кабелей PILCA в зоне C (разжижение с оседанием), включая доверительный интервал Пуассона вокруг каждого наблюдения ( столбцов ошибок ), наилучшая модель линейной регрессии ( сплошная линия ) и доверительный интервал вокруг наилучшего соответствия ( пунктирная линия )

Зона D: разжижение с боковым расширением

На рисунке 14 показаны наблюдения за скоростью ремонта и подогнанные регрессионные модели для кабелей PILCA в зависимости от каждого из возможных IM.Отсутствие IM приводит к регрессии с R ² > 0,7, но наиболее эффективным IM является PGDf _H (R ² = 0,672), что и следовало ожидать в зоне бокового распространения. Также, как и ожидалось, PGV и PGDf _V работают плохо, что еще раз указывает на отсутствие влияния вертикальной деформации в областях, где наблюдается латеральное расширение. Примечательно, что, хотя R ² для PGDf _GEOM (0,635) ниже, чем R ² для PGDf _H , его стандартная ошибка также меньше, а его доверительный интервал 95% уже, что указывает на более низкую неопределенность. .Следовательно, если кто-то может конкретно определить области, где будет происходить поперечное распространение, тогда как PGDf _H , так и PGDf _GEOM могут быть использованы в качестве IM, и окончательное решение будет зависеть от компромисса, который практикующий готов пойти между объяснительная сила и неопределенность. Как и в зоне B, после применения критериев скрининга наблюдений недостаточно для проведения значимой регрессии по другим типам кабелей.

Рис. 14

Графики зависимости скорости ремонта от возможных показателей интенсивности (IM) для кабелей PILCA в зоне D (разжижение с боковым разбросом), включая доверительный интервал Пуассона вокруг каждого наблюдения ( столбцов ошибок ), наилучшая модель линейной регрессии ( сплошная линия ) и доверительный интервал вокруг наилучшего соответствия ( пунктирная линия )

Сводка соотношений скорости ремонта

Кабели PILCA

Из предыдущего анализа можно сделать вывод, что сотрясение грунта само по себе оказывает незначительное влияние на скорость ремонта по сравнению с разжижением.В зоне без разжижения только IM постоянных деформаций грунта показывают хорошую корреляцию со скоростью ремонта, но это, вероятно, связано с проблемами качества данных и, как следствие, неправильной классификацией зон разжижения. В любом случае результирующие функции скорости ремонта не имеют большого значения для будущих анализов хрупкости, поскольку в областях, не являющихся разжижающимися, постоянные деформации грунта по определению будут оцениваться как нулевые. На рисунках 11, 12, 13 и 14 показано, что большинство точек данных в зоне A имеют степень исправления в районе 0.От 01 до 0,1 ремонта на км, в то время как в Зонах B – D большинство точек данных имеют коэффициент ремонта более 0,1 ремонта на км, а во многих случаях — более 1 ремонта на км. В областях, где происходит разжижение, PGDf _GEOM является наиболее эффективным IM, за исключением областей бокового распространения, где PGDf _H работает немного лучше, но потенциально за счет увеличения неопределенности. Функции скорости восстановления, связанные с оптимальными IM в каждой зоне, сведены в Таблицу 3. Неопределенность, связанная с каждой моделью, сопровождаемой соответствующими графиками, показана на Рис.11, 12, 13 и 14.

Таблица 3 Оптимальные IM и соответствующие функции скорости ремонта для каждой зоны анализа разжижения

Другие типы изоляции кабелей

Низкое количество неисправностей в других типах изоляции кабелей предотвратило количество ремонтов по сравнению с функциями IM, полученными для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, полиэтилена высокого давления PILCA и других типов кабелей, однако в совокупности они составляют примерно четверть всего кабеля. в Крайстчерче и должны учитываться при любой оценке рисков электроэнергетической системы.Как подытожили Какдери и Аргирудис (2014), обычным явлением для функций скорости ремонта трубопроводов является использование одной и той же базовой функции с коэффициентом, учитывающим различные типы материалов. Аналогичный подход предлагается для подземных кабелей с использованием данных в таблице 2. Если взять функции скорости ремонта кабеля PILCA в качестве базовой модели, то коэффициенты для альтернативных типологий могут быть определены как отношение скорости ремонта в альтернативной типологии к ремонту. скорость в кабелях PILCA, без учета IM.Поэтому, чтобы оценить уровень ремонта для этих типологий, можно сначала рассчитать уровень ремонта для кабелей PILCA, а затем умножить на соответствующий коэффициент. Коэффициенты для каждой альтернативной типологии, разделенные по зонам, показаны в таблице 4.

Таблица 4 Предлагаемые коэффициенты для альтернативных типологий кабелей, которые будут применяться к базовым функциям скорости ремонта PILCA

Проводящий материал

Исходя из свойств материалов, Kwasinki et al.(2014) отмечают, что кабели, в которых в качестве проводящих материалов используются медь и алюминий (как в случае Крайстчерча), должны быть способны выдерживать умеренные удлинения, вызванные разжижением, наблюдаемые при двух землетрясениях, и что другие факторы в первую очередь влияют на хрупкость кабелей. Набор данных по ремонту кабеля включает информацию о проводящем материале, поэтому влияние этого фактора можно проверить. В таблице 5 приведены скорости ремонта в каждой зоне для кабелей, классифицированных по проводящему материалу, а также для кабелей, классифицированных по комбинации их проводящий / изоляционный материал.

Таблица 5 Нормы ремонта, рассчитанные в каждой зоне для кабелей, классифицированных по проводящему материалу

Анализируя данные для кабелей, классифицированных только по проводящему материалу, кажется, что существует явная разница между медными и алюминиевыми кабелями, причем медные кабели примерно в два раза более уязвимы, чем алюминиевые кабели во всех зонах. Однако 96% медных кабелей имеют изоляцию PILCA по сравнению с 61% алюминиевых кабелей. В предыдущем анализе было показано, что PILCA значительно более уязвим, чем другие изоляционные материалы, и поэтому возможно, что несоответствие между медью и алюминием как проводящими материалами связано с уязвимостью соответствующей изоляции, а не из-за влияния сам проводящий материал.

Поэтому более полезно сравнить влияние проводящего материала между кабелями с одним и тем же изоляционным материалом. Данные для медных кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена относительно ненадежны, поскольку они основаны на небольшом воздействии (34 км) и всего двух ремонтах. Сравнение кабелей PILCA более полезно и показывает, что во всех зонах уровень ремонта медных кабелей выше, чем алюминиевых. Процедура линейной регрессии для получения функций скорости ремонта применяется к медным кабелям PILCA и алюминиевым кабелям PILCA для каждой из зон разжижения (B, C и D) с использованием наиболее эффективных IM, как определено в предыдущих разделах.В таблице 6 представлены некоторые ключевые статистические показатели регрессионного анализа.

Таблица 6 Статистическое сравнение функций скорости ремонта, полученных для медных кабелей PILCA и алюминиевых кабелей PILCA

R ^{2 представлены значения} для наилучшего соответствия модели и показывают, что модели от умеренной до хорошо коррелированной могут быть сгенерированы для обеих типологий кабелей во всех зонах, кроме зоны D, где оба IM приводят к плохой корреляции для повреждения медных кабелей PILCA.T-тесты выполняются для сравнения моделей PILCA для меди и алюминия в каждой зоне и определения их значимости. Нулевая гипотеза каждого t-критерия состоит в том, что нет существенной разницы (на уровне 5%) между наклонами линий наилучшего соответствия регрессии для каждой типологии. Во всех случаях, представленных в таблице 6, значение p больше 0,05, поэтому нулевая гипотеза не может быть отклонена. Из данных недостаточно доказательств, чтобы сделать вывод о том, что проводящий материал влияет на скорость восстановления, что соответствует наблюдениям Kwasinki et al.(2014). Это может быть дополнительно проиллюстрировано графиками на рис. 15. Они показывают, что не только доверительные интервалы для двух материалов перекрываются, но, что более важно, в каждом случае линия наилучшего соответствия одного материала содержится в пределах доверительной вероятности другого. , указывая на то, что между ними нет существенной разницы.

Рис. 15

Подбор модели линейной регрессии и доверительные интервалы для медных кабелей PILCA и алюминиевых кабелей PILCA для выбранных IM в каждой зоне

Возраст кабелей

Еще одним потенциальным фактором, который может повлиять на скорость ремонта, является возраст кабелей.Можно было бы ожидать, что старые кабели будут более уязвимыми, что приведет к более высокому уровню ремонта, наблюдаемому в данных. Набор данных, предоставленный Orion, включает информацию о десятилетии прокладки каждого кабеля. Примечательной статистикой является то, что 87% кабелей из сшитого полиэтилена были проложены в 2000-х годах, и, соответственно, все, кроме одной из неисправностей, наблюдаемых среди кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, произошли на кабелях, проложенных в течение этого десятилетия. Следовательно, сравнение скорости ремонта с возрастом среди кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена невозможно. Однако этот анализ может быть выполнен для кабелей PILCA, и результаты суммированы в таблице 7 и показаны на рис.16, где возраст кабеля взят от середины каждого десятилетия до 2010 года, года первого землетрясения. Графики не показывают сильной тенденции к увеличению скорости ремонта с возрастом ни в одной из четырех зон. Модели линейной регрессии были подобраны для каждой зоны как напрямую, так и с использованием логарифмических преобразований. Ни одна из моделей не является значимой на уровне 5%, а максимальное значение R ² составляет 0,213. Это указывает на то, что в Крайстчерче возраст не повлиял на хрупкость кабеля во время землетрясений.

Таблица 7 Интенсивность ремонта кабелей PILCA в каждой зоне по возрасту (пустые ячейки указывают, что один или несколько критериев экранирования не соблюдены) Рис. 16

График зависимости скорости ремонта от возраста в каждой зоне для кабелей PILCA

Underground Cables — обзор

12.3 Материалы для такелажа

Помимо разработки планов парусов, также были использованы материалы для такелажа. Одна из трудностей в установлении истории такелажа состоит в том, что такелаж и паруса редко сохраняются археологически.Информацию о том, что использовали наши предки, необходимо почерпнуть из оставшихся деревянных элементов или из современных исторических источников, таких как скандинавские саги, или художественные изображения.

До появления международных торговых путей материалы, используемые для оснастки, были любыми, доступными на местном уровне, и поэтому их ассортимент весьма широк. Технологии изготовления такелажных канатов могли быть одинаковыми во все времена и во всем мире, но материалами могли быть кожа, морские водоросли, папирус, ива или даже шерсть животных.

Преобладающим материалом на протяжении большей части истории такелажа была конопля. С момента своего первого использования для производства каната в Азии в 4000 г. до н.э. канат из конопли распространился по всему миру, поскольку моряки плавали и торговали с дальними странами (McCaskill, 2009). Лишь в 19 веке, когда абака (член семейства банановых) стала предпочтительным материалом для производства веревок, ее использование уменьшилось. Многие не знали бы об этом изменении, так как абака стала известна как манильская конопля из-за того, что это родное растение Филиппин.Дополнительные подробности технологии волоконных канатов приведены McKenna et al. (2004). Поскольку промышленная революция привела к снижению стоимости производства чугуна и стали, эти материалы начали заменять традиционные органические материалы. Развитие горнодобывающей промышленности в Германии в 1830-х годах привело к замене пеньки кованым железным канатом для использования в подземных канатных дорогах (Wilhelm Albert, 2014). Эти изобретения были приняты моряками, и в отчете Международной выставки 1862 года говорилось, что использование чугунного такелажа было обычным делом в течение предыдущих 10 лет, а в 1863 году был спущен на воду британский корабль Seaforth , который зарегистрирован как быть первым, у которого были стальные лонжероны и такелаж (Anderson and Anderson, 2012).

Разработка стальных канатов не остановилась и в настоящее время является зрелым продуктом благодаря простоте изготовления и монтажа, а также относительно низкой стоимости, и, следовательно, остается наиболее распространенным вариантом оснастки для небольших яхт и лодок. Аустенитная никель-хромовая нержавеющая сталь класса SAE316 (Cr ₁₆ Ni ₁₀ Mn ₂ Mo ₂ Si ₁ ), известная как морская нержавеющая сталь, используется в такелажном оборудовании и имеет повышенную стойкость к хлоридной коррозии. из-за 2–3% молибдена по сравнению с нержавеющей сталью типа SAE304 (Cr ₁₈ Ni ₈ Mn ₂ Si ₁ ).

Размеры проволоки от 3 до 16 мм. Самая простая проволочная конструкция с круглым поперечным сечением (классификация канатов 1 × 7) состоит из шести шестиугольных прядей, плотно упакованных вокруг одной жилы с сердечником. На следующий размер оборачивают еще 12 прядей, чтобы получить проволоку 1 × 19 прядей. Эти отдельные тросы могут быть дополнительно сгруппированы для создания других общих устройств, используемых в такелажной технике, а именно 7 × 7 (49 тросов), 7 × 19 (133 троса) и 6 × 36 (216 тросов). Увеличение количества проводов обеспечивает большую гибкость при том же размере.Таким образом, для ходового такелажа (используемого для подъема, опускания и управления парусами) будет использоваться 7 × 19, поскольку этот такелаж требует гибкости. Постоянный такелаж, поддерживающий мачту, требует высокой прочности и жесткости, поэтому используется 1×19. Однако на более крупных яхтах желание иметь такелаж с меньшим натяжением, чем у проволоки, привело к дальнейшим разработкам со сталью.

Rod Rigging впервые появился на яхтах в конце 1960-х годов, хотя его первоначальная разработка была произведена примерно 50 лет назад, но не для яхт.Требования войны часто могут стимулировать инновации, и во время Первой мировой войны первые бипланы имели такелажную проволоку между наборами крыльев, чтобы создать легкую и жесткую конструкцию. Увеличение жесткости этой конструкции означало бы увеличение диаметра используемого такелажного троса, что потребовало бы увеличения веса и аэродинамического сопротивления. Шотландская фирма Macomber & Whyte изготовила оснастку из стальных стержней в качестве альтернативы проволоке, поскольку удлинение стержней обычно было на 35% меньше при той же нагрузке, что и у эквивалентной проволоки (Spurr, 1982).

Медленное продвижение от такелажа самолета к такелажу яхты было связано с рядом ранних отказов, в основном из-за усталостных отказов концевых деталей штанг, где они встречались либо с мачтой, либо с цепными пластинами. Цепные пластины — это металлические пластины с множеством отверстий, которые используются для крепления стойки или кожуха с помощью талрепа к корпусу парусной лодки. Стяжная муфта используется для обеспечения сочленения троса с фиксированной цепной пластиной. Лишь в 1960-х годах эта проблема была решена путем разработки головок для холодной штамповки стержней.Головы представляли собой вздутие с гладким радиусом по краю, которое могло подходить к специально разработанным фитингам на мачте или корпусе. К 1970 году все яхты US America’s Cup 12MR предпочли стержневое крепление тросу.

Штанговая оснастка затем нашла признание на более широком рынке за пределами гоночных яхт высокого класса, и до последних 10–15 лет она использовалась по умолчанию для оснастки больших яхт. Это улучшение низкого лобового сопротивления и меньшего веса игнорируется большинством прибрежных и морских пользователей небольших яхт, которые все еще используют трос, поскольку он дешевле и имеет лучшую устойчивость к повреждениям, поскольку при выходе из строя отдельных тросов трещина не проходит полностью через весь трос.Повреждения могут стать видимыми при осмотре. Такая устойчивость к повреждениям является ключевым преимуществом композитного такелажа.

Морская среда является чрезвычайно агрессивной, поэтому стержни сделаны из Nitronic 50 (Ni50: Fe ₅₆ Cr ₂₂ Ni _12,5 Mn ₅ Mo _2,25 Si ₁ C _0,06 ) высококачественная нержавеющая сталь. Очевидным недостатком стали является ее относительно высокий удельный вес 7,5 по сравнению с 1,5 у многих композитных конструкций.

Такелаж обычно меняется из-за опасений по поводу необнаруживаемой коррозионной усталостной трещины, приводящей к падению мачты. Такелаж из нержавеющей стали или проволоки может пройти визуальный осмотр, но выйти из строя без предупреждения. Неразрушающий контроль металлической оснастки — дело дорогое и ненадежное. На яхтах меньшего размера, как правило, следует заменять стоячий такелаж каждые 12 лет, максимум 15 лет в соленой воде или 15–20 лет в пресной воде. Цикл замены зависит от его использования: если вы участвуете в гонках или плаваете на море, то более ранние замены требуются из-за больших нагрузок, обычно в течение 3 или 5 лет, или в соответствии с рекомендациями классификационного общества.В тех случаях, когда лодки в действительности ходят так мало, или снимают мачту зимой, или имеют завышенные характеристики для принятых нагрузок, или находятся на верфи, подвергающейся ремонту в течение многих лет, тогда возможно более длительное время цикла замены. Монтаж проволоки обычно выходит из строя там, где проволока входит в обжатую арматуру. Возможны менее частые отказы цепных пластин, но при этом возможны защелкивания фаркопов и переключателей.

Потенциальная экономия веса и, что более важно, уменьшение центра тяжести, побуждают производителей оснастки экспериментировать с композитными материалами.

Критический анализ использования рефлектометрии для определения местоположения трещин

ГРИФФИТС и др.: КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ 705

по всей плоскости, очень немногие (надеюсь, нет!) Из которых

заметно повлияло на летно-технические характеристики самолета в то время.

Если бы мы предупредили обслуживающую бригаду о каждой из этих неисправностей

(чего мы не можем), это потребовало бы от них вынесения суждения

о том, заменять или ремонтировать проводку, в которой нет ничего плохого. системная точка зрения.

Если мы хотим иметь возможность прогнозировать неисправности проводки, мы собираемся определить местонахождение (а не просто обнаружение) минутных изменений в производительности системы

до того, как система заметит реальные симптомы деградации системы

. Непрерывный мониторинг проводов

(который подразумевает тестирование, пока провода находятся под напряжением, с системой

, такой как SSTDR, которая не мешает работе воздушного судна) может использоваться для обнаружения периодических отказов, которые предшествуют симптоматической работе системы

.Это кажется разумным подходом по следующим причинам. Во-первых, авиационные механики

постоянно сообщают, что, когда самолет доставляется для планового технического обслуживания или модификации без каких-либо известных проблем, они обычно обнаруживают несколько мест, где проволока обуглена или обуглена. обычно короткое замыкание, что означает, что прерывистые короткие замыкания

обычно происходят без видимой в противном случае деградации системы.Вторая причина, по которой мы думаем, что это выполнимо, заключается в том, что при испытании автоматических выключателей arc

с мокрыми дугами солевого раствора капала

на два соседних провода с радиальными трещинами, образуя водяной мост

, что несколько (часто что-то по порядку из 10–20)

Требуется

капель, прежде чем система затонет. Это будет означать

, что подобное количество повторяющихся прерывистых неисправностей будет также

, когда провод находится в плоскости. Вероятно, что большинство

из этих «мокрых» неисправностей являются слишком короткими по продолжительности, чтобы отрицательно повлиять на

производительность системы, но они должны быть обнаружены, если

провод постоянно контролируется.Таким образом, есть основания ожидать, что прогноз будет более многообещающим при постоянном мониторинге прерывистых неисправностей

, чем при обнаружении

трещин.

Последствия постоянного мониторинга токоведущих проводов в

включают некоторые значительные преимущества, а также несколько проблем.

Методы миниатюризации систем SSTDR для обеспечения возможности их внедрения в автоматические выключатели самолетов, системы управления мощностью

tems, блоки авионики, соединители и т. Д.в настоящее время находятся в разработке.

. Преобразование существующих печатных плат в интегральные схемы

значительно снизит их размер, стоимость и требования к мощности. Даже в этом случае затраты на размер, вес, доллары и сложность мониторинга каждого провода в устаревшем самолете, вероятно, непомерно велики. Для существующих самолетов может быть разумным

контролировать кабели высокого риска, кабели с историей отказов и т.д. .И

может быть разумным иметь временную тестовую систему, которая может быть реализована «по мере необходимости» для диагностики прерывистой неисправности

и удалена, как только неисправность будет обнаружена. Новые самолеты,

, особенно те, которые в настоящее время находятся на стадии проектирования, могут получить наибольшую выгоду от

от этого типа технологии, поскольку он может быть непосредственно интегрирован в физическую структуру системы проводки. Данные

от этих датчиков могут быть интегрированы непосредственно в бывшую

систему мониторинга воздушного судна, а также может быть включено обычное питание для датчиков

.Соединение нескольких датчиков

может обеспечить множество преимуществ, включая двойное или многократное тестирование проводки

, обмен данными с резервированием,

, а также самотестирование и диагностику самих датчиков.

V. C

ВКЛЮЧЕНИЕ

В этом документе представлены моделирование и измерения (TDR,

FDR и SSTDR) для различных условий разрушения. Наиболее значительным наблюдением

в этой статье является то, что потертости на проводах имеют сигнатуру рефлектометрии

, которая меньше обычного импеданса

изменений на проводе и, следовательно, остаются невидимыми для методов рефлектометрии

.Даже при дальнейших разработках методов

, которые могут сделать их достаточно чувствительными, чтобы снизить износ

катетеров в идеализированных испытательных средах, нормальное изменение импеданса

в окружающей среде кабеля больше, чем изменение импеданса

. по самой вине.

A

ЗНАНИЕ

Авторы хотели бы поблагодарить Б. Янга, К. Уотермана,

С. Смита, Дж. Шпигеля, Д. Патча, ГО Вела, А. Чена, Р. Эрла,

С. .Адамсону и К. Чжэну за идеи по кодированию и предложения. Эта статья была первоначально запущена как проект в ECE

6340 Численные методы для электромагнетизма и была расширена оттуда. Они также хотели бы поблагодарить Г. Аллана

из CM Technologies за его очень полезные обсуждения и измерения TDR

во время подготовки этой статьи.

R

EFERENCES

[1] НАСА, Пилотное исследование целостности электропроводки (WIRE) A0SP-001-XB1

авг.2000 [Интернет]. Доступно: http://wire.arc.nasa.gov/center_in-

volvement / center.html

[2] NSTC, Обзор федеральных программ безопасности проводных систем, White

House Rep., Ноябрь 2000 г. [ Онлайн]. Доступно: http://www.ostp.gov/html/

wire_rpt.pdf

[3] К. Фурс и Р. Хаупт, «До проводов»,

IEEE Spectrum, vol. 38,

нет. 2, pp. 34–39, Feb. 2001.

[4] J. P. Steiner и W. L. Weeks, Рефектометрия во временной области для Moni-

toring Cable Changes: технико-экономическое обоснование EPRI GS-6642, февраль.1990.

[5] Д. Линч и Д. Вагенбах, «Гибридный рефлектометр NASA: моделирование

рефлектометрии поврежденных проводов», представленный на 7-й совместной конференции FAA /

DoD / NASA по старению самолетов, 8 сентября. –11, 2003.

[6] Дж. Хэнсон и М. Спис, «Тестирование и оценка электрических систем

в стареющих самолетах», представленный на 6-й совместной конференции FAA / DoD / NASA Aging

Aircraft Conf., Сентябрь 16–19, 2002.

[7] Ф. Хёрц и Д. Кениг, «Исследования ранней и поздней стадии деградации

изоляции проводов для авиационных применений», представленные на 5-м заседании Объединенного федерального управления гражданской авиации / министерства обороны США

. НАСА Aging Aircraft Conf., 10–13 сентября 2001 г.

[8] М. Диналло и Л. Шнайдер, «Испытательный стенд для авиационных проводных систем для использования в

разработке технологий измерения состояния проводов», представил

на 6-м Объединенном FAA. / DoD / NASA Aging Aircraft Conf., 16–19 сентября,

2002.

[9] Б. Ваддупс, К. Фурс и М. Шмидт, «Анализ рефлектометрии

для обнаружения потертостей изоляции проводов самолетов. , », Представленная на 5-й совместной конференции FAA / DoD / NASA по проблемам старения самолетов

., 10–13 сентября 2001 г.

[10] Н. А. Маккей и С. Р. Пенстон, «Высокочувствительный узкополосный рефлектометр

во времени», IEEE Trans. Instrum. Измер., Т. ИМ-23, вып. 2,

pp. 155–158, Jun. 1974.

[11] М. Шмидт, «Использование TDR для тестирования кабелей», M.S. кандидатская диссертация, избранный отдел.

Вычисл. Eng., Университет штата Юта, Логан, 2002 г. (доступно по адресу http: //

wwwlib.umi.com/dissertations/).

[12] Б. Ваддупс, «Анализ рефлектометрии для обнаружения перетертого воздуха —

изоляции проводки корабля», М.С. тезис, избранный отдел. Comput. Eng., Utah

State Univ., Logan, 2001, (доступно по адресу http://wwwlib.umi.com/dis-

sertations /).

[13] Искандер М. Ф. Электромагнитные поля и волны. Englewood

Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1992.

[14] C. Furse, Y.C. Чанг, Р. Дангол, М. Нильсен, Г. Мабей и Р. Вуд —

палата, «Рефектометрия в частотной области для внутренних испытаний стареющей электропроводки самолета

», IEEE Trans. Электромагнит. Compat., т. 45, нет. 2, pp.

306–315, May 2003.

[15] К. Фурс, П. Смит, М. Сафави, и К. Ло, «Возможность применения спектральной рефлектометрии

trum для определения местоположения дуг на провода под напряжением », IEEE Sensors J.,

, который будет опубликован.

Определение динамической деформации с использованием оптоволоконных кабелей позволяет визуализировать сейсмологические и структурные особенности

1.

Sigmundsson, F. et al. Сегментированный латеральный рост дайки во время рифтинга в вулканической системе Бардарбунга, Исландия. Природа 517 , 191–195 (2015).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

2.

Витце А. Оценка риска вулканов. Nature 519 , 16–17 (2015).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

3.

Харрис Р. Х. Сильные землетрясения и ползучие разломы. Ред. Geophys . 55 , 169–198 (2017).

4.

Бадд, Г. Эффективная интерпретация. New Technol. Mag. 1-2 (2010).

5.

Ятман, Г., Юзумджу, С., Паха, А. и Мерт, А. А. Датчики обнаружения вторжений, используемые электронными системами безопасности для критически важных объектов и инфраструктур: обзор. WIT Trans. Встроенная среда. 151 , 131–141 (2015).

Артикул Google ученый

6.

Шелеф, Э. и Оскин, М. Деформационные процессы, прилегающие к активным разломам: примеры из восточной Калифорнии. J. Geophys. Res. 115 , B05308 (2010).

ADS Статья Google ученый

7.

Li, Y. in Seismic Imaging Fault Damage and Heal (ed Li, Y.) Ch 4, 378 pp (Walter de Gruyter GmbH & Co KG, High Education Press, 2014).

8.

Амитрано Д. Разрыв в результате накопления повреждений в породах. Внутр. Дж. Фракт . 139 , 369–381.

9.

Jousset, P. & Rohmer, J. Свидетельства дистанционно вызванных микроземлетрясений во время обрушения соляной пещеры. Geophys. J. Int 191 , 207–223 (2012).

ADS Статья Google ученый

10.

Дуан, Б., Кан, Дж. И Ли, Ю.-Г. Деформация зон податливых разломов, вызванная близлежащими землетрясениями: теоретические исследования в двух измерениях. J. Geophys. Res. 116 , B03307 (2011).

ADS Google ученый

11.

Thun, J. et al. Наблюдения за деформацией микрометрового масштаба выявляют фундаментальные факторы, влияющие на геологический рифтогенез. Nat., Sci. Отчет 6 , 36676 (2016).

ADS Статья CAS Google ученый

12.

Аллен, Р. М. Трансформирующее обнаружение землетрясений? Наука 225 , 297–298 (2012).

ADS Статья Google ученый

13.

Burdick, S. et al. Неоднородность верхней мантии под Северной Америкой по данным томографии во времени путешествий с глобальными данными и данными переносимого массива США. Сейсмол. Res. Lett. 79 , 384–392 (2008).

Артикул Google ученый

14.

Хансен, С. М. и Шмандт, Б. Автоматическое обнаружение и определение местоположения микросейсмичности на горе Св.Helens с решеткой геофонов большого N. Geophys. Res. Lett. 42 , 7390–7397 (2015).

ADS Статья Google ученый

15.

Sigloch, K., McQuarrie, N. & Nolet, G. История двухэтапной субдукции в Северной Америке, полученная с помощью многочастотной томографии. Нат. Geosci. 1 , 458–462 (2008).

ADS Статья CAS Google ученый

16.

Снайдер Р. и Вапенаар К. Визуализация с окружающим шумом. Phys. Сегодня 2010 , 44–49 (2010).

Артикул Google ученый

17.

Эллиотт, Дж. Р., Уолтерс, Р. Дж. И Райт, Т. Дж. Роль космических наблюдений в понимании и реагировании на активную тектонику и землетрясения. Нат. Commun. 7 , 13844 (2017).

ADS Статья CAS Google ученый

18.

Houlié, N. et al. Новые подходы к обнаружению поверхностных сейсмических волн во временных рядах GPS с частотой дискретизации 1 Гц. Нат. Sci. Отчет 1 , 1–9 (2011).

Артикул CAS Google ученый

19.

Lehujeur, M., Vergne, J., Schmittbuhl, J. & Maggi, A. Характеристика окружающего сейсмического шума вблизи глубокого геотермального резервуара и последствия для интерферометрических методов: тематическое исследование на севере Эльзаса, Франция. Геотерм. Энергетика 3 , 3 (2015).

Артикул Google ученый

20.

Матиас И., Икезава С. и Коррес Дж. Волоконно-оптические датчики — текущее состояние и будущие возможности 381 (Springer, Швейцария, 2017).

21.

Кутан, О., Де Манжен, М. и Ле Коарер, Э. Фабри-Перро Оптический тензометр со встраиваемой маломощной системой опроса. Optica 2 , 400–404 (2015).

Артикул Google ученый

22.

Масуди, А. и Ньюсон, Т. П. Предоставленный обзор: распределенное оптическое определение деформации динамического волокна. Rev. Sci. Instrum. 87 , 011501 (2016).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

23.

Nickès, M. & Ravet, F. Распределенные оптоволоконные датчики: глубина и чувствительность. Нат.Фотоника 4 , 431–432 (2010).

ADS Статья CAS Google ученый

24.

Филен Д. Л., Уайт И. А., Кул Дж. Ф. и Меттлер С. Одномодовое волокно ODTR: эксперимент и теория. IEEE J. Quantum Electron. QE18 10 , 1499–1508 (1982).

Артикул Google ученый

25.

Willis, M. E. et al. Количественное качество данных вертикального сейсмического профиля распределенного акустического зондирования. Передняя кромка 35 , 605–609 (2016).

26.

Дин Т., Куни Т. и Хартог А. Х. Влияние измерительной длины на падающие в осевом направлении P-волны, измеренные с помощью оптоволоконного распределенного датчика вибрации. Geophys. Проспект. 65 , 184–193 (2016).

27.

Масуди, А. и Ньюсон, Т. П. Распределенный оптоволоконный динамический датчик деформации с высоким пространственным разрешением и улучшенным разрешением по частоте и деформации. Optic Lett. 42 , 290–293 (2017).

28.

Кувшинов Б.Н. Взаимодействие спирально намотанных волоконно-оптических кабелей с плоскими сейсмическими волнами. Geophys. Проспект. 64 , 671–688 (2016).

ADS Статья Google ученый

29.

Cox, B. et al. Распределенное акустическое зондирование для геофизических измерений, мониторинга и проверки. Регистратор CSEG 37 , 7–13 (2012).

30.

Хартог, А., Фринье, Б., Маки, Д. и Кларк, М. Вертикальное сейсмооптическое профилирование на кабеле для каротажа. Geophys. Проспект. 62 , 1365–2478 (2014).

Артикул Google ученый

31.

Мадсен, К. Н., Тондель, Р. и Квам, О. Калибровка глубины на основе данных для распределенного акустического зондирования. Передняя кромка 35 , 610–614 (2016).

32.

Daley, T. et al. Полевые испытания волоконно-оптического распределенного акустического зондирования (DAS) для подземного сейсмического мониторинга. Передняя кромка 36 , 936–942 (2013).

33.

Паркер Т., Шаталин С. и Фархадирушан М. Распределенное акустическое зондирование — новый инструмент для сейсмических исследований. Первый перерыв 32 , 61–69 (2014).

Артикул Google ученый

34.

Jousset, P., Райнш, Т., Хеннингес, Дж., Бланк, Х. и Райберг, Т. Мониторинг деформаций и движения грунта в магматических областях: сверхдлинные и сверхплотные сети с использованием оптоволоконных сенсорных систем. Geophys. Res. Abstr. 18 , EGU2016 – EGU15707 (2016).

Google ученый

35.

Reinsch, T., Jousset, P., Henninges, J. & Blanck, H. Технология распределенного акустического зондирования в магматических геотермальных областях — первые результаты исследования в Исландии.В Proc. Европейский геотермальный конгресс , Страсбург, Франция (2016).

36.

Becker, M. W., Ciervo, C., Cole, M., Coleman, T. и Mondanos, M. Гидромеханический отклик разрушения, измеренный с помощью оптоволоконного распределенного акустического зондирования на миллигерцовых частотах. Geophys. Res. Lett. 44 , 7295–7302 (2017).

ADS Статья Google ученый

37.

Доу, С.и другие. Распределенное акустическое зондирование для сейсмического мониторинга приповерхностной зоны: интерферометрия транспортного шума. Sci. Отчет 7 , 11620 (2017).

ADS Статья PubMed PubMed Central CAS Google ученый

38.

Lindsey, N.J. et al. Оптоволоконные сети наблюдения волновых полей землетрясений. Geophs. Res. Lett. 44 , 1944–8007 (2017).

39.

Мартин, Э. Р., Бионди, Б. Л., Карренбах, М. и Коул, С. Непрерывный мониторинг недр с помощью пассивной сейсмики с распределенными акустическими датчиками — эксперимент «Стэнфордский массив». В Первый семинар EAGE по практическому мониторингу коллектора . https://doi.org/10.3997/2214-4609.201700017 (2017).

40.

Franklin, J. B.A. et al. Темное волокно и распределенное акустическое зондирование: приложения для мониторинга сейсмичности и приповерхностных свойств (Генеральная ассамблея AGU, Новый Орлеан, 2017).

41.

Jousset, P. et al. Сейсмическая томография в Рейкьянесе, юго-запад Исландии. In Extended Abstract EGC , Strasbourg (2016).

42.

Гейгер Л. Вероятностный метод определения эпицентров землетрясений только по времени их прихода. Бык. Сент-Луис Univ. 8 , 60–71 (1912).

Google ученый

43.

Weir, N. R. W. et al. Строение земной коры северной части хребта Рейкьянес и полуострова Рейкьянес, юго-запад Исландии. J. Geophys. Res. 106 , 6347–6368 (2001).

ADS Статья Google ученый

44.

Blanck, H., Jousset, P., Ágústsson, K., Hersir, G.P. & Flóvenz Ó. G. Анализ сейсмологических данных на полуострове Рейкьянес, Исландия. In Extended Abstract EGC, Strasbourg (2016).

45.

Verdel A. et al. Интерферометрия отражения окружающего шума Рейкьянеса. В Proc. Европейский геотермальный конгресс, Страсбург, Франция, (2016).

46.

Weemstra C. et al. Покадровая сейсмическая съемка геотермального резервуара Рейкьянес. В Proc. Европейский геотермальный конгресс, Страсбург, Франция, (2016).

47.

Frileifsson, G.O. et al. ICDP поддержал бурение керна на IDDP-2 в Рейкьянесе — демонстраторе DEEPEGS в Исландии — сверхкритические условия были достигнуты на глубине ниже 4,6 км. Geophys. Res. Abstr. 19 , EGU2017-14147-1 (2017).

48.

Saemundsson, K.И Эйнарссон, С. Геологическая карта Исландии, лист 3, SW-Исландия 2-е изд (Музей естественной истории и геодезической службы Исландии, Рейкьявик, 1980).

49.

Ryberg, T., Muksin, U. & Bauer, K. Томография окружающего сейсмического шума выявляет скрытую кальдеру и ее связь с Тарутунгским отводным бассейном в зоне Суматранского разлома, Индонезия. J. Volcanol. Геотерм. Res. 321 , 73–84 (2016).

ADS Статья CAS Google ученый

50.

Райт, Л. Г., Христодулидес, Д. Н. и Уайз, Ф. У. Управляемые пространственно-временные нелинейные эффекты в многомодовых волокнах Nat. Фотон. 9 , 306–310 (2015).

51.

Ниссен, Э., Маруяма, Т., Паркер, Т., Эроусмит, Дж. Р. и Эллиот, Дж. Деформация зоны косейсмического разлома, выявленная с помощью дифференциального лидара: примеры из японских внутриплитных землетрясений Mw ~ 7. Планета Земля. Sci. Lett. 405 , 244–256 (2014).

ADS Статья CAS Google ученый

52.

Reinsch, T., Thurley, T. и Jousset, P. О соединении оптоволоконного кабеля, используемого для распределенных акустических / вибрационных приложений — теоретическое рассмотрение. Измер. Sci. Технологии 28 , 12 (2017).

53.

Weemstra, C. et al. Применение сейсмической интерферометрии с помощью многомерной деконволюции к окружающему шуму, зарегистрированному в Маларгуэ, Аргентина. Geophys. J. Int. 208 , 693–714 (2017).

54.

Лин, Ф. К. и Ритцволлер, М. Х. Гельмгольц поверхностно-волновая томография для изотропной и азимутально анизотропной структуры. Geophys. J. Int. 186 , 1104–1120 (2011).

ADS Статья Google ученый

55.

Стефанов П., Ульманн Г. и Васи А. Локальная и локальная граничная жесткость и геодезическое рентгеновское преобразование в нормальной калибровке. Препринт на https://arxiv.org/abs/1702.03638v2 (2017).

56.

Castelvecchi, D. Давно искомые математические доказательства могут улучшить сейсмологические данные. Nature 542 , 281–282 (2017).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

57.

ICPC. Международный комитет по защите кабелей. https://www.iscpc.org/cable-data. Доступ 2017.

58.

Ли, У. Х. К., Игель, Х. и Трифунак, М. Д. Последние достижения в ротационной сейсмологии. Сейсмол. Res.Lett. 80 , 479–490, (2009).

Артикул Google ученый

59.

Коломби, А., Гено, С., Ру, П. и Крастер, Р. В. Трансформационная сейсмология: композитные линзы грунта для управления упругими волнами Рэлея на поверхностных волнах. Нат. Sci. Отчет 6 , 25320 (2016).

ADS Статья CAS Google ученый

60.

Вы, Ю.Использование телекоммуникационных кабелей для науки. Nature 466 , 690–691 (2010).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

61.

Масуди А., Белал М. и Ньюсон Т. П. Распределенный оптоволоконный датчик динамической деформации на основе фазового рефлектометра. Измер. Sci. Technol. 24 , 085204 (2013).

ADS Статья CAS Google ученый

62.

Дейли Т., Миллер Д. Э., Доддс К., Кук П. и Фрейфилд Б. М. Полевые испытания модульного мониторинга ствола скважины с одновременным акустическим зондированием и вертикальными сейсмическими профилями геофона в Ситронелле, Алабама. Geophys. Проспект. 12 , 1318–1334 (2016).

63.

Барноски, Дж. К. и Йенсен, С. М. Волоконно-оптические волноводы: новый метод исследования характеристик затухания. Прил. Опт. 15 , 2112–2115 (1976).

ADS Статья PubMed CAS Google ученый

64.

Поузи, Р. Дж., Джонсон, Г. А. и Вохра, С. Т. Измерение деформации на основе когерентного рэлеевского рассеяния в оптическом волокне. Электрон. Lett. 36 , 1688–1689 (2000).

Артикул Google ученый

65.

Шрайбер, К. У., Великосельцев, А., Карр, А. Дж. И Франко-Анайя, Р. Применение волоконно-оптических гироскопов для измерения вращения в строительной инженерии. Бык. Сейсм. Soc.Являюсь. 99 , 1207–1214 (2009).

Артикул Google ученый

66.

Liou, J. Y. & Sung, J. C. Поверхностные реакции, вызванные точечной нагрузкой или равномерной тягой, устойчиво движущейся по анизотропной полуплоскости. Внутр. J. Solids Struct. 45 , 2737–2757 (2008).

Артикул МАТЕМАТИКА Google ученый

67.

Фанг, Ю. К. Основы механики твердого тела (Прентис-Холл, Англиявуд Клиффс, 1965).

68.

Рааб Т., Райнш Т., Жуссе П. и Кравчик К. Многостанционный анализ рассеяния поверхностных волн с использованием распределенного акустического зондирования. В семинаре EAGE / DGG по волоконно-оптической технологии, Потсдам, 31 марта 2017 г. (2017).

69.

Jousset, P. et al. Набор данных по оптоволокну из Рейкьянес, Исландия. Т. 1.0. GFZ Data Services. https://doi.org/10.5880/GFZ.6.2.2018.003 (2018).

70.

Общие инструменты картографии. http: //gmt.soest.hawaii.edu. (Последний доступ: 4 июня 2018 г.).

Как Интернет путешествует по океанам

Интернет состоит из крошечных фрагментов кода, которые перемещаются по миру, путешествуя по проводам толщиной с прядь волос, натянутых на дно океана. Данные переносятся из Нью-Йорка в Сидней, из Гонконга в Лондон за то время, которое вам понадобится, чтобы прочитать это слово.

Почти 750 000 миль кабеля уже соединяют континенты, чтобы удовлетворить наш ненасытный спрос на связь и развлечения.Компании обычно объединяют свои ресурсы для совместной работы над проектами подводного кабеля, словно автострада для всех.

Но теперь Google идет своим путем, реализуя первый в своем роде проект, соединяющий Соединенные Штаты с Чили, где находится крупнейший центр обработки данных компании в Латинской Америке.

«Люди думают, что данные хранятся в облаке, но это не так», — сказала Джейн Стоуэлл, курирующая строительство проектов подводных кабелей Google.«Это в океане».

Получение там — кропотливый и трудоемкий процесс. Корабль длиной 456 футов под названием Durable в конечном итоге доставит кабель в море. Но сначала кабель собирается на разросшейся фабрике в нескольких сотнях ярдов от нас, в Ньюингтоне, штат Нью-Хэмпшир.Фабрика, принадлежащая компании SubCom, заполнена специализированным оборудованием, используемым для поддержания напряжения в проводе и заключения его в защитную пленку.

Кабели начинаются как пучок крошечных нитей стеклянных волокон.Лазеры передают данные вниз по потоку почти со скоростью света, используя оптоволоконную технологию. После достижения земли и подключения к существующей сети данные, необходимые для чтения электронной почты или открытия веб-страницы, попадают на устройство человека.

В то время как большинство из нас сейчас в основном используют Интернет через Wi-Fi и тарифные планы для передачи данных по телефону, эти системы в конечном итоге подключаются к физическим кабелям, которые быстро переносят информацию через континенты или через океаны.

В процессе производства кабели проходят через высокоскоростные мельницы размером с реактивный двигатель, оборачивая провод в медный кожух, по которому по линии проходит электричество, чтобы данные перемещались. В зависимости от того, где будет расположен кабель, позже добавляются пластик, сталь и смола, чтобы помочь ему выдержать непредсказуемые условия океана. Когда закончите, кабели будут размером с толстый садовый шланг.

Год планирования уходит на прокладку кабельной трассы, избегающей подводных опасностей, но кабели по-прежнему должны выдерживать сильные течения, оползни, землетрясения и помехи от рыболовных траулеров.Срок службы каждого кабеля составляет до 25 лет.

Конвейер, который сотрудники называют «Канатная дорога», перемещает кабель прямо в Durable, пришвартованный в реке Пискатака. Судно будет нести более 4 000 миль кабеля весом около 3 500 метрических тонн при полной загрузке.

Внутри корабля рабочие запихивают кабель в кавернозные резервуары. Один человек быстро ходит по кабелю по кругу, как будто прокладывает массивный садовый шланг, а другие ложатся, чтобы удерживать его на месте, чтобы убедиться, что он не зацепится и не завяжется.Даже если команды работают круглосуточно, требуется около четырех недель, прежде чем судно будет загружено достаточным количеством кабеля, чтобы выйти в открытое море.

Первый трансатлантический кабель был проложен в 1858 году, чтобы соединить Соединенные Штаты и Великобританию. Королева Виктория отметила это событие посланием президенту Джеймсу Бьюкенену, на передачу которого ушло 16 часов.

Несмотря на то, что за прошедшие десятилетия были изобретены новые беспроводные и спутниковые технологии, кабели остаются самым быстрым, наиболее эффективным и наименее дорогим способом пересылки информации через океан.И это все еще далеко не дешево: Google не раскрывает Чили стоимость своего проекта, но эксперты говорят, что подводные проекты стоят до 350 миллионов долларов, в зависимости от длины кабеля.

В современную эпоху телекоммуникационные компании проложили большую часть кабеля, но за последнее десятилетие американские технологические гиганты начали брать на себя больший контроль. Google поддержал по крайней мере 14 кабелей по всему миру. По данным исследовательской фирмы TeleGeography, Amazon, Facebook и Microsoft вложили средства в другие компании, подключив центры обработки данных в Северной Америке, Южной Америке, Азии, Европе и Африке.

Страны рассматривают подводные кабели как критически важную инфраструктуру, и эти проекты были горячими точками в геополитических спорах. В прошлом году Австралия вмешалась, чтобы помешать китайскому технологическому гиганту Huawei построить кабель, соединяющий Австралию с Соломоновыми островами, из опасения, что это даст китайскому правительству точку входа в свои сети.

Контент-провайдеры, такие как Microsoft , Google , Facebook и Amazon , теперь владеют или арендуют более половины подводной полосы пропускания

Доля использованных международных

ширина полосы пропускания подводного кабеля

Доля использованных международных

ширина полосы пропускания подводного кабеля

Источник: TeleGeography

Янн Дюрье, капитан корабля, сказал, что одной из самых важных его обязанностей было поддержание боевого духа среди своей команды в течение нескольких недель в море.Создание инфраструктуры нашего цифрового мира — трудоемкая работа.

С 53 спальнями и 60 ванными комнатами Durable может вместить до 80 членов экипажа. Команда делится на две смены по 12 часов. Знаки предупреждают о тишине в коридорах, потому что кто-то всегда спит.

Корабль будет перевозить достаточно припасов, чтобы продержаться не менее 60 дней: примерно 200 буханок хлеба, 100 галлонов молока, 500 коробок с дюжиной яиц, 800 фунтов говядины, 1200 фунтов курицы и 1800 фунтов риса.Есть также 300 рулонов бумажных полотенец, 500 рулонов туалетной бумаги, 700 кусков мыла и почти 600 фунтов стирального порошка. На борту запрещено употребление алкоголя.

«Я все еще страдаю морской болезнью», — сказал Уолт Освальд, техник, который прокладывает кабели на судах в течение 20 лет. Он засовывает за ухо небольшой пластырь, чтобы сдержать тошноту. «Это не для всех».

Плохая погода неизбежна.Волны достигают 20 футов, иногда от капитана корабля требуется перерезать подводный кабель, чтобы судно могло искать более безопасные воды. Когда условия улучшаются, корабль возвращается, извлекая отрезанный кабель, оставленный прикрепленным к плавучему бую, затем соединяет его вместе, прежде чем продолжить.

Работа на борту идет медленно и утомительно. Корабль, находящийся в море в течение нескольких месяцев, движется со скоростью около шести миль в час, поскольку кабели вытягиваются из гигантских бассейнов через отверстия в задней части корабля.Ближе к берегу, где больше риск повреждения, используется подводный плуг для закапывания кабеля в морское дно.

Команда Durable не ожидает, что работа в ближайшее время замедлится.

После проекта в Латинской Америке Google планирует построить новый кабель, идущий из Вирджинии во Францию, который должен быть построен к 2020 году. У компании 13 центров обработки данных, открытых по всему миру, еще восемь строятся — все необходимое для питания триллионов поисковых запросов Google, выполняемых каждый год, и более 400 часов видео, загружаемых на YouTube каждую минуту.

«Это действительно управление очень сложной многомерной шахматной доской», — сказала г-жа Стоуэлл из Google, которая носит подводный кабель в качестве ожерелья.

Спрос на подводные кабели будет только расти, поскольку все больше предприятий полагаются на услуги облачных вычислений. И технологии, ожидаемые в ближайшем будущем, такие как более мощный искусственный интеллект и автомобили без водителя, также потребуют высоких скоростей передачи данных. Области, в которых не было Интернета, теперь получают доступ: по данным Организации Объединенных Наций, впервые более половины населения мира подключено к Интернету.

«Это огромная часть инфраструктуры, благодаря которой это происходит», — сказала Дебби Браск, вице-президент SubCom, управляющая проектом Google.