Способ определения локальных дефектов изоляции труб и кабелей

 

Изобретение относится к области анализа материалов с использованием электрических средств, в частности измерения электрического сопротивления материалов, и может быть использовано при определении локальных дефектов изоляции электрического кабеля или металлических труб. Сущность: определяют электрическую емкость дефектов, входное сопротивление и волновое сопротивление контролируемого участка кабеля или трубы, коэффициент отражения на входе кабеля. Вычисляют на основе коэффициента отражения место нахождения дефекта. Действительную часть коэффициента отражения вычисляют с помощью выражения, приведенного в описании изобретения. Технический результат изобретения: повышение точности определения количества дефектов, а также расстояния до каждого из них относительно точки измерения.

Изобретение относится к области анализа материалов с использованием электрических средств, в частности измерения электрического сопротивления материалов, и может быть использовано при определении локальных дефектов изоляции электрического кабеля или металлических труб.

Известен способ определения дефектов диэлектрической полимерной пленки (GB, заявка 1313992, G 01 N 27/20, 1973). Согласно известному способу смачивают пленку раствором электролита, пропускают ее через валки-электроды при приложении к электродам и пленке электрического поля с постоянным измерением электрического тока между электродами. О наличии дефектов судят по пиковому увеличению величины тока.

Недостатком известного способа следует признать его непригодность для контроля дефектов диэлектрического покрытия на неплоскостной основе.

Известен способ контроля дефектов изоляции на металлической основе (SU, авторское свидетельство 274450, G 01 N 27/20, 1970), согласно которому по поверхности изоляции перемещают электрод и измеряют ток между перемещаемым электродом и металлической основой, причем о наличии дефекта судят по увеличению величины тока.

Недостатком известного способа следует признать его непригодность для использования в промышленных условиях, а также низкую точность.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения можно признать способ определения дефектов изоляции (см. статью Лебедев Г.М. “Математическое моделирование локальных дефектов изоляции силовых кабелей 6-10 кВ”, “Электричество”, 1998, стр. 23-27), характеризуемый определением с использованием высокочастотной рефлектометрии значений входного сопротивления и коэффициента отражения на входе изоляции кабеля с определением расстояния до первого дефекта.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке универсального способа определения дефектов изоляции кабелей и труб.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении точности определения количества дефектов в изоляции кабелей и труб, а также расстояния до каждого из них относительно точки измерения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать способ определения дефектов изоляции, включающий предварительное определение методом высокочастотной рефлектометрии электрической емкости дефектов изоляции, определение значений входного сопротивления, волнового сопротивления контролируемого участка изолированного кабеля или трубы и коэффициента отражения на входе кабеля или трубы, покрытых слоем изоляции, и вычисление на основе коэффициента отражения места нахождения дефекта, причем указанный коэффициент представляют в виде

Г=(Z_в -Z_вx)(Z_в+Z_вx)^-1,

где Z_в - волновое сопротивление;

Z_вх - входное сопротивление,

вычисляют действительную часть коэффициента отражения по формуле

Rе(Гβ )=K₁sin(2β x₁)+K₂sin(2β x₂)+...+K_nsin(2β x_n),

где Rе(Гβ ) - действительная часть коэффициента отражения;

К _n=0,5vβ B_ne^-2x_n^α -

х_n - расстояние от точки измерения до n-дефекта изоляции;

n - количество дефектов на контролируемом участке изоляции;

α , β - коэффициенты затухания и фазы, вычисляемые по формулам

α =(0,5[R₀G₀-ω L₀C₀+((R²₀+ω ²L²₀)(G²₀ +ω ₂C₀)^0,5]^0,5;

β =(0,5[ω ²L₀C₀-R₀G₀ +((R²₀+ω ²L²₀)(G²₀ +ω ²C²₀))^0,5]^0,5 ,

где ω =2 π f(f - частота генератора);

R₀, G₀ , L₀, C₀ - первичные параметры кабеля или трубы (линии), определяемые известным путем;

В_n =С/G_в,

где G_в - волновая проводимость в кабеле или трубе, согласованная на конце и вычисляемая по известным формулам;

С - емкость дефекта изоляции, определяемая методом высокочастотной рефлектометрии;

v - фазовая скорость распространения волны в кабеле или трубе, вычисляемая по формуле v=(L₀ C_o)^-0,5.

Указанное преобразование коэффициента отражения может быть проведено как путем приближений с использованием ЭВМ или с использованием ниже приведенных преобразований:

Г_n=(G_в-(jω C_n+G_в))/(G_в+(jω C_n+

G_в))=-jω C_n/(2G_в+jω C_n).

Это выражение преобразуют к виду

Г_n=-(jω B_n-0,5(ω В_n)²)/(2+0,5(ω В_n)²).

Поскольку в реальности 0,5(ω В_n) стремиться к нулю, то вторыми слагаемыми в числителе и знаменателе можно пренебречь и коэффициент отражения на входе линии с учетом набега фазы до дефекта и обратно принимает вид

Г_n=-0,5(jω B_n)²e^{-2γ x}_n,

где γ =(α +jβ ) - коэффициент распространения линии.

Известно ω =2π /T=2π v/Тv=2π v/λ =β v.

Общий для всех дефектов коэффициент отражения примет вид

Г=(-0,5(ω B₁)²е^{-2γ x}₁)+(-0,5(ω В₂)²е^{-2γ x}₂)+...+(-0,5(ω В_n)²е^{-2γ x}_n)=

(-0,5(jβ vB₁)²е^{-2γ x}₁)+(-0,5(jβ vB₂)²e^{-2γ x}₂)+...+(-0,5(jβ vB_n)²e^{-2γ x}_n).

Выделенная действительная часть имеет вид

Re(Гβ )=0,5vβ B₁e^-2x₁^α sin(2β x₁)+0,5vβ B₂e^-2x₂^α sin(2β x₂ +...+

0,5vβ B_ne^-2x_n^α sm(2β x_n).

Заменяя K_n=0,5vβ B_ne^-2x_n^α , получаем

Re(Гβ )=K₁sin(2β x₁)+K₂sin(2β x₂)+...+K_nsin(2β x_n).

Приведенный расчет был проверен экспериментально.

На кабеле длиной 250 м на расстоянии 80 и 120 м были выполнены дефекты изоляции (прокол). Входное сопротивление кабеля составило 0,209 Ом/м, волновое сопротивление Z_в=75 Ом, С ₀=0,665· 10^-10 Ф/м, С1=0,441· 10 ^-10 Ф/м, G₀=4,785 Ом/м, α =0,04, β =0,022, v=1,62· 10⁸ м/сек. Расчет показал наличие в изоляции двух дефектов на расстоянии 79,5 м и 120,6 м.

На металлической трубе длиной 40 м, покрытой слоем резиново-битумной изоляции, были выполнены два дефекта на расстоянии 14 и 27 м. Входное сопротивление составило 0,312 Ом/м, волновое сопротивление 98 Ом. Расчет показал наличие в изоляции двух дефектов на расстоянии 13,7 м и 27,4 м.

Следовательно, предложенный метод позволяет определить количество дефектов изоляции, а также их местонахождение.

Формула изобретения

Способ определения дефектов изоляции, включающий предварительное определение методом высокочастотной рефлектометрии электрической емкости дефектов изоляции, определение значений входного сопротивления, волнового сопротивления контролируемого участка изолированного кабеля или трубы и коэффициента отражения на входе кабеля или трубы, покрытых слоем изоляции, и вычисление на основе коэффициента отражения места нахождения дефекта, причем указанный коэффициент представляют в виде

Г=(Z_в-Z_вx)(Z _в+Z_вx)^-1,

где Z_в - волновое сопротивление;

Z_вх - входное сопротивление;

отличающийся тем, что дополнительно при вычислении коэффициента отражения определяют действительную часть коэффициента отражения по формуле

Rе(Гβ)=K ₁sin(2βx ₁)+K₂sin(2βx ₂)+...+K_nsin(2βx _n),

где Rе(Гβ) - действительная часть коэффициента отражения;

где х_n - расстояние от точки измерения до n-го дефекта изоляции, n - количество дефектов на контролируемом участке изоляции, α, β - коэффициенты затухания и фазы, В_n=C/G_в , где G_в - волновая проводимость в проводнике, С - емкость дефекта изоляции, v - фазовая скорость распространения волны в проводнике.