методика поиска коммуникаций

МЕТОДИКА ПОИСКА КОММУНИКАЦИЙ
Введение
Современный человек не может мыслить свою жизнь без электро-, водо-, газоснабжения и других
благ цивилизации, также без них не может обойтись ни одно современное предприятие, учреждение,
или другой объект народного хозяйства. Особенное положение здесь занимают коммунальное
хозяйство, предприятия энергетической отрасли, связи, строительства, в которых коммуникации в виде
различных кабелей и труб занимают значительную долю инфраструктуры. Надежность и
бесперебойность ее работы во многом зависит от быстрого и качественного обслуживания, которого
невозможно достичь без современных приборов.
Основные задачи, встающие перед соответствующими службами можно разделить на обнаружение
коммуникации, разметку местности, определение глубины залегания с одной стороны и обнаружение и
локализацию повреждений с другой. Точное решение указанных задач особенно актуально в условиях
города или в зимнее время, так как позволяет значительно сократить размеры вскрываемого дорожного
покрытия или мерзлого грунта, позволяет предотвратить потери связанные с повреждением соседних
коммуникаций.
Методика обнаружения мест залегания и повреждения коммуникаций индукционным методом
Этот метод основан на возникновении переменного магнитного поля вокруг проводника, по
которому протекает переменный электрический ток. Поле, порождаемое единичным проводником с
током можно представить в виде концентрических колец вокруг этого проводника. Измеряя это поле с
помощью специальной приемной катушки-антенны можно оценить положение проводника (кабеля,
трубы), его направление и расстояние до оператора.
Уровень сигнала, наводимый в приемную антенну, зависит от нескольких факторов, таких как
расстояние до проводника, взаимная ориентация антенны и проводника, среды между ними,
наличия поблизости сторонних металлических объектов и некоторых других. Так как используемые в
трассоискателе «Сталкер-2» методы относятся не к количественным, а к качественным, наибольшее
значение для нас будут играть лишь первые два фактора, что значительно упрощает решение
поставленных задач. Ознакомимся с правилами, определяющими эти факторы.
1
1. Магнитное поле проводника с током ослабевает обратно
пропорционально расстоянию.
2
То есть при увеличении расстояния между проводником с током и
приемной антенны вдвое, поле в точке расположения антенны, а значит
и индуцируемый ею сигнал также ослабевают в два раза. На рисунке 1
сигнал, индуцируемый катушкой 1 вдвое слабее, чем индуцируемый
катушкой 2.
Рисунок 1
2. Индуцируемый приемной катушкой сигнал прямо пропорционален изменению числа линий
магнитной индукции (концентрические окружности на рисунках 1 и 2), пронизывающих
поперечное сечение этой катушки.
(катушки трассоискателей улавливают лишь переменное магнитное поле)
Поясним сказанное выше рисунком. Первая катушка выдает наибольший сигнал, так как ее сечение
пронизывают линии магнитной индукции. Если развернуть катушку таким образом, чтобы ее ось была
направлена на проводник (вторая катушка), линии магнитной индукции будут касаться сечения катушки,
но не пересекать ее и, следовательно, сигнал будет минимальным. Ось третьей катушки параллельна
проводнику, а линии магнитной индукции и сечение катушки лежат в параллельных плоскостях и
пересекаться не могут – индуцироваться будет минимальный сигнал. Все остальные положения катушки
относительно проводника являются промежуточными.
Далее рассмотрим основные методы работы с трассоискателями.
Метод максимума
Метод максимума позволяет обнаружить подземную коммуникацию (кабель, труба…). Для этого
оператор обходит обследуемую территорию в поисках максимального уровня сигнала. Катушка антенны
должна располагаться параллельно поверхности земли. При условии, что угол между катушкой антенны
приемника и коммуникацией меняется слабо, уровень сигнала, регистрируемый приемником, тем
1
больше, чем ближе оператор к коммуникации. Этот метод позволяет грубо разметить исследуемую
территорию, обнаружить источники сигнала, которые в дальнейшем будут изучены более подробно.
Упомянутое выше условие о неизменности угла фактически означает, что оператор по пути своего
следования не должен вращать антенну во избежание искажения результатов. Рисунок 2а иллюстрирует
зависимость уровня сигнала от смещения приемной катушки в сторону от коммуникации.
Данный метод довольно прост и надежен, однако не обеспечивает необходимой точности, так как
максимум сигнала находится на пологом участке графика (смотри рисунок 2а). Более точно определить
расположение коммуникаций можно методом минимума.
Рисунок 2
Метод минимума
Для того, чтобы воспользоваться методом минимума, выведем антенну приемника в вертикальное
положение (ось катушки направлена вертикально в землю). Согласно второму правилу в момент, когда
антенна расположена прямо над коммуникацией, сигнал будет минимальным. Смещение антенны в
любом направлении над землей выразится резким усилением сигнала, а дальнейшее удаление –
плавным ослаблением. Рисунок 2б иллюстрирует зависимость между положением катушки относительно
коммуникации и уровнем сигнала.
Определение направления залегания коммуникации
Приведем катушку приемной антенны в горизонтальное положение (параллельно земле). Проведя
предварительное обследование местности методом максимума, определим место расположения
коммуникации. Согласно второму правилу такое положение антенны, когда ее ось параллельна
коммуникации, соответствует минимальному сигналу. Таким образом, вращая антенну, по минимуму
сигнала мы определяем направление коммуникация. Заметим, что для использования данного метода
вовсе необязательно становиться прямо над коммуникацией, а достаточно находиться возле нее.
Определение глубины залегания коммуникации геометрическим методом
Для определения глубины залегания предварительно определим
положение коммуникации и ее направление. Далее сориентируем
антенну таким образом, который соответствует максимальному
уровню сигнала по методу максимума. С помощью поворотного
механизма антенны изменим угол между приемной катушкой и
поверхностью земли на 45. Двигаясь от коммуникации в
перпендикулярном
к
ней
направлении,
засекаем
момент
минимального сигнала. Согласно второму правилу в этот момент ось
катушки приемника направлена точно на коммуникацию. Так как угол
между поверхностью земли и осью катушки 45, треугольник ABC –
равнобедренный (смотри рисунок 3) что означает равенство катетов
AB и AC. Отсюда делаем вывод, что глубина залегания коммуникации
AC равна пройденному отрезку AB. Точность измерения несколько
повысится, если минимум сигнала отыскивать по обе стороны от
коммуникации, тогда глубина залегания вдвое меньше расстояния
между точками с минимальным сигналом.
Рисунок 3
2
Обследование местности
Обследование
местности
индукционными
методами
позволяет
определить
наличие
коммуникаций (кабелей, труб), направление и
глубину их залегания. Производятся при поиске
трассы для проведения ее ремонта, замены, при
проведении строительных работ во избежание
повреждения кабельных линий, трубопроводов.
Обследование можно проводить в активном или
пассивном режиме (с применением генератора или
без него). Работа в пассивном режиме производится
с нажатой кнопкой «ПОЛОСА» приемника ПС-01,
который регистрирует наводимые на коммуникацию
шумы силовых кабелей, катодной защиты, линий
Рисунок 4
связи и так далее.
Работа в активном режиме производится с помощью рамки передающей РП-01 (подробнее смотри в
главе, посвященной индуктивному подключению).
Для обследования неизвестной местности участок обходится по периметру. Если территория
слишком велика, она делится на участки меньшего размера. В местах пересечения траектории обхода с
коммуникациями будет наблюдаться максимум сигнала. Участки с повышенным уровнем сигнала в
дальнейшем исследуются методами, описанными выше. Для надежного обнаружения всех
коммуникаций следует проделать эту операцию дважды, сначала расположив катушку антенны
приемника вдоль направления движения, а затем перпендикулярно направлению движения.
Поиск коммуникации в пассивном режиме (без генератора)
Протекающие по силовым кабелям, кабелям связи и управления токи создают магнитные поля
вокруг них. Водопроводы, газопроводы, канализация и прочее, особенно в черте города, подвержены
действию блуждающих токов, наводок от соседних коммуникаций и тоже интенсивно излучают
магнитные поля. Магистральные нефте- и газопроводы нередко подвергают катодной защите –
пропускают через них выпрямленный ток частотой 100 Гц.
Перечисленные магнитные поля могут регистрироваться приемником трассоискателя, что позволяет
производить поиск в пассивном режиме, то есть без использования генератора. Методика поиска
заключается в обследовании местности приемником ПС-01 в режиме «ПОЛОСА», принимающим
сигналы звуковой частоты.
Заметим, что различные виды коммуникаций в пассивном режиме «звучат» по-своему, что при
наличии у оператора практического опыта позволяет производить отбор нужной коммуникации даже в
условиях их большого скопления.
Непосредственное подключение к коммуникации
Для проведения поисковых работ в активном режиме на коммуникацию подводится сигнал с
генератора ГС-02. Наилучшие результаты по дальности и глубине обнаружения коммуникации могут
быть достигнуты при непосредственном подключении, когда генератор гальванически соединяется с
искомой коммуникацией. При этом ток генератора протекает непосредственно по трубе или кабелю,
поэтому создаваемое им поле имеет наибольшую эффективность. Такое подключение следует
производить всегда, когда это возможно.
С помощью соединительного кабеля одна из клемм генератора надежно соединяется с зачищенной
трубой или кабелем, а вторая клемма заземляется через штырь заземления на расстоянии 510 метров
в стороне от коммуникации. Таким образом, ток генератора, распространяясь по коммуникации, создает
переменное магнитное поле и стекает в землю, через которую возвращается в генератор.
Внимание! Не допускается производить непосредственное подключение к кабелям, находящимся
под напряжением.
Подключение к коммуникации посредством рамки передающей РП-01
Помимо непосредственного подключения возможен вариант, когда сигнал с генератора наводится
на коммуникацию с помощью рамки передающей РП-01. Это позволяет отказаться от проведения
раскопок конца кабеля или трубы в случаях, когда проведение таких работ затруднительно и поблизости
нет выводов кабелей или колодцев трубопроводов. Передающая рамка подключается к клеммам
генератора и устанавливается вертикально вдоль оси обследуемой коммуникации. Ток, прокачиваемый
генератором через рамку, вызывает появление переменного магнитного поля, которое индуцирует в
коммуникации ток. Этот ток в свою очередь порождает переменное магнитное поле вокруг трубы на
значительном расстоянии от места установки рамки.
3
При проведении обследования местности, когда
заранее
даже
приблизительно
неизвестно
какие
коммуникации и как расположены, рамку располагают
плашмя (лежит на поверхности грунта) в центре
обследуемого участка, размерами до 6060 метров.
Включают генератор и обходят границы участка с
приемником настроенным на частоту генератора. Мощность
генератора выбирается таким образом, чтобы не возникало
прямой связи между рамкой и приемником. В местах
пересечения границ участка коммуникациями будет
наблюдаться максимум сигнала.
Рисунок 5
Для надежного обнаружения всех коммуникаций следует обойти участок дважды, сначала
расположив чувствительный элемент антенны приемника вдоль направления движения, а затем
перпендикулярно направлению движения. Окончательное уточнение параметров закладки
производится, как это описано выше, устанавливая рамку вертикально и вдоль коммуникации.
Для обследования узких участков местности, например при прокладке траншей, целесообразно
рамку располагать горизонтально на поверхности грунта в стороне от обследуемого участка на
расстоянии 15-20 метров от обследуемого коридора длиной не более 60 метров. Затем рамка
переносится вперед по направлению движения и обследуется следующий участок.
Передача испытательного сигнала с помощью рамки РП-01 возможна как на обесточенные, так и на
находящиеся под нагрузкой коммуникации.
Подготовка к работе
Для проведения поиска с использованием генератора, последний должен быть подключен к
коммуникации непосредственно или через передающую рамку РП-01 (подробнее смотри ниже), выбрана
одинаковая рабочая частота на генераторе ГС-02 и приемнике ПС-01 из набора 526, 1024, 8928 Гц.
Включается питание генератора и регулятором «МОЩНОСТЬ» выставляется такой уровень выходной
мощности, который позволят уверенно регистрировать сигнал от коммуникации, но и не приводит к
возникновению прямой связи генератора, соединительных кабелей или рамки с приемником. Вращая
ручку «НАСТРОЙКА» приемника он настраивается на сигнал генератора, с помощью ручки
«ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ» и кнопок «ОСЛАБЛЕНИЕ» выбирается необходимая чувствительность
приемника. Загорание на приемнике индикатора «ПЕРЕГРУЗКА» свидетельствует о том, что
чувствительность должна быть уменьшена.
Поиск кабелей
Подключение генератора «жила – земля»
При этом методе один конец неповрежденной жилы кабеля присоединяют к одной из выходных
клемм генератора. Вторую клемму генератора заземляют с помощью штыря заземления на расстоянии
5…10 м от генератора. Свободный конец неповрежденной жилы также заземляют. На рисунке 6
приведена схема подключения «жила – земля».
Рисунок 6
Выходной ток генератора протекает в основном через жилу кабельной линии и стекает в землю.
Вокруг кабеля возникает поле, интенсивность которого слабо зависит от удаления от начала кабеля. Это
поле можно прослушивать на протяжении всей линии и тем самым определять ее местонахождение.
4
Подключение генератора «жила – броня»
При этом методе одну из клемм генератора подключают к неповрежденной жиле, а другую
соединяют с броней (экраном). На другом конце кабельной линии цепь замыкают. Такое подключение
генератора показано на рисунке 7.
Рисунок 7
Выходной ток генератора протекает по неповрежденной жиле и возвращается по броне (экрану)
кабеля. Токи в жиле и броне протекают в противоположных направлениях, поэтому интенсивность
результирующего магнитного поля вокруг кабеля довольно мала.
Подключение генератора «жила – жила»
Если выход генератора подключить к двум жилам кабеля и соединить эти жилы на
противоположном конце между собой, то интенсивность результирующего поля вокруг кабеля будет
периодически изменяться с половиной шага повива. Интенсивность поля также будет довольно низкой и
зависеть от расстояния между жилами, так как протекающие в противоположных направлениях токи
компенсируют друг друга.
Поиск мест повреждения кабелей
Методы непосредственно подключения генератора с использованием неповрежденной жилы и
брони удобно использовать для определения местоположения кабельной линии на местности. Однако
все рассмотренные методы требуют соединений на противоположном конце кабельной линии, и не
могут быть использованы для определения местоположения кабеля в случае полного его обрыва или
короткого замыкания между жилами, а так же жилами и броней. В месте возникшего дефекта сигнал
исчезнет, что позволяет точно определять места повреждений. Рассмотрим следующие примеры.
Подключение генератора «оборванная жила – броня»
Данный метод подключения, в сущности, является разновидностью метода подключения по схеме
«жила – броня» с тем лишь отличием, что на противоположном конце соединение между жилой и броней
не производится. Подключение генератора к кабельной линии по схеме «оборванная жила – броня»
показано на рисунке 8.
Рисунок 8
Данный метод использует наличие распределенной емкости кабельной линии. Выходной ток
генератора протекает через подключенную к его выходу поврежденную жилу, распределенную емкость
кабеля и броню кабельной линии. При удалении от начала кабеля ток в подключенной жиле постепенно
убывает из-за ответвления на распределенную по длине емкость. Поэтому интенсивность поля,
окружающего кабель, при удалении от начала кабеля также убывает. Интенсивность магнитного поля
над кабелем в месте обрыва становится нулевой. Уменьшение интенсивности магнитного поля вдоль
кабельной линии показано на рисунке 9.
5
Рисунок 9
Для увеличения интенсивности магнитного поля над кабельной линией, необходимо увеличить ток,
протекающий по кабелю, для этого выбирайте максимальную частоту генератора 8928 Гц. Дальность
обнаружения обрыва будет выше для кабелей, имеющих большую емкость между подключаемыми
жилами. Увеличения погонной емкости кабеля можно добиться параллельным соединением нескольких
жил кабеля.
Непосредственное подключение генератора между двумя короткозамкнутыми жилами
кабельной линии
При этом методе выходные клеммы генератора подключаются к двум короткозамкнутым жилам
кабельной линии по схеме, показанной на рисунке 10.
Рисунок 10
Выходной ток генератора протекает непосредственно по поврежденным жилам кабельной линии: по
одной жиле - в одном направлении, по другой - в обратном направлении.
Индукционный метод позволяет точно определять такие повреждения при переходном
сопротивлении порядка 1 Ом (низкоомное повреждение). При этом в месте повреждения не должно быть
никаких контактов с оболочкой (экраном) кабеля или с другими жилами. Если контакт все же имеется, то
необходимо его устранить, например, прожигая высоковольтным импульсным генератором.
Для точного определения места повреждения генератор включают по вышеприведенной схеме и
начинают двигаться вдоль кабельной линии с приемником, у которого ось поисковой катушки
расположена параллельно поверхности земли и перпендикулярно направлению движения (трассе
кабельной линии).
При движении с индукционным приемником вдоль трассы кабельной линии слышимость кабельной
линии будет периодически ослабевать и усиливаться. Это объясняется наличием повива жил кабельной
линии.
На рисунке 11а показаны повив двух короткозамкнутых жил кабельной линии и токи в них. На
рисунке 11б приведен график слышимости сигналов при движении с горизонтально расположенной
катушкой приемника вдоль трассы кабельной линии. На рисунке 11в показано распределение магнитных
полей от двух повитых жил в разрезе А — А и В - В кабельной линии.
При вертикальном расположении поисковой катушки слышимость также периодически изменяется
из-за скрутки (рисунок 11г) при движении с приемником вдоль кабельной линии.
На рисунке 12а показана кабельная линия с муфтой и участком, имеющим увеличение глубины
залегания. На рисунке 12б приведена зависимость интенсивности магнитного поля кабельной линии от
длины.
Над муфтами и другими неоднородностями интенсивность магнитного поля изменяется. В местах
кабельных муфт расстояние между соседними жилами увеличивается, поэтому создаваемые жилами
поля меньше компенсируют друг друга. Скрутка жил в этих местах отсутствует. Все это приводит к
увеличению интенсивности магнитного поля над кабельной муфтой.
В местах, где кабельная линия плавно уходит на большую глубину наблюдается плавное
уменьшение интенсивности магнитного поля.
В местах, требующих особой защиты кабельной линии от механических повреждений, кабель
прокладывают в металлических трубах. В этих случаях из-за экранирования наблюдается значительное
ослабление интенсивности магнитного поля.
В месте короткого замыкания между жилами кабельной линии ток от индукционного генератора
меняет свое направление, структура магнитного поля вокруг кабеля изменяется, и компенсация от жил
проявляется более слабо. Поэтому над местом повреждения интенсивность магнитного поля
усиливается (рисунок 12б) и становится нулевой после места повреждения.
6
Рисунок 11
Рисунок 12
7