كيفية تحديد عيوب الكابلات عالية المقاومة: طرق ميدانية عملية للكابلات تحت الأرض

بالنسبة للفنيين الميدانيين، هذا يعني أن الكابل قد يستمر في حمل الحمل عند الجهد المنخفض، وقد يقرأ مقياس مقاومة العزل الحد الطبيعي، وقد لا يظهر TDR أي انعكاس واضح. ومع ذلك، فإن الكابل يتعثر في ظل ظروف الخطأ، أو يتعطل بشكل متقطع تحت الحمل. يتطلب تحديد موقع هذه الأخطاء تقنيات متخصصة تجبر الخطأ بشكل فعال على تقديم توقيع قابل للقياس. تشرح هذه المقالة سبب صعوبة الأعطال ذات المقاومة العالية وتستعرض الطرق المثبتة التي يستخدمها متخصصو تحديد مواقع أعطال الكابلات.

1. ما هو خطأ الكابل عالي المقاومة؟

خطأ المقاومة العالية هو انهيار عازل حيث يتلف العزل ولكنه لا ينهار إلى قصر مباشر من المعدن إلى المعدن. وبدلا من ذلك، تقوم نقطة الصدع بتوصيل التيار من خلال مسار مقاوم - غالبا من خلال العزل المتفحم، أو الأشجار المائية، أو العيوب الملوثة بالرطوبة - وليس من خلال مسار معدني صلب. تتراوح قيم مقاومة الخطأ النموذجية من عدة مئات من الكيلو أوم إلى عدة ميغا أوم.

تشمل الأسباب الشائعة لأعطال المقاومة العالية ما يلي:

• تشجير المياه في عزل XLPE - تنتقل الرطوبة عبر العزل على مر السنين، مما يؤدي إلى إنشاء قنوات صغيرة تشبه الأشجار ذات موصلية ضعيفة؛ غالبًا ما تقاس هذه العيوب بمئات الكيلو أوم.
• التتبع المتفحم من أحداث الجهد الزائد السابقة - الطفرة السابقة التي أدت إلى حرق مسار موصل جزئيًا من خلال العزل تترك مسارًا متفحمًا بمقاومة متوسطة إلى عالية.
• الرطوبة في المفاصل أو النهايات - يؤدي تلوث الماء في المفصل إلى إنشاء مسار تسرب مقاوم بدلاً من قصر مباشر.
• تلف ميكانيكي جزئي - قد يؤدي الكبل الذي تم تشققه أو تآكله أثناء التثبيت إلى إتلاف العزل ولكنه يحتفظ بقوة عازلة كافية لتجنب حدوث قصر تام.
• تؤدي عيوب الطبقة شبه الموصلة - علامات السكين أو الإزالة غير الكاملة لشاشة شبه الموصلة عند النهاية إلى إنشاء تركيزات مجالية لا تتحلل إلا تحت الجهد العالي.

1.1 لماذا لا يستطيع TDR القياسي اكتشافها

يعمل TDR عن طريق إرسال نبضات ذات جهد منخفض وقياس الانعكاسات الناتجة عن عدم تطابق المعاوقة. تنتج دائرة قصر صلبة (مقاومة قريبة من الصفر) انعكاسًا قويًا يسهل التعرف عليه. لكن الصدع عالي المقاومة يقدم مقاومة قريبة من الممانعة المميزة للكابل - عادة 20-50 أوم - وبالتالي فإن الانعكاس يكون صغيرًا، وغالبًا ما يكون مدفونًا في الضوضاء، أو غائبًا تمامًا. ومن الناحية العملية، يكتشف TDR بشكل موثوق الأخطاء التي تقل عن 100 أوم تقريبًا؛ وفوق ذلك، تنخفض سعة الانعكاس بشكل حاد ويصبح من الصعب تمييزها عن ميزات الكابلات العادية (المفاصل والوصلات والفروع).

ولهذا السبب يستطيع الفني توصيل TDR بالكابل المعيب، ورؤية أثر نظيف تمامًا، مع العلم أن الكابل معيب. إن مقاومة الخطأ ببساطة عالية جدًا بحيث لا يمكنها إنتاج انعكاس قابل للقياس بنبضة منخفضة الجهد.

2. طرق مثبتة لتحديد عيوب المقاومة العالية

2.1 طريقة انعكاس القوس (ARM) / طريقة موجة الارتفاع

تعد طريقة انعكاس القوس - والتي تسمى أيضًا ARM، أو طريقة الموجة المفاجئة، أو طريقة التيار النبضي - هي المعيار الصناعي لتحديد الأعطال ذات المقاومة العالية. بدلاً من استخدام نبض TDR منخفض الجهد، قم بتطبيق زيادة عالية الجهد (8-35 كيلو فولت) مما يجبر العطل على الانهيار. أثناء الانهيار، تنخفض مقاومة الصدع مؤقتًا إلى الصفر تقريبًا على شكل قوس؛ عندما يكون القوس نشطًا، تقيس نبضة TDR انعكاسًا قويًا من نقطة الصدع، تمامًا كما لو كانت قصيرة صلبة.

يتم إنشاء زيادة الجهد العالي بواسطة ضارب (مولد التيار المفاجئ)، الذي يقوم بشحن مكثف وتفريغه في الكابل. يجب أن تكون طاقة الاندفاع - عادة 500-2450 جول - كافية لسد مقاومة الصدع والحفاظ على القوس لعدة ميكروثانية. بمجرد أن يتشكل القوس، يكون انعكاس TDR واضحًا ويتم حساب المسافة إلى الخطأ من زمن رحلة النبض ذهابًا وإيابًا وسرعة انتشار الكابل.

المزايا الرئيسية لـ ARM:

• يعمل على أخطاء تصل إلى عدة ميغا أوم - وهو ما يتجاوز النطاق العملي لـ TDR.
• لا يتطلب سوى بضع ثوانٍ لكل نبضة؛ يمكن الحصول على موقع الخطأ في دقائق.
• يوفر شكلًا موجيًا مرئيًا يمكن للمشغلين ذوي الخبرة تفسيره والتحقق منه.
• لا يتطلب موصل عودة جيد (على عكس طرق الجسر).

2.2 طريقة النبض الحالي

ترتبط طريقة تيار النبض (وتسمى أيضًا طريقة التيار المفاجئ) ارتباطًا وثيقًا بـ ARM. بدلاً من إرسال نبضة TDR منفصلة ذات جهد منخفض، فإنها تقيس الموجة الحالية من ارتفاع الجهد العالي نفسها أثناء انتقالها عبر الكابل، وتنعكس من قوس الصدع، وتعود. يتم وضع قارنة التوصيل الحالية (المشبك على CT) حول سلك الاختبار أو الكابل في النهاية القريبة، ويعرض جهاز الاستقبال التدفق الخارج وانعكاسه.

تعتبر هذه الطريقة فعالة بشكل خاص بالنسبة للعيوب ذات المقاومة العالية جدًا والكابلات الطويلة، لأنها تستخدم تدفق الطاقة العالية كمنشط للخطأ وإشارة قياس. يتمتع النبض عالي الجهد بطاقة أكبر بكثير وينتقل لمسافات أبعد مع توهين أقل من نبض TDR منخفض الجهد، مما يجعله مثاليًا للكابلات الطويلة أو الموهنة.

2.3 الاحتراق / تكييف الأخطاء

عندما تكون مقاومة الخطأ عالية جدًا بحيث لا يمكن حتى لتدفق 35 كيلو فولت كسرها، يتم استخدام إجراء الاحتراق (تكييف الخطأ). يطبق الاحتراق جهدًا مستمرًا للتيار المستمر عند مستوى أقل بقليل من عتبة الانهيار، مما يوفر طاقة مستمرة إلى نقطة العطل. على مدار دقائق، تعمل الطاقة على تفحيم المادة العازلة وإنشاء مسار موصل، مما يؤدي تدريجيًا إلى خفض مقاومة الخلل من ميغا أوم إلى بضع مئات من الأوم أو أقل.

بمجرد انخفاض مقاومة الخطأ، يمكن استخدام TDR أو ARM القياسي لتحديد الموقع مسبقًا. يجب استخدام الاحتراق بحذر: فهو يؤدي إلى إتلاف نقطة الخلل بشكل دائم (مقبول، حيث أن الإصلاح مطلوب على أي حال)، ولكن يجب التحكم فيه لتجنب إنشاء أخطاء ثانوية في مكان آخر في الكابل. تشتمل مجموعات الحرق المخصصة على الحد الحالي والقطع التلقائي لمنع تلف التيار الزائد.

2.4 طرق الجسر (حلقة موراي / فارلي)

تعد طرق الجسر من بين أقدم تقنيات تحديد موقع الصدوع، ولكنها تظل مفيدة في حالة العيوب ذات المقاومة العالية عند توفر موصل جيد موازي. تستخدم طرق حلقة موراي وحلقة فارلي تكوين جسر ويتستون لقياس نسبة المقاومة بين الموصل المعيب والموصل السليم في نفس الكابل. وبمقارنة مقاومة طول الكابل الكامل بالمقاومة من نهاية الاختبار إلى العطل، يتم حساب المسافة إلى العطل.

تعتبر طرق الجسر فعالة بشكل خاص في الأعطال الأرضية عالية المقاومة (من الطور إلى الشاشة أو من الطور إلى الأرض) لأنها تقيس مقاومة التيار المستمر مباشرة ولا تعتمد على انعكاسات النبض. ومع ذلك، فهي تتطلب موصلًا جيدًا بنفس المقياس والطول لتشكيل الحلقة، ولا يمكنها تحديد أخطاء الدائرة المفتوحة أو أخطاء الطور إلى الطور بدون مسار إرجاع مناسب. تبلغ الدقة عادةً ±1-2% من طول الكابل.

2.5 VLF / تفعيل الجهد العالي

بعض الأعطال ذات المقاومة العالية - وخاصة أعطال شجرة الماء - لا تنهار إلا في ظل الجهد الزائد المستمر للتيار المتردد. في هذه الحالات، يؤدي تطبيق جهد تيار متردد VLF (تردد منخفض جدًا) عند 0.1 هرتز، عادةً عند 1.5-2.0 مرة من الجهد المقدر، لعدة دقائق إلى إجبار العطل على الانهيار بشكل متكرر ومتسق. بمجرد أن ينحني العطل بشكل نشط تحت جهد مستمر، يمكن إجراء تحديد الموقع المسبق لتيار ARM أو النبض.

يعد إجهاد VLF مفيدًا أيضًا في تشخيص ما إذا كان العطل عالي المقاومة يعتمد على الجهد: إذا ظهر العطل عند 1.5 U0 لكنه اختفى عند 1.0 U0، فإن الحالة عادةً ما تكون تشجرًا مائيًا أو تفريغًا فارغًا بدلاً من مسار متفحم دائم.

2.6 التحديد الصوتي والمغناطيسي

بعد تحديد الموقع المسبق لتضييق الخطأ إلى قسم معين، يجب العثور على الموقع الدقيق لسطح الأرض. تعتبر الطريقة الصوتية المغناطيسية عالمية لهذه الخطوة النهائية: يتسبب اندفاع الضارب في حدوث قوس من الصدع، مما ينتج صوتًا صوتيًا (من التمدد الحراري السريع عند الصدع) وإشارة مغناطيسية (من تيار الاندفاع). يتم السير على جهاز استقبال محمول مزود بميكروفون أرضي ومستشعر مغناطيسي على طول مسار الكابل. يستخدم المشغل أولاً الإشارة المغناطيسية للعثور على المنطقة العامة، ثم ينتقل إلى الاستماع الصوتي لتحديد موقع الخلل بدقة في حدود 10-30 سم.

3. الإجراء خطوة بخطوة

4. أفضل الممارسات

• ابدأ بأقل جهد كهربائي فعال - يمكن أن يؤدي الجهد الزائد إلى إتلاف أقسام الكابلات السليمة؛ زيادة الجهد فقط حتى يحدث انهيار ثابت.
• تأكد من سرعة الانتشار - أدخل VF (عامل السرعة) الصحيح من الشركة المصنعة للكابل؛ ينتج عن VF غير الصحيح أخطاء في المسافة تتراوح من 5 إلى 15%.
• قم بحفظ ومقارنة أشكال موجية متعددة - يكون انعكاس الخطأ الحقيقي متسقًا عبر نبضات متعددة بينما تظهر الضوضاء بشكل عشوائي.
• اختبار جميع الموصلات - قد تؤثر أخطاء المقاومة العالية على طور واحد إلى الأرض، أو طور إلى طور، أو الغلاف؛ اختبار كل مجموعة.
• استخدم طاقة زيادة كافية، فالطاقة، وليس الجهد الكهربي فقط، مهمة بالنسبة للعيوب ذات المقاومة العالية.
• إعطاء الأولوية للسلامة - اتبع الإغلاق/العلامة، واستخدم معدات الوقاية الشخصية المعزولة، وحافظ على مسافة آمنة أثناء النبض، وقم دائمًا بتفريغ الكابل وتأريضه بعد الاختبار.

5. حلول اختبار XZH لموقع الأعطال ذات المقاومة العالية

يقدم XZH TEST نظامًا كاملاً لتحديد موقع أعطال الكابلات مصممًا خصيصًا للمقاومة العالية والعيوب المتقطعة:

• محددات الأعطال المدمجة - تجمع بين طرق TDR وARM (انعكاس القوس) وتيار النبض في جهاز استقبال محمول واحد مزود بشاشة تعمل باللمس؛ يحدد الوضع التلقائي أفضل طريقة بناءً على نوع الخطأ.
• مولدات التيار الكهربائي عالية الجهد - قاذفات محمولة ومثبتة على عربة تصل إلى 35 كيلو فولت مع طاقة قابلة للتعديل (حتى 2450 جول)، كافية لكسر حتى الأعطال ذات المقاومة العالية في الكابلات ذات الجهد المتوسط ​​والعالي.
• أجهزة استقبال التحديد الصوتي والمغناطيسي - تكتشف كلاً من الإشارات الصوتية والمغناطيسية من أقواس الصدع، مع ارتباط مدمج لرفض ضوضاء المجال وتحديد الدقة حتى ±10-30 سم.
• قدرة الاحتراق — تشتمل نماذج مولدات التيار المتدفق المحددة على مخرجات احتراق يمكن التحكم فيها لتقليل مقاومة الأخطاء العالية للغاية قبل تحديد الموقع المسبق لـ ARM.
• حزم النظام الكاملة — مجموعات الكل في واحد تجمع بين محدد موقع TDR/ARM، ومولد التيار المفاجئ، والتحديد الصوتي المغناطيسي، وتتبع مسار الكابل في إعداد واحد محمول.

خاتمة

تعتبر أعطال الكابلات عالية المقاومة هي القاعدة في أنظمة الكابلات تحت الأرض في العالم الحقيقي، وليست الاستثناء. يفشل TDR القياسي في هذه العيوب لأن مقاومة الخطأ عالية جدًا بحيث لا تنتج انعكاسًا قابلاً للقياس. يتمثل الحل في إجبار العطل على تقديم توقيع منخفض المقاومة - باستخدام زيادات الجهد العالي لـ ARM أو التيار النبضي لتحديد الموقع المسبق، أو الاحتراق أو إجهاد الترددات المنخفضة جدًا (VLF) لأكثر الأعطال عنادًا، والتحديد الصوتي والمغناطيسي للموقع الأرضي النهائي. باستخدام المعدات المناسبة، والإجراءات المنهجية، والاهتمام بالجهد الكهربي والطاقة وسرعة الانتشار، يمكن تحديد موقع الأخطاء حتى بمستوى ميجا أوم بدقة وكفاءة.

حول اختبار XZH

تتخصص XZH TEST في اكتشاف أعطال الكابلات ومعدات الاختبار الكهربائي، وتوفر حلولاً عملية لمرافق الطاقة ومقاولي الكهرباء وشركات الاختبار والمهندسين الميدانيين. تشتمل مجموعة المنتجات على أجهزة تحديد عيوب الكابلات، ومولدات التيار المفاجئ عالية الجهد، والمؤشرات الصوتية المغناطيسية، وأدوات TDR، وأنظمة اختبار الترددات المنخفضة جداً (VLF)، وأجهزة تتبع مسار الكابلات - جميعها مصممة لتحقيق المتانة الميدانية، ودقة القياس، وسلامة المشغل.