Где копать? - 2008
Поиск трассы и повреждений

За последние 15-20 лет ситуация с подземными телекоммуникационными трассами изменилась в сторону усложнения их обслуживания. Какие причины привели к этому? Эксплуатируемых трасс стало больше, а средний возраст их вырос. Активизировалась деятельность строителей, которые даже в Москве умудряются вбить сваю в линию метрополитена, не говоря о порванных экскаватором связных кабелях. В городских условиях существуют проблемы асфальтного покрытия (нарушать которое "крайне не рекомендуется") и высокий уровень электромагнитных помех широкого спектра.

Вместе с условиями поиска изменились и трассопоисковые приборы. Раньше трассоискатель был простым и дешевым. Как правило, он состоял из поисковой антенны с датчиком под 45^oи миниатюрного встроенного приемника со звуковой индикацией. Степень фильтрации была не высока, и зачастую приемник просто представлял собой усилитель низкой частоты, выдающий звук в "чистом виде", без обработки. Эти приборы разительно отличаются от современных трассопоисковых средств.

Рис.1. Пример традиционного поиска трассы

Эволюция трассопоиска

По мере роста электромагнитных помех усложнялся фильтрующий блок, а городские акустические шумы потребовали акустической отстройки. Габариты и масса приемных устройств постепенно увеличивались, что - как вариант облегчения веса - привело к отделению приемника от поисковой антенны (рис.1).

Дальнейшая эволюция шла по пути развития сервиса. Одной из первых сервисных функций стала цифровая индикации глубины и протекающего тока. Для этого потребовалось ввести второй горизонтальный датчик и предусмотреть строго вертикальное положение антенны. Для поиска трассы по минимуму сигнала был встроен вертикальный датчик. Совместная работа вертикального и горизонтального датчиков привело к новому стандарту в современных трассопоисковых устройствах - они ищут трассу не только по максимуму или минимуму, как это было в традиционных методах, но и по инвертируемому сигналу. Режим называют по разному - "супермаксимум", "максимум +" и т.д. Его достоинство заключается в том, что он объединяет точность поиска "по минимуму" с удобством поиска по максимуму (рис.2). Этот прием используют многие разработчики: Seba KMT, Radiodetection, 3M, Связьприбор; он стал как бы обязательным в "джентльменском наборе" функций сложных поисковых устройств.

Рис.2. Режим "супермаксимум" (в центре) объединяет удобство определения трассы по максимальному сигналу (слева) с точностью поиска по минимуму сигнала (справа).

Появление в конструкции датчиков с различной ориентацией позволило включить в комплекс измерений фазовый анализ, на основе которого в последнее время было предложено много интересных, но схожих решений. Сначала, используя вертикальный датчик, разработчики научились определять положение измерителя - справа или слева от кабеля. Затем усилия сосредоточились на определении "своего" кабеля в местах схождения коммуникаций. Эта проблема по мере уплотнения коммуникаций приобрела особую актуальность. Было замечено, что направление тока в соседних трассах противоположно в каждый момент времени, что означает различие фаз на 1800. Разработчики использовали это как признак, разделяющий кабели. У разных компаний этот метод получил свое название. Британская компания Radiodetection окрестила метод именем Current Direction (направление тока) и сделала заявку на его эксклюзивность. Немецкий концерн Seba KMT назвал Select Signal одним из своих запатентованных инновационных методов.

Дальше у разработчиков появилось искушение исследовать разными датчиками топологию поля для определения места кабеля. В США предложено любопытное устройство, которое с помощью датчиков различной ориентации изучает топологию поля, оценивает расстояние до кабеля, глубину залегания и показывает их на плане, сопровождая цифровыми показаниями уровня сигнала (рис.3).

Рис. 3. На плане видно расположение кабеля и глубина залегания. Трассопоисковая система Ridgit "Seektech".

Компания "Связьприбор" в модели «Поиск-410 Мастер» разработала свой вариант режима карты кабеля. Его отличие от американского заключается в том, что карта кабеля содержит только легкую для чтения графическую информацию, при этом объединяет все выше перечисленные инновационные методы трассопоиска: карта кабеля, точность "супермаксимума", определение кабеля "свой-чужой" по направлению сигнала (рис.3). При этом стрелка играет еще и роль индикатора величины сигнала, меняя длину и исчезая при паузе.

Рис. 4. а - слева от измерителя "свой"кабель, что видно на карте: сигнал от генератора направлен вперед по кабелю; б - справа от измерителя "чужой" кабель, что видно на карте: сигнал по нему возвращается к генератору. Если стрелка совпадает с перекрестьем, кабель находится точно под датчиком и «Поиск-410 Мастер» достоверно измеряет глубину залегания.

В заключение несколько слов о пассивном поиске подземных коммуникаций, без подключения генератора. Ряд зарубежных производителей вернулись к забытым истокам трассопоиска: снова предложили измерителю "живой звук" без тональной обработки, чтобы по нему можно был определить источник излучения. «Поиск-410 Мастер» дополняет это графическим представлением спектра сигнала - низкочастотным энергетическим спектром для поиска силовых кабелей и широкополосным спектром для поиска самых разных подземных коммуникаций. Это может оказаться удобным дополнением, ведь графическая информация не зависит от восприимчивости слуха измерителя.

Поиск повреждений

• низкая чувствительность (повреждения близкие к КЗ);
• сигнал постоянно спадает при движении вдоль кабеля, поэтому необходимо непрерывно обследовать кабель, чтобы не пропустить место резкого падения сигнала;
• показания зависят от глубины залегания и геометрии трассы, которые у городских кабелей могут сильно изменяться;
• кабель может проходить рядом с другими коммуникациями, которые также ослабляют сигнал (по ним текут возвратные токи в противофазе с полезным сигналом).

Контактный метод основан на том, что при протекании тока через поврежденную оболочку на земле возникает разность потенциалов. Эту разность потенциалов снимают штырями, которые подключают к приемнику вместо антенны. Контактный метод на несколько порядков чувствительнее амплитудного метода. Вместе с тем он обладает двумя основными недостатками:

• Трудоемкость. Метод хорош, если место дефекта известно хотя бы приблизительно. В противном случае требуется обследовать весь кабель. Для высокоомных дефектов зона чувствительности резко снижается - уже для повреждений с сопротивлением около 100 кОм зона обнаружения находится в радиусе немногим более 1 м от повреждения. Найти такое повреждение проблематично.
• Для городов с развитым асфальтным покрытием широкое применение контактного метода невозможно. В сельской местности трудности связаны с особенностями ландшафта, почвы и погодных условий.

Инновационные двухчастотные методы поиска повреждений

Уникальные двухчастотные методы поиска были предложены разработчиками последних моделей «Поиск-310» и «Поиск-410» (Связьприбор).

Для сельских внутризоновых магистралей в дополнение к контактному методу был разработан двухчастотный фазовый метод. Этот метод сохраняет удобство и быстроту бесконтактного поиска, резко повышая его эффективность. Изменения фазы сигнала гораздо более чувствительны к утечке, чем изменения амплитуды. Метод основан на том, что в месте повреждения оболочки сигнал меняет фазу.

Однако в отсутствие пилотного сигнала скачок фазы может быть зафиксирован только при движении вдоль кабеля. Таким образом, при работе на одной частоте повторяется ситуация традиционных одночастотных методов: для поиска повреждения требуется непрерывное обследование трассы. Выход из ситуации был найден в использовании двух частот. Высокая частота выполняет роль пилотного сигнала, а низкая частота служит для отыскания повреждения. У измерителя появляется возможность не отслеживать фазу сигнала вдоль кабеля, а сравнивать фазы на разных участках кабеля. Можно вообще уйти в сторону от кабеля, можно вернуться в прежнюю точку - показания повторяются. Этот метод при поиске не требует постоянных измерений при движении вдоль кабеля. Если имеется труднопроходимый участок, его можно обойти и сравнить показания фаз в начале и в конце участка. Таким образом можно определять наличие дефекта на участке до 300 м.

Фазовый метод может дополнить, но не заменить контактный: из-за более низкой чувствительности надежно отыскиваются повреждения с сопротивлением до 20 кОм. В городских условиях фазовый метод, как и контактный, неприменим: многочисленные коммуникации сильно искажают фазу сигнала.

Для городских условий был разработан двухчастотный амплитудный метод, который может полностью заменить традиционный амплитудный метод, когда повреждение ищут по резкому спаду сигнала. Как уже говорилось, традиционный поиск должен быть непрерывным, причем изменение сигнала может происходить по разным причинам.

Новый метод работает сразу на двух частотах: 273 Гц и 2 кГц. Низкочастотный сигнал 273 Гц чувствителен к повреждению изоляции, а сигнал с частотой 2 кГц выполняет роль опорного. Этот сигнал изменяется с глубиной залегания кабеля или положением относительно него измерителя точно так же, как и низкочастотный сигнал. В отсутствие повреждения соотношение сигналов практически не изменяется вдоль кабеля. Если на кабеле произошло повреждение, то это вносит заметный вклад в сигнал 273 Гц и на порядок менее заметный в сигнал 2 кГц. Соотношение сигналов меняется. Прибор анализирует соотношение уровня сигналов на двух частотах и определяет поврежденный участок, сравнивая соотношения сигналов на концах исследуемого участка - в городских условиях до 100 м. В терминах производительности работ это значит, что можно определить поврежденный участок на кабеле 1 км за 10 измерений. Затем на поврежденном участке можно провести более тщательные измерения, разбив его на более короткие отрезки.

Чувствительность метода также на порядок выше традиционного: отыскиваются повреждения с сопротивлением до 10 кОм. Кроме высокой чувствительности метод обладает еще одним достоинством, общим для двухчастотных методов: позволяет обходить недоступные для измерения участки. Это существенно облегчает работу измерителя.

Облегчение и ускорение работы измерителя во все более усложняющихся условиях поиска трассы и повреждения кабеля - это как бы общий итог применения всех перечисленных инновационных методов, разработанных в последние годы. К сожалению, применение этих методов все еще сдерживается высокими ценами на трассопоисковые приборы зарубежных производителей. Думается, что последние отечественные разработки помогут снять эту проблему.