Рефлектометрия за откриване на повреди в градска среда

Рефлектометрията е техника за измерване и позициониране на дефекти в населени места, подземни или въздушни трасета на електропреносната, водопреносната, газопреносните и телекомуникационните мрежи. Методологията e широка сфера на приложение, предназначена да помага на сервизната дейност, с голям икономически ефект, техника с която лесно се борави, което е от особено значение в напрегнатите моменти на авария. Резултатите от измерванията лесно се интерпретират. Техника, която дефинира с висока точност мястото на авария – настояща или предвиждана.
В този брой на списанието ще направим общ обзор на рефлектометрията, като метод за откриване на повреди при различни видове инфраструктурни мрежи.

Във всяка сфера на живота ние непрекъснато контролираме, коригираме осъвременяване нашите дейности. Най-важна за правилната оценка на дадена ситуация е точната оценка, диагностика. Най-важно във всяка една дейност е точното дефиниране на задачата. След като открием проблема - прилаганите методи за неговото решение могат да бъдат много. В съвременния свят доставката на енергия, електро или топлинна, осигуряването на вода, безаварийна комуникация е задача от първостепенна важност. Изискванията към комуникационните мрежите непрекъснато растат. Ето защо развитието, осъвременяването на апаратурата и системите за бързо откриване на дефекти е приоритет с особено значение. Разбира се, за решаването на тези, често пъти сложни аварии, съществува широк спектър от технически решения.

Рефлектометри
Рефлектометрия във времева област (Time Domain Reflectometry, TDR) е принцип за определяне състоянието на метален кабел, било то коаксиален кабел или усукана двойка кабел (чифт), на базата на параметрите на отразения импулс. Методът показа и непрекъснатост на връзките. Както е известно в телекомуникацията се използват оптични кабели, заради многото им предимства, а те са с по-ниска стойност от медните, с много висока скорост на пренос на данни и още много други. За оптични кабели имаме т.н. оптична рефлектометрия – OTDR.

Рефлектометрията във времева област може да се нарече класически метод за работа при установяване на дефекти. Фокусът на този метод са проводниците - кабелите, били те информационни или за пренос на напрежение; или за установяване на дефекти във водопреносни, та дори и в газови мрежи. Общият принцип на работа на рефлектометъра е прост, както всяко гениално решение: чрез генератора през насочен приемник в кабела се подава еталонен сондиращ импулс, който частично или напълно се отразява от нееднородности в средата, в която той се разпространява. Когато например говорим за кабел или част от него, в резултат се регистрира промяна на импеданса. Отразеният импулс постъпва на входа на уреда и чрез насочения приемник попада в приемния блок. Там се обработва във вид удобен за визуализация на екран, принтер или друго устройство и се изобразява като рефлектограма. Така, базирайки се на формираната крива и нейната форма, лесно се проследява наличието на дефекти.

Нееднородността на средата, в която се разпространява този импулс може да бъде предизвикана от различни повреди в системата или външни причини, като например лоша или липсваща връзка. За успешно директно търсене на повредата в една мрежа най-важно значение имат два параметъра. Пограмата съдим първо, за максималното разстояние до мястото на повредата, и второ, за точността на показване на съответния дефект. За съжаление, на всеки производител е трудно да отговори за относителните характеристики, тъй като рефлектометрите могат да се ползват за проверка на голям брой различни типове преносни мрежи от значение са различното сечение на кабелите и разбира се от вида на материала от който са произведени, при това тестовете се извършват предимно в полеви условия.

NDR (Noise-domain reflectometry) е вид рефлектометрия преимуществото на която се състои в това, че при съществуващ сигнал с данни сигнали по кабела не се налага да се генерира някакви сигнали от самото устройство. Тъй като NDR проучва съществуващите сигнали по линията и чрез тях се идентифицират грешки в проводниците. Тази техника е особено полезна при изследването на проводници под напрежение, когато целостта на данните на проводниците е от решаващо значение. Например, NDRs може да бъде отнесена за мониторинг на електрическата мрежа на самолети.

Видове уреди
Специализираните уреди от този клас са два вида — мостови и импулсни локатори. При тестването на кабелни системи има два подхода — при постоянно и при променливо напрежение. Във втория случай тестването се прави чрез измерване на параметрите на падащата или отразената вълна. Уредът, показващ нееднородности в линията чрез измерване на отразения тях сигнал, се нарича рефлектометър. Рефлектометърът излъчва кратки електрически импулси по дължината на кабела и ако той е правилно куплиран с еднороден импеданс, целият излъчен импулс ще бъде абсорбиран до края на кабела и няма да имаме отразен сигнал. Всяка нееднородност на импеданса ще доведе до отразена вълна по посока на източника. Като пример ще дадем проверка на чифт (усукана симетрична двойка) на която се подават кратки електрически импулси постоянен ток. Ако в кабела има съществуващ дефект, енергията на импулса напълно или частично се отразява обратно в уреда. Както изпратеният импулс, така и отражението му се показва на екран. Нееднородността на импеданса провокира характеристично отразяване на генерирания импулс. Фирмите производители предлагат от малки Рефлектомери (TDR) до персонализирани за своите клиенти микробуси, оборудвани според техните изискванията за всички възможни проблеми.

Рефлектометрията обикновено се използва в населени места или в полеви условия за тестване на дълги кабелни трасета, където е непрактично да се разкопават дълги с километри кабели. Рефлектомеричните устройствата са задължителни за превантивна поддръжка на телекомуникационните линии. Приложими са както за проверка на местата на свързване и конекторите, така и за установяване нарастването на утечката вследствие на провалена изолация повишаваща навлизането на влага, фактор предшестващ сериозни усложнения. Използването на рефлектометрията дава възможност с точност до сантиметри да покаже мястото на дефекта.

Кабелна мрежа
Кабелната мрежа е основният носител на електроенергия и информация. Базирана на кабелна мрежа е осъществяването на връзката при преноса на данни. Ето защо бързото и точно локализиране на дефекта е от особена важност. Целта на специалистите в областта е да бъдат създадени устройства, които да предвиждат слабите места в дадена система и те да бъдат ремонтирани преди фаталното развитие на събитията. Тук трябва да обърна специално внимание върху оценката на един продукт в тази област. Грешно би било ако отчитаме икономическия фактор, базирайки се само на стойността на апаратурата. Цялостният поглед върху мрежата, както и надеждната локализация на дефектиралия елемент, влияят сериозно на цялостната оценка за потребността от подобна апаратура.

Водоснабдяване
Въпреки че водните ресурсите стават все по-оскъдни, световното търсене на вода се увеличава. Това означава, че е необходимо да се направи все по-добро разпределение с минимални загуби. Качеството на мрежовата инфраструктура играе важна роля при решаването на тази задача. Концепцията за откриване на дефект е приложима за трите етапа на откриване на течове: измервания на зоните, които осигуряват информация за състоянието на определени подзони на мрежата, предварителни места, където няма теч, както и изключителна локация, която е локализиране на теча с точност до сантиметър. Отново на помощ е рефрактометрията със спецификата на средата, в която ще се разпространява сондиращият (еталонният) импулс.

Газификация
Ултразвуковата техника за откриване и диагностика на дефекти в газови мрежи, механични или хидравлични системи, електрически системи и др. се базират на генерирана ултразвукова вълна от няколко десетки килохерца - 40kHz. Доказано е, че при дефект отделните възли или детайли реагират на тази специфична ултразвукова честота. Регистрирайки сигналите генерирани от дефектиралия елемент, те се обработват и дават информация за стадия на развитие на евентуалната повреда. От този етап нататък решението за действия разпределени във времето остава на потребителите и специалистите.

Друго приложение наречено Sound Control, дава възможност да анализира шума от клапан или лагер за дефиниране на неговото състояние преди достигане на критична точка. Също така има възможностите да се прослушва как отделен елемент на дадена система (газова мрежа или дори в дизелов двигател) функционират. Може да се сравни шумът от отварянето и затварянето на даден вентил с този на дефектен такъв. Отклонението от нормалната стойност се вижда ясно на екрана.

Телекомуникация
В съвременния свят комуникациите са движеща сила за развитието на икономиката (безспорно социалните и бизнес контакти). Високите изисквания на съвременните индустриализирани стандарти предполагат бърза и точна локализация на повредата. Преносът на данни, снимки, чертежи разговори налагат високата надеждност на използваните комуникационни мрежи. Това изисква бързо и икономично локализиране и отстраняване на проблема.

Конверторът за грешка е едно допълнение към рефрактометъра за откриване на дефекти, дължащи се на навлизане на влага в комуникационните кабели. Измерващият сигнал, генериран от рефрактометъра, се получава на конвертора с постоянно токово отместване до 200V с променена полярност. Това постоянно токово отместване би могло да бъде причинено от влажната или дори мокра зона при нарушаване на изолацията на кабела, което предизвиква галванична реакция, която се изразява като промяна на амплитудата на измервания импулс.