3.2.3.1.Tổng quan
Phƣơng pháp chuẩn đoán xác định vị trí sự cố đƣợc biết với 2 phƣơng pháp chính là: Phƣơng pháp cảm ứng điện từ và phƣơng pháp âm tần.
Những dấu hiệu có thể ghi chép đƣợc tại vị trí xảy ra sự cố: Thay đổi điện áp, thay đổi cực tính, thay đổi dòng điện, sự giảm nhẹ của điện trƣờng, phát ra âm thanh/ siêu âm thanh, tăng nhiệt độ, những thay đổi về hoá học, những thay đổi về khứu giác, những thay đổi về thị giác, phóng điện cục bộ, phát ra các tín hiệu điện từ, dịch chuyển về mặt vật lý.
Khoanh vùng sự cố đã là một khó khăn do đó việc định vị đúng vị trí của nó càng phải đƣợc xem xét và nghiên cứu cẩn thận. Định vị đƣợc bao quát với các phƣơng pháp sau: điện từ, âm tần, hố thế năng, từ trƣờng …
Ngoài ra còn có một số phƣơng pháp khác nhƣ dùng nhiệt, phóng điện cục bộ…Trong phạm vi đề tài này mong muốn đƣợc đề cập đến các phƣơng pháp phổ biến để có thể dò tìm sự cố hiệu quả nhất.
3.2.3.2.Phƣơng pháp cảm ứng điện từ
Phƣơng pháp cảm ứng điện từ bao gồm sự kiểm tra dọc các điểm của cáp với các tín hiệu điện từ trực tiếp sinh ra bởi dòng điện do xung điện áp. Thiết bị bao gồm một cuộn dây cảm biến nuôi một bộ tiếp nhận để tạo ra sự phân cực từ đó cung cấp biên độ và hƣớng của tín hiệu. Các cuộn dây cảm biến này sẽ đƣợc đánh dấu giống nhau do đó chúng chỉ ra nguồn phát và chắc chắn rằng hƣớng thông tin là đúng.
Trong phƣơng pháp này cuộn dây cảm biến cần đặt trực tiếp trên tuyến cáp, từ đó ngƣời vận hành có thể nhận biết đƣợc dòng điện chạy trong hệ thống cáp đó
Một điều hết sức quan trọng với các điều kiện và giới hạn liên quan đến việc sử dụng phƣơng pháp, đó là sự tiếp giáp với các hệ thống ống luồn cáp, bởi vì cuộn dây
cảm biến cần đƣợc đặt trực tiếp trên tuyến cáp và ngƣời vận hành có thể đoán biết đƣợc dòng điện chạy riêng biệt trong hệ thống cáp đang làm.
Hình 3.8a cho biết vị trí lõi đồng trục đặt nằm chính xác tâm của lớp vỏ bên ngoài.Dòng điện chạy trong lõi cho biết cực tính dƣơng mang lại từ trƣờng đồng tâm quanh lõi và dòng điện trở về ở vỏ bọc.Đối với cực tính âm cũng sinh ra từ trƣờng đồng tâm trong lõi cáp.Hình 3.8 b cho biết nơi dòng điện chạy trong mỗi lõi của cáp ba lõi, với các lõi xoắn bên trong vỏ.
a)Cáp một lõi b) Cáp ba lõi Hình 3.8. Dòng điện đi và về trong cáp
Hình 3.9 thể hiện vị trí thƣờng tìm thấy trong thực tế, với cáp nhiều lõi chạy trong ống bảo vệ. Giả thiết trên tuyến cáp từ A đến B có các hố ga từ H1 đến H6, tại các hố đó lắp đặt các hộp nối cáp và đƣợc tiếp đất vỏ cáp, tại vị trí F xảy ra sự cố cáp ngầm. Dòng điện chạy trong lõi đến vỏ cáp ở F và ở hầu hết các mạng thông thƣờng, dòng điện quay trở lại máy phát xung qua vỏ và những đƣờng dẫn khác tại những chỗ tiếp xúc với đất.
Hình 3.9. Dòng điện ở cáp nhiều lõi chạy trong ống dẫn với các miệng ống
Để lần theo sự cố thì máy phát xung nên đƣợc khởi động và kiểm tra thông số vận hành về khoảng cách phóng điện cho phù hợp với thông số tuyến cáp. Khi một máy phát xung hoạt động thì thiết bị dò tìm nên kèm theo và thiết lập ở các mức
miệng hố gần với điểm đầu A. Điều này rất quan trọng bởi các thiết lập này sẽ đƣợc cố định cho đến khi thử nghiệm kết thúc.
Cuộn dây cảm ứng sau đó nên đƣợc sử dụng cho phía bên ngoài của cáp ở miệng cống dọc theo tuyến cáp. Ở các miệng cống phía trƣớc sự cố nhƣ ở điểm H2, cần phải xác định tín hiệu cực tính dƣơng với giá trị là lớn nhất bởi tác động không đồng tâm của cáp. Sự biến đổi của tín hiệu quanh vỏ cáp cho biết hỏng về cáp vẫn còn xa dọc theo tuyến cáp do vậy vẫn còn dòng điện đi và về ở trong cáp. Ở những miệng cống sau sự cố, ví dụ nhƣ vị trí H4, các giá trị đọc quanh chu vi của vỏ cáp sẽ là đồng bộ với giá trị dƣơng, mặc dù không có dòng đến trong cuộn dây, trƣờng đồng tâm đƣợc sinh ra bởi dòng diện ở vỏ cáp theo chiều từ xa tới nguồn cấp.
Hình 3.10. Tín hiệu điện từ tại vị trí xảy ra sự cố trên cáp điện 3 pha
Việc xác định sự cố theo phƣơng pháp trên cho phép biết đƣợc đoạn cáp nào bị sự cố, nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không biết vị trí chính xác của sự cố và tuyến cáp phải có các hố ga để cảm biến tiếp xúc đƣợc với cáp. Việc xử lý sự cố thƣờng là phải thay cả một đoạn cáp mới cho đoạn cáp sự cố nhƣ vậy khá tốn kém.
3.2.3.3.Phƣơng pháp âm tần
Phƣơng pháp âm tần đƣợc chia thành hai phƣơng pháp chính là phƣơng pháp hố thế năng và phƣơng pháp xoắn.
a. Phƣơng pháp hố thế năng
Định vị bằng phƣơng pháp hố thế năng đã đƣợc mô tả ở một điện áp DC áp dụng cho dây dẫn bị hỏng và nó sinh ra dòng điện về trong khối đất. Tƣơng tự với
cách này, điện áp AC có thể đƣợc áp dụng đúng lúc khi nó sinh ra dòng điện xoay chiều trong khối đất.Và không có sự khác nhau cơ bản đối với mạch thử nghiệm.
Hình 3.11. Phương pháp hố thế năng áp dụng với điện áp xoay chiều (AC) và một chiều (DC)
Tín hiệu sinh ra bởi một máy phát âm tần nối giữa vỏ tiếp đất hoặc lõi và một thanh đầu nhọn đóng xuống đất, thay vì một đồng hồ đo điện áp, một máy nhận/khuếch đại âm tần đƣợc sử dụng để dò tìm tín hiệu và tín hiệu đó hiển thị trên một đồng hồ đo hoặc một tai nghe. Thay thế cho các đầu nhọn cắm xuống đất riêng biệt, một khung chữ A đƣợc tạo nên để cắm xuống đất bởi chân của ngƣời vận hành. Một vài nhà sản xuất cũng cung cấp các bản tụ điện để phù hợp với các chân của khung đối với các tình huống nơi không thể cắm sâu vào bề mặt cứng của đất. Xác định vị trí đƣợc thực hiện bởi việc đi bộ dọc tuyến và lắng nghe ở các điểm.
Khi tiến gần đến sự cố có một nhóm tín hiệu xác lập tăng lên và đỉnh đƣợc hình thành ngay trƣớc đấy.
Khi chân khung nằm choải ra, ở chỗ sự cố tín hiệu tắt đi đến một giá trị bé nhất nhƣng sau đấy lại tăng trở lại ở đỉnh khác phía bên kia của điểm sự cố, và ngay sau đó nó chìm dần xuống đến một mức độ thấp nhƣ hình 3.11. Tuỳ thuộc vào thiết bị sử dụng, thông thƣờng lựa chọn tần số quanh 10 kHz là cần thiết khi sử dụng bản tụ điện. Mức tín hiệu là rất cao, các chỉ số khá rõ và sắc nét trong phạm vi vài mét ở nơi sự cố, nhƣng rất thấp ở điểm xa khoảng cách đó.
Phƣơng pháp tiếp cận với thực tế: Ở đầu nguồn cáp đƣợc kiểm tra các vỏ bọc hoặc lõi bị lỗi để chắc chắn rằng không bị đất rắn bịt lại. Sau đấy máy phát âm tần đƣợc kết nối giữa dây dẫn hỏng và đầu cắm xuống đất hoặc tiếp đất chung. Điều khiển hợp lý về độ lớn và đƣợc điều chỉnh đối với đầu ra là lớn nhất hoặc gần giá trị lớn nhất đó.
Bộ thu nhận/khuếch đại cùng với tai nghe và khung hình chữ A dịch chuyển tới một điểm trên tuyến cáp gần với nguồn phát và đƣợc kết nối với nhau. Bộ phát tần số đƣợc lựa chọn để điều chỉnh sóng, mức nghe và nhóm tín hiệu quan sát. Một tín hiệu bé phát ra chắc chắn có thể nghe đƣợc ở điểm này ngoại trừ có sự thay đổi về sự cố ở vùng lân cận. Khung chữ A đƣợc chuyển động lên phía trƣớc dọc theo tuyến cáp và gắn xuống đất sau vài mét và đƣợc kiểm tra mức độ tín hiệu. Nếu bản tụ điện đƣợc sử dụng, mức độ tín hiệu thậm chí sẽ thấp hơn, nhƣng không quan trọng khi khảo sát chúng ta có thể thực hiện bƣớc chân lƣớt qua đối với một vài địa hình, mức tín hiệu.
Điều này đƣợc cho là đúng khi ở trong vùng lân cận sự cố. Trong lúc di chuyển nhanh qua vùng này, ở điểm tín hiệu bé nhất nên đánh dấu sau đó đi qua đi lại 2 hoặc 3 lần kết hợp sử dụng các chỉ thị giác để dò tìm vị trí chính xác với khoảng cách bé nhất.
b.Phƣơng pháp xoắn
Phƣơng pháp này dùng kỹ thuật âm tần trong xác định sự cố và đơn giản sử dụng nó tuỳ thuộc vào thực tế lõi cáp đƣợc vặn xoắn. Hình 3.12 thể hiện máy phát
âm tần (A/F) đƣợc nối giữa 2 lõi với nhau và cùng đƣợc đốt thủng ở chỗ sự cố, với bất kỳ lý do nào thì điện trở sự cố giữa lõi và lõi phải gần 0Ω hoặc ít ra cũng dƣới 10Ω.
Hình 3.12. Phương pháp xoắn
Dòng điện của máy phát âm tần đi qua một lõi và trả về thông qua các đƣờng dẫn lỗi và lõi cáp khác đến máy phát. Ở một vài điểm trƣớc đó, có dòng điện đi tới và trở về trong cáp, đƣợc mô tả nhƣ hình 3.10 bởi (+) và (-).Những dòng điện này sinh ra điện trƣờng lớn nhất và nhỏ nhất nhƣ hình 3.12 ở mỗi nửa vòng xoắn của lõi cáp. Nếu nhƣ cuộn dây và bộ thu di chuyển dọc theo tuyến cáp sẽ dò đƣợc tín hiệu lớn nhất và nhỏ nhất nhƣ mô tả hình 3.10. Mô hình này tiếp tục tiến cho tới gần nơi sự cố thƣờng đƣợc dò với giá trị lớn nhất. Vùng không nằm trong điểm sự cố tín hiệu sẽ yếu đi và đạt đƣợc giá trị ổn định ở mức thấp.
Phƣơng pháp tiếp cận với thực tế: Sử dụng phƣơng pháp này thƣờng cho một tuyến cáp ngắn khi đó công việc định vị sự cố sẽ dễ dàng hơn. Đối với cáp mang điện áp nhỏ thì chiều dài hiếm khi dài hơn vài trăm mét, đối với cáp trung áp hoặc cao áp phƣơng pháp này đƣợc tìm kiếm trong một vùng nghi ngờ đƣợc xác định trƣớc đó bằng một phƣơng pháp xác định tƣơng đối. Trƣớc khi bắt đầu thực hiện cần vạch tuyến trƣớc và đánh dấu vị trí tuyến cáp do phƣơng pháp xoắn này đƣợc thực hiện đối với bƣớc chân đi nhanh sẽ có hiệu quả cao nhất. Bƣớc đầu tiên, kiểm tra lại điện trở giữa hai lõi có liên quan với yêu cầu dƣới 10Ω và nếu nhƣ cáp mang một điện áp thấp thì dây trung tính sẽ tháo ra để giảm những tín hiệu nhiễu khác
sinh ra.Đầu ra của máy phát âm tần sau đó đƣợc nối tới 2 đầu lõi.Không đƣợc sử dụng vùng tần số cao hơn trong dải 30 đến 80 kHz bởi vì nhƣ vậy độ lớn tín hiệu sẽ co lại. Tốt nhất là trong dải tần số1 hoặc 10kHz. Ở tần số 1 kHz nếu nhƣ nguồn đầu ra là tốt và dễ dàng thu nhặt đƣợc tín hiệu. Tuy nhiên ở mức tần số10 kHz thì tín hiệu hầu hết là rõ ràng và dễ dò tìm. Ngƣời vận hành thiết bị nhận diện một vị trí ban đầu gần với tuyến cáp (hoặc vùng nghi ngờ), kiểm tra tín hiệu tăng hoặc giảm và thiết lập âm thanh nghe với mức tín hiệu đó.
Tuyến cáp đã đƣợc đánh dấu qua các bƣớc chân đi nhanh, nó hoàn toàn phản tác dụng đối với sóng của cuộn dây khi việc tìm kiếm chậm lại hoặc ấn giữ nút stopping và starting. Đặc tính quan sát đƣợc ở hiện tại là mô hình tăng hoặc giảm của tín hiệu; bởi vậy cần thiết phải đi bộ thật nhanh và thiết lập trạng thái ổn định nhịp nhàng với mức cao nhất liên tục. Với một vài sự thay đổi hoặc dừng lại của tín hiệu từ 1/3 m đến 1 m, lúc này tín hiệu dừng lại hoặc trở nên ổn định thông thƣờng lúc đó sự cố ở gần với đỉnh cuối. Và cần chú ý trong việc phải kiểm tra xa thêm cho độ tin cậy đối với đoạn cáp bởi vì nó xảy ra với một số trƣờng hợp sau:
- Cáp bỗng nhiên võng xuống và nâng lên đến chiều sâu thông thƣờng.
- Ở đó không đƣợc đánh dấu hay ghi chép với nhánh chữ „T‟ khi bị sự cố và ngƣời vận hành tiếp tục đi theo tuyến cáp chính.
- Có một hộp nối thẳng.
Trong tất cả các trƣờng hợp, ngƣời vận hành nên đi bộ qua vùng này và không cần có sự ngập ngừng.Trƣờng hợp với hộp nối thẳng thì dễ dàng.Sau khi chỉ thị một tín hiệu ngắn (hoặc đỉnh dài hơn, tuỳ thuộc vào định hƣớng cuộn dây tìm), mô hình tăng lên và rơi xuống và đƣợc bắt đầu lại nhƣ trƣớc.Thực chất, đây là một cách xác định chính đối với vị trí của một hộp nối.
Nếu nhƣ tín hiệu biến mất bởi sự tăng lên đột ngột ở chiều sâu cáp, mô hình tăng hoặc rơi xuống sẽ đƣợc gom lại để tiếp tục điều tra dọc theo tuyến cáp và không cần thiết phải băn khoăn đối với tín hiệu thất lạc. Sự cố vẫn phải tiếp tục tìm kiếm.
Phƣơng pháp xoắn không thể áp dụng cho các loại cáp ngầm thông tin và cáp điều khiển bởi vì tỷ số giữa „lặp lại của bƣớc xoắn‟ đến chiều sâu cáp là quá lớn. Giá trị lớn nhất chỉ xảy ra ở một vài centimét và mô hình tăng giảm chỉ có thể thấy rõ đối với cuộn dây trực tiếp tìm kiếm trên cáp hoặc chỉ thấy một chút đối với mô hình của cáp dò tìm. Phƣơng pháp này có tác dụng khi dễ dàng tiếp cận nhƣ cáp nằm ở trong khay hay hệ thống máng.
3.2.4. Ứng dụng phƣơng pháp cảm ứng điện từ trong dò tìm sự cố cáp ngầm.
a) Xác định tuyến cáp ngầm (dò tuyến)
Đấu máy phát âm tần vào đƣờng cáp theo sơ đồ “pha - pha” hoặc “pha - đất", dòng phát của máy phát âm tần đƣợc điều chỉnh tuỳ theo thực tế tới mức máy thu đạt độ nhạy đủ đểphát hiện tín hiệu, xong không lớn hơn dòng cho phép của máy phát âm tần. Đƣa đầu rò của máy thu đi song song với mặt đất, bắt đầu từ đầu cáp đƣợc nối vào máy phát âm tần. Tuỳ theo cách để cuộn thu của đầu rò song song hay vuông góc với mặt phẳng ngang mà ta có phƣơng pháp dò theo tín hiệu cực tiểu hay cực đại.
Theo phƣơng pháp tín hiệu cực tiểu: Để cuộn thu song song với mặt đất (mặt phẳng ngang), tín hiệu thu đƣợc sẽ là nhỏ nhất khi cuộn thu nằm ngay phía trên đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần. Khi dịch cuộn thu sang hai bên đƣờng cáp lúc đầu tín hiệu sẽ mạnh lên rồi sau đó lại giảm đi.
Hình 3.13. Xác định tuyến cáp theo phương pháp tín hiệu cực tiểu
Theo phƣơng pháp tín hiệu cực đại: để cuộn thu vuông góc với mặt đất (mặt phẳng ngang) tín hiệu thu đƣợc sẽ là lớn nhất khi cuộn thu nằm trên mặt phẳng có
chứa đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần và vuông góc với mặt phẳng ngang. Khi dịch cuộn thu sang hai bên đƣờng cáp tín hiệu sẽ nhỏ dần đi .
b) Xác định độ sâu chôn cáp ngầm tại một điểm.
Sau khi dò đƣợc tuyến cáp, vạch tuyến cáp trên mặt đất, xác định điểm cần đo chiều sâu. Tại điểm cần xác định chiều sâu cáp:
- Để cuộn thu của đầu rò nằm trên mặt phẳng có chứa đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần và vuông góc với mặt phẳng ngang, xác định cƣờng độ tín hiệu lớn nhất trên máy thu.
- Để cuộn thu của đầu rò nằm trên mặt phẳng có chứa đƣờng cáp có dòng phát của máy phát âm tần và nghiêng một góc 45º với mặt phẳng ngang, tịnh tiến cuộn thu của đầu rò sang hai phía của đƣờng cáp theo hƣớng vuông góc với tuyến cáp, chú ý không thay đổi khoảng cách của nó so với mặt đất. Xác định các vị trí tại đó tín hiệu thu đƣợc bằng với tín hiệu thu đƣợc ở mục trên của điều này. Chiều sâu