電纜路徑探測和一性鑒別在金屬管線探測中占有重要地位,相比于金屬管道的單一連續金屬結構,電纜由數根芯線和金屬鎧裝構成,結構和用途的差異造成了探測時的信號施加方式的差異,不同的接法將會產生不同的電磁場,探測效果也有所區別,因此本章對電纜探測的信號發射方式進行單獨描述。
1、基本接線方法:芯線-大地接法
芯線-大地接法是對離線電纜(退出運行的不帶電電纜)進行路徑探測和鑒別的接線方式,可以充分發揮儀器的功能,并能大程度地抗干擾,如下圖所示:
圖3-1-1 芯線-大地接線法
將電纜金屬護層兩端的接地線均解開,低壓電纜的零線和地線的接地也應解開,將發射機的紅色鱷魚夾夾一條完好芯線,黑色鱷魚夾夾在打入地下的接地釬上。在電纜的對端,對應芯線接打入地下的接地釬。
注意:盡量使用接地釬,而不要直接用接地網!至少在電纜的對端必須用接地釬,接地釬還需要離開接地網一段距離,否則會在其他電纜上造成地線回流,影響探測效果。
電流自發射機流經芯線,在電纜對端進入大地,流回近端返回發射機。這種接法在地面探測時接收機可以感應到很強的信號,信號特性比較明確,可以充分利用儀器的防誤跟蹤功能;信號在絕緣良好的芯線上流過,不會流到鄰近管線上,尤其不會流到交叉的金屬管道上,適于在復雜環境下進行路徑查找。另外由于電纜接地,流經電纜的信號電壓很低,不容易對鄰線產生電容耦合,減少干擾。
由于存在芯線和大地之間的分布電容,隨距離的增加,電流會逐漸減小。但若接地良好,電容電流很小,可以不予考慮。
這種方法的缺點是需要將電纜兩端的接地線全部解開,略顯繁瑣。
2、護層-大地接法:
圖3-1-2 護層-大地接線法
如上圖所示,將電纜近端的護層接地線解開,低壓電纜的零線和地線的接地也應解開,對端的電纜護層保持接地,信號加在護層和接地釬之間(不可使用接地網),電纜相線保持懸空。電流自發射機流經護層,在電纜對端進入大地,流回近端返回發射機。這種接法不存在屏蔽,因而在地面上產生的信號,信號特性也比較明確。同樣,由于護層-大地分布電容的存在,信號會自近向遠逐漸衰減。
潛在的問題:護層外部的絕緣層若有破損,部分電流將由破損點流入大地,造成破損點后的電流突然減小,減小幅度與破損點的接地電阻有關。
3、相線-護層接法:
圖3-1-3 相線-護層接法
如上圖所示,發射信號加在電纜一相和護層之間,對端相線和護層短路,護層兩端保持接地。
如果是單條電纜敷設,信號自發射機流經芯線,再經護層和大地兩個回路返回。因為護層(鎧裝及銅屏蔽層)由連續金屬組成,電阻很小;大地回路由于存在兩端接地電阻,再加土壤電阻,總阻值較大,故大部分電流將通過護層返回,少部分電流通過大地返回。由于芯線電流和護層電流反向,能在外部一定距離產生磁場信號的有效電流為其差,數值等于通過大地返回的電阻電流。另外由于芯線-護層回路和護層-大地回路存在互感,通過電磁感應也能夠在護層-大地回路產生感生電流。綜合效果為有效電流等于大地回路的電阻電流和感應電流的矢量和(兩者存在相位差)。根據現場情況的不同,有效電流可能會占總注入電流的百分之幾到百分之十幾。
如果存在同路徑敷設(兩端位置
均相同)的其他電纜,則返回電流主要被幾條電纜的護層分流,例如三條電纜同路徑,則三條電纜的護層返回電流各占1/3。有效電流正向,占注入值的2/3,鄰線電流反向,占1/3。如右圖所示。 圖3-1-4 并行電纜的分流效果
相線-護層法的優點在于接線簡單,不需要解開接地線。缺點是當多條電纜同路徑敷設時,各條電纜信號相差不大,僅靠信號幅值有時難以區分;當單線敷設時,有效電流大幅減少,信號較弱,而且有效電流中含有感應電流成分,目標電纜和鄰近管線的感應信號相位相同,在使用復合頻率探測時,有可能無法根據電流方向排除鄰線干擾。
4、相間接法:
圖3-1-5 相間接法
如上圖所示,發射信號加在電纜兩相之間,電纜的對端兩相線短路。兩相在電纜內部扭絞,其電流值相同且方向相反。由于兩相線雖相距很近,但仍有一定間隔,故兩相線和接收機線圈之間的距離會有微小差異,兩相線在此處產生的磁場方向相反,但強度因距離的差異而不會*相同,雖大部分相互抵消,但仍有小部分殘余,金屬護層的屏蔽作用會將其進一步削弱,的剩余信號方能被接收。因為扭絞的原因,信號會沿電纜路徑有周期性的幅值和方向的變化。
在一個扭絞周期內,對外輻射的磁通因方向連續變化360°而相互抵消,故不會在護層-大地回路產生感應電流。
由于有效信號很小,使用高頻信號將比低頻信號更易于探測。相間接法無法使用接收機的電流方向測量功能排除鄰線干擾。
5、發射頻率的選擇:
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