Analiza reflektometryczna w dziedzinie czasu (TDR)

• Czy przewidziano różne pomiary TDR dla poszczególnych rodzajów kabli elektrycznych?

  W teorii — nie. Jednakże w warunkach praktycznych sposób wykonania pomiaru TDR powinien odpowiadać mierzonemu kablowi i jego aplikacji.

• Czy wolno mierzyć przewodniki wysokiej oporności bez ograniczeń, gdy biegną przy przewodnikach o niższej rezystancji (np. przewodów ogrzewania elektrycznego w izolacji mineralnej)?

  Reflektometr TDR jest sam w sobie urządzeniem niskiego napięcia. Dlatego też obecność innego okablowania w pobliżu mierzonego przewodu nie stanowi zwykle żadnego problemu (zakładając, że mierzony kabel jest ekranowany lub składa się z dwóch równoległych żył, czego wymaga technika pomiaru TDR). Jednakże metoda odbicia łuku (ARM) polega na niskonapęciowej reflektometrii w dziedzinie czasu sprzężonej z impulsami wysokiego napięcia (generowanymi zwykle za pomocą impulsowego lokalizatora zwarć przewodników elektrycznych). Dlatego też impuls wysokiego napięcia zadawany w pomiarze ARM może wpływać na pracę przewodów w pobliżu mierzonego kabla.

• Czy wyniki pomiaru TDR są podatne na zakłócenia od sygnałów zewnętrznych?

  Nic nam o tym nie wiadomo, przynajmniej jeśli idzie o pomiar kabli zasilania SN.

• Czy mogę wykonać pomiar TDR po pomiarze VLF?

  Jak najbardziej! Przykładem są pomiary diagnostyczne usterek (przebicia) kabli podziemnych — jeżeli kabel da wynik nieprawidłowy w pomiarze VLF, to zwykle kolejnym pomiarem jest TDR lub ARM, celem ustalenia miejsca usterki.

• Czy pomiar TDR nadaje się do testowania kabli w izolacji mineralnej?

  Kable tego typu można mierzyć metodą TDR, pod warunkiem, że mają dwa równoległe przewodniki (dwie równoległe żyły).

• Czy metoda TDR nadaje się do pomiaru kabli podziemnych WN w izolacji papierowo-olejowej?

  Tak — TDR nadaje się do diagnostyki pomiarowej prostych odcinków kabli w izolacji PLIC. Jednakże standardowy pomiar metodą ARM może dać błędne wyniki w przypadku przebicia izolacji PLIC. W takiej sytuacji można metodę tę zastąpić techniką ARM-Plus, pomiaru zaniku prądu (Decay) lub ICE — polegają one na metodzie TDR, umożliwiając wstępne określenie miejsca usterki przewodu.

  Uwaga: Nie wolno używać powyższych metod do pomiaru linii przesyłowych w izolacji olejowo-rurowej.

• Czy za pomocą pomiaru TDR można wyznaczyć ile zostało nieuszkodzonego przewodnika zerowego w przewodzie koncentrycznym (np. powyżej 75% lub mniej niż 50%)?

  W praktyce nie da się dokładnie wyznaczyć pozostałej ilości zera w kablu za pomocą pomiaru TDR. TDR w najlepszym przypadku umożliwia wykrycie jakiegoś uszkodzenia lub utraty zera w kablu. Jedynie bardzo dobry fachowiec jest w stanie określić tylko ogólny stan zera za pomocą TDR.

• Czy w pomiarze TDR można odróżnić przebicie kabla od źle wykonanego złącza kablowego?

  Niestety nie. TDR służy po prostu do wykrywania znacznych różnic w impedancji przewodników. Jeżeli chcemy wykryć zwarcie od punktowego (bardzo małego) przebicia izolacji, trzeba wykonać pomiar TDR z łukiem wysokiego napięcia generowanym przez impulsowy lokalizator zwarć (tj. metodą ARM — odbicia łuku elektrycznego). Jednakże pomiar TDR umożliwia wykrywanie usterki przewodu (jego przebicia) bez łuku probierczego w dwóch przypadkach:

  1. przecięcia przewodnika środkowego na wskroś,
  2. zwarcia przewodnika środkowego (fizycznego styku) z koncentrycznym przewodem zerowym (co nie jest częstą usterką).

  TDR wykrywa większość rodzajów złączy kablowych, ponieważ odznaczają się wystarczająco dużym odbiciem impedancyjnym. Jednakże wynik pomiaru TDR nie wskazuje szczególnych różnic między złączami dobrze wykonanymi i złączami wykonanymi nieprawidłowo.

  Uwaga: Nieprawidłowo wykonane złącza kablowe można wykryć metodą pomiaru wyładowań niezupełnych.

• Czy pomiar TDR jest w stanie wskazać różnice między drzewieniem izolacji od wody i od wyładowań niezupełnych?

  Pomiar TDR nie nadaje się do wykrywania drzewienia izolacji (ani od wody, ani od wyładowań niezupełnych), ponieważ jest na nie nieczuły — i to bez względu na technologię izolacji elektrycznej (PILC lub z dielektryku stałego). Jeżeli jednak przyjmiemy, że drzewienie izolacji kabla jest rodzajem jej przebicia, można wstępnie ustalić jego położenie za pomocą pomiaru techniką ARM.

• Czy pomiar TDR jest w stanie wskazać różnice między drzewieniem izolacji od wody i od wyładowań niezupełnych

  Pomiar TDR nie nadaje się do wykrywania drzewienia izolacji (ani od wody, ani od wyładowań niezupełnych), ponieważ jest na nie nieczuły — i to bez względu na technologię izolacji elektrycznej (PILC lub z dielektryku stałego). Jeżeli jednak przyjmiemy, że drzewienie izolacji kabla jest rodzajem jej przebicia, można wstępnie ustalić jego położenie za pomocą pomiaru techniką ARM.

• Czy TDR nadaje się do mierzenia kabli ze skorodowanymi przewodnikami zerowymi?

  Tak, o ile skorodowany przewodnik zerowy zachowuje ciągłość elektryczną. Jeżeli jednak przewód zerowy jest silnie skorodowany — na przykład w odległości 500 stóp (około 160 m) od miejsca pomiaru, miernik TDR da wynik tylko dla tego odcinka.

• Czy można szukać miejsc przebicia kabla za pomocą EasyLoc?

  System EasyLoc służy wyłącznie do wykrywania przebiegu kabli elektrycznych. Jeżeli jednak badany kabel został przecięty na wskroś, można ustalić miejsce jego przerwania, ponieważ jego odczyt ma postać gwałtownego spadku siły sygnału probierczego po podłączeniu przekaźnika detektora do uszkodzonego kabla. EasyLoc umożliwia wykrywanie przebić i uszkodzeń kabli tylko w bardzo konkretnych warunkach, ponieważ nie zaprojektowano go do wykrywania miejsc takich uszkodzeń.

• Czy muszę znać długość mierzonego kabla choćby w przybliżeniu, aby ustalić miejsce jego uszkodzenia za pomocą TDR?

  Nie, choć znając oczekiwaną długość mierzonego kabla możesz wykonać pomiar szybciej niż zwykle. Jeśli jednak nie wiesz, ile kabel mierzy, istnieją sposoby sprawdzania rzeczywistej długości wykrywanej przez TDR (np. poprzez uziemienie przeciwnego końca przewodu lub, zależnie od sytuacji, odłączenie go od uziemienia).

• Jak należy podłączać przewody probiercze TDR do pomiaru międzyfazowego?

  W połączeniu TDR z lokalizatorem zwarć (generującym impulsy probiercze) masz do dyspozycji trzy wyprowadzenia przewodów probierczych:

  1. wyjście WN
  2. powrót WN
  3. uziemienie ochronne / urządzenia

  TDR podłącza się do impulsowego lokalizatora zwarć kabla za pomocą styków wyjścia
  i powrotu sygnału WN. Pomiar międzyfazowy wymaga podłączenia wyjścia WN do jednej
  z faz. Powrót WN podłącza się do drugiej faz w mierzonej parze.

  Uwaga: Pomiary międzyfazowe TDR nie wymagają zwykle sygnału probierczego WN
  z impulsowego lokalizatora zwarć. Sygnału tego używa się jedynie gdy wiesz, że masz do czynienia z przebiciem międzyfazowym i chcesz wstępnie zlokalizować jego miejsce za pomocą standardowego sygnału WN metodą ARM.

• Czy wolno przyłożyć impulsowy sygnał probierczy WN do cewki transformatora?

  Tak, bezpieczeństwo tej metody potwierdzono w praktyce. Podczas pomiaru metodą odbicia łuku (ARM) przyłożonego do transformatora, każda z cewek strony pierwotnej reaguje na impuls nn o wysokiej częstotliwości (z TDR) połączony z impulsem WN o wysokiej częstotliwości (tj. pojedynczy impuls z lokalizatora zwarć). Pod wpływem impulsów probierczych wysokiej częstotliwości, poszczególne cewki strony pierwotnej zachowują się niczym silne dławiki indukcyjne. Oznacza to, że impuls o wysokiej częstotliwości nie wzbudza cewki strony pierwotnej (60 Hz) — cewka ta przepuszcza impuls dalej, ten zaś dąży do uziemienia w punkcie zwarcia / przebicia.

• Chcę pomierzyć przewodniki niekoncentryczne, które biegną różnymi metalowymi torowiskami kablowymi. Czy w takich warunkach wynik pomiaru TDR będzie zakłócony?

  Pomiar TDR działa wyłącznie w przypadków dwóch równoległych przewodników (żył) kablowych. Układ dwóch równoległych przewodników składa się zwykle z żyły środkowej i ekranu (lub zera). Konstrukcję tę spotyka się najczęściej w kablach koncentrycznych. Jednakże TDR nadaje się do pomiaru każdego układu dwóch równoległych przewodników (np. w pomiarze międzyfazowym). W większości przypadków bardzo łatwo można ustalić, czy pomiar TDR jest miarodajny, czy nie.

• Czym różni się metoda TDR od techniki pomiaru wyładowania niezupełnego w domenie czasu (opisanej w IEEE 400.3)?

  Odpowiedź na to pytanie jest dość skomplikowana, lecz zasadniczo różnica jest następująca:

  1. Technika TDR polega na przesłaniu wygenerowanego impulsu probierczego przez odcinek mierzonego kabla.
  2. Technika PD (wyładowania niezupełnego) mierzy impuls, który powstaje
     w rzeczywistym miejscu wyładowania niezupełnego. Miejsce powstawania takiego wyładowania można wyznaczyć za pomocą technik pomiarowych TDR.
  3.  Co zrobić, gdy kabel mierzony został podzielony w pewnym punkcie trasy?
  4. Jeżeli w kablu jest tylko jedno złącze (np. podziemne rozgałęzienie trójnikiem), możesz wykonać pomiar standardową metodą ARM (odbicia łuku) wykrywania przebić (uszkodzeń) kabla. Ustalenie na której odnodze doszło do przebicia lub uszkodzenia kabla wymaga niekiedy kilku prostych czynności. Jednakże jeśli od mierzonego kabla wyprowadzono więcej niż jeden trójnik, lokalizacja usterki metoda TDR może sprawiać nie lada problemy.
  5. Uwaga: TDR nie nadaje się zwykle do diagnozowania usterek w instalacjach sieciowych, chyba że można ją szybko podzielić na indywidualne odcinki prostych przewodów.
• Czy pomiar TDR jest lepszy od pomiarów rezystancji, np. kontroli oporności, w próbach stanu technicznego koncentrycznych przewodników zerowych?

  Kontrola oporności (polegająca na założeniu mostka pomiarowego) wymaga poprowadzenia nad ziemią probierczego przewodu porównawczego wzdłuż mierzonego odcinka kabla podziemnego. Nie licząc powyższego utrudnienia, jest ona obecnie najlepszą metodą dokładnego diagnozowania stanu technicznego koncentrycznych przewodów zerowych.

  Pomiar TDR przewyższa ją o tyle, że nie wymaga przewodu porównawczego. Jednakże ze względów praktycznych nie sposób jest dokładnie zmierzyć wielkości „zdrowego” przewodu zerowego. TDR w najlepszym przypadku umożliwia wykrycie jakiegoś uszkodzenia lub utraty zera w kablu. Jedynie bardzo dobry fachowiec jest w stanie określić tylko ogólny stan zera za pomocą TDR.

• Co oznacza przebieg malejący, który pojawia się jako pierwszy po rozpoczęciu pomiaru TDR?

  Przebieg malejący w lewej części wyświetlacza przedstawia przyłącze przewodu probierczego (tj. charakterystyczną zmianę impedancji na przyłączu).

  Uwaga: Niektóre mierniki TDR automatycznie przesuwają wykres pierwszego odbicia sygnału probierczego ku prawej części ekranu, przez co przestaje być widoczna dla operatora urządzenia.

• Jak długie kable można mierzyć za pomocą TDR?

  Każdy miernik TDR nadaje się do kabli o określonej długości maksymalnej. Typowy TDR firmy Megger do lokalizacji uszkodzeń kabli (np na odcinkach podziemnej sieci dystrybucyjnej) może mierzyć odcinki o długości nie przekraczającej 25 000 stóp (8000 m) lub 100 000 stóp (32 000 m). Istnieją modele lokalizatorów przebić kablowych o długości odcinka pomiarowego równej 34 mile (ok. 51 km), 100 mil (160 km). Istnieje nawet miernik o zasięgu aż 790 mil (1200 km)!

• Ile wynosi maksymalne napięcie impulsu probierczego podczas pomiaru z filtrem?

  Znamiona filtra są zwykle równe parametrom używanego z nim impulsowego lokalizatora zwarć. Oznacza to, że maksymalne napięcie impulsu probierczego WN filtra i lokalizatora są identyczne. Jeżeli na lokalizatorze impulsowym zamontowano filtr, którego nie przewidziano w konfiguracji fabrycznej, to należy ograniczyć maksymalne napięcie impulsu probierczego do maksymalnego napięcia znamionowego filtra.

• Kiedy należy używać metody odbicia łuku (ARM)?

  Metoda odbicia łuku (ARM) nadaje się idealnie do pomiarów na kablach zasilania SN w podziemnych sieciach dystrybucyjnych. ARM nadaje się również do pomiarów diagnostycznych kabli innego typu i znamion. Zasadniczo metoda ta służy do pomiarów każdego kabla ekranowanego. Firma Megger oferuje mierniki ARM o maksymalnym napięciu wyjściowym w granicach 3–4 kV do testowania kabli ekranowanych niskiego napięcia.

• Czy muszę uziemić przeciwny koniec bardzo długiego kabla, jeśli mierzę lokalizację jego przebicia za pomocą lokalizatora impulsowego?

  Pomiar miejsca przebicia kabla za pomocą lokalizatora impulsowego lub pojedynczych impulsów ARM wykonuje się z zasady na nieuziemionym końcu przeciwnym kabla. Uziemienie kabla oznacza przecież bezpośrednie zwarcie doziemne impulsu WN.

• Gdzie znajdę prędkości rozchodzenia się fali w kablach, których nie zaprogramowano w mierniku TDR?

  Najlepiej w internecie lub kontaktując się z producentem mierzonego kabla i używanego przyrządu pomiarowego. Jednakże jeszcze lepiej jest wyznaczyć rzeczywistą prędkość rozchodzenia się fali w przewodniku na podstawie znanej długości odcinka kabla.

• Gdzie znajdę tabele prędkości rozchodzenia się fal w kablach?

  Pamiętaj, że tabele przykładowych lub wzorcowych prędkości obejmują tylko wartości przybliżone.

• Czy pomiar metodą ARM może jeszcze bardziej uszkodzić diagnozowany kabel, np. przewód podziemny o napięciu 69 kV? Czy badano ten problem w praktyce?

  Metoda ARM nie pogarsza stanu przebitego lub uszkodzonego kabla w klasie napięcia 69 kV. Należy pamiętać, że ARM służy do wstępnego wyznaczenia miejsca przebicia na podstawie jednego, góra dwóch impulsów. Odległość przybliżona do punktu uszkodzenia określa, o ile trzeba zmniejszyć liczbę impulsów probierczych koniecznych do precyzyjnego zlokalizowania usterki.

  Istnieje praca naukowa podejmująca problematykę oddziaływania impulsów probierczych, patrz Hartlein, R.A, et. al. „Effects of voltage surges on extruded dielectric cable life project update”, IEEE Transactions on Power Delivery (Vol. 9, Iss. 2), 1994.

• Czy metoda ARM nadaje się do pomiaru uszkodzeń o silnej impedancji?

  W zasadzie tak, bowiem ARM nadaje się do diagnozowania większości przebić o dużej impedancji. Przeciwnie jest w nielicznych przypadkach, gdy np. przewód zerowy jest na tyle oddalony od fazy, że skutkuje bardzo silną rezystancją toru przepływu łuku probierczego wysokiego napięcia. Wówczas wynik pomiaru ARM jest niemiarodajny.

• Czy metoda ARM nadaje się do pomiarów kabli z oddzielnym przewodem zerowym?

  Tak, ale w pewnych granicach. Gdy przewód zerowy jest na tyle oddalony od fazy, że skutkuje bardzo silną rezystancją toru przepływu łuku probierczego wysokiego napięcia. Wówczas wynik pomiaru ARM jest niemiarodajny. Przykładem takiej sytuacji jest uszkodzenie złącza kablowego z przewodem zerowym odsuniętym na znaczną odległość od korpusu złącza kablowego jeszcze na etapie jego zarabiania.

• Czy metoda TDR nadaje się do pomiarów uszkodzeń w złożonych podziemnych systemach zasilania z odczepami po stronie pierwotnej?

  Pomiar TDR sprawdza się w pierwszej strefie takiej sieci, tj. przed odczepem bocznym. TDR nie jest przeznaczony do pomiaru usterek w sieciach elektrycznych, bowiem daje najlepsze wyniki w pomiarach prostych odcinków torów kablowych.