Giới thiệu về định vị sự cố cáp ngầm (Phần 2)

Một phương pháp khác để định vị sự cố cáp ngầm là phản hồi miền thời gian (TDR), phương pháp này có một số dạng như xung phản hồi, phản hồi hồ quang và xung dòng. Trong phần này sẽ tập trung vào phương pháp xung phản hồi, nguyên lý, lợi ích và các vấn đề liên quan.

2.1. Cơ  bản về xung phản hồi

Công nghệ xung phản hồi được thực hiện bằng một thiết bị đo phản hồi miền thời gian (TDR)- phản xạ kế, bao gồm một bộ truyền tín hiệu và một bộ nhận tín hiệu (phản hồi). Bộ truyền gửi vào cáp một xung điện áp thấp tần số cao trong một khoảng thời gian ngắn. Xung này di chuyển dọc bề mặt cáp cho tới khi gặp một số dạng gián đoạn trong đặc tính trở kháng của cáp; các sai lệch trong đặc tính trở kháng của cáp có thể bị gây ra bởi đầu cáp, chỗ nối cáp, máy biến áp, hay điểm cáp sự cố … Tùy thuộc vào độ lớn của sự thay đổi trở kháng, một phần hoặc tất cả các xung truyền đi sẽ phản hồi và quay lại thiết bị đo phản hồi miền thời gian. Về bản chất, kỹ thuật này tạo ra một đồ thị điện tử hoặc dạng đồ họa của cáp ngầm biểu diễn các sự kiện khác nhau dọc theo chiều dài cáp.

Thời gian để một xung truyền đi toàn bộ chiều dài cáp và các xung phản hồi gây ra bởi các vị trí bất thường của cáp được hiển thị trên màn hình. Những phản xạ này sau đó được biểu diễn dưới trục tọa độ thời gian.

Vì vậy, trên màn hình hiển thị của phản xạ kế TDR, xung đầu tiên thể hiện vị trí đầu cáp và có trở kháng bất thường thứ nhất, thứ hai,… Mọi giá trị đều được biểu diễn dưới miền thời gian. Do đó, thông qua TDR, chúng ta có thể quan sát được vào bên trong tuyến cáp, trực quan hóa các vị trí ranh giới khác nhau như đầu cáp, đầu nối, máy biến áp … Ngoài ra, TDR cũng có khả năng đo chiều dài cáp và tương đối dễ dàng để xác định các sự cố theo dọc tuyến cáp, như hỏng/hở dây dẫn, chạm đất hoặc ăn mòn phần tiếp đất … Để ứng dụng công nghệ xung phản hồi vào xác định sự cố cáp shunt hoặc sự cố ở cách điện của cáp, điện trở của cách điện sự cố nhỏ hơn 10 lần so với đặc tính trở kháng của cáp được hiển thị.

Một số dạng sóng điển hình

2.2. Xác định khoảng cách tới vị trí sự cố

Phép đo tiến hành bằng phương pháp TDR là phép đo thời gian. TDR đo tổng thời gian cần để một xung được đặt vào và thời gian các phản hồi quay trở lại. Để tìm ra khoảng mà xung phản hồi đã đi (dịch chuyển), TDR tự động tính toán dựa trên thời gian một xung phát đi và quay về, tổng thời gian này chia hai (2), rồi nhân với tốc độ của xung.

Một cài đặt (thiết lập) rất quan trọng trên TDR là vận tốc truyền sóng. Vận tốc truyền sóng là tốc độ mà tại đó các xung tần số cao di chuyển trên một cáp mẫu nhất định và tốc độ mà tại đó các xung di chuyển bị ảnh hưởng bởi cách điện điển hình và độ dày mặt cắt ngang của cáp.

Tuy nhiên, không cần biết cụ thể một số thông cáp như vận tốc, tổng chiều dài và đặc tính của mạch điện, mà vẫn có thể có được kết quả rất chính xác khi xử dụng sử dụng phương pháp TDR, dựa vào vị trí hai đầu của cáp cáp. Để tìm vị trí sự cố trong trường hợp này, tiến hành đo khoảng cách tới sự cố từ cả hai đầu, sự cố sẽ được xác định chính xác kể cả khi giá trị vận tốc là sai.

Để định vị sự cố, đầu tiên đo khoảng cách từ đầu “a” và đánh dấu trên mặt đất. Sau đó, đo khoảng cách từ đầu “b” và cũng đánh dấu trên mặt đất tương tự. Kết quả là, nếu vận tốc quá chậm, sự cố sẽ nằm ở gần 2 đầu, và vị trí sự cố chính xác nằm giữa hai điểm đánh dấu. Đương nhiên, nếu vận tốc đặt quá nhanh, sự cố sẽ nằm xa hai đầu, và vị trí sự cố chính xác vẫn nằm giữa hai điểm đánh dấu. Do đó, ngay cả khi có rất ít thông tin về cáp điện và không có các thông tin đúng về giá trị vận tốc, vẫn có thể có được kết quả bằng cách thực hiện các phép đo ở cả hai chiều. Khi các phép đo được thực hiện trên các tuyến cáp dài, có thể toàn bộ chiều dài cáp thành các đoạn nhỏ.

2.3. Ưu và nhược điểm của phương pháp xung phản hồi

Điểm mạnh của kỹ thuật xung phản hồi đó là cho phép định vị sự cố tương đối dễ dàng và nhanh chóng. Tất cả các kết quả được biểu diễn trên màn hình TDR, do đó không cần đi dọc tuyến cáp để định vị sự cố. Mặt ưu điểm quan trọng khác, khi sử dụng các xung điện áp thấp sẽ an toàn cho các kỹ thuật viên, và tránh gây quá tải lên cáp. TDR có thể sử dụng cho nhiều loại cáp khác nhau: cao áp, trung áp và hạ áp. Các thông tin của xung phản hồi thu nhận được còn có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu. Ví dụ, để kiển tra các đoạn nối trong mạch điện ba pha, có thể kiểm tra cả ba pha, hoặc một vấn đề xảy ra trên một pha trong khi các pha còn lại ở tình trạng bình thường.

Một trong những nhược điểm của kỹ thuật xung phản hồi là khó giải thích kết quả khi thực hiện trên các mạch điện phức tạp. Ví dụ, trong một mạch điện có một số điểm nối theo hình “T” hoặc “Y”, thì khi có phản hồi sẽ chồng lên nhau và sẽ tạo ra dạng sóng rất phức tạp, không dễ dàng để phân tích dạng sóng này. Trong trường hợp này được khuyến cáo nên sử dụng một xung phản hồi khác, dạng sóng của pha dây dẫn bình thường (không sự cố) và pha bị sự cố sẽ được chụp lại. Mọi thứ trở nên bình thường, với tất cả các khu vực có các mối nối chữ “T” và “Y”, điểm giao nhau,… thì các hình ảnh sẽ như nhau. Vì vậy với hai điểm dữ liệu ứng với hai dạng sóng này được loại trừ, và sẽ hiển thị các điểm khác thường hoặc sự cố có thể trên pha bị sự cố.

Một vấn đề khác nữa, đó là phương pháp này cũng không định vị được sự cố với xung phản hồi đơn đối với sự cố điện môi hoặc sự cố cách điện, vì khi đó giá trị điện trở bằng lớn hơn hoặc bằng 10 lần trở kháng của cáp được kiểm tra. Trường hợp này nên sử dụng kỹ thuật phản hồi hồ quang sẽ được xem xét sau.

Mô tả dạng sóng:

1. Phản hồi dương tại đâu cáp tốt
2. Phản hồi âm tại đầu cáp lỗi (ngắn mạch)

(còn tiếp)