Трассоискатели: активная и пассивная работа, выбор рабочей частоты
Как уже отмечалось, ряд генераторов представляет возможность выбора не только способа подачи сигнала в трассируемый кабель, но и конкретной частоты (обычно это одно или несколько значений в пределах 200 Гц - 130 кГц). Причем правильный выбор частоты играет огромную роль в достижении успеха - от ее значения зависит рабочая дальность пары генератор-приемник.
Очевидно, что из-за емкостного характера импеданса повышение частоты будет приводить к снижению рабочей дальности. Сила тока станет уменьшаться быстрее, так как с увеличением частоты нарастает утечка сигнала из трассируемой линии в грунт.
К слову, по этой же причине на дальность обнаружения сигнала влияет и диаметр кабеля (или трубопровода). При увеличении площади поверхности линии (экрана кабеля или трубопровода) утечка тока в грунт возрастает, что приводит к снижению мощности сигнала. Следовательно, при его подаче в линию меньшего диаметра он может быть обнаружен на большем расстоянии от передатчика. Но это справедливо только в определенных пределах. Дело в том, что если утечки из трассируемой линии в грунт слишком малы, ток в линии ограничивается уже высоким импедансом цепи подачи сигнала. Такая проблема легко устраняется путем заземления дальнего конца трассируемой линии.
Проводимость грунта также влияет на импеданс цепи подачи сигнала (кабель-грунт). Поэтому от структуры почвы (рыхлая-плотная) и ее влажности зависят условия протекания обратного тока и его растекание по другим параллельно идущим линиям. Первое явление понять достаточно просто - чем ниже импеданс цепи подачи сигнала, тем выше в ней ток. В общем случае тонкий кабель, проложенный в пустыне, можно обнаружить на гораздо большем расстоянии от передатчика, чем лежащий в болоте толстый. Второе объясняется тем, что ток всегда ищет легкий путь. Если проводимость почвы низкая, а рядом расположен трубопровод, обратный ток будет течь именно по нему. Из-за снижения импеданса цепи подачи сигнала ток в ней вырастет, однако теперь сигнал станет излучать и линия, по которой он течет обратно. Поэтому трассировка кабеля, скорее всего, не упростится.
Сложность идентификации трассируемой линии среди прочих, идущих с ней параллельно, зависит и от частоты. С ее увеличением сигнал значительно легче наводится на соседних линиях вследствие индукционной связи между ними. При этом идентифицировать нужный кабель становится гораздо труднее. Случается, что наведенный сигнал от линии, расположенной рядом параллельно с трассируемой, но залегающей на меньшей глубине, опознается приемником более уверенно, чем сигнал трассируемой линии, к которой подключен генератор.
Итак, снижение частоты приводит к увеличению дальности, на которой может быть обнаружена трассируемая линия, и упрощает ее идентификацию среди других, проложенных параллельно.
Зачем же тогда нужны более высокие частоты? Из всего вышесказанного можно было бы сделать поспешный вывод, что использование высокочастотных сигналов не имеет никакой практической пользы. Однако в ряде случаев недостатки высоких частот оборачиваются их достоинствами.
Во-первых, высокие частоты более пригодны для индукционной антенны и индукционного устройства сопряжения (клипсы). А подать сигнал в трассируемую линию с поверхности земли или без прямого подключения можно только этими способами. Попытка же использовать низкие частоты не обеспечит необходимого для работы на требуемую дальность уровня сигнала.
Во-вторых, высокая частота позволяет увеличить ток в трассируемой линии в случае ее небольшого диаметра или малой длины, а также при низкой проводимости грунта (сухая песчаная почва).
В-третьих, с увеличением частоты снижается уровень шумов, обусловленных наводками линий электропитания (основные гармоники их сигналов лежат в пределах 50 Гц - 3 кГц).
В-четвертых, токи высокой частоты легко преодолевают (как и любой другой конденсатор) неплотные стыки металлических труб кабельной канализации или изоляционные вставки (прокладки) трубопроводов.
Реальные рабочие дальности для разных частот (L1, L2, L3) при трассировке конкретной линии будут зависеть от следующих показателей:
- характеристик образованной при подключении генератора цепи подачи сигнала (физических параметров линии и почвы, качества и способа выполнения заземления), от которых зависит уровень тока в трассируемой линии;
- значения частоты;
- выходной мощности генератора;
- степени согласования выходного импеданса генератора с импедансом цепи подачи сигнала;
- чувствительности и избирательности приемника;
- шумовой обстановки в районе трассируемой линии.
В результате можно сформулировать простое правило: поиск трассы надо начинать с самой низкой частоты. На более высокую следует переключаться, только если она не обеспечивает необходимую величину сигнала.
Несколько слов стоит сказать и о сигналах, используемых при пассивном поиске (без генератора). В случае трассировки линий электропитания нужно иметь в виду, что магнитное поле создается именно током. Когда линия в рабочем состоянии, проблем не будет. Но если находящийся под напряжением кабель не подключен к нагрузке, то трассировать его в пассивном режиме почти невозможно. Однофазную линию электропитания, находящуюся под нагрузкой, обнаружить очень легко. Сложнее обстоит дело с трехфазными линиями. Поскольку токи, текущие в их проводниках, взаимно вычитаются, когда нагрузка сбалансирована, магнитное поле такого кабеля может быть весьма слабым. Учитывая, что энергетики тщательно заботятся о сбалансированности нагрузок в высоковольтной распределительной сети, линию с более высоким напряжением (6 кВ и выше), как правило, трассировать непросто. Эта особенность очень опасна, так как, без труда обнаружив кабельную линию осветительной сети, можно с той же легкостью пропустить на ее фоне высоковольтную линию, идущую параллельно. Последствия ошибки можно себе представить!
Сеть проводного вещания также является сетью распределения мощности и построена по схожим принципам, поэтому и ее линии могут быть обнаружены, исходя из изложенной выше идеи с учетом тех же специфических черт.
Аналогично кабелям линий электропитания под нагрузкой трассируются и трубопроводы, подключенные к системам катодной защиты. Поскольку в целях защиты на трубопровод подается напряжение одной полярности, а получается оно путем выпрямления напряжения с частотой промышленной сети электропитания, ток в трассируемой линии будет пульсировать с частотой 100 Гц.
Сложнее всего обнаружить в пассивном режиме телефонные кабели (по сигналам сигнализации), так как протекающие в них переменные токи малы и непредсказуемы.
Менее очевиден тот факт, что, пользуясь пассивным режимом в области низких частот (50 Гц - 3 кГц), в земле можно обнаружить не только кабели электропитания, но и вообще любые металлические протяженные объекты. Дело в том, что обратные токи систем питания имеют тенденцию течь по пути наименьшего сопротивления, а именно такими путями и становятся оболочки кабелей и трубопроводов. Это означает, что для поиска в пассивном режиме кабелей и металлических трубопроводов можно использовать токи, которые текут в грунте между точками заземления генераторов (трансформаторов) и нагрузок линий в сетях электропитания. Поскольку точки эти расположены повсеместно, то и токи присутствуют везде.
В любом протяженном металлическом объекте можно обнаружить еще один вид сигналов, свободно путешествующих в грунте. В атмосфере повсеместно присутствует излучение длинноволновых передатчиков. Земля служит для него обратным проводом, и, как и в предыдущем случае, ток течет по металлическим объектам. При этом они играют роль антенн, повторно излучающих данные сигналы, обнаружить которые можно с помощью приемника, настроенного на соответствующий диапазон частот. Уровень сигналов во многом зависит от наличия рядом радиопередающих центров, характеристик линии и почвы. В общем случае сигнал в диапазоне длинных волн (140-300 кГц) будет иметь бо/льшую мощность, если оба конца трассируемой линии надежно заземлены, а длина ее велика (т. е. велика емкостная связь).
