Определение направления вектора магнитной индукции с помощью правила буравчика и правила правой руки

Правило правой и левой руки: формулировка и применение

Определение

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ ] (рис. 1.)


Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета). Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока. Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Электродинамика и магнитостатика

Магнитная индукция представляет собой векторный фактор, который характеризует силовое поле. Величина показывает влияние магнитного фона на отрицательно и положительно заряженные частицы в исследуемом пространстве. Индукция определяет силу влияния поля на заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Для этого случая законы применения описываются так:

  • Правило винта. Если поступательное круговое движение буравчика совпадает с направлением заряженных электронов в катушке, то путь поворота ручки инструмента будет совпадать с курсом магнитного вектора полярной индукции, направление при этом зависит от тока.
  • Принцип правой кисти. Если взять стержень в правую кисть так, что отставленный под прямым углом палец демонстрирует курс тока, то другие пальцы будут соответствовать направлению луча магнитной индукции, продуцируемого током. Путь магнитного вектора индукции прокладывается касательно линии отрезков.

Для подвижного проводника

В стержне из металла находится большое число свободных электронов, движение которых характеризуется как хаотичное. Если катушка движется в силовом электромагнитном поле вдоль линий, то фон отклоняет электроны, перемещающиеся одновременно с проводником. Их движение создает ЭДС (электродвижущую силу) и называется электромагнитной наведенной индукцией.

Под действием индукции заряженные частицы передвигаются и накапливаются в одном конце стержня, при этом на другом проявляется нехватка электронов. В результате такой ситуации зарождается положительный заряд и возникает разность потенциалов, появляется напряжение электричества.

Ток будет протекать под действием разности потенциалов при подсоединении такой катушки к внешней цепи по замкнутому контуру. При передвижении стержня по направлению силовых линий снижается до нуля воздействие поля на заряды. Не возникает электродвижущая сила, нет напряжения, отсутствует ток электронов.

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление в пространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

  • угловой скорости;
  • параметров индукционного тока;
  • магнитной индукции.

Хотя ориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясь принятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутать знаки.

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

Содержание

  • 1 Общее (главное) правило 1.1 Для векторного произведения
  • 1.2 Для базисов
  • 2 Формулировки правила буравчика (винта) или правила правой руки для специальных случаев
      2.1 Правило правой руки или буравчика (винта) для механического вращения скорости 2.1.1 Правило правой руки или буравчика (винта) для угловой скорости
  • 2.1.2 Правило правой руки или буравчика (винта) для момента импульса
  • 2.1.3 Правило правой руки или буравчика (винта) для момента сил
  • 2.2 Правило правой руки и буравчика (винта) в магнитостатике и электродинамике
      2.2.1 Для магнитной индукции (закона Био — Савара)
  • 2.2.2 Для тока в проводнике, движущемся в магнитном поле
  • 2.2.3 Для уравнений Максвелла
  • 3 Правила левой руки
      3.1 Первое правило левой руки
  • 3.2 Второе правило левой руки
  • 4 Примеры
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

    Правило правой руки

    В электротехнике очень часто применяют интерпретацию буравчика для правой руки.

    Действия можно сформулировать так: «Если отведённый в сторону большой палец правой руки расположить вдоль проводника так, чтобы он совпал с направлением электрического тока, то остальные пальцы будут указывать направление образованных электрическим полем магнитных силовых линий. (см. схему на рис. 2).


    Рис. 2. Иллюстрация правила правой руки

    Сформулированные выше алгоритмы применяются и для соленоидов. Но разница в том, что в случае с соленоидом, рукоятку буравчика вращают так, чтобы это движение совпадало с направлением токов в витках, а продвижение винта буравчика указывает на ориентацию вектора магнитных линий в соленоиде.

    При использовании правой руки, пальцами охватывают (условно) катушку так, чтобы направление тока в витках совпадало с пространственным расположением пальцев. Тогда большой палец укажет на ориентацию вектора электромагнитных линий внутри катушки. На рисунке 3 изображены схемы, объясняющие алгоритмы определения направлений векторов для соленоидов.


    Рис. 3. Иллюстрация правила правой руки для катушки

    Не трудно догадаться, что данные правила можно применять с целью определения направления тока. Например, если с помощью магнитной стрелки определить устремление линий магнитной индукции, то путём применения правила буравчика (как вариант его формулировки для правой руки), легко определяется, в какую сторону течёт ток.

    Связь магнитного поля с правилами

    В этой части публикации рассматриваются электрические величины. Поэтому следует напомнить о направлении течения тока в проводке – от «плюса» источника питания к «минусу». От контрольной точки с большим потенциалом (ϕ1=10 B) – к месту измерения с относительно меньшим (ϕ1= 5 B).

    Читайте также:  Самодельные котлы на твердом топливе своими руками


    Кольцевая проводящая конструкция

    На иллюстрации представлена кольцевая конструкция. Для уточнения характеристик системы в соответствии с базовыми правилами винт вкручивают с учетом реального направления силовых линий. Вращение рукоятки соответствует току в проводе, подключенному к источнику питания.


    Пояснение правила

    В этом примере необходимо выяснить направление вектора (В) магнитной индукции и соответствующую конфигурацию линий силового поля. Для проверки сжимают руку в кулак. Один палец ставят вертикально – известный жест «Класс!». Он будет соответствовать движению тока. Вектор, обозначающий магнитное поле, совпадает с положением четырех сжатых пальцев.

    Важно! Нельзя прикасаться к проводнику под напряжением при проведении эксперимента, чтобы исключить поражение электротоком.

    Для наглядности опыт можно повторить с железными опилками. Гранулы рассыпают на плоской поверхности. Допустимо использование листа картона, другого материала с нейтральными по отношению к электромагнитным полям свойствами. В центре перпендикулярно устанавливают провод. После подключения к источнику тока можно наблюдать распределение полос, которое соответствует линиям созданного силового поля.

    К сведению. По рассмотренной схеме определяют полюса катушки, подключенной к источнику питания. Пользуются стандартным алгоритмом ППР. Отогнутый большой палец будет показывать на северный полюс.

    Специальные правила

    Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

    Для векторного произведения

    Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

    Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

    По циферблату часов

    При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

    Правила правой руки, для произведения векторов

    Существует два варианта правила.

    Первый вариант:

    Если согнутые пальцы правой руки направить в сторону кратчайшего пути для совмещения вектора-сомножителя с другим сомножителем (векторы выходят из одной точки), то отведенный в сторону большой палец укажет направление аксиального вектора.

    Второй вариант:

    Если правую ладонь расположить таким образом, чтобы получилось совпадение большого пальца с первым вектором-сомножителем, а указательного – со вторым, то отведённый в сторону средний палец совпадёт с направлением вектора произведения.

    Для базисов

    Перечисленные выше правила применяются также для базисов.

    Например, правило буравчика для правого базиса можно записать так:

    При вращении ручки буравчика и векторов таким образом, чтобы первый базисный вектор по кратчайшему пути стремился ко второму, то штопор будет завинчиваться в сторону третьего базисного вектора.

    Указанные правила универсальны. Их можно переписать для механики с целью определения векторов:

    • механического вращения (определение угловой скорости);
    • момента приложенных сил;
    • момента импульса.

    Правила буравчика применяются также для уравнений Максвелла, что усиливает их универсальность.

    Объяснение названия

    Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.

    Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.

    Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.

    На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:

    Правило левой руки

    В электротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силы Ампера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правилом левой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способ определения направленности Амперовой силы, выталкивающей точечный заряд либо проводник, по которому протекает электроток.

    Алгоритм применения левой руки состоит в следующем: если левую ладонь будут перпендикулярно пронизывать силовые линии, а пальцы расположатся по направлению тока, то действующие на проводник силы будут устремляться в сторону, куда указывает оттопыренный большой палец.

    Рис. 4. Сила Ампера

    Интерпретация для точечного заряда

    Заметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач по определению ориентации силы Лоренца. Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, чтобы линии индукции перпендикулярно входили в неё, а выпрямленные пальцы направить в сторону движения положительного заряда, тонаправление вектора силы Лоренца совпадёт с отставленным на 90º большим пальцем.

    Визуальная интерпретация правила левой руки представлена на рисунке 5. Обратите внимание на то, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.


    Рис. 5. Интерпретация правил левой руки

    Примечание: В случае с отрицательным зарядом вытянутые пальцы направляют в сторону, противоположную движению частицы.

    Полезные сведения и советы

    1. Общепринято считать, что направление тока указывает в сторону от плюса к минусу. На самом деле, в проводнике упорядоченное перемещение электронов направлено от негативного полюса к позитивному. Поэтому, если бы перед вами стояла задача вычисления силы Лоренца для отдельного электрона в проводнике, следовало бы учитывать данное обстоятельство.
    2. По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.
    3. При использовании правила часовой стрелки мы принимаем условие о том, что стрелки совершают движение слева направо. Известно, что в бывшем СССР производились часы с обратным ходом часового механизма. Возможно, такие модели существуют до сегодняшнего дня.

    Советы: если вам необходимо определить пространственное расположение момента силы, под действием которой происходит вращение некоего тела – вращайте винт в ту же сторону. Условное врезание винта укажет на ориентацию вектора момента силы. Скорость вращения тела не влияет на направление вектора.

    Полезно знать, что при вращении буравчика по ходу вращения тела, траектория его ввинчивания совпадёт с направлением угловой скорости.

    Читайте также:  Ремонт и замена фундамента деревянного дома своими руками

    Правило левой руки: применение правила Буравчика, формулы, примеры задач

    В физике и электротехнике приходится часто решать задачи, где требуется рассчитать электрические показатели магнитной индуктивности, по отношению к электротоку и наоборот. Поля и силы сориентированы определенным образом, поэтому и сформировались правило Буравчика и правило левой руки. С их участием возможно установить курс векторов, влияние магнитных полей и прочие данные, используемые в расчетах.

    1. История открытия правила Буравчика
    2. Правило левой руки
    3. Что определяет закон
    4. Сила Лоренца применение и формула
    5. Сила ампера – формула
    6. Примеры задач в физике электротехнике
    7. Задача № 1
    8. Задача № 2
    9. Задача № 3
    10. Задача № 4
    11. Как связано магнитное поле с Буравчиком и руками
    12. Магнитное поле в соленоиде
    13. Определение направления тока Буравчиком
    14. Что связано с левой рукой
    15. Выводы
    16. Видеоурок

    История открытия правила Буравчика

    В 19-м веке была обнаружена связь между магнетизмом и электричеством. В это же время было сформировано понятие магнитного поля. Впервые оно было обнаружено датским ученым-физиком Х. Эрстедом.

    После этого открытия, ученые ряда стран провели многочисленные эксперименты, которые установили широкий спектр действия поля, нередко выходящий за рамки исследуемого объекта. Было открыто и его круговое вращение.

    В дальнейшем, исследования перешли в сферу изучения вопроса – в каких направлениях действует магнетизм. Выяснилось, что его влияние может быть разносторонним, и меняется от того, каким образом располагаются полюса и силы, оказывающие влияние на проводник.

    По результатам экспериментов было открыто и оформлено правило левой и правой руки. Первым каноном выявляется направленность сил, влияющих на проводящий материал, а вторым – направленность магнитных линий.

    С целью полного отображения было принято специальное определение и другие обозначения. Отображение поля выполняется в виде концентрических линий. Чем чаще они расположены относительно друг друга, тем выше сила действующего поля. Каждая из них получается замкнутой и не пересекается с соседними. Если узнать их направленность, можно установить, куда смотрит вектор магнитной индукции. Возможно и обратное действие, поскольку направление вектора будет соприкасаться с каждой точкой этих линий.

    Проведенные опыты позволили сформулировать и закон Буравчика. Когда он вкручивается, резьба будет двигаться по часовой стрелке, то есть вправо. В таком же направлении осуществляется движение силовых магнитных линий. Правило левой руки дополняет правило Буравчика, устанавливая направленность силы, действующей на электрический провод.

    Правило левой руки

    Если определять физические величины по правилу левой руки, то ее ладонь располагается в таком положении, что четыре пальца направлены вперед, а большой отвернут в бок. Прямые пальцы указывают в сторону направления тока, а оттопыренный большой – направление устремления вектора приложенных усилий. При этом, направление индукции заходит и упирается в ладошку сверху под углом девяносто градусов.

    Что определяет закон

    По итогам выполнения многочисленных экспериментальных опытов было выведено определение, которое впоследствии стало именоваться правилом левой руки. Оно связало между собой направленности электротока и концентрических линий, а также влияние на проводящий материал силы магнетических полей. Живой пример отражен на картинке, где хорошо видно взаимодействие физических составляющих. Направленность силовых линий и функционирующего магнитного поля не совпадают, их действие направлено в совершенно разные места.

    Когда направленность электротока и проводника будет совмещаться с линиями, то силовое влияние на проводящий материал в данном случае отсутствует. В результате, указанный постулат перестанет работать.

    Сила Лоренца применение и формула

    Действие электромагнитных полей порождает возникновение точечной заряженной частицы, на который воздействуют силы электрического и магнитного характера. В скомбинированном виде они получили наименование силы Лоренца.

    Таким образом, сила Лоренца воздействует на любую частицу с зарядом, падающую с определенной быстротой в магнетическом поле. Степень влияния связана с электрическим зарядом частицы (q), показателем магнитной индукции (В) и быстротой падения частицы (V).

    На основании полученных данных голландским ученым Хендриком Лоренцем была выведена формула: FL = |q|x V x B x sinα. Все условные обозначения приведены на рисунке.

    В практической деятельности сила Лоренца получила применение в следующих областях:

    • Кинескопы – электронно-лучевые или телевизионные трубки. В этих устройствах электроны, летящие в направлении экрана, отклоняются магнитным полем, которое создают специальные катушки.
    • Масс-спектрографы. Определяют массы заряженных частиц, путем разделения их по удельным зарядам. Вакуумная камера помещается в магнитном поле. Заряженный частицы ускоряясь, двигаются по дуге и оставляют след на фотопластинке. Па радиусу траектории вначале определяется удельный заряд, на основании которого вычисляется и масса частицы.
    • Циклотрон. Ускоряет заряженные частицы. Ускорение происходит под действием силы Лоренца, после чего траектория частиц сохраняется за счет магнитного поля. Прибор давно начали использовать в медицинских исследованиях с применением радионуклидных фармацевтических препаратов.
    • Магнетрон. Электронная лампа высокой мощности для генерации микроволн, возникающих при взаимодействии электронного потока и магнитного поля. Используется с современных радиолокационных устройствах.

    Сила ампера – формула

    Сила Ампера непосредственно воздействует на проводник с током, расположенный внутри поля. Совсем кратко она выражается представленной формулой:

    F = I x B x L x sinα, где F является силой Ампера, I – сила тока в проводнике, L – отрезок проводника, находящийся под действием магнитного поля, α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

    Читайте также:  Прихватки своими руками из ткани с выкройками: пошаговая инструкция, как сшить

    Максимальное значение сила Ампера принимает, когда угол α становится равным 90 градусов. Единицей измерения служит ньютон (Н).

    Определение направления силы Ампера выполняется с помощью правила левой руки. Ладонь смотрит вверх, четыре пальца направлены в сторону вектора движения тока. Вектор магнитной индукции перпендикулярен ладони и входит в нее. Направление силы Ампера совпадает с большим пальцем, отогнутым в сторону.

    Направлением электрического тока условно считается движение от заряда с плюсом к заряду с минусом.

    Примеры задач в физике электротехнике

    В качестве примеров будут рассмотрены задачи, связанные с силой Ампера. Примеры решений специфические, но сам метод решения довольно простой.

    Задача № 1

    Исходные данные для выполнения: длина проводника – 20 см, сила тока, протекающая в нем – 300 мА, угол между проводником и вектором магнитной индукции – 45о. Величина магнитной индукции – 0,5 Тл.

    Требуется найти силу однородного магнитного поля, воздействующую на проводник.

    Решение: необходимо применять основную формулу – Fa = B x I x L x sinα. Подставив нужные значения, получаем: Fa = 0,5 Тл х 0,3А х 0,2 м х (√2/2) = 0,03 Н.

    Задача № 2

    Исходные данные для решения: Проводник помещен в магнитное поле, индукция которого составляет 10 Тл. Сила действия магнитного поля перпендикулярна проводнику и составляет 20 Н. Сила тока, протекающего в проводнике – 5А.

    Требуется вычислить длину отрезка проводника.

    Решение: за основу берется формула Fa = B x I x L x sinα. Длина проводника определяется следующим образом: L = Fa/(B x I x sinα). Поскольку sinα = 1, получаем: L = Fa/(B x I). Остается подставить нужные значения и получить результат: L = 20Н/(10Тл х 5А) = 0,4 м.

    Существуют аналогичные задачи с использованием силы Лоренца. Наглядно рассматрим два примера, которые решаются просто и понятно.

    Задача № 3

    Исходные данные для выполнения: в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл передвигается заряд величиной 0,005 Кл со скоростью 200 м/с. Угол между направлением заряда и вектором магнитной индукции – 45º.

    Определяется: величина силы, воздействующей на заряд.

    Решение: используется основная формула FL = |q| x V x B x sinα. Подставляя исходные данные, получаем следующее: FL = 0,005Кл х 200м/с х 0,3Тл х sin 45о = (0,3 х √2)/2 = 0,21Н.

    Задача № 4

    Исходные данные для решения: заряженная частица величиной 0,5 мКл движется в магнитном поле с индукцией 2 Тл. Сила, действующая на заряд со стороны магнитного поля – 32 Н. Направление движения частицы и вектор магнитного поля расположены под углом 90º.

    Требуется определить: скорость движения заряженной частицы.

    Решение: изначально берется формула FL = |q| x V x B x sinα. Поскольку sinα = 1, она приобретает следующий вид: FL = |q| x V x B. Для определения скорости нужно: V = FL/(|q| x B). Остается вставить исходные данные: V = 32Н/(5*10-4Кл х 2Тл) = 32000 м/с.

    Как связано магнитное поле с Буравчиком и руками

    Рассматривая движение полей токовой и магнитной природы, можно легко проследить взаимную связь правила Буравчика с канонами правой и левой руки. Для более качественного сравнения этих понятий, следует рассмотреть, что они представляют собой по отдельности.

    Закон Буравчика точно устанавливает направленность напряженности, вызываемой магнитными полями. При этом само поле должно размещаться в прямом направлении по отношению к проводящему материалу с электротоком.

    Для более полного представления берется штопор с правой резьбой и ввинчивается по часовой стрелочке в сторону протекания тока. Направленность магнетических полей соответствует правостороннему движению штопорной рукоятки.

    Правило правой руки может рассматриваться в двух вариантах. В одном из них пальцы, согнутые в кулак, охватывают неподвижный токопроводник. Они обозначают, в какую сторону смотрит вектор магнитных линий, который, как и у рукоятки Буравчика, будет по ходу часовой стрелки. Самый крупный палец отступает на 90º и показывает, в какую сторону движется ток.

    Если же токопровод движется, то правая рука размещается иным способом. Ладонь устанавливается между северным и южным полюсами так, чтобы она была в перпендикулярности с силовыми линиями, проходящими через нее. Крупный палец фиксируется в вертикальном положении и показывает в сторону направленного движения проводника. Оставшиеся пальцы, протянутые вперед, смотрят в ту же сторону, что и индукционный ток. Эта установка нашла свое применение в расчетах катушечных соленоидов, оказывающих воздействие на физические свойства тока.

    Отделяя друг от друга правило правой и левой руки, их физика показывает, что второй вариант, используемый в расчетах, действует по-другому. Левая ладошка размещается в таком положении, чтобы четыре пальца были направлены в сторону тока, продвигающегося по проводнику. Магнитные линии, перемещаясь от одного полюса к другому, заходят в ладошку под 90 градусов. Оттопыренный крупный палец смотрит в ту же сторону, что и сила, воздействующая на токопроводник.

    Магнитное поле в соленоиде

    Законы правой и левой руки в физике, разобранные ранее, на сто процентов действуют лишь для прямолинейных токопроводников. Однако, довольно часто провода используются в виде катушек или соленоидов, где все процессы происходят по-другому.

    Известно, что под влиянием электротока, проходящего внутри провода, образуется круговое магнитное поле. В катушечных соленоидах провод сворачивается в виде колец и многократно оборачивается вокруг сердечника. Здесь правило Буравчика в чистом виде уже не функционирует, поскольку происходит существенное усиление магнетических полей. Но, его условные линии направлены так же, как и у постоянных магнитов, поэтому в таком случае возможно применение правила правой руки.

    Сначала соленоид охватывается так, чтобы самый крупный палец смотрел в направлении северного магнитного полюса. Он же отображает направление вектора магнитной индукции. Остальные четыре пальчика располагаются в направлении протекания тока.

    Возможно частично применить и правило штопора. Его следует установить и закручивать в направлении тока, тогда острие станет перемещаться в направлении электромагнитной индукции. Эта установка действует не только для всей катушки, но и для одиночного витка.

    Читайте также:  Сколько могут храниться в холодильнике разные виды супов, сроки и правила

    Определение направления тока Буравчиком

    Определить, куда движется ток, возможно посредством рук и Буравчика. В последнем случае должно быть известно, куда направляется магнитный поток – вектор В. Зная это направления, остается мысленно крутить штопор по часовой стрелке. Он будет постепенно передвигаться вперед, в ту же сторону, что и электроток. Эта формулировка действует для неподвижного прямого токопроводника.

    Что связано с левой рукой

    В целях правильного использования физических понятий, нельзя смешивать друг с другом Буравчик и левую руку. В одном случае определяются направленности магнетических линий и электротока, а второй вариант заключается в установлении силы, оказывающей влияние на проводящий материал.

    В отдельных случаях не все точно знают, как пользоваться «левой рукой». Но что бы ни говорили, все очень просто. Выпрямленная рука размещается ладонью вверх между двумя полюсами вдоль токопроводника. Магнитные линии условно пронзают открытую ладошку. Все пальцы направлены по ходу течения тока, а оттопыренный самый крупный палец совпадает с направлением вектора силы, которая получила название силы Ампера.

    С помощью левой руки можно определить не только силу Ампера, но и силу Лоренца. В последнем случае – это способ, применяемый к отдельным заряженным частицам. Его смысл состоит в расположении пальцев левой ладони в направлении движения заряда. Когда вектор В будет проходить сквозь ладонь, большой палец будет смотреть в сторону действия силы Ампера. При наличии отрицательного заряда, пальцы должны располагаться в противоположном направлении.

    Выводы

    Научиться пользоваться всеми способами совсем несложно, главное – знать объяснение физических принципов каждого из них. Мысленное использование Буравчика приносить в процессе обучения определенное облегчение в практическом выполнении расчетов и других действий. Все эти правила успешно применяются специалистами во многих областях электротехники.

    Определение места повреждения кабеля

    Как правило, соединения потребителей с источниками электроэнергии (трансформаторными и распределительными подстанциями) осуществляется при помощи кабельных линий (КЛ). Это связано с тем, что у данного способа есть масса преимуществ перед воздушными линиями (ВЛ). Но, если случилась авария на КЛ, то поиск места повреждения кабеля без специальных приборов, практически невозможен. Сегодня мы рассмотрим несколько способов, позволяющих локализовать аварийный участок кабельной трассы, проложенной в земле.

    Причины и виды повреждений кабельных линий

    Существует много факторов, негативно влияющих на целостность силовых кабелей, к наиболее распространенным из них можно отнести следующие:

    • Подвижка грунта, может быть вызвана аварией водопроводных, канализационных или тепловых сетей, а также сезонными явлениями, например, весенним оттаиванием.
    • Превышение допустимых норм эксплуатации КЛ, что может привести к термической перегрузки линии, вызванной увеличением токовой нагрузки.
    • Образование в КЛ высокого уровня электрического тока от транзитного КЗ.
    • Механическое повреждение при земляных работах без учета прохождения подземных коммуникаций и глубины трассы.
    • Ошибки при прокладке КЛ. В качестве примера можно привести нарушения технологии соединения жил кабельными муфтами.
    • Заводской брак.

    Заметим, что при открытой прокладке кабельных трасс некоторые перечисленные выше причины повреждений встречаются крайне редко. В частности, снижается вероятность влияния подвижки грунта и механические воздействия вследствие земляных работ. Помимо этого зоны повреждения открытых КЛ, в большинстве случаев, можно обнаружить при визуальном осмотре, без задействования спецметодов.

    Разобравшись с причинами, перейдем к видам повреждений, поскольку от этого напрямую зависит, каким методом будет локализирован аварийный участок КЛ.

    Чаще всего ремонтным бригадам приходится сталкиваться со следующими видами неисправностей:

    • Дефект, вызванный полным или частичным обрывом КЛ. Чаще всего причиной аварии является проведение земляных работ без определения прохождения кабельных трасс. Несколько реже причиной данного повреждения может стать КЗ в соединительных муфтах.
    • В силовых кабелях (более 1кВ), часто встречается пробой одной из жил на землю (однофазное замыкание). Ток утечки, как правило, это вызвано снижением качества изоляции в процессе эксплуатации КЛ.
    • Межфазные повреждения, а также виды металлических замыканий, могут возникнуть в любых линиях, причина повреждений такая же, как и в предыдущем пункте.
    • Плановое испытание кабеля, при котором задействуется высокий уровень напряжения, показывают низкую надежность изоляции, и приводит к возникновению пробоя. При определенных обстоятельствах такая линия может продолжать эксплуатироваться, но из-за низкого уровня ее надежности, авария может проявиться в любое время.

    Кратко о ремонте кабельной линии

    Ремонтные работы на кабельных линиях принято классифицировать на плановые и аварийные. Что касается объема таких работ, то у первых он, как правило, капитальный, у вторых – текущий.

    При капитальных работах производится плановая замена КЛ, прокладка новых трасс и т.д. При необходимости также выполняется ремонт и/или модернизация сопутствующего оборудования. К последним относятся вентиляционные системы и освещение кабельных туннелей, а также насосы для откачки грунтовых вод. Учитывая специфику плановых работ, при их проведении не требуется локализация дефектных участков.

    Совсем иначе обстоит дело при аварийном ремонте. Чтобы не раскапывать всю трассу, следует точно определить место обрыва провода, пробоя изоляции и т.д. Для этой цели применяются различные способы, для которых задействуется спецоборудование. Подробно об этом будет рассказано ниже.

    Методики определения повреждения кабеля в земле

    Как правило, дефектоскопия кабеля осуществляется в два этапа:

    1. Устанавливаются границы зоны, в пределах которой находится аварийный участок.
    2. Производится поиск точного места повреждения в определенной зоне.

    Соответственно на первом этапе применяются относительные способы, а на втором широко используются технологии с повышенной точностью поиска повреждений. Перечислим основные методики дефектоскопии и особенности их применения.

    Индукционный метод

    Эта технология позволяет определить локацию, где произошел пробой изоляционного слоя токопроводящих элементов кабеля. Для этого при помощи специального генератора в КЛ подается переменный ток с силой до 20,0 ампер и частотой от 800,0 до 1200,0 герц. В результате, вокруг КЛ формируется электромагнитное поле определенной интенсивности. Если поместить в него антенную рамку подключенную к наушникам через усилитель, то можно услышать звук определенной частоты над неповрежденными токопроводящими элементами.

    Читайте также:  Смывка краски авто, особенности очищения различных поверхностей

    По характеру звукового сигнала можно определить не локацию дефекта, позиции муфт для соединения, топографию трассы (трассировку), включая наличие защитных труб. Ниже представлен рисунок, где показан уровень изменения сигнала над различными участками КЛ.

    Поиск повреждений кабеля индукционным методом

    Обозначения:

    1. Задающий генератор.
    2. Расположение соединительных элементов.
    3. Защита кабеля.
    4. Дефектное место.

    Импульсный метод

    Как уже упоминалось выше, данный способ относится к относительным, то есть, позволяющим установить дефектную зону повреждения (как правило, межфазное КЗ). Принцип работы заключается в подаче специальным прибором эталонного высоковольтного импульса в КЛ и последующим определением удаленности аварийного участка по отраженному сигналу импульсных токов.

    Экран прибора ИКЛ с отображением отраженного импульса в случае замыкания (а) и обрыва (b) кабеля

    В приведенном на рисунке примере расстояние до дефектного участка определяется следующим образом:

    tx – интервал времени между посланным и отраженным электрическим сигналом, измеряется в микросекундах. Как видно из рисунка, он равен 3,5 мкс. Учитывая, что скорость распространения импульса (v) примерно равна 160,0 м/мкс, то для решения необходимо применить следующую формулу: lx = ( tx*v ) / 2, где lx – расстояние от генератора импульсов до поврежденного участка кабеля. В результате мы получим ( 3.5 * 160 ) / 2, то есть, 280,0 метров.

    Обратим внимание, что в некоторых приборах по форме отраженного сигнала можно судить о характере дефекта.

    Акустический метод

    Технология основана на формировании в дефектном участке искровых разрядов, сопровождающимися звуковыми импульсами. Зафиксировать их можно используя обычный стетоскоп, прикладывая акустическую головку к земле, либо применяя специальный акустический приемник. Над дефектным участком разряды звуковых частот будут максимально громкими.

    Различные схемы, применяемые при акустическом методе поиска повреждений кабеля

    Обозначения:

    1. Поиск устойчивого короткого замыкания между токоведущей жилой и оболочкой кабеля.
    2. Схема для поиска заплывающих пробоев.
    3. Применение работоспособных токопроводящих элементов (задействована емкость жил).
    4. Схема для поиска обрыва.

    Видео по теме:

    Емкостной метод

    Технология данного метода позволяет проводить поиск повреждения, в частности обрыва токоведущих элементов кабеля, путем измерения емкости жил. Как известно данный параметр напрямую зависит от длины кабеля. С упрощенной схемой высоковольтных колебаний для такого устройства можно ознакомиться ниже.

    Мост переменного тока, используемый в емкостном методе обнаружения повреждения кабеля

    Обозначения:

    • R1, R2, R3 – регулируемые резисторы.
    • Cэ – эталонный высоковольтный конденсатор.
    • L – расстояние до места обрыва.
    • Lк – общая длина КЛ.
    • 1 – токоведущие элементы кабеля.
    • 2 – защитная оболочка.
    • 3 – место обрыва.

    Подбирая сопротивление переменных резисторов, добиваются минимального отклонения стрелки прибора Г, что указывает на равновесие между плечами моста, что говорит о следующем соотношении R1 / R2 = Сx / Сэ , это позволяет установить емкость поврежденной жилы Сx = Сэ* (R1 / R2) .

    Подобным способом производим определение емкости на другом конце КЛ, то есть, подключаем к нему генератор и повторяем измерения. В результате, вычисляем расстояние до поврежденной зоны: L = Lk * С1 / ( C1 + C2 ), где С1 и С2 – емкости поврежденных токоведущих элементов кабеля, измеренные в начале и конце КЛ.

    Метод колебательного разряда

    Данный способ позволяет более эффективно определить расстояние до дефекта кабеля, известного, как заплывающий пробой. Для этой цели в поврежденную линию подаются импульсные колебательные разряды, после чего на экран спецприбора (например, ЭМКС58) выводятся данные о расстоянии до дефектного места.

    Экран прибора РЕЙС-305 с указанием расстояния до поврежденного участка кабеля

    Принципа работы данного метода во многом напоминает импульсный способ дефектоскопии.

    Метод петли

    Данный способ хорошо работает в тех случаях, когда в месте нарушения изоляции нет обрыва токоведущих элементов кабеля, а переходное сопротивление в месте дефекта не более 5,0 кОм. При несоответствии последнего условия может быть выполнен прожиг кабеля (прожигание изоляции для уменьшения переходного сопротивления). Упрощенный пример электрической схемы для метода петли показан ниже.

    Устройство для поиска повреждения кабеля методом петли

    Обозначения:

    • Г – гальванометр.
    • R1 и R2 – переменные резисторы, измерение сопротивления которых осуществляется после уравновешивания моста.
    • Lk – длина КЛ.
    • L – расстояние до дефектного участка.
    • 1 – токопроводящие элементы кабеля.
    • 2 – перемычка между целой и дефектной жилой.

    После уравновешивания моста, расстояние до обрыва вычисляется по формуле: .

    Метод накладной рамки

    Данный вариант поиска повреждения в КЛ можно рассматривать в качестве одной из разновидностей индукционного способа, когда необходимо найти пробой между токоведущим элементом кабеля и его металлической оболочкой (броней). Данная технология рассчитана на поиск дефектных мест при открытой прокладке кабельных трасс, но ее можно успешно использовать и КЛ уложенных в грунт. В последнем случае требуется выкопать шурфы в зоне локализации дефекта.

    Локализация повреждения кабеля методом накладной рамки

    Обозначения:

    1. Накладные рамки.
    2. Место пробоя изоляции.

    Поиск обрыва кабеля в бетонной стене и под гипсокартоном с помощью трассоискателя

    Найти и обезвредить. Срочный ремонт телефонного кабеля

    Кабельные линии регулярно подвергаются неблагоприятному воздействию. Среди самых частых причин повреждений: земляные работы и сдвиги грунта, старение или окончание расчетного срока эксплуатации, перенапряжение, тепловая перегрузка, коррозия, неквалифицированная прокладка кабеля, заводской брак.

    Итак, в ходе очередных плановых измерений кабельной линии, ее первичные параметры оказались в неудовлетворительном состоянии. Неисправны несколько пар, вероятно нарушилась герметичность в районе установки соединительных муфт.

    Этот рассказ будет о том:

    • Как найти место повреждения кабеля под землей.
    • Как определить расстояние до дефекта при помощи рефлектометрического метода.
    • Как определить наличие дефекта и его идентифицировать (вода в кабеле, обрыв пары или жилы, повреждение изоляции, короткое замыкание, переходные наводки, шумы, перепутанные пары, параллельные отводы и др.).
    • Как локализовать повреждение на местности при помощи трассодефектоискателя.
    Читайте также:  Расчет тепла на отопление

    Определение расстояния до дефекта будем производить рефлектометрическим методом при помощи прибора РД Мастер. Кабельный рефлектометр посылает в пару импульс (ширина импульса регулируется в зависимости от длины линии) и по форме и задержке отраженных от неоднородностей (дефектов) импульсов определяет тип повреждения и расстояние до него.

    Опыт использования РД-Мастер показал, что это отличный прибор и справляется со своими задачами на “отлично”. Минимальные измеряемые расстояния в РД-Мастере от пятидесяти метров. Для поиска повреждений в квартирах он оказался совершенно неэффективным, а при поиске на улице, где кабель имеет длину, превышающую пятьдесят метров (и если еще знать его траекторию залегания) – отличный прибор.

    В приборе есть фиксация плавающего дефекта и возможность наложения двух диаграмм друг на друга. Фиксация плавающего дефекта показывает расстояние до места заплыва, а также незаменима при поиске плохого контакта.


    Импульсный рефлектометр РД Мастер

    Мы имеем дело с кабелем ТППэпЗ 10х2х0,5.

    ТППэпЗ 10х2х0,5 – кабель телефонный с 20 медными жилами, с экраном из алюмополимерной ленты, в изоляции и оболочке из полиэтилена с гидрофобным заполнением. При длине кабельной линии 360 метров, на рефлектограмме видны значительные затухания на расстоянии 175 метров.

    Учитывая тот факт, что на этом расстоянии имеются ранее установленные соединительные муфты, одно из предположений заключается в том, что произошло нарушение герметичности муфтового соединения.


    Рефлектограмма кабельной линии

    Проверять такие параметры, как сопротивление изоляции, шлейфа, емкости жилы по отношению к земле, будем при помощи прибора ИРК-ПРО.

    ИРК-ПРО 7.4 предназначен для определения расстояния до участка с пониженным сопротивлением изоляции кабеля, определения места обрыва или перепутывания жил кабеля. Прибор ИРК-ПРО 7.4 также позволяет измерять сопротивления изоляции и сопротивления шлейфа, омической асимметрии, измерения электрической емкости всех типов кабелей связи.

    Чем ниже изоляция, тем проще найти повреждение. А если в том же кабеле присутствует целая жила с хорошей изоляцией, то всё довольно просто. Коротим на противоположном конце линии повреждённую жилу с чистой, а со своей стороны включаем три провода прибора ИРК-ПРО: два провода “А” и “В” идут на “чистую” и повреждённую жилу соответственно. “С” заземляется.

    В приведённом примере, три пары не в норме. Имеются поврежденные три пары (расстояние до повреждения ориентировочно 175 м). Имеется обрыв экрана на расстоянии 175 м.

    Следует заметить, что точность определения расстояния до дефекта прибором и точность локализации повреждения в кабеле – это разные вещи. Ведь измеренное расстояние еще нужно точно отмерять, а это весьма непростая задача, учитывая запасы кабеля на муфтах, неравномерность глубины залегания кабеля и др. Кроме того, большую погрешность вносят неточно введенные погонные значения сопротивления и емкости или коэффициент распространения (а они постоянно изменяются в ходе эксплуатации).

    После того, как приблизительное расстояние до повреждения становится известно, к поврежденной паре подключается генератор трассоискателя и начинается трассировка кабеля. Для этих целей будем использовать прибор ПОИСК-410 Мастер.

    Кабельный трассоискатель всегда состоял из двух частей – генератора сигнала (передатчика) и приемника (детектора). Первый подает на кабельную линию сигнал для последующего обнаружения, а второй – фиксирует его. С уверенностью можно сказать, что именно приемник и является “сердцем” трассоискателя.

    Приступим к раскопкам

    И вот первые результаты поиска:

    Вскрытие тупиковой муфты

    На фото муфта тупиковая МТ-45. Предназначена для защиты сростков кабелей ТПП и ТППэп ёмкостью от 10 до 50 пар с жилами диаметром от 0,32 до 0,5 мм. Муфта представляет собой только полиэтиленовый корпус в виде полиэтиленовой трубки, заглушенной с одной стороны. Метод монтажа кабелей ТПП и ТППэп в муфте МТ-45 заключается в соединении жил и экранов параллельно соединённых концов кабелей, помещении их в корпус муфты и в последующей заливке муфты саморасширяющимся полиуретановым герметиком ВИЛАД-31. Вот только смонтирована она явно без использования герметика ВИЛАД-31, а при помощи непонятной белой массы скорее похожей на мыло или солидол. Ну и, конечно же, синяя изолента. Известно же, что в любой непонятной ситуации следует использовать синюю изоленту – это “залог успеха”. Результат такого монтажа муфтового соединения – перед вами.

    Монтаж соединительной муфты ВССК на 10 пар

    Подготовка кабеля (кабель ТППэпЗ 10*2*0,5).

    Зачищаем и обезжириваем оболочку кабеля с обоих концов на 250 мм.

    Восстановление экрана кабеля

    Нужно вставить основание соединителя экрана под оболочку кабеля, между экраном и поясной изоляцией кабеля до упора в обрез оболочки. Слегка постучим по оболочке, чтобы зубцы зацепились за оболочку. Оденем крышку на винт основания и стянем обе части одной гайкой.

    На кабелях с наружным диаметром менее 20 мм нужно делать разрез оболочки длиной 25 мм со стороны диаметрально противоположной экранному соединителю.

    Наденем экранную шину на винты соединителей и зафиксируем ее второй гайкой.

    Сращивание кабеля

    Равномерно распределяем одножильные соединители по окружности сростка так, чтобы диаметр сростка был одинаковым. Используем соединители типа Scotchlock UY2.

    Заполнение сердечника кабеля компаундом

    Накладываем по одному витку мастики на оболочку кабелей за экранным соединителем. Обернем пластиковый лист равномерно вокруг кольца из мастики так, чтобы линия на листе проходила под нижней частью сростка. Концы плотно примотаем лентой 88Т.

    8882-А Герметизирующий гель, упаковка 90 мл. Предназначен для заливки методом самотека или под давлением в сростки кабелей с целью их герметизации на кабелях с полиэтиленовой изоляцией, не заполненных или заполненных гидрофобом, без его предварительного удаления. 8882 – это двухкомпонентный компаунд, не содержащий уретан. Он надежно герметизирует заполненный кабель, совместим с пластиком, используемым в телефонных соединителях. Совместим с поликарбонатами, медью и заполнителями. Не содержит изоцианатов. Материал герметика – полибутадиен.

    Читайте также:  Планировка бани 6 на 6: все основные этапы планирования

    Разорвем перемычку упаковки между составными частями компаунда и перемешаем их. Заполним получившуюся из пластиковой обертки емкость до уровня, когда компаунд полностью закроет соединители и проводники.

    Развернем углы пластиковой обертки и свернем пакет в трубочку от обреза вниз по направлению к сростку. Подмотаем края пластиковой обертки к мастике лентой 88Т. Обернем сросток, заступив за края мастики, двумя слоями эластичной виниловой ленты EZ с перекрытием витков 50%.

    Обмотаем с усилием весь сросток, заступив за края мастики, тремя слоями эластичной ленты EZ с перекрытием витков 50%. При обмотке заступаем на 2 см за края мастики. Зафиксируем конец эластичной виниловой ленты EZ от разматывания при помощи ленты 88Т.

    Монтаж корпуса муфты

    Сдвиньте полумуфты на росток. Обмотаем одним слоем мастики центральный стык и стыки с кабелем.

    Для защиты мастики плотно обмотаем мастику двумя слоями виниловой ленты 88Т с перекрытием витков и заступая за края мастики на 20 мм с каждого края. Намотку начинаем с меньшего диаметра.

    Монтаж термоусадочных трубок.

    Проводим измерения смонтированного участка кабельной линии.

    Станет ли процесс локализации повреждений кабелей под землей чрезмерно затратным или нет, в равной степени зависит от профессионализма ремонтной бригады, и возможностей импульсного локатора и качества его исполнения. В этом случае пословица: “Скупой платит дважды”, приобретает особую актуальность.

    Определение мест повреждения кабеля

    Мы проводим поиск кабельных линий, трассировку, поиск мест повреждения. В работе используем приборы :

    1. Рефлектометр компьютерный РЕЙС 405 ;
    2. Рефлектометр РЕЙС 305, 105М ;
    3. Генератор ГП-500К, ГП 500Б, ГП-100К ;
    4. Приёмник поисковый ПП-500К
    5. Рамка поисковая АР-500 ;
    6. Генератор импульсный высоковольтный ГИ-20/2 ;
    7. Digiphone Plus, NT — приемник ударных волн;
    8. Аппарат прожига кабелей АПК-14-7000 .

    Методы поиска : акустический, индукционный, с применением прожига и дожига изоляции.

    Также наша электролаборатория производит испытание высоковольтного кабеля

    Стоимость работ

    от 18000 рублей

    • Выезд на объект и проведение работ

    от 20000 рублей

    • Поиск повреждения кабеля из сшитого полиэтилена

    Повреждение кабельных линий: способы и методы обнаружения

    Большинство крупных электрических соединений между потребителями энергии и источниками осуществляется при помощи кабельных линий. Чаще всего это система параллельных друг другу кабелей, муфт и крепежей. Повреждение даже в самой малой степени чревато как минимум экономическими потерями.

    Наиболее частые повреждения

    Кабельные линии возможно протянуть подземным или надземным способом. При этом характер их повреждений будет схожим. Чаще всего происходит следующее:

    • бывают повреждены одна или несколько жил. Замыкание при этом осуществляется на грунт;
    • повреждены несколько жил с замыканием друг на друга;
    • разрыв кабеля с заземлением;
    • разрыв без заземления;
    • возникновение так называемого «заплывающего пробоя», когда замыкание происходит при повышении напряжения, после нормализации ситуация стабилизируется;
    • нарушена целостность изоляционного слоя.

    Любое повреждение требует скорейшего устранения. Так как происходит нарушение схем подачи энергии, ставится под сомнение надежность всего электроснабжения конечных пользователей. Это оказывает влияние и на технико-экономические показатели всей сети в целом.

    На фото видно, что мы имеем дело с низкоОмным пробоем, такое место повреждения найти проще всего.

    Причинами повреждений могут быть:

    • в различные сезоны происходит подвижка грунта. Например, в весенний период в результате резкого оттаивания отдельных участков, линии могут испытывать излишнее натяжение, которое приводит к разрыву;
    • нарушение условий подачи, в частности перегрузки по току;
    • нарушения при технологии прокладки линий;
    • работы вблизи линий с нарушением границ;
    • линии могут подвергаться воздействию транзитных токов.
    Поиск повреждения кабеля

    Большая часть кабельных линий прокладывается под землей. Выгода такого способа в следующем:

    • не требуется сооружать громоздкие конструкции. В случае наземного размещения линии это необходимо. Таким образом предотвращается сознательное их повреждение;
    • полностью прекращается доступ посторонних лиц. Любые работы на линии будут проводиться исключительно силами специализированных организаций;
    • за счет подземной прокладки можно сократить длину. Это происходит за счет того, что линия проводится по самому кратчайшему и прямому пути между источником и потребителем.

    При всех наглядных плюсах у такого способа размещения трассы есть и свой минус. Самый большой из них – сложное отыскание мест повреждений кабельных линий, поскольку открытая прокладка позволяет проводить регулярный визуальный осмотр и своевременно осуществлять ремонт. Для подземной же это довольно затруднено.

    Отыскание повреждений кабельных линий начинается с определения предварительной зоны, где произошло нарушение. Только после этого уточняется конкретное место, а затем и тип повреждения. В зависимости от того, с какой по характеру поломкой пришлось столкнуться специалистам, они подбирают оптимальную методику.

    Методы выявления повреждений

    После того, как определено место повреждения кабеля или трассы, этот участок отсоединяют от запитки и от подключенного оборудования. При этом все методики можно разделить на относительные и абсолютные. Первые не очень точны. Фактически они всего лишь более точно определяют зону, где случилось повреждение. Вторая группа методов способна указать точное место аварии.

    На этом фото можно увидеть показания рефлектометра рейс-405, примерное расстояние до места обрыва.

    У каждого из них имеются свои особенности. В конкретном случае может использоваться свое сочетание методов. Для быстрого устранения любых форм аварий лучше всего обратиться к профессионалам. Ведь для подобных работ требуются специалисты не только с соответствующим образованием, квалификацией и допусками, но еще и опытом. Немаловажно в этом случае и техническое оснащение.

    Подготовка к поиску

    Как это ни странно, но поиск начинается с проведения испытаний. Для этого проверяют:

    • фазную изоляцию. При этом изучают сопротивление изоляционных слоев каждой из жил по отношению к грунту;
    • линейную изоляцию. Это сопротивление изоляционных слоев отдельных жил по отношению друг к другу;
    • неприкосновенность токоведущих жил, наличие разрывов.

    Все эти характеристики проверяются в отношении обоих концов участка трассы, вышедшей из строя или демонстрирующей признаки неполадок.

    При этом нужно создать условия, когда сопротивление между жилами и оболочкой будет минимальным. Замеры производятся мультиметром. Условия создаются при прожигании изоляционного слоя специальной аппаратурой – кенотронами, трансформаторами или высокочастотными генераторами.

    В результате работы оборудования в кабель подается высокое напряжение, создающее пробой в изоляционном слое поврежденного участка. Через такой пробой происходит утечка тока через расплавленную изоляцию. Фактически состояние изоляции сознательно ухудшается для того, чтобы его можно было обнаружить одним из далее рассматриваемых методов.

    Относительные методы поиска

    К таким методам относят те, которые могут иметь некоторую погрешность.

    Этот способ подходит для выявления повреждений любых типов, за исключением заплывающего пробоя. В процессе осуществления поиска измеряется временной период между стартом импульса тока и моментом фиксации его возврата от места повреждения.

    Возможно это благодаря тому, что скорость таких импульсов в кабельных трассах неизменна. Это 160 м/мкс. Все замеры осуществляются линейкой приборов ИКЛ. Получаемые с их помощью значения позволяют установить не только место, но и характеристики повреждения. Например, отрицательные – показатель короткого замыкания, а положительные – обрыва жил.

    Этим способом пользуются на линиях, состоящих из нескольких кабелей. При этом один или два могут быть повреждены, а третий – обязательно исправен. В случае использования этого метода создается мост постоянного тока между имеющейся исправной жилой и поврежденной.

    При помощи замеров и соответствующих расчетов можно легко выяснить приблизительное расстояние до точки разрыва или пробоя. Недостатком такого способа являются довольно обширные временные затраты на проведение измерений и вычислений.

    Способ позволяет определить расстояние до зоны с повреждением от конца участка трассы. Точно так же, как и в случае с предыдущим методом, создается мост электротока постоянного или переменного характера. Далее производятся замеры, выявляющие емкость оборванной жилы, высчитывается расстояние до зоны обрыва.

    Все вышеуказанные методы позволяют выявить участок, но не с конкретную точку. Для уточнения следует использовать далее один из абсолютных способов.

    Абсолютные методики поиска

    Это наиболее точные способы выявления зон повреждения. Их использование становится доступным после того, как определен участок трассы, имеющий подозрительные показания.

    При выполнении поиска может использоваться специальный генератор импульсов, а также приемники колебаний звукового характера. Применяется эта методика в случае повреждений практически любых видов и непосредственно на самой линии.

    В зоне нарушения изоляции создается искровый разряд, звук от колебаний которого фиксируется приборами. При этом слышимость определяется глубиной залегания кабельной трассы и плотности поверхностного грунта. Идеальным считается расстояние с поверхности до кабеля от 1 до 5 метров.

    Невозможно точно определить точку повреждения при использовании методики на открытых линиях, либо линиях, проложенных в каналах и туннелях. В этом случае свойства распространения звука кардинально меняются, что не дает возможности точно рассчитать место повреждения.

    Метод особо действенен в следующих случаях:

    • при пробоях изоляционного слоя отдельных жил. Даже если они пришлись не на землю, а на рядом проходящий кабель;
    • при обрыве в сочетании с пробоем, аналогичным указанному выше;
    • для обнаружения элементов, обеспечивающих соединение отдельных частей трассы в единое целое;
    • для выяснения глубины пролегания кабельной линии.

    Специальным прибором, имеющим чувствительную рамку, регистрируются изменения в электромагнитном поле зоны, где проложена кабельная линия, по которой пропускается ток звуковой частоты. Следует знать, что точность определения зависит от присутствия помех и глубины расположения линии.

    • Методика накладной рамки.

    Такой способ чаще всего применим на открытой линии. Для подземной нужно будет отрыть несколько шурфов. Сам метод аналогичен индукционному. Но в данном случае измерения производятся рамкой с поворотом вокруг оси кабеля.

    Только профессионалы смогут с точностью подобрать необходимое сочетание методов для быстрого выполнения работ. Это обусловлено тем, что используются более совершенные знания, а также обширный опыт работ и современное оборудование. Совокупность всех представленных фактором не только повышает скорость осуществления процедур, но и точность установления зон.

    А вот и результат нашей работы, найденный обрыв. Как выяснилось кабель перебили экскаватором, при организации новой стройплощадки.

    Требования к персоналу

    При проведении настолько сложных работ нельзя пользоваться подручными методиками. Недопустимо осуществление поиска людьми, имеющими лишь приблизительное понимание опасности в случае возникновения аварий на кабельных трассах.

    Специалисты, занимающиеся проведением испытаний, должны иметь группу по энергобезопасности не ниже третьей, а руководители – не ниже четвертой. Даже охрана должна иметь не ниже второй группы по ЭБ.

    Все работники должны обладать соответствующим образованием. Им необходимо получить допуски и пройти обучение по технике безопасности и охране труда. Но даже при наличии всех «корочек» только большой опыт работы сможет дать необходимые полноценные навыки, которые доведут соблюдение всех мер безопасности до автоматизма.

    Фотографии с последних объектов :

    Основные методы определения мест повреждения (ОМП)

    Неизбежные материальные и финансовые потери, к которым приводит выход из строя кабельной линии (КЛ), заставляют искать наиболее эффективные, минимизирующие эти потери, способы устранения повреждений. Правильный выбор метода и оборудования для поиска мест повреждений определяют эффективность решения поставленной задачи, т.е. максимальную вероятность правильного определения места повреждения и минимальное время, затрачиваемое на это. Причины появления дефектов в кабелях весьма разнообразны. Основные из них: механические или коррозионные повреждения, заводские дефекты, дефекты монтажа соединительных и концевых муфт, осушение изоляции вследствие местных перегревов кабеля и старение изоляции.

    Основные виды повреждений силовых кабелей

    • однофазное замыкание на «землю»;
    • межфазное замыкание; межфазное замыкание на «землю»;
    • обрыв жил кабеля без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
    • заплывающий пробой, проявляющийся в виде короткого замыкания (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий (заплывающий) при номинальном напряжении.

    Классификация методов ОМП

    Виды повреждений и основные методы поиска

    Виды повреждений Схема повреждения Переходное сопротивление, Ом Дистанционный метод Топографический метод Оборудование для определения мест повреждений
    Замыкание фаз на оболочку кабеля Rп 4 Мостовой Акустический,
    накладная рамка
    РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105,
    ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
    Rп ≤ 50 Импульсный Акустический,
    индукционный,
    накладная рамка
    РЕЙС-105М1, КП-500К
    100 4 Петлевой
    (мостовой)
    Акустический РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105,
    ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
    Rп ≤ 50 Импульсный Акустический РЕЙС-105М1, КП-500К
    100 4 Мостовой Акустический,
    индукционный
    РЕЙС-305, SC40, ПКМ-105,
    ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
    Замыкания между фазами Rп 10 6 Импульсный,
    колебательного разряда
    Акустический,
    индукционный,
    накладная рамка
    РЕЙС-305, SC40, SDC50,
    SD80, АИП-70,
    ГП-24 «Акустик» ,ПА-1000А,
    КП-500К
    Rп > 10 6 Импульсный,
    колебательного разряда
    Акустический РЕЙС-305, SC40, SDC50, SD80, АИП-70 ,
    ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А
    0 Rп 3 Импульсный Акустический,
    индукционный
    РЕЙС-105М1,
    ГП-24 «Акустик», ПА-1000А,
    КП-500К
    Заплывающий пробой Rп > 10 6 Колебательного разряда Акустический РЕЙС-305, SC40, SD80,
    АИП-70,
    ГП-24 «Акустик» , ПА-1000А

    Дистанционные (относительные) методы

    • Импульсный метод заключается в том, что в кабельную ли­нию посылаются электрические импульсы (зондирующие импуль­сы), которые, распространяясь по линии, частично отражаются от неоднородностей волнового сопротивления и возвращаются к месту, откуда были посланы. По времени прохождения импульса до неоднородности и обратно, которое пропорционально рассто­янию до него вычисляют расстояние. Можно определить рассто­яние до места повреждения, обрыва жилы, длину кабеля, Можно определять расстояния до неоднородностей, муфт, однофазных и междуфазных повреждений кабеля.
    • Емкостный метод возможно использовать при обрывах жил кабеля. Расстояние до места обрыва определяется по значе­нию измеренной емкости жил КЛ. Измерение проводится с помо­щью мостов переменного тока. Мостами переменного тока можно измерять емкость при обрывах с сопротивлением изоляции в ме­сте повреждения не менее 300 Ом. При меньших сопротивлениях точность измерения падает ниже допустимого значения.
    • Метод колебательного разряда используется при опре­делении расстояния до мест однофазных повреждений с переход­ным сопротивлением в месте повреждения порядка 10-100 килоом. С помощью высоковольтной испытательной установки на поврежденной жиле кабеля поднимается напряжение до пробоя. Короткое замыкание в заряженной жиле кабеля приводит к по­явлению электромагнитных волн, которые распространяются от места пробоя в месте дефекта к началу и к концу кабельной линии. Анализируя эпюры напряжения колебательного процесса можно вычислить расстояние до дефекта.
    • Волновой метод используется, в том случае, если сопро­тивление в месте повреждения составляет от нуля до сотен килоом. Осуществляется метод следующим образом. При пробое разрядника высоковольтной выпрямительной установки в линию посылается высоковольтная электромагнитная волна от заряжен­ного конденсатора, которая создает пробой в месте повреждения кабельной линии, что вызывает волновой колебательный процесс в цепи конденсатор-линия. При достижении электромагнитной волной, посланной от конденсатора, места повреждения произой­дет пробой в случае, если сопротивление в месте повреждения не равно нулю Ом, после чего отраженный от повреждения фронт волны вернется к месту посылки — конденсатору, отразится от него и вернется к месту повреждения. Если сопротивление в месте повреждения близко к нулю, разряда не произойдет и волна отраз­ится от короткого замыкания. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока волна не затухнет. С помощью измерений времен­ной зависимости напряжения на зажимах кабеля во время коле­бательного процесса, можно установить время, за которое волна достигнет места пробоя, и рассчитать расстояние до него.
    • Петлевой метод основан на измерении сопротивления току жил кабеля (как правило, с помощью моста). Используется при определении места повреждения защитной пластмассовой изоляции. Точность определения расстояния до места поврежде­ния невелика и составляет около 15% измеряемой длины.

    Топографические (абсолютные) методы

    • Акустический метод поиска основан на прослуши­вании над местом повреждения звуковых колебаний, возни­кающих в месте повреждения в момент искрового разряда от электрических импульсов, посылаемых в кабельную линию.
    • Потенциальный метод поиска основан на фиксации на поверхности грунта вдоль трассы электрических потенциалов, создаваемых протекающими по оболочке КЛ в земле токами.
    • Индукционный метод поиска основан на контроле магнитного поля вокруг кабеля, которое создается протекающим по нему током от специализированного генератора. Оценивая уровень магнитного поля, определяют наличие КЛ и глубину ее залегания, а по характеру изменения и уровню поля определяют место повреждения. Этот метод применяется для непосредственного отыскания на кабеле мест повреждения при пробое изоляции жил между собой или на «землю», обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на «землю», для определения трассы кабеля и глубины его залегания, для определения местоположения соединительных муфт.

    Рассмотрим основные свойства и характеристики предъявляемые к поисковой аппаратуре

    • Высокая избирательность приемника. Этот параметр обеспечит электрическую помехозащищенность, позволяющую успешно проводить поиск при наличии мощных источников регулярных помех.
    • Высокая чувствительность приемника. В совокупности с высокой избирательностью обеспечит поиск коммуникаций со слабым сигналом на большой глубине.
    • Качество и временная стабильность выходного сигнала генератора. Это обеспечит и необходимую избирательность, и достаточную помехозащищенность. Кроме того, сигнал генератора не будет влиять на работу другой электронной аппаратуры.
    • Достаточно большая выходная мощность генератора, позволяющая работать на глубоко (до 10 метров) залегающих и протяженных (до нескольких десятков километров) КЛ. Это требование является совершенно необходимым для российских условий. Также мощный и надежный генератор с большим выходным током допустимо использовать в качестве устройства дожига кабеля.
    • Высокая надежность генератора, обеспечивающая неограниченное время работы на активную и реактивную нагрузку в диапазоне от короткого замыкания до холостого хода с возможными резкими изменениями по величине.
    • Высокие эксплуатационные характеристики. Минимальный диапазон рабочих температур эксплуатации: от -30 °С до +40 °С.
    • Достаточный набор рабочих частот генератора и частотных каналов приемника, обеспечивающий гарантированное выполнение функций трассопоиска и определения мест повреждений.
    • Универсальность, т.е. возможность работать индукционным, акустическим и потенциальным методами. Желательное свойство, позволяющее минимизировать необходимый комплект оборудования.

    Все вышеуказанные свойства и характеристики позволяют с максимальной эффективностью, т.е. с минимальными затратами времени, средств и гарантированным результатом проводить поиск мест повреждений КЛ.

    В наши дни поиск места повреждения кабеля осуществляется с помощью современных поисковых комплектов. Профессиональные поисковые комплекты, такие как, например, КП-500К, КП-250К и КП-100К позволяют в кратчайшие сроки выполнять поиск места дефекта и определить глубину залегания кабеля.

    Онлайн помощник домашнего мастера

    Как найти место повреждения кабеля: методы определения места, поиск причины поломки и лучшие способы устранения

    Соединение источника электричества с потребителями электроэнергии в большинстве случаев осуществляется путем прокладывания кабельных линий в земле. Это предусматривает расположение трассы кабеля по кратчайшему расстоянию, нет необходимости сооружать громоздкие металлоконструкции, доступ посторонних к линии невозможен (за исключением случаев несанкционированного доступа).

    Однако, одним из основных недостатков такого вида соединений является сложность установления места неисправности.

    Краткое содержимое статьи:

    Причины повреждения

    Основные причины заключаются в следующем:

    • ошибки проектирования (занижение сечения, неправильный подбор защитной аппаратуры);
    • дефекты, допущенные на производстве: сквозные отверстия, трещины и заусенцы на проволоке;
    • крутые изгибы и механические поломки, допущенные в процессе прокладки кабеля;
    • порча, допущенная при эксплуатации: старение изоляции, коррозия металлов, разрывы при производстве земляных работ

    В зависимости от вида проложенного кабеля, способа его прокладки и уровня напряжения, выбирается метод, с использованием которого будет устанавливаться участок повреждения. Основными, наиболее эффективными способами установления места неисправности являются рассмотренные ниже методы.

    Методы поиска места повреждения кабеля

    Разработаны и успешно применяются следующие способы для поиска мест повреждения.

    Импульсный способ

    Импульсный способ исключен к применению при заплывающих пробоях ввиду того, что причиной таких повреждений служит высокая влажность, соответственно сопротивление проводника превышает 150 Ом, а это недопустимо для данного метода.

    Проверка осуществляется в соответствии с предусмотренной инструкцией как найти место повреждения, с использованием измерителя ИКЛ-5 или ИКЛ-4 путем ввода через переменный ток импульса к области неисправности и получении ответного сигнала. Прибор производит замер времени между периодом подачи и возвращением импульса.

    Акустический метод

    Акустический метод предусматривает использование приемника и электрогенератора мощных ударных импульсов. Конденсатор генератора присоединяют к кабелю, и когда разрядник срабатывает, напряжение в линии создаёт электромагнитную волну, происходит сильнейшее пробивание, сопровождающееся щелчком в области неисправности. Оператор улавливает щелчки при помощи акустического прибора.

    Зона распространения звука распложена в границах от двух до пятнадцати метров. Точка неисправности кабеля устанавливается присутствием максимально громкого звука.

    Метод петли

    Неисправности устанавливается путем сравнения сопротивлений нарушенной и целой кабельной жилы при использовании метода петли. Порядок поиска повреждений в этом случае требует формирование из кабеля моста типа Р 334 или Р 333, так же требуется наличие моста сопротивления МВУ-49.

    Применяется в том случае, если одна жила кабеля не повреждена, если все жилы неисправны, рекомендуется использование неповреждённой жилы находящегося рядом кабельного канала.

    Исправная и поврежденная жилы соединяются на одной стороне кабеля петлей. На противоположной стороне кабеля устанавливают мост, регулирующий электросопротивление. Производятся замеры, и, используя формулы соотношения сопротивления, устанавливается дистанция до точки расположения неисправности.

    Минусом такого способа является неточность установления точки нахождения неисправности и огромные временные затраты.

    Индукционный метод

    Рассмотрим теперь, как определяют участок повреждения кабеля индукционным методом, который является более точным и дает шанс установить отрезок неисправности прямо в КЛ, погрешность этого способа не превышает 50 сантиметров.

    Применение индукционного метода допустимо в случае, если в месте неисправности сопротивление переходное в кабельной линии составляет не более от двадцати до пятидесяти ОМ.

    Содержание способа состоит в улавливании и фиксации над трассой кабельного канала колебаний электромагнитного поля, образованного за счет пропускании по неисправной жиле электричества с частотой звука от 800 до 1000 Гц. Оператор двигается по ходу трассы кабеля и с использованием антенны, усилителя и наушников определяет характер передачи электромагнитного поля. Звучание заметно увеличивается в точке неисправности и теряет силу на расстоянии 50 сантиметров от точки пробоя.

    Метод накладной рамки

    Если кабель проложен открытым способом или в открытых шурфах, в случае однофазного замыкания кабельной жилы на оболочку, с целью установления отрезка неисправности, специалисты советуют применение метода накладной рамки.

    Рамка представляет собой катушку из 1000 витков проволоки и имеет форму прямоугольника, в этом методе используется в роли антенны, выглядит, как указано на фото с места повреждения кабеля.

    При определении места неисправности оператор использует телефон для прослушивания изменений звуков, которые издают жила и оболочка кабеля при подключении к ним генератора звуковой частоты. Прослушивается пара максимума и пара минимума звучания, в случае, если рамка установлена и вращается вокруг оси кабеля перед местом расположения повреждения кабельной линии.

    Подобный звук говорит о том, что в кабеле протекает пара токов, по жиле и по оболочке. Монотонное звучание вызвано током протекающем только по оболочке и слышится, в случае если рамка установлена и вращается за местом неисправности кабеля.

    Такой способ эффективен, если длина кабеля не превышает одного километра за местом повреждения.

    Во всех случаях отыскания места повреждения кабельной линии необходимо произвести огромный комплекс работ с использованием приборов для поиска повреждения кабеля.

  • Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: