Элементарная теория локации подземных кабелей и труб

В этой статье будут изложены основные принципы электромагнитной локации. В основном данная статья предназначена для использования неспециалистами при решении текущих задач обнаружения и трассировки подземных трубопроводов и кабелей. Операторы, никогда прежде не работавшие с трассоискателями, смогут более полно и четко понять основные физические принципы работы трассоискателей.

Далее будут рассматриваться следующие основные вопросы:

1. Что такое электромагнитная индукция?
2. Что такое активные и пассивные сигналы?
3. Использование активных сигналов
4. Использование пассивные сигналы
5. Какие бывают антенны для локации сигналов?
6. Как определить глубину залегания коммуникаций?
7. Как проводить локацию неметаллических труб?
8. Локация зондов

1 Электромагнитная индукция

Локаторы труб и кабелей определяют не положение самих коммуникаций (кабелей и трубопроводов), а определяют магнитное поле вокруг коммуникации, созданное переменным током, который протекает по линии. Наличие магнитного поля вокруг коммуникации с током и позволяет определять ее местоположение.
Несмотря на то, что возможно изолироваться от электрического тока, невозможно изолироваться от магнитного поля. Изоляция на кабеле или различные типы грунтов не изменяют вида электромагнитного поля.

Переменный ток создает детектируемое магнитное поле или "сигнал", так как он не только вызывает появление поля, но также приводит к его реверсивным изменениям с переменной частотой, что и обеспечивает возможность эффективного обнаружения коммуникаций (проводников), используя электромагнитную индукцию.

Принцип электромагнитной индукции может быть проиллюстрирован на примере введения полоски магнита в катушку. При этом, показания вольтметра будут изменяться, но только тогда, когда магнит двигается.

Как только движение магнита прекратится, показания прибора станут равными нулю. Если магнит быстро извлекается из катушки, то отклонение стрелки прибора будет происходить в противоположенном направлении - но, опять же, только до тех пор, пока движение не будет прекращено. Чем быстрее перемещение, тем больше отклонение стрелки.

Скорость изменения переменного напряжения - это его частота, число положительных и отрицательных импульсов, циклов в секунду, и известна во всем мире как Герц или Гц. Как быстрое перемещение магнита приводит к более высоким показаниям, так и переменное поле высокой частоты вызывает более высокое напряжение при той же самой напряженности поля.

Приборы для локации подземных кабелей и труб (трассоискатели и кабелеискатели) реализуют принципы электромагнитной индукции, используя два способа:

• Локация сигнала переменного тока в линии с помощью приемника-локатора;
• Непосредственный ввод в линию сигнала переменного тока от генератора с последующим его определением с помощью приемника-локатора.

С целью обеспечения условия прохождения тока, электрическая цепь должна быть замкнута. Каким же образом генератор, источник маломощного сигнала, находящийся на поверхности, может вызвать протекание тока в хорошо изолированном проводнике, расположенном под землей? Очевидно, что величина используемых напряжений не позволяет "пробить" изоляцию. Ответ связан с емкостными эффектами в цепях переменного тока.

Наличие емкостной составляющей позволяет сигналам пройти через изоляцию. Масса окружающего грунта действует именно таким образом, если имеется проводящий слой вокруг проводника.

Частота сигнала

Основное правило, касающееся выбора частоты сигнала (рабочей частоты генератора), в общем случае может быть сформулировано следующим образом: чем выше частота сигнала, тем больше напряжение переменного тока и сигнал, индуцируемый в проводнике и тем больше емкостной ток.

Исходя из вышесказанного, получается, что использование высокочастотных сигналов более эффективно, чем сигналов на низких частотах.

Однако, высокочастотный сигнал более легко уходит с трассируемой коммуникации на землю через емкость и поэтому будет распространяться по коммуникации на меньшее расстояние, чем низкочастотный сигнал такой же мощности.

Другой недостаток высоких частот заключается в том, что сигналы, наведенные в определенную линию, могут распространяться на другие близлежащие линии за счет индуктивной связи. Это зачастую затрудняет трассировку конкретного трубопровода или кабеля в зонах с большим количеством различных подземных коммуникаций.

В трубопроводах большого диаметра значительно возрастает поверхность контакта проводника с грунтом и, таким образом, величина утечки сигнала на землю. При одной и той же мощности сигнала его утечка на землю в трубах большого диаметра происходит на существенно более коротком расстоянии, чем в трубопроводах меньшего диаметра.

Возможность грунта проводить ток изменяется в зависимости от конкретных условий. Очевидно, что влажный грунт является более хорошим проводником, чем сухой песок, а результирующие емкостные эффекты будут зависеть от проводимости проводника. Высокая проводимость грунта обеспечивает более легкое наведение тока и, поэтому, хорошее прохождение сигнала в проводнике, находящемся под землей. Однако, при этом и потеря сигнала происходит на существенно более коротком расстоянии.

И наоборот, низкая проводимость грунта или земли требует больших затрат энергии для индуцирования сигнала в коммуникацию, но, при этом, он может быть определен на значительно большем расстоянии от места подключения генератора сигнала.

К сожалению, не существует какого-либо одного стандартного правила по выбору частоты локации. Оптимальная частота для эффективной локации и трассировки зависит от типа грунта, типа трубы или кабеля и многих других факторов.