วิธีทำงานของเครื่องระบุตำแหน่งสายเคเบิลขัดข้องแบบอะคูสติก-แม่เหล็ก: คู่มือทางเทคนิคสำหรับการระบุตำแหน่งสายเคเบิลใต้ดิน

เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลอะคูสติก-แม่เหล็กทำงานอย่างไร

คู่มือทางเทคนิคสำหรับการระบุข้อบกพร่องของสายเคเบิลใต้ดินโดยใช้การตรวจจับเสียงและแม่เหล็กแบบรวม

การแนะนำ

สายไฟใต้ดินถือเป็นกระดูกสันหลังที่ซ่อนอยู่ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ เมื่อสายเคเบิลขัดข้อง ไม่ว่าจะเกิดจากการพังทลายของฉนวน ความเสียหายทางกล น้ำเข้า หรือข้อบกพร่องในการผลิต ความท้าทายไม่เพียงแต่การซ่อมแซมสายเคเบิลเท่านั้น แต่ยังต้องหาตำแหน่งที่แน่นอนของความผิดปกติใต้พื้นด้วย นี่คือจุดที่เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้

ในบรรดาเทคนิคการระบุตำแหน่งข้อบกพร่องต่างๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน วิธีการแบบอะคูสติกแม่เหล็กมีความโดดเด่นในฐานะหนึ่งในวิธีการที่เชื่อถือได้และใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการระบุข้อบกพร่องของสายเคเบิลใต้ดิน ด้วยการรวมความไวของการตรวจจับเสียงเข้ากับช่วงและการทะลุทะลวงของการตรวจจับแม่เหล็ก เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงสามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนของข้อบกพร่องได้อย่างแม่นยำ แม้แต่ใต้ถนน ทางเท้า และสายเคเบิลที่ฝังลึก

บทความนี้จะให้คำอธิบายทางเทคนิคที่ครอบคลุมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของตัวระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลแม่เหล็กไฟฟ้า โดยครอบคลุมฟิสิกส์พื้นฐานเบื้องหลังการปล่อยข้อบกพร่อง ส่วนประกอบสำคัญของระบบ ขั้นตอนการทำงานทีละขั้นตอน ข้อดีและข้อจำกัดของวิธีการ และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการบรรลุตำแหน่งข้อบกพร่องที่แม่นยำในภาคสนาม

1. ตัวระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลอะคูสติก-แม่เหล็กคืออะไร

เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเครื่องมือวินิจฉัยเฉพาะที่ใช้ในการระบุตำแหน่งที่แน่นอนของข้อบกพร่องในสายไฟใต้ดิน โดยทั่วไปจะใช้เป็นขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการระบุตำแหน่งข้อบกพร่องสองขั้นตอน:

• ตำแหน่งล่วงหน้า—ในระยะแรก จะใช้เครื่องวัดการสะท้อนแสงโดเมนเวลา (TDR) วิธีกระแสอิมพัลส์ หรือวิธีบริดจ์เพื่อประมาณระยะทางโดยประมาณถึงความผิดปกติตามสายเคเบิล ซึ่งจะทำให้พื้นที่การค้นหาแคบลงเหลือเพียงส่วนที่จัดการได้ของเส้นทางเคเบิล
• การระบุตำแหน่ง—ในขั้นตอนที่สอง จะใช้เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องแบบอะคูสติกแม่เหล็กเพื่อค้นหาตำแหน่งที่แน่นอนของข้อบกพร่องบนพื้นผิวพื้นดิน ช่วยให้ทีมงานขุดเจาะสามารถขุดตำแหน่งที่เกิดข้อผิดพลาดได้อย่างแม่นยำ ลดเวลาและค่าใช้จ่ายในการขุดค้น

วิธีอะคูสติกแมกเนติกได้ชื่อมาเนื่องจากตรวจพบสัญญาณทางกายภาพที่แตกต่างกันสองสัญญาณซึ่งเกิดจากการคายประจุข้อบกพร่อง: สัญญาณเสียง (เสียง) และสัญญาณเสียงแม่เหล็ก (แม่เหล็กไฟฟ้า) ด้วยการตรวจจับและเชื่อมโยงสัญญาณทั้งสองพร้อมกัน เครื่องมือสามารถแยกแยะความผิดปกติที่แท้จริงออกจากเสียงพื้นหลังและการรบกวน ส่งผลให้สามารถระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำสูง

2. หลักการพื้นฐาน: การปล่อยความผิดปกติและการสร้างสัญญาณ

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของตำแหน่งฟอลต์แม่เหล็กอะคูสติก อันดับแรกจำเป็นต้องทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นที่จุดฟอลต์เมื่อมีการจ่ายพัลส์ไฟฟ้าแรงสูงไปที่สายเคเบิล

2.1 ไฟฟ้าแรงสูงกระชากและพังทลายของไดอิเล็กทริก

สายเคเบิลที่ชำรุดมีจุดที่ฉนวนเสียหาย ไม่ว่าจะเป็นบางส่วน (ฟอลต์ที่มีความต้านทานสูง) หรือทั้งหมด (ฟอลต์ที่มีความต้านทานต่ำ) เมื่อพัลส์ DC แรงดันสูง (โดยทั่วไปคือ 8 kV ถึง 35 kV ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันไฟฟ้าของสายเคเบิลและประเภทข้อบกพร่อง) ถูกจ่ายให้กับตัวนำสายเคเบิล แรงดันไฟฟ้าที่จุดฟอลต์จะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งเกินความเป็นฉนวนของฉนวนที่เหลืออยู่ที่จุดนั้น

ในขณะนี้ การพังทลายของอิเล็กทริกเกิดขึ้น: ฉนวนที่จุดฟอลต์จะกลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าชั่วขณะ ปล่อยให้กระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ไหลจากตัวนำผ่านฟอลต์ไปยังชีลด์เคเบิล ชุดเกราะ หรือโลกโดยรอบ การคายประจุนี้โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นประกายไฟหรือส่วนโค้งที่ควบคุมได้ที่จุดรอยเลื่อน คล้ายกับฟ้าผ่าขนาดเล็กที่อยู่ใต้ดิน

พัลส์ไฟฟ้าแรงสูงถูกสร้างขึ้นโดยอุปกรณ์ที่เรียกกันทั่วไปว่า "thumper" หรือเครื่องกำเนิดไฟกระชาก จะชาร์จตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ตามแรงดันไฟฟ้าที่เลือก จากนั้นปล่อยประจุลงในสายเคเบิลผ่านสวิตช์ไฟฟ้าแรงสูง (โดยทั่วไปคือไทราตรอนหรือช่องว่างประกายไฟ) พัลส์ที่ได้นั้นมีระยะเวลาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมีปริมาณพลังงานสูง ทำให้มั่นใจได้ว่าแม้แต่ฟอลต์ที่มีความต้านทานสูงก็จะพังทลายและปล่อยประจุที่ตรวจจับได้

2.2 การสร้างสัญญาณเสียง

เมื่อการสลายไดอิเล็กทริกเกิดขึ้นที่จุดฟอลต์ ปรากฏการณ์ทางกายภาพหลายอย่างมีส่วนทำให้เกิดสัญญาณเสียง:

• การขยายตัวทางความร้อนอย่างรวดเร็ว—การคายประจุกระแสไฟสูงจะทำให้วัสดุปริมาณเล็กน้อยที่จุดผิดปกติ (ฉนวน ดิน ความชื้น และส่วนประกอบของสายเคเบิล) ร้อนขึ้นทันทีจนถึงอุณหภูมิที่สูงมาก สิ่งนี้ทำให้เกิดการขยายตัวทางความร้อนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดคลื่นความดันที่แพร่กระจายผ่านดินและโครงสร้างสายเคเบิลโดยรอบ
• การระเหยเป็นอิเล็กทริก—พลังงานของการคายประจุสามารถทำให้ความชื้นและสารประกอบระเหยกลายเป็นไอที่จุดผิดปกติ ทำให้เกิดการขยายตัวของก๊าซเล็กน้อยและรวดเร็วซึ่งสร้างแรงกระตุ้นทางเสียง
• การสั่นสะเทือนทางกล—แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการคายประจุกระแสไฟฟ้าสูงทำให้ตัวนำสายเคเบิลและตัวกรองสั่นสะเทือนทางกลไก การสั่นสะเทือนนี้จะถูกส่งผ่านปลอกหุ้มสายเคเบิลและลงสู่ดินโดยรอบ
• เสียงแตกและเสียงฟู่—สำหรับการคายประจุเป็นระยะหรือบางส่วน การพังทลายและการฟื้นตัวของฉนวนซ้ำๆ จะทำให้เกิดเสียงแตกหรือเสียงฟู่ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยเซ็นเซอร์เสียงที่มีความละเอียดอ่อน

สัญญาณเสียงที่เกิดจากการปล่อยข้อบกพร่องจะแพร่กระจายผ่านดินเป็นคลื่นความดัน (คลื่นเสียง) โดยทั่วไปเนื้อหาความถี่จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่ร้อยเฮิรตซ์ไปจนถึงหลายกิโลเฮิรตซ์ สัญญาณจะเบาลงขณะเคลื่อนที่ผ่านดินเนื่องจากการดูดซับ การกระเจิง และการแพร่กระจายทางเรขาคณิต ซึ่งหมายความว่าสัญญาณเสียงจะแรงที่สุดโดยตรงเหนือจุดความผิดปกติ และลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเซ็นเซอร์เคลื่อนที่ออกไป ทำให้เหมาะสำหรับการระบุตำแหน่งอย่างแม่นยำ

2.3 การสร้างสัญญาณแม่เหล็ก

นอกจากสัญญาณเสียงแล้ว การปล่อยข้อบกพร่องยังสร้างสัญญาณแม่เหล็ก (แม่เหล็กไฟฟ้า) ที่แตกต่างออกไปอีกด้วย สิ่งนี้อยู่ภายใต้กฎของแอมแปร์: กระแสไฟฟ้าใดๆ ที่ไหลผ่านตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวตัวนำ

เมื่อใช้พัลส์ไฟฟ้าแรงสูงกับสายเคเบิล คลื่นกระแสจะเคลื่อนที่ไปตามตัวนำสายเคเบิลไปยังจุดฟอลต์ ที่จุดฟอลต์ กระแสไฟฟ้าจะคายประจุลงกราวด์ (หรือไปยังชีลด์เคเบิล) กระแสที่ไหลไปตามสายเคเบิลจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ล้อมรอบสายเคเบิล สนามแม่เหล็กนี้สามารถตรวจจับได้ที่พื้นผิวดินโดยใช้เซ็นเซอร์แม่เหล็ก (ขดลวดเหนี่ยวนำหรือแมกนีโตมิเตอร์)

สัญญาณแม่เหล็กมีลักษณะสำคัญหลายประการที่ทำให้แตกต่างจากสัญญาณเสียง:

• ระยะไกลขึ้น—คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านดินโดยมีการลดทอนน้อยกว่าคลื่นอะคูสติกมาก สัญญาณแม่เหล็กสามารถตรวจจับได้ห่างจากจุดความผิดปกติหลายเมตรหรือหลายสิบเมตร ทำให้มีประโยชน์สำหรับการสแกนเบื้องต้นและระบุตำแหน่งพื้นที่ทั่วไปของความผิดปกติ
• ความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำกว่า—เนื่องจากสนามแม่เหล็กแผ่กระจายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ สัญญาณแม่เหล็กเพียงอย่างเดียวจึงไม่สามารถระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ สัญญาณจะค่อยๆ เปลี่ยนไปเมื่อเซ็นเซอร์เคลื่อนที่เหนือฟอลต์ ทำให้ยากต่อการระบุตำแหน่งที่แน่นอนจากสัญญาณแม่เหล็กเพียงอย่างเดียว
• ข้อมูลทิศทาง—การวางแนวของสนามแม่เหล็กให้ข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางการไหลของกระแส ด้วยการวิเคราะห์รูปแบบสนามแม่เหล็ก ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์สามารถกำหนดทิศทางของสายเคเบิลและตำแหน่งของความผิดปกติที่สัมพันธ์กับเซ็นเซอร์ได้
• ความไม่รู้สึกตัวต่อสภาพดิน—แตกต่างจากสัญญาณเสียงซึ่งได้รับผลกระทบอย่างมากจากชนิดของดิน ปริมาณความชื้น และการบดอัด สัญญาณแม่เหล็กจะผ่านดินส่วนใหญ่ค่อนข้างสม่ำเสมอ ทำให้การตรวจจับด้วยแม่เหล็กเชื่อถือได้มากขึ้นในสภาพดินที่ยากลำบาก

2.4 พลังของการตรวจจับแบบรวม

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเบื้องหลังตำแหน่งข้อบกพร่องของคลื่นแม่เหล็กคือ ไม่มีสัญญาณเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอสำหรับการระบุตำแหน่งที่เชื่อถือได้ แต่เมื่อรวมกันแล้ว สัญญาณทั้งสองจะรวมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ:

• ที่สัญญาณแม่เหล็กใช้สำหรับการสแกนพื้นที่กว้าง ผู้ปฏิบัติงานเดินไปตามเส้นทางเคเบิล และสัญญาณแม่เหล็กจะระบุเมื่อเข้าใกล้บริเวณรอยเลื่อน ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถจำกัดพื้นที่การค้นหาให้แคบลงได้อย่างรวดเร็วโดยไม่จำเป็นต้องตรวจจับสัญญาณเสียงที่แผ่วเบาในระยะไกล
• ที่สัญญาณเสียงใช้ในการระบุตำแหน่งที่แม่นยำ เมื่อสัญญาณแม่เหล็กบ่งชี้ว่าผู้ปฏิบัติงานอยู่ในพื้นที่ทั่วไปของความผิดปกติ ผู้ปฏิบัติงานจะสลับไปใช้การสแกนเสียงอย่างระมัดระวัง สัญญาณเสียงจะดังที่สุดเหนือจุดที่เกิดข้อบกพร่องโดยตรง ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนสำหรับการขุดค้นได้
• ที่ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณทั้งสองจะให้การปฏิเสธสัญญาณรบกวน การคายประจุข้อผิดพลาดของแท้จะสร้างทั้งสัญญาณเสียงและสัญญาณแม่เหล็กพร้อมกัน สัญญาณรบกวนพื้นหลัง (เช่น การจราจร การก่อสร้าง หรือการรบกวนทางไฟฟ้าอื่นๆ) มักจะสร้างสัญญาณเพียงประเภทเดียวหรือสร้างสัญญาณที่ไม่สัมพันธ์กันในเวลา ด้วยการกำหนดให้ทั้งสองสัญญาณปรากฏและซิงโครไนซ์ เครื่องมือจึงสามารถปฏิเสธสัญญาณปลอมและระบุการปล่อยข้อบกพร่องของแท้ได้อย่างมั่นใจ

3. ส่วนประกอบสำคัญของเครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องทางเสียงและแม่เหล็ก

ระบบระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลแม่เหล็ก-อะคูสติกที่สมบูรณ์ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้นที่เชื่อมต่อถึงกัน โดยแต่ละชิ้นทำหน้าที่เฉพาะในกระบวนการระบุตำแหน่งข้อบกพร่อง

3.1 เครื่องกำเนิดไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ (Thumper)

เครื่องกำเนิดไฟกระชากหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า "thumper" เป็นแหล่งพลังงานที่สร้างการปล่อยข้อบกพร่อง ส่วนประกอบหลักประกอบด้วย:

• แหล่งจ่ายไฟแรงดันสูง—แหล่งจ่ายไฟ DC ที่ชาร์จตัวเก็บประจุเก็บพลังงานตามแรงดันเอาต์พุตที่เลือก (โดยทั่วไปคือ 8 kV, 15 kV, 25 kV หรือ 35 kV ขึ้นอยู่กับรุ่น)
• ตัวเก็บประจุเก็บพลังงาน—ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงขนาดใหญ่ที่เก็บพลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นในการสร้างการคายประจุที่ทรงพลังที่จุดฟอลต์ โดยทั่วไปค่าตัวเก็บประจุจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 1 µF ถึง 8 µF โดยมีพลังงานที่ส่งออกตั้งแต่หมื่นถึงหลายพันจูลต่อพัลส์
• สวิตช์ไฟฟ้าแรงสูง—อุปกรณ์ (โดยทั่วไปคือไฮโดรเจนไทราตรอน ช่องว่างประกายไฟ หรือสวิตช์โซลิดสเตต) ที่เชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีประจุเข้ากับสายเคเบิล โดยปล่อยพลังงานที่สะสมไว้เป็นพัลส์กระแสสูงที่รวดเร็ว
• วงจรควบคุมและความปลอดภัย—ประกอบด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมอัตราพัลส์ (โดยทั่วไปจะมีหนึ่งพัลส์ทุกๆ 2-5 วินาที) การป้องกันกระแสเกิน วงจรคายประจุอัตโนมัติ และอินเทอร์ล็อคเพื่อความปลอดภัยเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปลอดภัย
• เครื่องวัดแรงดันและกระแส—อนุญาตให้ผู้ปฏิบัติงานตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตและกระแสคายประจุ โดยให้ข้อเสนอแนะว่าข้อผิดพลาดชำรุดอย่างถูกต้องหรือไม่

จัมเปอร์เชื่อมต่อกับเฟสของสายเคเบิลที่ชำรุด (และกับชีลด์เคเบิล/กราวด์) โดยใช้สายวัดทดสอบไฟฟ้าแรงสูง สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายเคเบิลได้รับการแยกและต่อสายดินอย่างเหมาะสมที่ปลายด้านไกล และปฏิบัติตามขั้นตอนด้านความปลอดภัยทั้งหมดก่อนที่จะจ่ายไฟฟ้าแรงสูง

3.2 เซ็นเซอร์เสียง (ไมโครโฟนกราวด์)

เซ็นเซอร์เสียง หรือที่เรียกว่าไมโครโฟนกราวด์หรือจีโอโฟน เป็นทรานสดิวเซอร์ที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งจะแปลงการสั่นสะเทือนทางเสียงใต้พื้นผิวเป็นสัญญาณไฟฟ้า มีเซนเซอร์ตรวจจับเสียงหลายประเภทที่ใช้ในตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิล:

• ติดต่อไมโครโฟน— ไมโครโฟนเพียโซอิเล็กทริกหรืออิเล็กเตรตอยู่ในกล่องหุ้มที่ทนทานซึ่งวางอยู่บนพื้นโดยตรง มันรับแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านดิน
• จีโอโฟน—เซ็นเซอร์วัดแผ่นดินไหวที่ใช้ชุดแม่เหล็กคอยล์เคลื่อนที่เพื่อตรวจจับความเร็วพื้นดิน Geophones มีความไวสูงต่อการเคลื่อนที่ของพื้นดินในแนวตั้ง และมักใช้ในตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิล
• ไฮโดรโฟน—ใช้ในการใช้งานเฉพาะบางอย่างสำหรับสภาพดินใต้น้ำหรือดินที่เปียกชื้นมาก ไฮโดรโฟนจะตรวจจับคลื่นแรงดันเสียงในน้ำ
• อาร์เรย์หลายเซ็นเซอร์—ระบบขั้นสูงบางระบบใช้เซ็นเซอร์เสียงหลายตัวที่จัดเรียงในรูปแบบ (เช่น สามเหลี่ยมหรือแถวลำดับ) เพื่อให้ข้อมูลทิศทางและปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน

โดยทั่วไปแล้ว เซ็นเซอร์วัดเสียงจะติดตั้งอยู่บนมือจับหรือไม้เท้าที่ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถกดเซ็นเซอร์กับพื้นอย่างแน่นหนาขณะเดินไปตามเส้นทางเคเบิล การมีเพศสัมพันธ์ทางเสียงที่ดีระหว่างเซ็นเซอร์กับกราวด์ถือเป็นสิ่งสำคัญในการตรวจจับสัญญาณความผิดปกติเล็กน้อย ในบางกรณี น้ำหรือเจลจำนวนเล็กน้อยถูกทาลงบนพื้นเพื่อปรับปรุงการมีเพศสัมพันธ์ โดยเฉพาะบนพื้นผิวที่แห้งและแข็ง

3.3 เซ็นเซอร์แม่เหล็ก (คอยล์เหนี่ยวนำ)

เซ็นเซอร์แม่เหล็กตรวจจับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากกระแสที่ไหลในสายเคเบิลระหว่างการคายประจุ เซ็นเซอร์แม่เหล็กชนิดทั่วไปที่ใช้ในตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลคือขดลวดเหนี่ยวนำ (เรียกอีกอย่างว่าคอยล์ค้นหาหรือเสาอากาศแม่เหล็ก)

ขดลวดเหนี่ยวนำประกอบด้วยขดลวดพันรอบแกนเฟอร์โรแมกเนติก เมื่อวางขดลวดไว้ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าข้ามขั้วขดลวด ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและจำนวนรอบในขดลวด

โดยทั่วไปเซ็นเซอร์แม่เหล็กจะรวมอยู่ในตัวเครื่องเดียวกันกับเซ็นเซอร์เสียงหรือติดตั้งบนไม้เท้าตัวเดียวกัน บางระบบใช้เซ็นเซอร์แม่เหล็กแยกต่างหากซึ่งเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางสายเคเบิลอย่างอิสระ การวางแนวของขดลวด (แนวนอนหรือแนวตั้ง) ส่งผลต่อความไวต่อส่วนประกอบต่างๆ ของสนามแม่เหล็ก และบางระบบอนุญาตให้ผู้ปฏิบัติงานปรับการวางแนวของขดลวดเพื่อการตรวจจับที่เหมาะสมที่สุด

3.4 หน่วยรับและประมวลผลสัญญาณ

เครื่องรับคือ "สมอง" ของเครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยจะรับสัญญาณไฟฟ้าจากทั้งเซ็นเซอร์เสียงและเซ็นเซอร์แม่เหล็ก ประมวลผล และนำเสนอผลลัพธ์แก่ผู้ปฏิบัติงานอย่างมีความหมาย ฟังก์ชั่นหลักของเครื่องรับ ได้แก่ :

• การขยายเสียง—สัญญาณจางๆ จากเซ็นเซอร์จะถูกขยายโดยใช้ปรีแอมพลิฟายเออร์สัญญาณรบกวนต่ำและแอมพลิฟายเออร์เกนแบบแปรผัน ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับความไวให้ตรงกับความแรงของสัญญาณในตำแหน่งต่างๆ ได้
• การกรอง—ตัวกรองแบนด์พาสใช้เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ที่อยู่นอกช่วงความถี่ของสัญญาณคายประจุข้อบกพร่อง บางระบบมีการตั้งค่าตัวกรองแบบปรับได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวนต่างกัน
• ความสัมพันธ์ของสัญญาณ—เครื่องรับจะเปรียบเทียบสัญญาณเสียงและแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง การคายประจุข้อผิดพลาดของแท้จะสร้างสัญญาณทั้งสองพร้อมกัน (ภายในการหน่วงเวลาเล็กน้อยเนื่องจากความเร็วการแพร่กระจายที่แตกต่างกัน) เครื่องรับสามารถใช้ความสัมพันธ์นี้เพื่อกระตุ้นสัญญาณบ่งชี้หรือสัญญาณเตือนเฉพาะเมื่อมีสัญญาณทั้งสองสัญญาณเท่านั้น เพื่อปฏิเสธสัญญาณรบกวนที่ไม่เกี่ยวข้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• เอาต์พุตเสียง—สัญญาณเสียงที่ได้รับการประมวลผลจะถูกส่งไปยังชุดหูฟังหรือลำโพง ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานได้ยินเสียงลักษณะ “ตุ๊บ” หรือ “เสียงแคร็ก” ของการปล่อยข้อบกพร่อง ผู้ปฏิบัติงานที่มีประสบการณ์สามารถแยกแยะเสียงของความผิดปกติของแท้จากเสียงรบกวนเบื้องหลังตามรูปแบบและเวลาที่เป็นลักษณะเฉพาะ
• การแสดงภาพ—มิเตอร์ กราฟแท่ง LED หรือจอแสดงผลดิจิทัลแสดงความแรงของสัญญาณที่สัมพันธ์กันของทั้งช่องเสียงและช่องแม่เหล็ก ระบบขั้นสูงบางระบบมีจอแสดงผลกราฟิกที่แสดงรูปคลื่นของสัญญาณ หรือการบ่งชี้ตัวเลขของความแรงของสัญญาณและคุณภาพความสัมพันธ์
• การซิงโครไนซ์กับ Thumper—เครื่องรับหลายเครื่องสามารถซิงโครไนซ์กับเครื่องกำเนิดไฟกระชากได้ เพื่อให้เครื่อง "ฟัง" เท่านั้นในระหว่างช่วงจำหน่ายที่คาดไว้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการปฏิเสธเสียงรบกวนเพิ่มเติมโดยไม่สนใจเสียงที่เกิดขึ้นระหว่างพัลส์

3.5 หูฟังและอุปกรณ์เสริม

หูฟังป้องกันเสียงรบกวนคุณภาพสูงเป็นอุปกรณ์เสริมที่จำเป็นสำหรับการระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสนามแม่เหล็กอะคูสติก ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานได้ยินเสียงการคลายข้อบกพร่องเล็กน้อยแม้ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่มีเสียงดัง บางระบบมีหูฟังแบบครอบหูหรือหูฟังเอียร์บัดสำหรับใช้ในสถานการณ์ที่หูฟังแบบครอบหูใช้งานไม่ได้

อุปกรณ์เสริมอื่นๆ อาจรวมถึง: กระเป๋าพกพาสำหรับการป้องกันระหว่างการขนส่ง สายต่อสำหรับเข้าถึงตำแหน่งที่ยากลำบาก เครื่องมือสอบเทียบ เซ็นเซอร์สำรอง และสายเชื่อมต่อสำหรับเชื่อมต่อกับ TDR หรืออุปกรณ์ทดสอบอื่นๆ

4. ขั้นตอนการปฏิบัติงานทีละขั้นตอน

การใช้เครื่องระบุตำแหน่งข้อบกพร่องของสายเคเบิลแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพต้องปฏิบัติตามขั้นตอนที่เป็นระบบ ด้านล่างนี้คือคำแนะนำโดยละเอียดทีละขั้นตอนเกี่ยวกับกระบวนการระบุข้อบกพร่อง

ขั้นตอนที่ 1: การเตรียมความปลอดภัยและการแยกสายเคเบิล

ก่อนที่จะเริ่มการทดสอบใดๆ สายเคเบิลที่ชำรุดจะต้องถูกแยกออกจากระบบไฟฟ้าอย่างเหมาะสม สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับ:

• การยืนยันว่าสายเคเบิลถูกตัดการเชื่อมต่อและล็อค/แท็กเอาท์ (LOTO) ที่ปลายทั้งสองข้างแล้ว
• การตรวจสอบว่าสายเคเบิลถูกคายประจุและต่อสายดินโดยใช้แท่งกราวด์ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสม
• ถอดสายเคเบิลออกจากหม้อแปลง สวิตช์เกียร์ และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ปลายทั้งสองข้าง เพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจากพัลส์ทดสอบไฟฟ้าแรงสูง
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายด้านไกลของสายเคเบิลมีการต่อสายดินอย่างเหมาะสม (สำหรับวิธีระบุตำแหน่งข้อผิดพลาดส่วนใหญ่) หรือเปิดทิ้งไว้ (ตามที่กำหนดโดยวิธีเฉพาะที่ใช้อยู่)
• ติดตั้งแผงกั้นความปลอดภัยและป้ายเตือนรอบๆ พื้นที่ทำงาน เพื่อป้องกันไม่ให้บุคลากรที่ไม่ได้รับอนุญาตเข้าไปในเขตทดสอบไฟฟ้าแรงสูง
• สวมอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคล (PPE) ที่เหมาะสม รวมถึงถุงมือหุ้มฉนวน แว่นตานิรภัย และเสื้อผ้าที่ทนไฟ

ขั้นตอนที่ 2: กำหนดตำแหน่งล่วงหน้าด้วย TDR หรือวิธีอื่น

ก่อนที่จะใช้เครื่องระบุตำแหน่งแม่เหล็กแบบอะคูสติก จำเป็นต้องดำเนินการระบุตำแหน่งล่วงหน้าเพื่อกำหนดระยะห่างโดยประมาณถึงความผิดปกติ โดยทั่วไปจะทำโดยใช้ Time Domain Reflectometer (TDR) วิธีกระแสอิมพัลส์ (เรียกอีกอย่างว่าวิธีสะท้อนคลื่นหรือไฟกระชากพัลส์) หรือวิธีบริดจ์ (Murray หรือ Varley loop)

ผลลัพธ์ของการระบุตำแหน่งล่วงหน้าจะบอกผู้ปฏิบัติงานโดยประมาณว่าข้อบกพร่องนั้นอยู่ไกลแค่ไหน ตัวอย่างเช่น หากสายเคเบิลยาว 500 เมตร และ TDR ระบุว่ามีความผิดปกติที่ 230 เมตร ผู้ปฏิบัติงานจะรู้ว่าต้องเน้นการค้นหาด้วยแม่เหล็กเสียงในพื้นที่รอบๆ เครื่องหมาย 230 เมตร ซึ่งช่วยลดเวลาและความพยายามในการระบุตำแหน่งได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับการสแกนเส้นทางเคเบิลทั้งหมด

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าความแม่นยำของตำแหน่งล่วงหน้าโดยทั่วไปคือ ±2% ถึง ±10% ของความยาวสายเคเบิล ขึ้นอยู่กับวิธีการและประเภทข้อผิดพลาด ซึ่งหมายความว่าสำหรับสายเคเบิลยาว 500 เมตร ตำแหน่งล่วงหน้าอาจจำกัดการค้นหาให้เหลือเพียงส่วน 10-50 เมตร วิธีอะคูสติกแม่เหล็กจะระบุตำแหน่งที่แน่นอนภายในส่วนนั้น

ขั้นตอนที่ 3: การเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟกระชาก

เมื่อแยกสายเคเบิลได้อย่างปลอดภัยและตำแหน่งล่วงหน้าเสร็จสมบูรณ์ เครื่องกำเนิดไฟกระชาก (thumper) จะเชื่อมต่อกับสายเคเบิล:

• เชื่อมต่อสายนำเอาท์พุตแรงดันสูงของธัมเปอร์เข้ากับตัวนำเฟสของสายเคเบิลที่ชำรุด โดยใช้สายวัดทดสอบและตัวเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูงที่ได้รับพิกัดอย่างเหมาะสม
• เชื่อมต่อสายกลับกราวด์ของทรัมเปอร์เข้ากับชีลด์เคเบิล (ปลอกสาย) ชุดเกราะ หรืออิเล็กโทรดกราวด์โดยเฉพาะ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด การเชื่อมต่อสายดินควรทำให้ใกล้กับสายเคเบิลมากที่สุด และควรมีเส้นทางที่มีความต้านทานต่ำไปยังสายดิน
• ตรวจสอบว่าการเชื่อมต่อทั้งหมดปลอดภัยและไม่มีตัวนำไฟฟ้าที่เข้าถึงได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสายไฟแรงสูงอยู่ห่างจากบุคลากรและทางเดิน
• ตรวจสอบอีกครั้งว่าปลายด้านไกลของสายเคเบิลมีการต่อสายดินอย่างเหมาะสม และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อทั้งหมดได้ถูกถอดออกแล้ว

ขั้นตอนที่ 4: การตั้งค่าตัวรับและเซ็นเซอร์

ในขณะที่กำลังเชื่อมต่อทรัมเปอร์ (หรือโดยผู้ปฏิบัติงานคนที่สอง) เครื่องรับแม่เหล็กเสียงจะถูกเตรียม:

• เปิดเครื่องรับและปล่อยให้เริ่มต้น ตรวจสอบระดับแบตเตอรี่และตรวจสอบให้แน่ใจว่าหูฟังเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง
• เชื่อมต่อเซ็นเซอร์เสียง (ไมโครโฟนกราวด์) และเซ็นเซอร์แม่เหล็ก (คอยล์เหนี่ยวนำ) เข้ากับเครื่องรับ ตรวจสอบว่าเซ็นเซอร์ทั้งสองทำงานโดยการแตะเซ็นเซอร์เสียงและเลื่อนเซ็นเซอร์แม่เหล็กไปใกล้กับวัตถุเฟอร์โรแมกเนติกในขณะที่สังเกตจอแสดงผลของเครื่องรับ
• ปรับการตั้งค่าเกน/ระดับเสียงเริ่มต้นให้อยู่ในระดับปานกลาง อัตราขยายจะได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดในระหว่างกระบวนการสแกนตามความแรงของสัญญาณ
• หากเครื่องรับมีอินพุตการซิงโครไนซ์ ให้เชื่อมต่อเข้ากับเอาต์พุตการซิงโครไนซ์ของธัมเปอร์ เพื่อให้เครื่องรับฟังเฉพาะระหว่างหน้าต่างปล่อยสัญญาณเท่านั้น หากไม่มีการเชื่อมต่อแบบซิงโครไนซ์ เครื่องรับจะใช้การกำหนดเวลาภายในหรือโหมดการฟังต่อเนื่อง
• ใส่หูฟังและปรับระดับเสียงให้อยู่ในระดับที่สบาย เตรียมพร้อมสำหรับเสียง “กระหึ่ม” ของการคายประจุที่ดังเมื่ออยู่เหนือรอยเลื่อนโดยตรง

ขั้นตอนที่ 5: การใช้พัลส์ไฟฟ้าแรงสูงและการสแกนแม่เหล็กเริ่มต้น

เมื่อการเชื่อมต่อทั้งหมดได้รับการตรวจสอบและขั้นตอนด้านความปลอดภัยแล้ว thumper จะถูกเปิดใช้งาน:

• ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของจัมเปอร์ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม เริ่มต้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า (เช่น 8-15 kV) และค่อยๆ เพิ่มจนกระทั่งฟอลต์เริ่มพัง ผู้ปฏิบัติงานสามารถสังเกตมิเตอร์แรงดันและกระแสบนจัมเปอร์เพื่อยืนยันว่าเกิดการขัดข้อง แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงอย่างกะทันหันและกระแสไฟที่พุ่งสูงขึ้นบ่งชี้ว่าความผิดปกติกำลังพังทลาย
• ตั้งค่าอัตราการเกิดซ้ำของพัลส์เป็นช่วงเวลาที่สบาย (โดยทั่วไปคือ 1 พัลส์ทุกๆ 3-5 วินาที) ซึ่งจะทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีเวลาเคลื่อนที่ระหว่างจุดตรวจวัดและฟังการคายประจุแต่ละครั้ง
• เริ่มต้นการสแกนเบื้องต้นโดยเดินไปตามเส้นทางเคเบิลในพื้นที่ข้อบกพร่องที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยถือเซ็นเซอร์แม่เหล็ก (และเซ็นเซอร์เสียง) ใกล้พื้น สัญญาณแม่เหล็กจะถูกตรวจจับได้บนพื้นที่ที่ค่อนข้างกว้าง และจะมีความแรงเพิ่มขึ้นเมื่อผู้ปฏิบัติงานเข้าใกล้รอยเลื่อน
• สังเกตตัวบ่งชี้ความแรงของสัญญาณแม่เหล็กบนเครื่องรับ และฟังสัญญาณเสียงผ่านหูฟัง สัญญาณแม่เหล็กช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานระบุบริเวณใกล้เคียงทั่วไปของความผิดปกติ แม้ว่าสัญญาณเสียงจะเบาเกินกว่าจะได้ยินในระยะไกลก็ตาม
• ทำเครื่องหมายบริเวณที่สัญญาณแม่เหล็กแรงที่สุดเป็น "โซนเป้าหมาย" สำหรับการสแกนเสียงโดยละเอียด

ขั้นตอนที่ 6: การสแกนและระบุเสียงโดยละเอียด

เมื่อระบุโซนเป้าหมายโดยใช้สัญญาณแม่เหล็กแล้ว ผู้ปฏิบัติงานจะสลับไปที่การสแกนเสียงอย่างระมัดระวังเพื่อระบุตำแหน่งความผิดปกติที่แน่นอน:

• ภายในโซนเป้าหมาย ให้วางเซ็นเซอร์เสียงบนพื้นอย่างมั่นคงในช่วงเวลาสม่ำเสมอ (เช่น ทุกๆ 30-50 ซม.) กดเซ็นเซอร์กับพื้นให้แน่นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการต่อพ่วงทางเสียงที่ดี บนพื้นผิวที่แข็งหรือแห้ง ให้ลองใช้น้ำปริมาณเล็กน้อยหรือใช้แผ่นเชื่อมต่อเพื่อปรับปรุงการส่งสัญญาณ
• ที่จุดตรวจวัดแต่ละจุด ให้ฟังลักษณะ "เสียงกระหึ่ม" หรือ "เสียงแตก" ของข้อผิดพลาดที่ปล่อยออกมาผ่านหูฟัง เสียงจะจางลงหรือไม่ได้ยินเมื่ออยู่ไกลจากข้อบกพร่อง และจะดังขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเซ็นเซอร์เข้าใกล้จุดผิดปกติ
• สังเกตมิเตอร์ความแรงของสัญญาณเสียงบนเครื่องรับ มิเตอร์จะแสดงการอ่านค่าสูงสุดเมื่อเซ็นเซอร์อยู่เหนือความผิดปกติโดยตรง
• ให้ความสนใจกับความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณเสียงและแม่เหล็ก การปล่อยข้อบกพร่องของแท้จะสร้างสัญญาณทั้งสองให้สัมพันธ์กับพัลส์ของทรัมเปอร์ หากเครื่องรับมีตัวบ่งชี้ความสัมพันธ์ ให้ใช้สัญญาณดังกล่าวเพื่อยืนยันว่าเสียงที่ตรวจพบนั้นมาจากความผิดปกติ ไม่ใช่จากเสียงรบกวนรอบข้าง
• จำกัดการค้นหาให้แคบลงโดยทำการวัดโดยเว้นระยะห่างให้ใกล้ยิ่งขึ้นในบริเวณที่สัญญาณแรงที่สุด ขยับเซ็นเซอร์ทีละน้อย (เช่น 5-10 ซม.) และเปรียบเทียบความแรงของสัญญาณในแต่ละจุด
• ทำเครื่องหมายจุดที่สัญญาณเสียงดังที่สุดและตัวบ่งชี้ความสัมพันธ์จะแสดงการจับคู่ที่แรงที่สุด นี่คือตำแหน่งข้อบกพร่องที่ระบุ วางเครื่องหมาย ธง หรือเครื่องหมายสีลงบนพื้น ณ ตำแหน่งนี้เพื่อให้ทีมงานขุดค้น
• เพื่อการยืนยัน ให้ขยับเซ็นเซอร์ให้ห่างจากจุดที่ทำเครื่องหมายไว้เป็นระยะทางสั้นๆ และตรวจสอบว่าสัญญาณลดลง จากนั้นกลับสู่จุดที่ทำเครื่องหมายไว้และตรวจสอบว่าสัญญาณอยู่ที่ระดับสูงสุดอีกครั้ง การตรวจสอบกลับไปกลับมานี้ช่วยยืนยันว่าจุดที่ทำเครื่องหมายไว้คือตำแหน่งที่เกิดข้อผิดพลาดจริงๆ

ขั้นตอนที่ 7: การปิดระบบและการคายประจุอย่างปลอดภัย

หลังจากระบุข้อผิดพลาดได้สำเร็จแล้ว:

• ปิดแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตของ thumper และปล่อยให้ตัวเก็บประจุภายในคายประจุโดยอัตโนมัติ นักเลงสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีวงจรคายประจุอัตโนมัติซึ่งจะคายประจุตัวเก็บประจุอย่างปลอดภัยภายในไม่กี่วินาทีหลังจากปิดเครื่อง
• ตรวจสอบว่ามิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าอ่านค่าเป็นศูนย์ก่อนที่จะสัมผัสการเชื่อมต่อใดๆ
• ใช้แท่งกราวด์ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสมเพื่อคายประจุสายเคเบิลด้วยตนเอง และยืนยันว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าตกค้าง
• ถอดสายจัมเปอร์ออกจากสายเคเบิล โดยเริ่มจากสายไฟแรงสูง (โดยใช้เครื่องมือที่หุ้มฉนวน) จากนั้นจึงต่อสายดิน
• ปล่อยสายดินไว้จนกว่างานขุดและซ่อมแซมจะแล้วเสร็จ และสายเคเบิ