استخدام جهاز الـ (TDR)

Time Domain Reflectometry

 

عرف هذا التكنيك منذ عام1940  وفيه يتم إرسال موجه من أحد طرفي الكابل المعزول عن الشبكة بينما يتم فصل الطرف الآخر تماما عن الشبكة الكهربية وبتحديد أماكن أعطال وتحديد مسار الكابلات باستخدام هذه الطريقة ويمكن أيضا قياس الطول الفعلي للكابل أن لم يكن هناك عطل به وتشبه نظرية هذه الطريقة نظرية الرادار المستخدم فى قياس المسافة بين الطائرة والأرض حيث يتم إرسال نبضة موجية بسرعة معينة تنعكس من على جسم الطائرة لتصل إلى الرادار مرة أخرى بعد زمن يتم تحديده فتكون المسافة بين الطائرة والرادار = السرعة مضروبة فى نصف الزمن المقاس

(1) Distance = Vp X time/ 2

حيث يتم تحديد المسافة لمكان العطل بنفس الطريقة بإرسال TDR وهذا يماثل تماما ما يحدث في رصد العطل فى الكابل باستخدام الموجة الدفعية بسرعة معلومة فى الكابل ثم تحديد زمن انعكاسها ومن ثم تحديد المسافة التي يقع عندها العطل فى الكابل ولكن هناك شكلان لانعكاس الموجة إما أن تنعكس بالموجب وهنا يكون معامل الانعكاس يساوى = 1+ ويكون الكابل مفتوحا عند نقطة الانعكاس وفى هذه الحالة إما أن تكون الموجة قد وصلت إلى نهاية الكابل دون رصد عطل به أو أن يكون الكابل مقطوعا في مكان يمكن تحديده وهناك احتمال أن يكون هناك عطل بالكابل ولكن لا يوجد اتصال جيد بين موصل الكابل والأرض أي أن مقاومة العطل عالية  أو تنعكس الموجة بالسالب = 1 – وتكون نقطة الانعكاس فى هذه الحالة متصلة بالأرض أي يكون الكابل به عطل يمكن تحديده.

وتتوقف سرعة الموجة داخل الكابل على عدة عوامل منها:

1. ثابت العزل (Dielectric Constant) 1- لمادة العزل في الكابل
2. خواص مادة شبه الموصل المستخدمة في الكابل
3. أبعاد الكابل وجهد التشغيل
4. مقاومة موصل الكابل وتتوقف على نوع مادة الموصل ومساحة مقطعه
5. خواص التربة التي تحيط بالكابل

القيم التقريبية لسرعة الموجة المستخدمة فى تحديد العطل بالكابل لمواد العزل المختلفة وجهود الكابلات المستخدمة في شبكات التوزيع ويمكن أيضا حساب سرعة انتشار الموجة فى الكابل بطريقة تقريبية فهي تقريبا تساوى سرعة الضوء مقسومة على الجذر التربيعي لثابت العزل للمادة المستخدمة في عزل الكابل

وهناك بعض المشاكل فى استخدام الـ TDR بجهد منخفض منها:

1. إنه إذا زادت مقاومة العطل مع الأرض عن 200 أوم فان الموجة لا تنعكس بالسالب وبالتالي لا يمكن تحديد مكان العطل بالكابل.
2. أن الطول الفعلي في مسار الكابل لا يساوى المقاس على الأرض حيث توجد انحناءات وكرب في مسار الكابل.
3. عدم تحديد سرعة انتشار الموجة بدقة فقد يكون الكابل مكون من أكثر من جزء تختلف مادة العزل فيه مما يؤثر على تحديد سرعة انتشار الموجة

4 – دقة الجهاز نفسه

يؤدى إلى وجود Y بالإضافة إلى ذلك فان وجود وصلات في الكابل سواء كانت وصلة عادية أو وصلة على شكل حرف Y تشوهات في الموجات المنعكسة مما يسبب صعوبة تحديد مكان العطل فى الكابل وبالرجوع إلى شكل رقم 5 نجد في الموجة المنعكسة نتيجة لوجود نوعان من الوصلات مما يصعب تحديد مكان العطل بالكابل حيث توجد وصلة عادية ووصلة على شكل حرف وأي ولتلاشى هذه العيوب يمكن:

يمكن عن طريقه إرسال موجتين واحدة إلى الكابل أو الوجه الذى به DTDR يسمى  – 1 DTDR استخدام نوع متطور من العطل والأخرى إلى كابل أووجه سليم له نفس الخواص من حيث مساحة المقطع ونوع مادة العزل ثم مقارنة الموجات المنعكسة لتحديد مكان العطل ويمكن باستخدام هذا الجهاز ملاشاة الأجزاء المتشابهة في الموجتين ليظهر فقط مكان حدوث العطل بالكابل كما هو واضح بالشكل ويسهل تحديد مكان العطل بالكابل

2- قياس مكان القطي فى الكابل من طرفي الكابل فإذا انطبقت نقطتا القياس كان تحديد مكان العطل دقيقا وإذا لم تنطبق النقطتان استخدمت العلاقة أو العلاقة حيث المسافات

El = d3 d1/ (d1 + d2) (2)

أو العلاقة

E2 = d3 d2/ (d1 + d2) (3)

حيث المسافات d1. d2. d3. el. E2 مبينه في شكل (7) وتعرف هذه الطريقة ب Three – stake method

المسافة التي حددتها القراءة الأولى = d1

المسافة التي حددتها القراءة الثانية = d2

المسافة بين القراءتين الأولى والثانية = d3

المسافة في الخطأ بين مكان حدوث العطل والقياس الأول = e1

المسافة في الخطأ بين مكان حدوث العطل والقياس الثانية =  e2

يكون مكان العطل وبذلك = d2 + e2  أو d1 + e1

لتحديد العطل في الكابل أو لقياس طول الكابل ويجب ملاحظة أنه عند تغذية الجهاز بالمعلومات TDR ويبين شاشة جهاز يلاحظ أن يكون طول الكابل المغذى للجهاز يساوى أو أطول من الطول الحقيقي للكابل وإذا أعطيت مسافة أقل من الطول الفعلي فإن الجهاز لن يراقب إلا المسافة المعطاه له مع ملاحظة أن الطول على الأرض لا يساوى الطول الفعلي للكابل كما يجب تزويد الجهاز بسرعة الموجة ويكن التحكم في عرض الموجة المرسلة وشدة إضاءة الشاشة وغيرها من وسائل التحكم المزود بها الجهاز الموجة الموجة وغيرها من العوامل.

استخدام جهاز Surge Generator لتحديد أعطال الكابلات هذه الطريقة معروفة أيضا منذ عام 1940 وشهدت تطورا كبيرا مع زيادة الاعتماد على كابلات الطاقة الأرضية والجهاز المستخدم Surge Generator  يعرف بالمولد في ذا الجهد العالي ويتكون من مصدر للجهد الثابت يقوم بشعن مكثف بجهد عال ثم بعد ذلك يتم التفريغ فى الكابل عن طريق مفتاح يدوى أو أوتوماتيكي ويبين شكل رقم 9 رسم توضيحي للجهاز مع ضرورة تفريغ الشحنة بعد انتهاء الاختبار من خلال المقاومة الموجودة فى الجهاز والمبينة فى الشكل وتستخدم هذه الطريقة بالضرورة فى حالة أن تكون المقاومة بين العطل والأرض كبيرة وإذا كان الجهد المستخدم فى الجهاز لتخزين الطاقة فى المكثف لتفريغها في الكابل كافية لأحداث تفريغ مع الأرضفان مكان العطل سيظهر عن طريق أحداث تفريغ مع الأرضو من ثم سيصدر صوتا يمكن رصده عن طريق سماعات خاصة بالمرور على مسار الكابل ويمكن أن تظهر اهتزازات فى التربة تلاحظ بسهولة.

وقد تكون كمية الطاقة المرسلة إلى مكان العطل ضعيفة نتيجة لانخفاض جهد المولد الدفعي أو لكون سعة الكابل تحت الاختبار عالية وفى هذه الحالة نحتاج إلى عدة موجات دفعية لشحن الكابل أولا ثم بعد ذلك يبدأ ظهور صوت تفريغ العطل مع الأرض ويمكن حساب الطاقة المخزنة فى مكثف الجهاز عن طريق E = V² C/2

حيث E هي الطاقة المخزنة في مكثف الجهاز وV يساوي جهد الشحن للجهاز وC هي قيمة مكثف الجهاز.

ويمكن التحكم فى هذه الطاقة إما بتغيير جهد المولد المستخدم أو بتغيير سعة مكثف الجهاز ويبين شكل رقم 10 العلاقة بين الجهد والطاقة في الجهاز ويلاحظ أنه يحظر استخدام هذه الطريقة فى حالة وجود مياه سواء من مطر أو غيره فى محيط مسار الكابل وذلك للأسباب الآتية:

أولا: احتمالية تعرض العاملين لجهد الخطوة أو جهد اللمس نظرا لانخفاض المقاومة النوعية للتربة فى هذه الحالة مع ضرورة مراعاة احتياطات الأمان اللازمة للتعامل مع الجهود العالية.

ثانيا: أنه في حالة اختلاط التربة بالماء يزداد تماسكها وبالتالى فان صوت التفريع الكهربي لا يسمع جيدا ويكون الصوت مكتوما.

وبالرغم من دقة هذه الطريقة في تحديد الأعطال إلا أن لها بعض العيوب أهمها:

أولا:أن استخدام الجهد العالي في تحديد مكان العطل فى الكابل يتسبب فى حرق جزء كبير حول مكان العطل مما يتسبب فى تغيير جزء من الكابل وعمل وصلتين إن لم يكن الكابل به كربة تسمح بعمل وصلة واحدة.

ثانيا: أن تعرض الكابل للجهود العالية يقلل من العمر الافتراضي للكابل وبالتالى يتعرض للتلف والتغيير في زمن قصير.

ثالثا: أن الجهد المستخدم قد يقوم بشحن الفجوات الهائية داخل الكابل والتي لا يتم تفريغها بعد الانتهاء من تحديد العطل مما قد يتسبب فى انهيار الكابل بعد تحميله بجهد التشغيل.