Zanim zostaną omówione poszczególne metody wykorzystywane przy lokalizowaniu przewodów, warto sobie uświadomić, że trzeba dokonać jeszcze jednego rozróżnienia pomiędzy przewodami przez które przepływa prąd elektryczny i przewodami bezprądowymi. Przy każdej z tych kategorii stosuje się oczywiście inną metodę detekcji. W dużym uogólnieniu można stwierdzić, że w przypadku tych pierwszych lokalizator odnajduje pole elektromagnetyczne generowane wokół przewodów przez przepływający przez nie prąd i poddaje je analizie, z której wyciągany jest wynik w postaci precyzyjnego wskazania. Natomiast w przypadku tych drugich to lokalizator wytwarza przemienne pole elektromagnetyczne, na które wszelkie metale mają wykrywalny wpływ. Gdy taki lokalizator zbliża się do znajdującego się w ścianie metalu (kabla, zbrojenia itp.), częstotliwość drgań jego pola się zmienia. Zmiany te przechodzą analizę, dzięki której przyrząd wskazuje lokalizację przewodu. Należy przy tym pamiętać, że w każdym z tych przypadków analiza przeprowadzana jest przez układy elektroniczne, zaś wskazania z reguły prezentowane są na wyświetlaczu.
Urządzenia tego typu adresowane są przede wszystkim do elektroinstalatorów pracujących w budynkach mieszkalnych, jak też komercyjnych czy użyteczności publicznej, ale chętnie z nich korzystają fachowcy pracujący w ekipach budowlanych czy specjaliści zajmujący się klimatyzacją i wentylacją. Ich domeną jest wykrywanie przewodów w środowiskach takich jak beton, beton komórkowy, gips, cegła, klasyczny pustak, silikaty czy drewno. Łatwy w obsłudze i tani lokalizator przewodów - zarówno tych pod napięciem, jak i odłączonych od zasilania – to coraz częściej podstawa ich wyposażenia, zwłaszcza gdy sprzęt ten ponadto potrafi identyfikować wyłączniki i bezpieczniki (wyłączniki nadprądowe i różnicowe) oraz określać fazy napięcia sieciowego. Zestawy takie składają się z dwóch modułów, czyli odbiornika oraz nadajnika do lokalizowania wyłączników i bezpieczników oraz przewodów.
Wyglądają one dość podobnie do typowych mierników parametrów instalacji elektrycznych – są poręczne, kompaktowe, posiadają wyświetlacze LCD i wskazania dźwiękowe wspierane nieraz opcją wibracji. W większości modeli różnych producentów odbiornik wykrywa sygnał w przewodach i kablach przy użyciu aktywnej metody śledzenia z wykorzystaniem nadajnika. Czujniki z reguły umieszcza się w końcówce odbiornika by łatwo śledzić przewody w trudno dostępnych miejscach, jakimi są narożniki lub inne ciasne przestrzenie. Nadajniki działają oczywiście zarówno na obwodach pod napięciem – do kilkuset wolt przy prądzie AC i DC – jak i na tych odłączonych od zasilania, oferując kilka trybów pracy, takich jak np. tryb podwyższonej mocy sygnału oraz tryb pętli. Ten pierwszy zalecany jest do lokalizowania większości zasilanych i niezasilanych przewodów napowietrznych oraz wyłączników, lecz nie sprawdza się w przypadku przewodów uziemionych na końcu. Natomiast tryb pętli (z angielskiego Loop) sprawdza się przy pracy z zamkniętymi obwodami niezasilanych przewodów (przewody zwarte, ekranowane oraz niezasilane i uziemione na końcu). Niektóre zestawy lokalizacyjne można używać w jeszcze jednym trybie pracy, z cęgami sygnałowymi, co przydaje się w sytuacjach, gdy dostęp do styków obwodu jest ograniczony lub kiedy fachowiec nie jest w stanie podłączyć nadajnika do obwodu za pomocą przewodów testowych. Trzeba przy tym mieć na uwadze, że zestawy od sprawdzonych producentów śledzą konkretne przewody podłączone do nadajnika, niezależnie od ewentualnych przesłuchów ze strony innych kabli – to ważne gdy pracuje się w gąszczu przewodów. Na rynku można spotkać się też z zestawami, które ze względu na znacznie poszerzoną ilość dostępnych trybów pracy można śmiało nazwać zestawami „multi-mode”. Warto je dokładnie prześledzić gdyż ujawnia to absolutną wszechstronność tych urządzeń.
Uważny czytelnik spostrzegł już zapewne, że użyte kilka linijek wyżej sformułowanie „wykrywanie dzięki aktywnej metodzie śledzenia z wykorzystaniem nadajnika” jest bardzo ogólnikowe i właściwie niewiele wyjaśnia. Dlatego niniejszy rozdział zostanie w całości poświęcony tej kwestii. Jak już to zostało wspomniane, każdy taki zestaw składa się z nadajnika i odbiornika. Nadajnik po podłączeniu do lokalizowanego obwodu wymusza powstanie wokół niego odpowiedniego pola magnetycznego bądź elektrycznego. To pierwsze powstaje w wyniku przepływu odpowiednio zmodulowanego prądu przez badany zamknięty obwód. Zaś pole elektryczne powstaje w wyniku wytwarzania odpowiednio zmodulowanego napięcia w badanym otwartym obwodzie, przy czym natężenie oraz kształt tego pola jest inny w zależności od środowiska jakim to pole jest wytwarzane. Odbiornik umieszczony wzdłuż badanego obwodu wykrywa zmodulowane pole i informuje o tym użytkownika. Lokalizacja trasy obwodu oraz jego uszkodzenia dokonuje się w drodze obserwacji poziomu wykrywanego sygnału i analizy oraz interpretacji tych zmian, za co odpowiada elektronika. Na pytanie o cel modulowania sygnałów elektromagnetycznych wysyłanych przez nadajnik, odpowiedź jest oczywista: właśnie dzięki temu zabiegowi możliwe jest ich odróżnienie od innych sygnałów, które mogą występować w lokalizowanym obwodzie lub jego pobliskim otoczeniu. Co więcej, sygnały z reguły są nieco inne dla każdego z trybów nadawania, co dodatkowo ułatwia zdalną interpretację sygnału przez odbiornik.
Przechodząc do odbiornika wpierw należy skupić się na jego głowicy. To w niej umieszcza się detektory pola elektrycznego magnetycznego. Detektor pola elektrycznego – najczęściej przyjmujący postać mniej lub bardziej płaskiej anteny – odpowiada za wykrywanie zmian pola elektrycznego zgodnych z generowanym przez nadajnik sygnałem (modulowanym). Natomiast detektor pola magnetycznego najczęściej jest wielopłaszczyznową anteną, która wykrywa kierunek rozchodzenia się sygnału. W większości modeli urządzeń dostępnych na rynku zmierzone wartości natężenia obu pól obrazowane są na wyświetlaczach LCD w postaci liczbowej. Dla podsumowania niniejszego rozdziału, warto wrócić do najpowszechniejszych funkcji jakie oferują produkty już ze średniej półki cenowej oraz ich możliwych zastosowań. Zacząć należy od lokalizowania przewodów w obwodach zabezpieczonych wyłącznikami różnicowoprądowymi, lokalizowania przewodów ekranowanych, nieraz też i podziemnych, a ponadto lokalizowania przewodów niskonapięciowych i kabli do przesyłania danych. Kolejnym punktem na liście są funkcje takie jak detekcja i znajdowanie wszelkich przerw ciągłości, zwarć i otwartych obwodów oraz lokalizowanie przepustów i orurowania metalowego i niemetalowego (instalacje C.O. i wodne). Na koniec tej listy dochodzą takie pozycje jak sortowanie wiązek przewodów, odwzorowywanie obwodów za pomocą przewodów testowych oraz lokalizowanie wyłączników w systemach ze ściemniaczami oświetlenia. Jak widać funkcjonalność typowych lokalizatorów do wykorzystania w budynkach jest spora.
Stosowane dziś najnowocześniejsze zestawy lokalizacyjne uzbrojenia podziemnego to głównie odbiorniki, których zadaniem jest dostarczenie dokładnych danych dotyczących pozycji, kierunku przebiegu oraz głębokości ułożenia lokalizowanej instalacji w gruncie. Oczywiście bardzo często się zdarza, że sygnały elektromagnetyczne emitowane z trasowanego kabla (lub rurociągu) są zakłócane przez sąsiednie instalacje, jednak urządzenia te korzystają z szeregu zaawansowanych funkcji wspomagających lokalizację w trudnych warunkach terenowych (elektronika) i prawidłowe odróżnienie sygnału odbieranego z trasowanego kabla (rury) od innych pól elektromagnetycznych lub czynników wprowadzających jakiekolwiek zakłócenia. Cyfrowa obróbka uzyskiwanych sygnałów wspomaga precyzję pomiarów związanych z położeniem, głębokością zalegania i tożsamością lokalizowanych sieci w gruncie. Często odbiorniki wyposaża się w kolorowe wyświetlacze LCD z graficzną prezentacją obrobionych sygnałów, co bardzo ułatwia pracę w trudnych warunkach terenowych.
Specjalnie opracowywane układy anten odbiorczych odbiorników pozwalają dziś bardzo precyzyjnie określać pozycję i kierunek lokalizowanych instalacji, a w obszarach o krytycznie dużym zgęszczeniu infrastruktury podziemnej lub w sąsiedztwie silnych pól elektromagnetycznych odbiorniki są w stanie określać i identyfikować trasy własnych instalacji – oraz określać błąd pomiaru pozycji lokalizowanej instalacji – przy wykorzystaniu złożonych funkcji wspierających selekcję i detekcję, za którymi kryje się zaawansowana elektronika. Popularne mobilne zestawy zaawansowane składają się nie tylko z odbiorników, ale też z nadajników, czyli generatorów sygnałowych o mocach wyjściowych rzędu na przykład 10 Wat, które pracują w najbardziej istotnych trybach, takich jak indukcyjny, galwaniczny (podłączenie bezpośrednie) oraz cęgowy (poprzez klamrę nadawczą). W generatory sygnałowe producenci wbudowują oczywiście amperomierze i omomierze, które automatycznie określają rezystancję każdej badanej linii, dzięki czemu wybór najbardziej efektywnej częstotliwości do lokalizacji – na przykład w zakresie od 64 Hz do 200 kHz – jest łatwy i szybki. Zestawy od renomowanych producentów posiadają też tryb pracy z ramką, do punktowej lokalizacji uszkodzeń na zewnętrznej powłoce kabli energetycznych, kabli telekomunikacyjnych, stalowych rur czy izolowanych rur ciepłowniczych. Ramki lokalizują zwarcia doziemne metodą niskonapięciową która nie niszczy kabli i daje często dużą dokładność lokalizacji miejsca uszkodzenia – nawet do +/-5 cm. W mobilnych zestawach lokalizacyjnych do infrastruktury podziemnej spotyka się regularnie kilka najistotniejszych funkcji pomiarowych. Zasługują na poniższe omówienie:
Wśród lokalizatorów uszkodzeń przewodów w gruncie na szczególną uwagę zasługują reflektometry – niezależnie od tego czy są to urządzenia w wersjach ręcznych i mobilnych, czy też dużych, przyjmujących postać sporych, ważących do 40 kg modułów, zasilanych sieciowo lub akumulatorowo, transportowanych na podstawach kołowych i znajdujących zastosowanie przy zarówno sieciach niskiego, jak i średniego napięcia. Czasem można spotkać określenia takie jak echometr, lokalizator echowy, lokalizator impulsowo-echowy czy TDR, jednak za każdym razem chodzi o ten sam typ przyrządu. Jak dobrze wiadomo doświadczonym fachowcom, przy kablach o sporej długości (czyli dłuższych niż na przykład kable między poszczególnymi lampami w systemie oświetlenia ulicznego), bardzo ważny jest wstępny pomiar odległości uszkodzenia od miejsca w którym się podłączyli.
Pozwala to określić szacunkową odległość od miejsca podłączenia do miejsca uszkodzenia w badanym przewodzie – co prawda ze sporym marginesem błędu, jednak w przypadku przewodu ponadkilometrowego sama wiedza, że do miejsca uszkodzenia przewodu mamy na przykład około 500 metrów z błędem +/- 50 metrów, jest już cenna. W reflektometrach z reguły stosuje się metodę bezpośredniego pomiaru impulsowo-echowego, która jest optymalna dla uszkodzeń takich jak zwarcie metaliczne, uszkodzenie niskoomowe czy przerwa wzdłużna ciągłości żyły kabla. Metodologia lokalizowania uszkodzeń jest dość prosta: reflektometr wysyła impuls pomiarowy i rejestruje jego odbite echo od miejsca uszkodzenia w kablu. Znając prędkość rozchodzenia się sygnału (oznaczaną symbolem V) fachowiec jest w stanie określić czas potrzebny na przebycie impulsu pomiarowego i tym samym drogę jaką impuls przebył – a z tego łatwo wywnioskować odległość do uszkodzenia. Należy jednak pamiętać, że impuls pomiarowy biegnie do uszkodzenia i z powrotem, czyli dwa razy pokonuje tą samą drogę, dlatego trzeba wynik zmniejszyć o 50% (urządzenie liczy według wzoru V/2). Wykryte przez reflektometr zwarcia widoczne są na wykresie w postaci jednoznacznego odgięcia echogramu do dołu. Natomiast przerwa wzdłużna w żyle lub koniec kabla wizualizowane są jako odgięcie echogramu do góry.
Łukasz Lewczuk
Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez: Robert Bosch Sp. z o.o., Fluke Europe B.V., Sonel S.A., Tomtronix, Megger Sp. z o.o. oraz Merazet S.A. i Beha-Amprobe.