电缆故障寻径仪.docx

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电缆故障寻径仪

一、概述

有线通信的畅通和电力的输送有赖于电缆线路的正常运行。

一旦线路发生障碍，就会造成通信及时查出故障并迅速予以排除，就会造成很大的经济损失和不良的社会影响。

因而，电缆故障测试仪是维护各种电缆的重要工具。

电缆故障智能测试仪采用了多种故障探测方式，应用当代最先进的电子技术成果和器件，采用计算机技术及特殊性电子技术，结合本公司长期研制电缆测试仪的成功经验而推出的高科技，智能化，功能全的全新产品。

电缆故障寻径仪是一套综合性的电缆故障探测仪器。

能对电缆的高阻闪络故障，高低阻性的接地，短路和电缆的断线，接触不良等故障进行测试，若配备声测法定点仪，可准确测定故障点的精确位置。

特别适用于测试各种型号、不同等级电压的电力电缆及通信电缆。

二、功能介绍及技术指标

1、功能介绍

1）功能齐全

测试故障安全、迅速、准确。

仪器采用低压脉冲法和高压闪络法探测，可测试电缆的各种故障，尤其对电缆的闪络及高阻故障可无需烧穿而直接测试。

如配备声测法定点仪，可准确测定故障的精确位置。

2）试精度高

仪器采用高速数据采样技术，A/D采样速度为100MHz，使仪器读取分辨率为1m，探测盲区为1m。

3）智能化程度高

测试结果以波形及数据自动显示在大屏幕液晶显示屏上，判断故障直观。

并配有全中文菜单显示操作功能，无需对操作人员作专门的训练。

4）具有波形及参数存储，调出功能

采用非易失性器件，关机后波形、数据不易失。

5）具有双踪显示功能。

可将故障电缆的测试波形与正常波形进行对比，有利于对故障进一步判断。

6）具有波形扩展比例功能。

改变波形比例，可扩展波形进行精确测试。

7）可任意改变双光标的位置，直接显示故障点与测试点的直接距离或相对距离。

8）具有根据不同的被测电缆随时修改传播速度功能。

9）小体积便携式外形，内装可充电的电池供电，方便携带和使用。

2、主要技术指标

1）应用范围及用途

仪器可测试各种型号的电力电缆（电压等级1KV～35KV）和市话电缆、调频通信电缆、同轴电缆及金属架空线路上发生的短路、接地、高阻泄漏，高阻闪络性故障和电缆的断线、接触不良等故障。

并可测试电缆的长度和电波在电缆上的传播速度。

2）最远测试距离：

32km（明线可达100km）

3）探测盲区：

　　1m

4）读数分辨率：

　1m

5）功耗：

　　　　5VA

6）使用条件：

环境温度　　　0℃～＋40℃

极限温度　　－10℃～＋50℃

相对湿度　　　≤90%

7）体积：

225×165×125mm3

8）重量：

2kg

三、低压脉冲测试法

1、测试原理

电缆故障的测试是基于电波在传输线中的传输时遇到线路阻抗不均匀而产生反向的原理。

根据传输线理论，每条线路都有其一定的特性阻抗Zc，它由线路的结构决定，而与线路的长度无关。

在均匀传输线路上，任一点的输入阻抗等于特性阻抗，若终端所接负载等于特性阻抗，线路发送的电流波或电压波沿线传送，到达终端被负载全部吸收而无反向。

当线路上任一点阻抗不等于Zc时，电波在该点将产生全反射或部分反射。

反射的大小和极性可用反射系数P表示，其关系式如下：

（1）

式中：

Zc为传输线的特性阻抗

Zo为传输线反射点的阻抗

（1）当线路无故障时，Zo＝Zc，P＝0，无反射。

（2）当线路发生断线故障时，Zo＝∞，P＝1，线路发生全反射，且反射波与入射波极性相同。

（3）当线路发生短路时，Zo＝1，P＝－1，线路发生负的全反射，反射波与入射波相性相反。

当线路输入一个脉冲电波时，该脉冲便以速度V沿线路传输，当行Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其往返时间为T，则可表示为：

VT

V为电波在线路中的传播速度，与线路一次参数有关，对每种线路它是一个固定值，可通过计算和仪器实测得到。

将脉冲源的发射脉冲和线路故障点的反射波以一显示器实时显示，并由仪器提供的时钟信号可测得时间T。

因此线路故障点的距离Lx便可由

（2）式求得。

不同故障时的波形图如图1所示。

对电缆的低阻性接地和短路故障及断线故障，及冲法可很方便地测出故障距离。

但对高阻性故障，因在低电压的脉冲作用下仍呈现很高的阻抗，使反射波不明显甚至无反射。

此种情况下需加一定的直流高压或冲击高压使其放电，利用闪络电弧形成瞬间短路产生电波反射。

图1　不同故障的反射波形

四、直流高压闪络法

当故障电阻极高，尚未形成稳定电阻通道之前，可利用逐步升高的直流电压施于被测电缆。

至一定电压值后故障点首选被击穿，形成闪络，利用闪络电弧对所加入电压形成短路反射，反射回波在输入端被高阻源形成开路反射。

这样电压在输入端和故障点之间将多次反射，直至能量消耗殆尽为止。

测试原理线路图如图2所示，线路的反射波形如图3所示。

V·T

故障点距离：

其中：

T＝t2－t1＝t2－t1＝t2－t1＝……

理论波形为徒峻的矩形波，因反射的不完全和线路损耗使实际波形幅度减小和前后变圆滑。

图2　直流高压法测试原理图

图3　直流高压法波形图

五、冲击高压闪络法

当故障电阻降低，形成稳定电阻通道后，因设备容量所限，直流高压加不上去，此时需改用冲击电压测试。

直流高压经球间隙对电缆充电直至击穿，仍用其形成的闪络电弧产生短路反射。

在电缆输入端需加测量电感L以读取回波。

其原理线路见图4所示，电波在故障点被短路反射，在输入端被L反射，在其间将形成多次反射。

因电感L的自感现象，开始由于L的阻流作用呈现开路反射，随着电流的增加经一定时间后呈现短路反射。

而整个线路又由电容C和电感L又组成一个L—C放电的大过程。

因此，在线路输入端所呈现的波过程是一个近于衰减的余弦曲线上迭加着快速的脉冲多次反射波，如图5所示。

从反射波的间隔可求出故障的距离。

V·T

故障距离　　　　

T+ΔT≥T　　其中ΔT为放电延迟时间。

L

图5　冲击高压法波形图

六、仪器的基本工作原理与组成

1、仪器的基本原理

根据故障的探测原理，当仪器处于闪络触发方式时，故障点瞬时击穿放电所形成的闪络回波是随机的单次瞬态波形，因此测试仪器应具备存储示波器的功能，可捕获和显示单次瞬态波形。

本仪器采用数字存储技术，利用高速A/D转换器采样，将输入的瞬态模拟信号实时地转换成数字信号，存储在高速存储器中，经CPU微处理器处理后，送至LCD显示控制电路，变为时序点阵信息，于是在LCD屏幕上显示当前采样的波形参数。

当仪器处于脉冲触发方式时，仪器按一定周期发出探测脉冲加入被测电缆和输入电路，即时启动A/D工作，其采样、存储、处理和显示与前述过程相同。

LCD显示屏上应有反射回波。

2、仪器的组成

仪器是以微处理器为核心，控制信号的发射、接收及数字化处理过程。

仪器的工作原理方框图如图6所示。

图6　工作原理方框图

微处理器完成的数字处理任务包括：

数据的采集、储存、数字滤波、光标移动、距离计算、图形比较、图像的比例扩展，直到送LCD显示。

也可根据需要由通讯口与PC机通讯。

脉冲发生器是根据微处理器送来的编码信号，自动形成一定宽度的逻辑脉冲。

此脉冲经发射电路转换成高幅值的发射冲，送至被测电缆上。

高速A/D发生器是将被测电缆上返回的信号经输入电路送高速A/D采样电路转换成数字信号，最后送微处理器进行处理。

键盘是人机对话的窗口，操作人员可根据测试需要通过键盘将命令输入给计算机，然后由计算机控制仪器完成某一测试功能。

七、面板控制机构和按键菜单的作用

1、控制机构

1）触发：

供选择触发工作方式用。

按下开关（　位置）为闪络法工作方式。

在使用脉冲法测试时，开关置于　位置。

2）输出：

仪器输出线连接被测电缆的测试端。

3）充电：

仪器使用直流蓄电池组，若仪器显示电量不足，插入电源充电指示灯亮即可。

2、按键作用说明

1）“开、关”键：

控制仪器电源开启/关断。

按下此键，仪器电源接通，显示屏将显示工作视窗。

2）“采样”键：

按键向被测线路上发射脉冲，每按一次，仪器就发射一次脉冲并进行采样，若连接按下三秒钟，仪器则连续发射脉冲，只有当其它键按下时才停止。

3）“功能”键：

打开菜单，或接受某菜单选项操作键。

4）“◄►”键：

具有两种作用：

仪器测试功能时，为活动光标左右移动操作。

仪器菜单功能时，为左、右移动选择菜单项操作。

5）“+○—”键：

LCD液晶显示屏对比度调节。

3、菜单功能的作用及操作

1）范围：

用于故障检查，因为在故障查找时，一般都是从近距离开始逐步向远距离检查的。

开机时，仪器的测量范围为159m，也就是说你所查找的故障范围是否在0～159m之间，如果没有出现故障波则必须改变测量范围值，测量范围从159m开始，每增加一次，范围增大一倍，范围最大值为32680m。

为了不同长度电缆的测试，当改变测量范围时，发射脉冲的宽度随着范围的增大而加宽。

操作步骤如下：

按下测量范围键，每按一次，范围增大一倍。

2）起点：

用以高速光标计数的起点位置。

开机时屏幕上有两光标分别在屏上最右端（起点）和中间位置。

若需要改变光标起点位置，则可调节“◄►”键将中间活动光标调到所需起点位置，然后按“零点”菜单选择接受，此时原起点光标与活动光标重合变为新起点光标，数据显示为0m。

操作步骤如下：

按下比例键，当仪器下方菜单中出现零点菜单时，则可调节“◄►”键使之高亮，然后按下比例键。

3）比例：

用以在检查到故障位置后为了精确定位而将波形进行扩展。

操作步骤如下：

按下比例键，当仪器下方菜单中出现比例菜单时，则可调节“◄►”键使之高亮，然后按下比例键。

4）波速：

由于电波在不同结构的电缆上的传播速度是不同的，因此，在测试各种不同型号的电缆时，必须高速适应该电缆传输的波速值。

开机时，仪器的传播速度自动置动200m/ns，测试中应根据的电缆而修改。

操作步骤如下：

按下波速键，使波速值高亮，然后按“◄►”键调节波速，到达所需波速按下波速键使之高亮消失。

5）存储：

仪器具有波形及参数存储功能，用此功能可将仪器测试的波形及参数分别存入仪器中提供的非易失性存储器单元中，以备将来调出比较。

操作步骤如下：

按下比例键，当仪器下方菜单中出现存储菜单时，则可调节“◄►”键使之高亮，然后按下比例键。

6）调出：

由于仪器采用了非易失性存储器，所存储的波形关机后都不会易失。

因此，仪器可以在任何时候将存储的波形及参数调出来分析，也可以将存储的波形调出来与当前测试的波形进行比较，可进一步精确判断故障点。

操作步骤如下：

按下比例键，当仪器下方菜单中出现调出菜单时，则可调节“◄►”键使之高亮，然后按下比例键。

7）日期：

按下日期键，调节“◄►”键改变数值，按下日期键转到下一值。

完毕按日期键确认。

8）打印：

按下打印键，自动完成打印。

上述菜单操作过程中，屏幕下方会有操作对话提示出现。

八、测试前的准备工作

1、仪器正常状态的检查

使用仪器前，可按以下步骤，检查仪器是否正常工作。

1）脉冲触发工作状态下，按下电源开键，液晶显示屏上将显示仪器主视窗口，宣传品上有故障距离、波速、测量范围，比例等字样及数据。

2）按面板“◄或►”键，仪器中间位置的活动光标将会移动，此时，故障距离数据相应变动。

3）调节增益电位器，仪器屏上显示的波形幅度将会增大或减小。

按照前述范围菜单操作步骤，改变测量范围，仪器显示屏上测量范围和发射脉冲宽度将发生相应变化，至此，表明仪器工作正常。

2、故障种类的初步判断

测试前对故障原因和种类的分析是很必要的。

可选用通用仪表如欧姆表、兆欧表等结合现场情况和实际经验作初步分析判断。

3、选择触发工作方式

如果是断线、接触不良、低阻接地与短路故障，应采用脉冲法。

若为电力电缆的高阻闪络故障则应采用闪络法。

并将触发工作方式选择开关置于相应的位置。

九、仪器的使用和故障测试方法

1、低压脉冲法

低压脉冲法的适用范围是通信和电力电缆的断线，接触不良，低阻性接地和短路故障以及电缆的全长和波速的测量。

一般步骤如下