電纜故障測(cè)試儀

 電纜故障的測(cè)試是基于電波在傳輸線中的傳輸時(shí)遇到線路阻抗不均勻而產(chǎn)生反向的原理。
    根據(jù)傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線路的結(jié)構(gòu)決定，而與線路的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。在均勻傳輸線路上，任一點(diǎn)的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負(fù)載等于特性阻抗，線路發(fā)送的電流波或電壓波沿線傳送，到達(dá)終端被負(fù)載全部吸收而無(wú)反向。當(dāng)線路上任一點(diǎn)阻抗不等于Zc時(shí)，電波在該點(diǎn)將產(chǎn)生全反射或部分反射。反射的大小和極性可用反射系數(shù)P表示，其關(guān)系式如下：

    式中：Zc為傳輸線的特性阻抗
          Zo為傳輸線反射點(diǎn)的阻抗
（1）當(dāng)線路無(wú)故障時(shí)，Zo＝Zc，P＝0，無(wú)反射。
（2）當(dāng)線路發(fā)生斷線故障時(shí)，Zo＝∞，P＝1，線路發(fā)生全反射，且反射波與入射波極性相同。
（3）當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，Zo＝1，P＝－1，線路發(fā)生負(fù)的全反射，反射波與入射波相性相反。
    當(dāng)線路輸入一個(gè)脈沖電波時(shí)，該脈沖便以速度V沿線路傳輸，當(dāng)行Lx距離遇到故障點(diǎn)后被反射折回輸入端，其往返時(shí)間為T(mén)，則可表示為：

    V為電波在線路中的傳播速度，與線路一次參數(shù)有關(guān)，對(duì)每種線路它是一個(gè)固定值，可通過(guò)計(jì)算和儀器實(shí)測(cè)得到。將脈沖源的發(fā)射脈沖和線路故障點(diǎn)的反射波以一顯示器實(shí)時(shí)顯示，并由儀器提供的時(shí)鐘信號(hào)可測(cè)得時(shí)間T。因此線路故障點(diǎn)的距離Lx便可由（2）式求得。不同故障時(shí)的波形圖如圖1所示。
    對(duì)電纜的低阻性接地和短路故障及斷線故障，及沖法可很方便地測(cè)出故障距離。但對(duì)高阻性故障，因在低電壓的脈沖作用下仍呈現(xiàn)很高的阻抗，使反射波不明顯甚至無(wú)反射。此種情況下需加一定的直流高壓或沖擊高壓使其放電，利用閃絡(luò)電弧形成瞬間短路產(chǎn)生電波反射。

    當(dāng)故障電阻極高，尚未形成穩(wěn)定電阻通道之前，可利用逐步升高的直流電壓施于被測(cè)電纜。至一定電壓值后故障點(diǎn)被擊穿，形成閃絡(luò)，利用閃絡(luò)電弧對(duì)所加入電壓形成短路反射，反射回波在輸入端被高阻源形成開(kāi)路反射。這樣電壓在輸入端和故障點(diǎn)之間將多次反射，直至能量消耗殆盡為止。測(cè)試原理線路圖如圖2所示，線路的反射波形如圖3所示。

    
    其中：T＝t2－t1＝t2－t1＝t2－t1＝……
    理論波形為徒峻的矩形波，因反射的不完全和線路損耗使實(shí)際波形幅度減小和前后變圓滑。

    當(dāng)故障電阻降低，形成穩(wěn)定電阻通道后，因設(shè)備容量所限，直流高壓加不上去，此時(shí)需改用沖擊電壓測(cè)試。直流高壓經(jīng)球間隙對(duì)電纜充電直至擊穿，仍用其形成的閃絡(luò)電弧產(chǎn)生短路反射。在電纜輸入端需加測(cè)量電感L以讀取回波。其原理線路見(jiàn)圖4所示，電波在故障點(diǎn)被短路反射，在輸入端被L反射，在其間將形成多次反射。因電感L的自感現(xiàn)象，開(kāi)始由于L的阻流作用呈現(xiàn)開(kāi)路反射，隨著電流的增加經(jīng)一定時(shí)間后呈現(xiàn)短路反射。而整個(gè)線路又由電容C和電感L又組成一個(gè)L—C放電的大過(guò)程。因此，在線路輸入端所呈現(xiàn)的波過(guò)程是一個(gè)近于衰減的余弦曲線上迭加著快速的脈沖多次反射波，如圖5所示。從反射波的間隔可求出故障的距離。

    T+ΔT≥T　　其中ΔT為放電延遲時(shí)間。

五、儀器的基本工作原理與組成

1、儀器的基本原理
    根據(jù)故障的探測(cè)原理，當(dāng)儀器處于閃絡(luò)觸發(fā)方式時(shí)，故障點(diǎn)瞬時(shí)擊穿放電所形成的閃絡(luò)回波是隨機(jī)的單次瞬態(tài)波形，因此測(cè)試儀器應(yīng)具備存儲(chǔ)示波器的功能，可捕獲和顯示單次瞬態(tài)波形。本儀器采用數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，利用高速A/D轉(zhuǎn)換器采樣，將輸入的瞬態(tài)模擬信號(hào)實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)在高速存儲(chǔ)器中，經(jīng)CPU微處理器處理后，送至LCD顯示控制電路，變?yōu)闀r(shí)序點(diǎn)陣信息，于是在LCD屏幕上顯示當(dāng)前采樣的波形參數(shù)。
    當(dāng)儀器處于脈沖觸發(fā)方式時(shí)，儀器按一定周期發(fā)出探測(cè)脈沖加入被測(cè)電纜和輸入電路，即時(shí)啟動(dòng)A/D工作，其采樣、存儲(chǔ)、處理和顯示與前述過(guò)程相同。LCD顯示屏上應(yīng)有反射回波。
2、儀器的組成
    電纜故障測(cè)試儀是以微處理器為核心，控制信號(hào)的發(fā)射、接收及數(shù)字化處理過(guò)程。儀器的工作原理方框圖如圖6所示。

    微處理器完成的數(shù)字處理任務(wù)包括：數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、數(shù)字濾波、光標(biāo)移動(dòng)、距離計(jì)算、圖形比較、圖像的比例擴(kuò)展，直到送LCD顯示。也可根據(jù)需要由通訊口與PC機(jī)通訊。
    脈沖發(fā)生器是根據(jù)微處理器送來(lái)的編碼信號(hào)，自動(dòng)形成一定寬度的邏輯脈沖。此脈沖經(jīng)發(fā)射電路轉(zhuǎn)換成高幅值的發(fā)射沖，送至被測(cè)電纜上。
    高速A/D發(fā)生器是將被測(cè)電纜上返回的信號(hào)經(jīng)輸入電路送高速A/D采樣電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送微處理器進(jìn)行處理。
    鍵盤(pán)是人機(jī)對(duì)話(huà)的窗口，操作人員可根據(jù)測(cè)試需要通過(guò)鍵盤(pán)將命令輸入給計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)控制儀器完成某一測(cè)試功能。

六、面板控制機(jī)構(gòu)和按鍵菜單的作用

1、控制機(jī)構(gòu)
    1）觸發(fā)：供選擇觸發(fā)工作方式用。按下開(kāi)關(guān)（位置）為閃絡(luò)法工作方式。在使用脈沖法測(cè)試時(shí)，開(kāi)關(guān)置于位置。
    2）輸出：儀器輸出線連接被測(cè)電纜的測(cè)試端。
    3）充電：儀器使用直流蓄電池組，若儀器顯示電量不足，插入電源充電指示燈亮即可。
2、按鍵作用說(shuō)明
    1）“開(kāi)、關(guān)”鍵：控制儀器電源開(kāi)啟/關(guān)斷。按下此鍵，儀器電源接通，顯示屏將顯示工作視窗。
    2）“采樣”鍵：按鍵向被測(cè)線路上發(fā)射脈沖，每按一次，儀器就發(fā)射一次脈沖并進(jìn)行采樣，若連接按下三秒鐘，儀器則連續(xù)發(fā)射脈沖，只有當(dāng)其它鍵按下時(shí)才停止。
    3）“”鍵：具有兩種作用：
    儀器測(cè)試功能時(shí)，為活動(dòng)光標(biāo)左右移動(dòng)操作。
    儀器菜單功能時(shí)，為左、右移動(dòng)選擇菜單項(xiàng)操作。
    4）“+○—”鍵：LCD液晶顯示屏對(duì)比度調(diào)節(jié)。
3、菜單功能的作用及操作
    1）范圍：用于故障檢查，因?yàn)樵诠收喜檎視r(shí)，一般都是從近距離開(kāi)始逐步向遠(yuǎn)距離檢查的。
    開(kāi)機(jī)時(shí)，儀器的測(cè)量范圍為198m，也就是說(shuō)你所查找的故障范圍是否在0～198m之間，如果沒(méi)有出現(xiàn)故障波則必須改變測(cè)量范圍值，測(cè)量范圍從198m開(kāi)始，每增加一次，范圍增大一倍，范圍值為32680m。為了不同長(zhǎng)度電纜的測(cè)試，當(dāng)改變測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)射脈沖的寬度隨著范圍的增大而加寬。
    操作步驟如下：
    按下測(cè)量范圍鍵，每按一次 ，范圍增大一倍。
    2）起點(diǎn)：用以高速光標(biāo)計(jì)數(shù)的起點(diǎn)位置。開(kāi)機(jī)時(shí)屏幕上有兩光標(biāo)分別在屏上最右端（起點(diǎn)）和中間位置。若需要改變光標(biāo)起點(diǎn)位置，則可調(diào)節(jié)“”鍵將中間活動(dòng)光標(biāo)調(diào)到所需起點(diǎn)位置，然后按“零點(diǎn)”菜單選擇接受，此時(shí)原起點(diǎn)光標(biāo)與活動(dòng)光標(biāo)重合變?yōu)樾缕瘘c(diǎn)光標(biāo)，數(shù)據(jù)顯示為0m。操作步驟如下：
    按下比例鍵，當(dāng)儀器下方菜單中出現(xiàn)零點(diǎn)菜單時(shí)，則可調(diào)節(jié)“”鍵使之高亮，然后按下比例鍵。
    3) 比例：用以在檢查到故障位置后為了精確定位而將波形進(jìn)行擴(kuò)展。操作步驟如下：
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