電纜故障測試儀的探測原理

　電纜故障測試儀的測試是基于電波在傳輸線中的傳輸時遇到線路阻抗不均勻而產生反向的原理。

　　根據傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線路的結構決定，而與線路的長度無關。在均勻傳輸線路上，任一點的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負載等于特性阻抗，線路發送的電流波或電壓波沿線傳送，到達終端被負載全部吸收而無反向。當線路上任一點阻抗不等于Zc時，電波在該點將產生全反射或部分反射。反射的大小和極性可用反射系數P表示，其關系式如下：

　　式中：Zc為傳輸線的特性阻抗

　　Zo為傳輸線反射點的阻抗

　　(1)當線路*時，Zo=Zc，P=0，無反射。

　　(2)當線路發生斷線故障時，Zo=∞，P=1，線路發生全反射，且反射波與入射波極性相同。

　　(3)當線路發生短路時，Zo=1，P=-1，線路發生負的全反射，反射波與入射波相性相反。

　　1、低壓脈沖法(簡稱脈沖法)

　　當線路輸入一個脈沖電波時，該脈沖便以速度V沿線路傳輸，當行Lx距離遇到故障點后被反射折回輸入端，其往返時間為T，則可表示為：

　　V為電波在線路中的傳播速度，與線路一次參數有關，對每種線路它是一個固定值，可通過計算和儀器實測得到。將脈沖源的發射脈沖和線路故障點的反射波以同一顯示器實時顯示，并由儀器提供的時鐘信號可測得時間T。因此線路故障點的距離Lx便可由(2)式求得。不同故障時的波形圖如圖1所示。

　　對電纜的低阻性接地和短路故障及斷線故障，脈沖法可很方便地測出故障距離。但對高阻性故障，因在低電壓的脈沖作用下仍呈現很高的阻抗，使反射波不明顯甚至無反射。此種情況下需加一定的直流高壓或沖擊高壓使其放電，利用閃絡電弧形成瞬間短路產生電波反射。

圖1　不同故障的反射波形

　　2、直流高壓閃絡法(簡稱直閃法)

　　當故障電阻*，尚未形成穩定電阻通道之前，可利用逐步升高的直流電壓施于被測電纜。至一定電壓值后故障點優選被擊穿，形成閃絡，利用閃絡電弧對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路反射。這樣電壓在輸入端和故障點之間將多次反射，直至能量消耗殆盡為止。測試原理線路圖如圖2所示，線路的反射波形如圖3所示。

　　故障點距離：

　　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*和線路損耗使實際波形幅度減小和前后變圓滑。

圖2　直流高壓法測試原理圖

圖3　直流高壓法波形圖

　　3、沖擊高壓閃絡法(簡稱沖閃法)

　　當故障電阻降低，形成穩定電阻通道后，因設備容量所限，直流高壓加不上去，此時需改用沖擊電壓測試。直流高壓經球間隙對電纜充電直至擊穿，仍用其形成的閃絡電弧產生短路反射。在電纜輸入端需加測量電感L以讀取回波。其原理線路見圖4所示，電波在故障點被短路反射，在輸入端被L反射，在其間將形成多次反射。因電感L的自感現象，開始由于L的阻流作用呈現開路反射，隨著電流的增加經一定時間后呈現短路反射。而整個線路又由電容C和電感L又組成一個L—C放電的大過程。因此，在線路輸入端所呈現的波過程是一個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。

　　故障距離

　　T+ΔT≥T　　其中ΔT為放電延遲時間。

圖4　沖擊高壓法測試原理圖

圖5　沖擊高壓法波形圖