电缆故障测试仪的探测原理

　电缆故障测试仪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：

　　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*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。

　　1、低压脉冲法(简称脉冲法)

　　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：

　　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同一显示器实时显示，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，脉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

　　2、直流高压闪络法(简称直闪法)

　　当故障电阻*，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优选被击穿，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。

　　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*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

　　3、冲击高压闪络法(简称冲闪法)

　　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。

　　故障距离

　　T+ΔT≥T　　其中ΔT为放电延迟时间。

图4　冲击高压法测试原理图

图5　冲击高压法波形图