电缆故障测试仪说明指导书.doc

电缆故障测试仪阐明书

第一节　概　述
有线通信畅通和电力输送有赖于电缆线路正常运营。一旦线路发生障碍，就会导致通信及时查出故障并迅速予以排除，就会导致很大经济损失和不良社会影响。因而，电缆故障测试仪是维护各种电缆重要工具。电缆故障智能测试仪采用了各种故障探测方式，应用当代最先进电子技术成果和器件，采用计算机技术及特殊性电子技术，结合我司长期研制电缆测试仪成功经验而推出高科技，智能化，功能全全新产品。
电缆故障智能测试仪是一套综合性电缆故障探测仪器。能对电缆高阻闪络故障，高低阻性接地，短路和电缆断线，接触不良等故障进行测试，若配备声测法定点仪，可精确测定故障点精准位置。特别合用于测试各种型号、不同级别电压电力电缆及通信电缆。

第二节　功能简介及技术指标
一、功能简介
1．功能齐全
测试故障安全、迅速、精确。仪器采用低压脉冲法和高压闪络法探测，可测试电缆各种故障，特别对电缆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，可精确测定故障精准位置。
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，使仪器读取辨别率为1m，探测盲区为1m。
3．智能化限度高
测试成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训练。
4．具备波形及参数存储，调出功能
采用非易失性器件，关机后波形、数据不易失。
5．具备双踪显示功能。
可将故障电缆测试波形与正常波形进行对比，有助于对故障进一步判断。
6．具备波形扩展比例功能。
变化波形比例，可扩展波形进行精准测试。
7．可任意变化双光标位置，直接显示故障点与测试点直接距离或相对距离。
8．具备依照不同被测电缆随时修改传播速度功能。
9．小体积便携式外形，内装可充电电池供电，以便携带和使用。
二、重要技术指标
1．应用范畴及用途
仪器可测试各种型号电力电缆（电压级别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短路、接地、高阻泄漏，高阻闪络性故障和电缆断线、接触不良等故障。并可测试电缆长度和电波在电缆上传播速度。
2．最远测试距离：32km (明线可达100千米)
3．探测盲区：　　1m
4．读数辨别率：　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　　　40℃（20～90）%RH
大气压强　　（86～106）Kpa
7．体积：225×165×125mm3
8．重量：2kg

第三节　　低压脉冲测试法
一、测试原理
电缆故障测试是基于电波在传播线中传播时遇到线路阻抗不均匀而产生反向原理。
依照传播线理论，每条线路均有其一定特性阻抗Zc，它由线路构造决定，而与线路长度无关。在均匀传播线路上，任一点输入阻抗等于特性阻抗，若终端所接负载等于特性阻抗，线路发送电流波或电压波沿线传送，到达终端被负载所有吸取而无反向。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某些反射。反射大小和极性可用反射系数P表达，其关系式如下：
P＝
U反（反射波幅度）
U入（入射波幅度）
＝
Zo－Zc
Zo＋Zc
（1）

式中：Zc为传播线特性阻抗
　　　Zo为传播线反射点阻抗
（1）当线路无端障时，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似。
（3）当线路发生短路时，Zo＝1，P＝－1，线路发生负全反射，反射波与入射波相性相反。
当线路输入一种脉冲电波时，该脉冲便以速度V沿线路传播，当行Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其来回时间为T，则可表达为：
2Lx
＝
VT
（2）
∴ Lx
＝
1
2
VT

V为电波在线路中传播速度，与线路一次参数关于，对每种线路它是一种固定值，可通过计算和仪器实测得到。将脉冲源发射脉冲和线路故障点反射波以一显示屏实时显示，并由仪器提供时钟信号可测得时间T。因而线路故障点距离Lx便可由（2）式求得。不同故障时波形图如图1所示。
对电缆低阻性接地和短路故障及断线故障，及冲法可很以便地测出故障距离。但对高阻性故障，因在低电压脉冲作用下仍呈现很高阻抗，使反射波不明显甚至无反射。此种状况下需加一定直流高压或冲击高压使其放电，运用闪络电弧形成瞬间短路产生电波反射。
T
P=1断线故障
P=-1短线故障
P=0线路匹配无端障
图1　不同故障反射波形

第四节　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，可运用逐渐升高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，运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，线路反射波形如图3所示。
Lx
＝
1
2
V·T
故障点距离：
其中：T＝t2－t1＝t2－t1＝t2－t1＝……
理论波形为徒峻矩形波，因反射不完全和线路损耗使实际波形幅度减小和先后变圆滑。

V
A
R3
R2
R1
D
本仪器
根测电缆
图2　直流高压法测试原理图

抱负波形
实际波形
图3　直流高压法波形图

第五节　冲击高压闪络法
当故障电阻减少，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自感现象，开始由于L阻流作用呈现开路反射，随着电流增长经一定期间后呈现短路反射。而整个线路又由电容C和电感L又构成一种L—C放电大过程。因而，在线路输入端所呈现波过程是一种近于衰减余弦曲线上迭加着迅速脉冲多次反射波，如图5所示。从反射波间隔可求出故障距离。
Lx
＝
1
2
V·T
故障距离　　　　
T+ΔT≥T　　其中ΔT为放电延迟时间。
V
A
R3
R2
R1
D
本仪器
被测电缆
图4　冲击高压法测试原理图
C
L

T+ΔT
T
（a）波形全过程
（b）扩展后波形
图5　冲击高压法波形图

第六节　仪器基本工作原理与构成
一、仪器基本原理
依照故障探测原理，当仪器处在闪络触发方式时，故障点瞬时击穿放电所形成闪络回波是随机单次瞬态波形，因而测试仪器应具备存储示波器功能，可捕获和显示单次瞬态波形。本仪器采用数字存储技术，运用高速A/D转换器采样，将输入瞬态模仿信号实时地转换成数字信号，存储在高速存储器中，经CPU微解决器解决后，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波形参数。
当仪器处在脉冲触发方式时，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、解决和显示与前述过程相似。LCD显示屏上应有反射回波。
二、仪器构成
仪器是以微解决器为核心，控制信号发射、接受及数字化解决过程。仪器工作原理方框图如图6所示。

微解决器
脉冲发生器
高速A/D
存储器
电　　源
输入电路
键盘
被测电缆
LCD
液晶显示屏
图6　工作原理方框图

微解决器完毕数字解决任务涉及：数据采集、储存、数字滤波、光标移动、距离计算、图形比较、图像比例扩展，直到送LCD显示。也可依照需要由通讯口与PC机通讯。
脉冲发生器是依照微解决器送来编码信号，自动形成一定宽度逻辑脉冲。此脉冲经发射电路转换成高幅值发射冲，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，最后送微解决器进行解决。
键盘是人机对话窗口，操作人员可依照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毕某一测试功能。
第七节　面板控制机构和按键菜单作用
一、控制机构
1．触发：供选取触发工作方式用。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测试端。
3．充电：仪器使用直流蓄电池组，若仪器显示电量局限性，插入电源充电批示灯亮即可。
二、按键作用阐明
1．“开、关”键：控制仪器电源启动/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，若边疆按下三秒钟，仪器则持续发射脉冲，只有当其他键按下时才停止。
3．“功能”键：打开菜单，或接受某菜单选项操作键。
4．“◄►”键：具备两种作用：
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、右移动选取菜单项操作。
5．“+○—”键：LCD液晶显示屏对比度调节。
三、菜单功能作用及操作
1． 范畴：用于故障检查，由于在故障查找时，普通都是从近距离开始逐渐向远距离检查。
开机时，仪器测量范畴为159m，也就是说你所查找故障范畴与否在0～159m之间，如果没有浮现故障波则必要变化测量范畴值，测量范畴从159m开始，每增长一次，范畴增大一倍，范畴最大值为32680m。为了不同长度电缆测试，当变化测量范畴时，发射脉冲宽度随着范畴增大而加宽。
操作环节如下：
按下测量范畴键，每按一次 ，范畴增大一倍。
2．起点：用以高速光标计数起点位置。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。若需要变化光标起点位置，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”菜单选取接受，此时原起点光标与活动光标重叠变为新起点光标，数据显示为0m。操作环节如下：
按下比例键，当仪器下方菜单中浮现零点菜单时，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准定位而将波形进行扩展。操作环节如下：
按下比例键，当仪器下方菜单中浮现比例菜单时，则可调节“◄►”键使之高亮，然后按下比例键。
4．波速：由于电波在不同构造电缆上传播速度是不同，因而，在测试各种不同型号电缆时，必要高速适应当电缆传播波速值。开机时，仪器传播速度自动置动200m/ns，测试中应依照电缆而修改。操作环节如下：
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：仪器具备波形及参数存储功能，用此功能可将仪器测试波形及参数分别存入仪器中提供非易失性存储器单元中，以备将来调出比较。操作环节如下：
按下比例键，当仪器下方菜单中浮现存储菜单时，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，所存储波形关机后都不会易失。因而，仪器可以在任何时候将存储波形及参数调出来分析，也可以将存储波形调出来与当前测试波形进行比较，可进一步精准判断故障点。操作环节如下：
按下比例键，当仪器下方菜单中浮现调出菜单时，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“◄►”键变化数值，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，自动完毕打印。
上述菜单操作过程中，屏幕下方会有操作对话提示浮现。
第八节　测试前准备工作
一、仪器正常状态检查
使用仪器前，可按如下环节，检查仪器与否正常工作。
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、测量范畴，比例等字样及数据。
2．按面板“◄或►”键，仪器中间位置活动光标将会移动，此时，故障距离数据相应变动。
3．调节增益电位器，仪器屏上显示波形幅度将会增大或减小。
按照前述范畴菜单操作环节，变化测量范畴，仪器显示屏上测量范畴和发射脉冲宽度将发生相应变化，至此，表白仪器工作正常。
二、故障种类初步判断
测试前对故障因素和种类分析是很必要。可选用通用仪表如欧姆表、兆欧表等结合现场状况和实际经验作初步分析判断。
三、选取触发工作方式
如果是断线、接触不良、低阻接地与短路故障，应采用脉冲法。若为电力电缆高阻闪络故障则应采用闪络法。并将触发工作方式选取开关置于相应位置。
第九节　仪器使用和故障测试办法
一、低压脉冲法
低压脉冲法合用范畴是通信和电力电缆断线，接触不良，低阻性接地和短路故障以及电缆全长和波速测量。
普通环节如下：
a．将面板上触发工作方式开关置于“脉冲”（　　　）位置。
b．将测试线插入仪器面板上输入插座内，再将测试线接线夹与被测电缆相连。若为接地故障应将黑色夹子与被测电缆地线相连。
c．断开被测电缆线对局内设备。
d．搜索故障回波及判断故障性质
　使仪器增益最大，观测屏幕上有无反射脉冲，若没有，则按照6.3.1办法变化测量范畴，每变化一档范畴并观测有无反射脉冲，一档一档地搜索并仔细观测，至搜索到反射脉冲时为止。故障性质由反射回波极性判断。若反射脉冲为正脉冲，则为开路断线故障，若反射脉冲为负脉冲，则为短路或接地故障。
e．距离测试，按增益控制键“▲或▼”使反射脉冲前沿最徒。然后按光标移动键“◄或►”三秒左右迅速移动，光标自动移至故障回波前沿拐点处自动停下，此时屏幕上方显示距离即为故障点到测试端距离。为了提高精度，按6.3.4条办法变化波形比例，将波形扩展后，按上述办法进行精准定位。
二、直流高压闪络法
1．一方面检查触发工作方式选取开关位置于闪络（　　）位置，传播速度应为被测电缆波速值。
2．合用范畴：故障点阻很高，尚未形成稳定通道，在一定直流高压作用下，可产生闪络放电故障电力电缆（即高阻闪络性故障）。防止性进穿电压实验普通采用此法测试。
3．直流高压闪络故障持续时间有长有短，短仅闪络几次即消失。直闪法波形简朴，容易判断，故障测量精确度较高，因而应爱惜该过程测试。
4．直闪法测试原理图如图2。在实际测试时运用高压设备和我司高压测试装置，按图8所示线路连接。

V
A
R3
R2
R1
D
本仪器
被测电缆
图8　冲击高压法测试原理图
C
L

T1　调压器　　　　　　　　　2KVA
T2　高压变压器　　　　　　　0～50KV，2KVA
D　 高压砖硅堆　　　　　　　反向电压100KV，正向电流100mA
C 高压电容器　　　　　　　8μF，15KV
交直流电压表0～300V，直流电流表100mA
高压测试装置内，电阻阻值：30±20/5kΩ
输出电阻：500Ω±10%
5．接通仪器电源，屏幕浮现视窗。然后逐渐调节调压器升高测试电压，当故障点产生闪络现象时，毫安表中电流突然增大，电压表指针抖动。显示屏上应浮现图3所示波形。由图3可知，t1～t2间为故障距离。
6．高压直闪法实验电压高几千伏至几十千伏，应遵守高压操作规程。应将高压实验设备接地端，高压测试装置地线端和仪器地线直接接至电缆铅包，铅包要可靠地接大地。或按9.3条规定接好地线。使用前应检查高压测试装置内水阻及分压电阻与否对的。
三、冲击高压闪络法
1．冲闪法合用范畴：故障电阻虽高但已形成稳定通道电力电缆，高压设备受容量限制，直流电压加不上云，应改用冲闪法。其办法是通过放电球间隙向电压加冲击高压，使故障点击穿产生闪络。凡直闪法和脉冲法无法测出故障原则上均可用此法测试，适应范畴较大。
2．同样须先检查工作方式开关与否置于闪络位置，高压测试装置中水阴及分压电阻与否对的。
3．按图9所示线路连接设备。地线按8.2.6条，9.3条规定接好。其中储能电容C规定不不大于1μF，耐压应能满足实验规定。其他设备规定与直闪法相似。电感普通取高压测试装置中2或3，也可视被测电缆段长度或依照反射波形恰当增大或减小。
V
A
R3
R2
R1
D
本仪器
被测电缆
图9　冲击高压法测试原理图
C
L

4．测试办法：调节调压器升高实验电压至故障能被击穿为止。高压测试装置放电调节器球间隙距离应视故障电阻和实验电压能正常放电决定。冲击闪络故障点放电正常与否可由放电全过程波形判断。
5．亦可由球间隙放电响声及电表批示判断与否浮现故障点击穿闪络现象。若放电不好可恰当提高实验电压，加大球间隙距离或加大储能电容器容量。
6．故障距离测试与前述办法相似。
第十节　注意事项
一、脉冲法测试时，注意要甩掉局内所有设备，在最外线上进行测量。
二、使用闪络法测试时，必要将触发工作方式开关置于“闪络”位置。
三、在使用直闪法或冲闪法测试时，要注意人身安全及设备安全。必要接好地线。地线连接按图10对的连接好。
四、在闪络法测试结束后，切断电源，拆除本仪器与高压测试装置连接线，再对高压电容器和电缆所贮电荷进行放电。放电时，应先加限流电阻R限制放电电流以使电流缓慢放电，待电容器上电压减少后，再直接对地放电电路中电阻为零，瞬间放电电流可高达几百安培，将发生严重设备或人身事故。
V
A
R3
R2
R1
D
本仪器
被测电缆
图10　冲击高压法测试原理图
C
L

五、在直闪法测试过程中，必要承受时注意监视故障泄漏电流若电流突然增大，故障闪络现象未曾浮现，应及时减少实验电压，改用冲闪法测试。
第十一节　测试中几种技术问题
一、波速测量按如下环节进行
1．将已知长度被测电缆（假设为500m）接在仪器输出端口触发工作方式置于“脉冲”法。变化测量范畴到636m档，当此屏幕上应有被测电缆回波脉冲。
2．按动“►”键，使活动光标到回波波谷起点停下。
3．按6.3.5方变化波速，使故障距离显示为500m，这时所显示波速即为被测电缆波速。测试电缆时就可预置此传播速度。
二、波形比较法
波形比较法是脉冲法一种特殊办法。其操作环节是在障碍电缆中，找出一对良好线对，先按脉冲法测试其波形后，按照存储操作环节将此波形存储。然后再把障碍线对接在仪器测试端口上，测得障碍波形。按照调出操作环节将良好线对波形调出。显示屏则同屏显示出障碍线波形和良好线波形，比较两者差别，即可拟定故障。如图11所示。
（a）良好线对波形
（b）故障线对波形
断线故障回波
终端回波
接头回波
发射脉冲
图11　比较法波形

三、充　电
1）为了随时掌握仪器电池可维持工作时间，以便携带外出使用，仪器屏幕上方有电池无电。
2）仪器配有专用内部恒流充电器，充电时接入220V电源，恒流充电保持8小时。