电缆故障测试技术原理-电缆短路检测_武汉凯迪正大电气有限公司

电缆故障测试技术原理-电缆短路检测

发布日期：2016-05-11 00:00 点击：

动力电缆在高频电波传输过程中，其幅度相位和速度等参数将有规律的发生变化，我们将利用电波在电缆中传播的微观变化规律，利用雷达测距原理来确定电缆故障点的距离。因此我们首先了解起长线理论、阻抗概念、反射系数的概念。

1、长线概念：长线是指导线的几何长度比其所传输的电磁波的波长还长或者与之相近似的传输线。一般认为线长 L>λ/10 既可认为是长线。

例如：对于1000米电缆而言，交流市电的频率为50Hz，其波长为6000公里，1000米电缆可视为短线。而对于5MHz信号，其波长为60米，1000米电缆可视为长线。电波在长线上传播时，长线上沿线各点的电流、电压在一般情况下是不相同的，而在短线中沿线各点的电流、电压是相同的。

2、阻抗概念：特性阻抗Z0：电缆的特性阻抗与电缆的截面积、尺寸及周围的介质有关。同轴电缆的特性阻抗一般为40—100欧姆，电力电缆一般为10—50欧姆负载阻抗ZL ：

3、反射系数概念：反射系数 K2：反射系数与负载阻抗有着密切的联系，根据分析可知终端反射系数K2为K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）；由上述反射系数公式我们可以得出以下结论：当故障点短路时，故障点阻抗ZL=0；K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）=-1 出现负反射，幅度等于入射幅度。当故障点开路时，故障点阻抗为无穷大 ZL=∝；K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）=1 出现正反射，幅度等于入射幅度。

当故障点的阻抗等于或接近于电缆的特性阻抗时 ZL=Z0；K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）=0 无反射。

而故障点阻抗介于0-Z0 之间时K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）=-1~0 出现负反射，幅度小于入射幅度。而故障点阻抗介于Z0~∝ 之间时K2=（ZL-Z0）/（ZL+Z0）=0~1 出现正反射，幅度大于入射幅度。

湖北大学校园电缆故障检测.png

我们正是利用这种物理特性进行电力电缆故障测试的。故障的性质可由反射波形的方向来决定。当我们在电缆的始端加正极性信号时，如果电缆的反射波形为同方向的正极性波形，则该电缆故障为高阻故障反之为低阻故障或电缆短路。如果电缆的反射波形为反方向的负极性波形，则该电缆故障为开路故障。如果故障点的负载阻抗ZL大于电缆的特性阻抗Z0 ，电缆将会出现0~1之间的正反射。如果故障点的负载阻抗ZL小于电缆的特性阻抗Z0 ，电缆将会出现0~1之间的负反射。故障距离由测量脉冲反射波之间的时间差计算出来，这就涉及到电波在电缆中传播的速度问题，高频电波在短线传输时是以一定的速度进行传播的，高频脉冲在T时间段内，由电缆端头以VP的速度向故障点传播，到达故障点后经过反射，又以VP的速度返回，共行进路程为2倍的始端到故障点的距离，由物理学距离计算公式 S=V×T 可知，实际端头到故障点的距离为 S=V×T / 2, 该距离可通过电缆故障测试仪的波形进行分析得出。