Виды повреждений кабельных линий, краткая характеристика методов их обнаружения (стр. 3 из 7)
Рис 2.10 Зондирование коротким видео импульсом
Короткий зондирующий импульс обеспечивает высокую разрешающую способность, которая определяется его длительностью.
Разрешающая способность – это минимальное расстояние между двумя неоднородностями волнового сопротивления при котором отраженные от них сигналы еще наблюдаются как отдельные сигналы.
Рис 2.11 разрешающая способность импульса
На рисунке отраженные от двух неоднородностей импульсы еще наблюдаются раздельно.
Длительность зондирующего видеоимпульса влияет на разрешающую способность рефлектометра – чем она меньше, тем выше разрешающая способность рефлектометра.
В тоже время, при уменьшении длительности зондирующих сигналов возрастает их затухание.
Следует иметь в виду, что для линий с одинаковой длиной более высокая разрешающая способность может быть получена на более высокочастотной линии.
2.1.2.2. Перепад напряжения
Перепад напряжения – это зондирующий импульс такой длительности, которая больше чем время распространения импульса по линии.
При зондировании линии таким широким импульсом («перепадом») наблюдается профиль изменения волнового сопротивления вдоль линии. Поэтому такое зондирование может использоваться не только для измерения расстояния и величины неоднородности, но и при наличии в линии следующих друг за другом нескольких протяженных неоднородностей волнового сопротивления или его плавного изменения вдоль линии.
При прочих равных условиях, в частности при одинаковых длительностях фронтов зондирующих импульсов, разрешающая способность при измерении перепадом напряжения вдвое лучше, чем при измерении видеоимпульсом. Эта разрешающая способность определяется длительностью фронта «перепада».
Пример рефлектограммы линии с утечкой при зондировании «перепадам» напряжения показан на рисунке.
Рис 3.2.12 зондирующий импульс – перепад напряжения
2.1.3 Коэффициент укорочения электромагнитных волн
Зондирующие импульсы распространяются в кабельных линиях по определенным волновым каналам, определяемым режимом включения «жила – жила», «жила – оболочка» и другие варианты.
Импульсный сигнал распространяется в линии с определенной скоростью, которая зависит от типа диэлектрика и определяется выражением:
(2.8)где с – скорость света,
γ – коэффициент укорочения электромагнитной волны в линии,
ε – диэлектрическая проницаемость материала изоляции кабеля.
Коэффициент укорочения показывает во сколько раз скорость распространения импульса в линии меньше скорости распространения в воздухе.
В любом рефлектометре перед измерением расстояния нужно установить коэффициент укорочения. Точность измерения расстояния до места повреждения зависит от правильной установки коэффициента укорочения.
Величина γ является справочной только для радиочастотных кабелей, для других типов кабелей не нормируется. Коэффициент укорочения можно определить импульсным рефлектометром по кабелю известной длины.
Для многожильных и многопарных кабелей коэффициент укорочения, волновое сопротивление и затухание различны для каждого варианта включения, поэтому рекомендуются включения рефлектометра независимо от типа повреждения по схеме «жила – жила». При повреждении одной из жил можно использовать схему включения «поврежденная жила – неповрежденная жила».
Включение рефлектометра по схеме «жила – оболочка» позволяет выявить поврежденную жилу методом сравнения.
2.1.4 Помехи импульсной рефлектометрии и борьба с ними
По соотношению величин отражения от повреждения и напряжения помех все отражения можно разделить на простые и сложные.
Простое повреждение – это такое повреждение кабельной линии, при котором амплитуда отражения от места повреждения больше амплитуды помех.
Сложное повреждение – это такое повреждение, для которого амплитуда отражения от места повреждения меньше или равна амплитуде помех.
По источникам возникновения помехи бывают асинхронные (аддитивные) и синхронные.
Асинхронные помехи не связаны с зондирующим сигналом и неоднородностями кабельной линии и вызваны наводками от соседних кабельных линий, от оборудования, транспорта и различной аппаратуры.
Рис 2.13 Пример рефлектограммы кабельной линии с асинхронными помехами
На рефлектограмме асинхронные помехи полностью закрывают отражение от повреждения. Это отражение невозможно рассмотреть на фоне помех.
Эффективными методами отстройки от асинхронных помех являются аналоговая фильтрация и цифровое накопление сигнала.
Аналоговая фильтрация применялась в основном в аналоговых рефлектометрах, таких как Р5–10 и Р5–13.
Сущность цифрового накопления заключается в том, что одну и туже рефлектограмму считывают несколько раз и вычисляют среднее значение. В связи с тем, что асинхронные помехи носят случайный характер, после цифрового накопления их уровень значительно снижается.
Рис 2.14 Пример предыдущей рефлектограммы линии, «очищенной» в результате цифрового накопления рефлектометром
В этой рефлектограмме можно легко выделить сигнал, отраженный от места утечки.
Синхронные помехи связаны с зондирующим сигналом и являются отражениями зондирующего сигнала от неоднородностей волнового сопротивления линии (отражения от кабельных муфт, ответвлений, кабельных вставок, неоднородностей кабельных линий технологического характера и др.).
Основная масса кабельных линий (кроме кабелей связи) не предназначены для передачи коротких импульсных сигналов, используемых при методе импульсной рефлектометрии. Поэтому этим кабельным линиям присуще большое количество синхронных помех.
Рис 2.15 Пример рефлектограммы кабельной линии с синхронными помехами
Синхронные помехи можно существенно уменьшить посредством сравнения или дифференциального анализа.
При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий (неповрежденной и поврежденной), проложенных по одной трассе.
Рис 2.16 При сравнении накладывают рефлектограммы двух линий
Наложение двух рефлектограмм позволяет быстро обнаружить начальную точку их различия, по которой и определяют расстояние L до повреждения.
При дифференциальном анализе рефлектограммы поврежденной и неповрежденной линий вычитают, как показано на рисунке ниже.
Рис 2.17 При дифференциальном анализе рефлектограммы поврежденной и неповрежденной линий
Из рисунка видно, что при вычитании все синхронные помехи компенсируются. По разностной рефлектограмме легко обнаружить отражение от места повреждения и определить расстояние L до него.
Наилучшие результатов от сравнения и вычитания удается получить при использовании в качестве исправной линии жилы или кабельной пары того же кабеля.
При измерении кабельной линии методом импульсной рефлектометрии асинхронные и синхронные помехи присутствуют на рефлектограмме одновременно.
Асинхронные помехи (кроме помех импульсного характера), как правило, имеют одинаковые величины, независимо от того, с какого конца кабельной линии ведется измерение рефлектометром.
Синхронные помехи при измерении с разных концов кабеля имеют различную величину, в зависимости от многих факторов: длины кабельной линии, затухания импульсных сигналов, удаленности места повреждения и мест неоднородностей волнового сопротивления кабельной линии, точности согласования выходного сопротивления импульсного рефлектометра с волновым сопротивлением линии и других факторов. Поэтому отраженный сигнал от одной и той же неоднородности может иметь различные величины при измерении с разных концов линии.
Если хотя бы предположительно известно, к какому концу кабельной линии ближе может быть расположено место повреждения, то для измерений нужно выбирать именно этот конец кабельной линии. В других случаях желательно проводить измерения последовательно с двух концов кабельной линии.
Следует учитывать, что даже такие повреждения как «короткое замыкание» и «обрыв», дающие максимальные отражения зондирующего сигнала, не всегда можно легко обнаружить на фоне помех. Например при большом затухании и больших неоднородностях волнового сопротивления линии амплитуда отражения от удаленного повреждений типа «короткое замыкание» или «обрыв» зачастую бывает меньше, чем отражения от близко расположенных неоднородностей волнового сопротивления. Поэтому такие повреждения являются сложным для обнаружения.
Рис 2.18 Рефлектограмма кабельной линии со сложным повреждением
Как правило, сложные повреждения встречаются значительно чаще чем простые.
На практике метод импульсной рефлектометрии позволяет эффективно определить обрыв, короткое замыкание, низкоомное соединения жил или оболочки при сопротивлении утечки до 10 кОм, муфты, ответвления и т.д. При малых синхронных помехах возможно обнаружение повреждений и при более высоких значениях сопротивлений утечки.