電纜故障查找技術(shù)原理

電纜故障測(cè)試儀是一種專門(mén)用于檢測(cè)、定位和診斷電力電纜中短路、斷路及高阻故障等問(wèn)題的精密儀器，它幫助維護(hù)人員迅速確定故障點(diǎn)，確保電纜線路的安全可靠運(yùn)行。

① 低壓脈沖反射法原理

低壓脈沖反射法是一種較為基礎(chǔ)且常用的電纜故障查找技術(shù)。其核心原理基于時(shí)域反射（TDR）技術(shù)，就像是往平靜的湖面扔一顆石子，觀察水波的反射情況來(lái)判斷湖面下的狀況一樣，不過(guò)這里是通過(guò)向電纜中注入低壓脈沖信號(hào)，然后根據(jù)反射回來(lái)的脈沖信號(hào)特征來(lái)分析故障情況。

具體而言，信號(hào)發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低壓脈沖，沿著電纜芯線向遠(yuǎn)處傳播。在電纜均勻、無(wú)故障的情況下，脈沖會(huì)沿著電纜一直傳輸，直到遇到電纜末端的終端電阻等匹配負(fù)載，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反射脈沖，反射脈沖會(huì)沿著原路返回至信號(hào)發(fā)射端被接收裝置接收。正常情況下，根據(jù)發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間間隔以及已知的脈沖在電纜中傳播速度，就可以計(jì)算出電纜的長(zhǎng)度。

然而，當(dāng)電纜存在故障時(shí)，比如出現(xiàn)短路、斷路或者局部的絕緣損壞等故障點(diǎn)，脈沖傳播到故障點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生反射，這是因?yàn)楣收宵c(diǎn)處的介質(zhì)特性、電阻等發(fā)生了改變，破壞了電纜原本均勻的傳輸環(huán)境。如果是短路故障點(diǎn)，脈沖會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)的反射；若是斷路故障點(diǎn)，則會(huì)產(chǎn)生同極性的反射。通過(guò)精確測(cè)量發(fā)射脈沖和反射脈沖之間的時(shí)間差，并結(jié)合脈沖在電纜中的傳播速度（這個(gè)速度與電纜的絕緣材質(zhì)等因素有關(guān)，通常是一個(gè)已知的固定值），運(yùn)用簡(jiǎn)單的距離計(jì)算公式（距離 = 傳播速度 × 時(shí)間差 ÷2，除以 2 是因?yàn)槊}沖往返的路程），就能確定故障點(diǎn)距離測(cè)試端的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的初步查找定位。

例如，在一個(gè)小區(qū)的電力電纜出現(xiàn)故障后，維修人員使用低壓脈沖反射法向電纜注入低壓脈沖，通過(guò)儀器接收到反射回來(lái)的脈沖信號(hào)，分析出時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算出故障點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)的距離，然后沿著電纜走向去相應(yīng)位置排查具體故障情況。

② 高壓閃絡(luò)法原理

高壓閃絡(luò)法主要用于處理高阻故障類型的電纜故障查找，高阻故障一般是指電纜故障點(diǎn)呈現(xiàn)出較高的電阻，像電纜受潮、絕緣老化產(chǎn)生的泄漏性高阻故障或者電纜受外力破壞造成的閃絡(luò)性高阻故障等情況，常規(guī)的低壓檢測(cè)方法很難有效檢測(cè)出這類故障。

高壓閃絡(luò)法的操作過(guò)程是先向電纜施加足夠高的直流電壓，對(duì)于閃絡(luò)性高阻故障，當(dāng)電壓升高到一定程度時(shí)，故障點(diǎn)處的絕緣會(huì)被瞬間擊穿，產(chǎn)生閃絡(luò)放電現(xiàn)象，此時(shí)故障點(diǎn)就相當(dāng)于在瞬間變成了低阻通路，這就如同在原本堵塞不通的道路上炸開(kāi)了一個(gè)缺口，使得電流能夠順利通過(guò)。與此同時(shí)，利用與電纜連接的脈沖反射檢測(cè)儀器，就可以捕捉到這個(gè)瞬間變化所產(chǎn)生的脈沖反射信號(hào)，根據(jù)這個(gè)反射信號(hào)以及相應(yīng)的時(shí)間差等參數(shù)，運(yùn)用類似低壓脈沖反射法的距離計(jì)算方式，計(jì)算出故障點(diǎn)距離測(cè)試端的大致位置。

而對(duì)于泄漏性高阻故障，則是通過(guò)持續(xù)施加高壓，利用高壓電橋等設(shè)備，通過(guò)調(diào)節(jié)電橋平衡，對(duì)比故障點(diǎn)電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻之間的關(guān)系，根據(jù)電橋平衡原理來(lái)推算出故障點(diǎn)的距離等相關(guān)信息。

在實(shí)際應(yīng)用中，比如在一條長(zhǎng)距離的高壓輸電電纜出現(xiàn)高阻故障時(shí)，維修人員采用高壓閃絡(luò)法，逐漸升高施加的直流電壓，直到故障點(diǎn)出現(xiàn)閃絡(luò)放電，借助儀器捕捉反射信號(hào)，精準(zhǔn)鎖定故障點(diǎn)所在的大致區(qū)間，再進(jìn)一步縮小排查范圍，確定具體故障位置。

③ 跨步電壓法原理

跨步電壓法主要適用于電纜外皮破損導(dǎo)致接地故障的情況，當(dāng)電纜外皮破損，芯線與大地之間形成導(dǎo)電通路后，電流就會(huì)從故障點(diǎn)流入大地，并在大地中以故障點(diǎn)為中心形成一定的電場(chǎng)分布。

根據(jù)電磁學(xué)原理，當(dāng)人在地面上跨越這個(gè)故障點(diǎn)附近區(qū)域時(shí)，兩腳之間會(huì)存在電位差，也就是跨步電壓?？绮诫妷悍ň褪抢脤ｉT(mén)的跨步電壓測(cè)試儀，將兩個(gè)電極插入地面，沿著電纜可能的走向進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)測(cè)量到跨步電壓出現(xiàn)明顯變化，比如出現(xiàn)電壓峰值等情況時(shí)，就意味著接近了故障點(diǎn)所在位置。

通常會(huì)從電纜一端開(kāi)始，沿著電纜路徑逐步移動(dòng)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量，不斷觀察跨步電壓的變化情況，當(dāng)電壓變化達(dá)到最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的位置基本就是電纜外皮破損接地的故障點(diǎn)位置。例如在城市道路地下電纜出現(xiàn)外皮破損接地故障時(shí)，工作人員使用跨步電壓測(cè)試儀沿著道路兩邊，按照電纜敷設(shè)方向進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)尋找跨步電壓變化的峰值點(diǎn)，來(lái)準(zhǔn)確找到故障電纜的外皮破損處。

④ 音頻感應(yīng)法原理

音頻感應(yīng)法常用于查找電纜的短路、斷路以及路徑探測(cè)等情況，特別是在有金屬外皮或者屏蔽層的電纜故障查找中應(yīng)用較多。

其原理是通過(guò)向電纜中注入音頻電流信號(hào)，這個(gè)音頻信號(hào)會(huì)在電纜及其周?chē)臻g產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)使用特制的感應(yīng)線圈（如探測(cè)探頭）在地面或者電纜附近移動(dòng)時(shí)，探測(cè)線圈會(huì)感應(yīng)到這個(gè)交變磁場(chǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)接收裝置將這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)化為可以聽(tīng)到的音頻信號(hào)或者直觀顯示在儀器屏幕上的電信號(hào)。

如果電纜是完整無(wú)故障的，沿著電纜路徑探測(cè)時(shí)，會(huì)持續(xù)接收到比較穩(wěn)定的音頻信號(hào)；而當(dāng)遇到電纜斷路故障時(shí)，在故障點(diǎn)之前可以接收到音頻信號(hào)，過(guò)了故障點(diǎn)就接收不到了，以此來(lái)判斷斷路位置。對(duì)于短路故障，音頻信號(hào)在短路點(diǎn)附近會(huì)出現(xiàn)異常變化，比如信號(hào)強(qiáng)度突然增強(qiáng)或者出現(xiàn)畸變等情況，通過(guò)仔細(xì)分析這些信號(hào)變化特點(diǎn)，就能確定故障點(diǎn)的大致方位。

另外，在不清楚電纜具體敷設(shè)路徑的情況下，也可以利用音頻感應(yīng)法，通過(guò)追蹤音頻信號(hào)最強(qiáng)的區(qū)域來(lái)描繪出電纜的實(shí)際走向，方便后續(xù)進(jìn)一步查找故障點(diǎn)或者進(jìn)行電纜維護(hù)等相關(guān)工作。

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