電纜故障測試儀的測試是基于電波在傳輸線(xiàn)中的傳輸時(shí)遇到線(xiàn)路阻抗不均勻而產(chǎn)生反向的原理。

　　根據傳輸線(xiàn)理論，每條線(xiàn)路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線(xiàn)路的結構決定，而與線(xiàn)路的長(cháng)度無(wú)關(guān)。在均勻傳輸線(xiàn)路上，任一點(diǎn)的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負載等于特性阻抗，線(xiàn)路發(fā)送的電流波或電壓波沿線(xiàn)傳送，到達終端被負載全部吸收而無(wú)反向。當線(xiàn)路上任一點(diǎn)阻抗不等于Zc時(shí)，電波在該點(diǎn)將產(chǎn)生全反射或部分反射。反射的大小和極性可用反射系數P表示，其關(guān)系式如下：

　　式中：Zc為傳輸線(xiàn)的特性阻抗

　　Zo為傳輸線(xiàn)反射點(diǎn)的阻抗

　　(1)當線(xiàn)路無(wú)故障時(shí)，Zo=Zc，P=0，無(wú)反射。

　　(2)當線(xiàn)路發(fā)生斷線(xiàn)故障時(shí)，Zo=∞，P=1，線(xiàn)路發(fā)生全反射，且反射波與入射波極性相同。

　　(3)當線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，Zo=1，P=-1，線(xiàn)路發(fā)生負的全反射，反射波與入射波相性相反。

　　1、低壓脈沖法(簡(jiǎn)稱(chēng)脈沖法)

　　當線(xiàn)路輸入一個(gè)脈沖電波時(shí)，該脈沖便以速度V沿線(xiàn)路傳輸，當行Lx距離遇到故障點(diǎn)后被反射折回輸入端，其往返時(shí)間為T(mén)，則可表示為：

　　V為電波在線(xiàn)路中的傳播速度，與線(xiàn)路一次參數有關(guān)，對每種線(xiàn)路它是一個(gè)固定值，可通過(guò)計算和儀器實(shí)測得到。將脈沖源的發(fā)射脈沖和線(xiàn)路故障點(diǎn)的反射波以同一顯示器實(shí)時(shí)顯示，并由儀器提供的時(shí)鐘信號可測得時(shí)間T。因此線(xiàn)路故障點(diǎn)的距離Lx便可由(2)式求得。不同故障時(shí)的波形圖如圖1所示。

　　對電纜的低阻性接地和短路故障及斷線(xiàn)故障，脈沖法可很方便地測出故障距離。但對高阻性故障，因在低電壓的脈沖作用下仍呈現很高的阻抗，使反射波不明顯甚至無(wú)反射。此種情況下需加一定的直流高壓或沖擊高壓使其放電，利用閃絡(luò )電弧形成瞬間短路產(chǎn)生電波反射。

圖1　不同故障的反射波形

　　2、直流高壓閃絡(luò )法(簡(jiǎn)稱(chēng)直閃法)

　　當故障電阻極高，尚未形成穩定電阻通道之前，可利用逐步升高的直流電壓施于被測電纜。至一定電壓值后故障點(diǎn)首選被擊穿，形成閃絡(luò )，利用閃絡(luò )電弧對所加入電壓形成短路反射，反射回波在輸入端被高阻源形成開(kāi)路反射。這樣電壓在輸入端和故障點(diǎn)之間將多次反射，直至能量消耗殆盡為止。測試原理線(xiàn)路圖如圖2所示，線(xiàn)路的反射波形如圖3所示。

　　故障點(diǎn)距離：

　　其中：T=t2-t1=t2-t1=t2-t1=……

　　理論波形為徒峻的矩形波，因反射的不完全和線(xiàn)路損耗使實(shí)際波形幅度減小和前后變圓滑。

圖2　直流高壓法測試原理圖

圖3　直流高壓法波形圖

　　3、沖擊高壓閃絡(luò )法(簡(jiǎn)稱(chēng)沖閃法)

　　當故障電阻降低，形成穩定電阻通道后，因設備容量所限，直流高壓加不上去，此時(shí)需改用沖擊電壓測試。直流高壓經(jīng)球間隙對電纜充電直至擊穿，仍用其形成的閃絡(luò )電弧產(chǎn)生短路反射。在電纜輸入端需加測量電感L以讀取回波。其原理線(xiàn)路見(jiàn)圖4所示，電波在故障點(diǎn)被短路反射，在輸入端被L反射，在其間將形成多次反射。因電感L的自感現象，開(kāi)始由于L的阻流作用呈現開(kāi)路反射，隨著(zhù)電流的增加經(jīng)一定時(shí)間后呈現短路反射。而整個(gè)線(xiàn)路又由電容C和電感L又組成一個(gè)L—C放電的大過(guò)程。因此，在線(xiàn)路輸入端所呈現的波過(guò)程是一個(gè)近于衰減的余弦曲線(xiàn)上迭加著(zhù)快速的脈沖多次反射波，如圖5所示。從反射波的間隔可求出故障的距離。

　　故障距離

　　T+ΔT≥T　　其中ΔT為放電延遲時(shí)間。

圖4　沖擊高壓法測試原理圖

圖5　沖擊高壓法波形圖

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