Навигация
2. Дистанционные методы
2.1 Использование метода импульсной рефлектометрии для определения повреждений кабельных линий
Метод импульсной рефлектометрии позволяет определить зону повреждения (в пределах погрешности измерения) и применить отдельные трассовые методы обнаружения только на небольших участках трассы, что позволяет существенно сократить время точного определения места дефекта.
Основными видами повреждений в кабельных линиях электропередачи и связи являются: короткие замыкания и обрывы, появление утечки между жилами или между жилой и экраном (броней), увеличение продольного сопротивления.
Перед проведением измерений методом импульсной рефлектометрии необходимо проверить участок кабельной линии омметром или мегоометром. Однако такая проверка может быть недостаточной. Например, после воздействия мегоометром на кабель, имеющий растрескавшуюся изоляцию с попавшей влагой, может произойти подсушивание места дефекта. При этом показания мегоометра соответствуют как бы исправному кабелю (сотни и тысячи МОм).
После выявления дефектных линий (жил, фаз) мегоомметром переходят к предварительному определению места повреждения методом импульсной рефлектометрии.
2.1.1 Сущность метода импульсной рефлектометрии
Метод импульсной рефлектометрии, называемый также методом отраженных импульсов или локационным методом, базируется на распространении импульсных сигналов в двух- и многопроводных системах (линиях и кабелях) связи.
Приборы, реализующие указанный метод, называются импульсными рефлектометрами.
Сущность метода импульсной рефлектометрии заключается в выполнении следующих операций:
1. Зондировании кабеля (двухпроводной линии) импульсами напряжения.
2. Приеме импульсов, отраженных от места повреждения и неоднородностей волнового сопротивления.
3. Выделении отражений от места повреждений на фоне помех (случайных и отражений от неоднородностей линий).
4. Определении расстояния до повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего.
Рис 3.2.1 Упрощенная структурная схема импульсного рефлектометра
С генератора импульсов зондирующие импульсы подаются в линию.
Отраженные импульсы поступают с линии в приемник, в котором производятся необходимые преобразования над ними. С выхода приемника преобразованные сигналы поступают на графический индикатор.
Все блоки импульсного рефлектометра функционируют по сигналам блока управления.
На графическом индикаторе рефлектометра воспроизводится рефлектограмма линии – реакция линии на зондирующий импульс.
Образование рефлектограммы линии легко проследить по диаграмме, приведенной на рисунке ниже. Здесь осью ординат является ось расстояния, а осью абсцисс – ось времени.
Рис 2.2 Рефлектограмма
В левой части рисунка показана кабельная линия с муфтой и коротким замыканием, а в нижней части – рефлектограмма этой кабельной линии.
Анализируя рефлектограмму линии, оператор получает информацию о наличии или отсутствии в ней повреждений и неоднородностей.
Например, по приведенной выше рефлектограмме можно сделать несколько выводов.
1. На рефлектограмме кроме зондирующего импульса есть только два отражения: отражение от муфты и отражение от короткого замыкания. Это свидетельствует о хорошей однородности линии от начала до муфты и от муфты до короткого замыкания.
2. Выходное сопротивление рефлектометра согласовано с волновым сопротивлением линии, так как переотраженные сигналы, которые при отсутствии согласования располагаются на двойном расстоянии, отсутствуют.
3. Повреждение имеет вид короткого замыкания, так как отраженный от него сигнал изменил полярность.
4. Короткое замыкание полное, так как после отражения от него других отражений нет.
5. Линия имеет большое затухание, так как амплитуда отражения от короткого замыкания много меньше, чем амплитуда зондирующего сигнала.
Если выходное сопротивление рефлектометра не согласовано с волновым сопротивлением линии, то в моменты времени 2∙tм, 4∙tм и т.д. будут наблюдаться переотраженные сигналы от муфты, убывающие по амплитуде, а в моменты времени 2∙tх, 4∙tх и т.д. – переотражения от места короткого замыкания.
Основную сложность и трудоемкость при методе отраженных импульсов представляет выделение отражения от места повреждения на фоне помех.
Метод импульсной рефлектометрии базируется на физическом свойстве бесконечно длинной однородной линии, согласно которому отношение между напряжением и током введенной в линию электромагнитной волны одинаково в любой точке линии. Это соотношение:
W = U/I (2.1)
имеет размерность сопротивления и называется волновым сопротивлением линии.
При использовании метода импульсной рефлектометрии в линию посылают зондирующий импульс и измеряют интервал tх – время двойного пробега этого импульса до места повреждения (неоднородности волнового сопротивления). Расстояние до места повреждения рассчитывают по выражению:
Lx = tx∙V/2, (2.2)
где V – скорость распространения импульса в линии.
Отношение амплитуды отраженного импульса Uо к амплитуде зондирующего импульса Uз обозначают коэффициентом отражения Котр:
Котр = Uo/Uз = (W1 – W) / (W1 + W), (2.3)
где: W – волновое сопротивление линии до места повреждения (неоднородности),
W1 – волновое сопротивление линии в месте повреждения (неоднородности).
Отраженный сигнал появляется в тех местах линии, где волновое сопротивление отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения жилы, у мест сжатия кабеля, у места обрыва, короткого замыкания и т.д.
Если выходное сопротивление импульсного рефлектометра отличается от волнового сопротивления измеряемой линии, то в месте подключения рефлектометра к линии возникают переотражения.
Переотражения – это отражения от входного сопротивления рефлектометра отраженных сигналов, которые пришли к месту подключения рефлектометра из линии. Выходное и входное сопротивления рефлектометра, как правило, равны между собой.
В зависимости от соотношения входного сопротивления рефлектометра и волнового сопротивления линии изменяется полярность и амплитуда переотражений, которая может оказаться соизмеримой с амплитудой отражений. Поэтому перед измерением рефлектометром обязательно нужно выполнить операцию согласования выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии.
Рис 3.2.3 Примеры рефлектограммы линии без согласования выходного сопротивление с линией и с согласованием согласования выходного сопротивления
При распространении вдоль линии импульсный сигнал затухает, то есть уменьшается по амплитуде.
Затухание линии определяется ее геометрической конструкцией и выбором материалов для проводников и изоляции и является частотно-зависимым.
Следствием частотной зависимости является изменение зондирующих импульсов при их распространении по линии: изменяется не только амплитуда, но и форма импульса – длительности фронта и среза импульса увеличиваются («расплывание» импульса). Чем длиннее линия, тем больше «расплывание» и меньше амплитуда импульса. Это затрудняет точное определение расстояния до повреждения.
Примеры рефлектограмм линий без затухания (идеальная линия) и с затуханием показаны на рисунке.
Для более точного измерения необходимо правильно, в соответствии с длиной и частотной характеристикой затухания линии, выбирать параметры зондирующего импульса в рефлектометре.
Рис 2.4 Линия с затуханием и без затухания
Критерием правильного выбора является минимальное «расплывание» и максимальная амплитуда отраженного сигнала.
Если при подключенной линии на рефлектограмме наблюдается только зондирующий импульс, а отраженные сигналы отсутствуют, то это свидетельствует о точном согласовании выходного сопротивления рефлектометра с волновым сопротивлением линии, отсутствии повреждений и наличии на конце линии нагрузки равной волновому сопротивлению линии.
Рис 2.5 Линия с согласованным сопротивлением рефлектометра и нагрузки
Вид отраженного сигнала зависит от характера повреждения или неоднородности. Например, при обрыве отраженный импульс имеет ту же полярность, что и зондирующий, а при коротком замыкании отраженный импульс меняет полярность.
Рис 2.6 Отражение импульса от различных мест повреждения
В идеальном случае, когда отражение от повреждения полное и затухание отсутствует, амплитуда отраженного сигнала равна амплитуде зондирующего импульса.
Рассмотрим два случая эквивалентных схем повреждений, которые наиболее часто встречаются на практике: шунтирующая утечка и продольное сопротивление.
Пусть место повреждения линии представляет собой шунтирующую утечку Rш:
Рис 2.7 Схема повреждения с продольной утечкой
С изменением сопротивления утечки от нуля (соответствует короткому замыканию) до бесконечности (соответствует исправной линии), при положительном зондирующем импульсе отраженный импульс имеет отрицательную полярность и изменяется по амплитуде от максимального значения до нулевого, в соответствии с выражением:
Котр= (W1 – W) / (W1 + W) = – W / (W+2∙Rш), (2.4)
где: Rш – сопротивление шунтирующей утечки,
W1 – волновое сопротивление линии в месте повреждения, определяется выражением:
W1 = (W∙R ш) / (W + Rш) (2.5)
Так, например, при коротком замыкании (Rш = 0) получаем: Котр = -1. В этом случае сигнал отражается полностью с изменением полярности.
При отсутствии шунтирующей нагрузки (Rш = бесконечности) имеем:
Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.
При изменении Rш от 0 до бесконечности амплитуда отраженного сигнала уменьшается от максимального значения до нулевого, сохраняя отрицательную полярность (см. рисунок).
Рис 3.2.8 Зависимость отражённого импульса от сопротивления Rш
Если эквивалентная схема места повреждения линии имеет вид включения продольного сопротивления (например, нарушение спайки или скрутки жилы), то с изменением величины продольного сопротивления отраженный импульс изменяется по амплитуде, оставаясь той же полярности что и зондирующий импульс.
Рис 2.8 Схема повреждения с продольным сопротивлением
Выражение для коэффициента отражения при наличии включения продольного сопротивления будет иметь вид:
Котр= (W1 – W) / (W1 + W) = 1 / (1+2*W/Rп), (2.6)
где: Rп – продольное сопротивление,
W1 – волновое сопротивление линии в месте включения продольного повреждения, определяемое выражением:
W1 = Rп + W (2.7)
В случае обрыва жилы (Rп = бесконечности) получаем коэффициент отражения: Котр = 1. Это означает, что сигнал отражается полностью без изменения полярности.
При нулевом значении продольного сопротивления (Rп= 0) имеем: Котр = 0. Сигнал не отражается вообще.
При изменении Rп от бесконечности до 0 отраженный сигнал уменьшается по амплитуде от максимального значения до нулевого, без изменения полярности (см. рисунок).
Рис 2.9 Зависимость отражённого импульса от сопротивления Rп
Похожие работы
... его конструкции, а также рядом эксплуатационных факторов. К числу конструктивных особенностей объекта относятся: - доступность - легкосъемность - удобство работ - взаимозаменяемость - контролепригодность и другие. Заданные свойства ЭТ объектов обеспечиваются в процессе создания и изготовления двигателей. В условиях эксплуатации эти свойства реализуются и ...
... реакции прикладного ПО. - Выявление дефектов прикладного ПО, следствием которых является неэффективное использование пропускной способности сервера и сети. Мы остановимся подробнее на первых четырех этапах комплексной диагностики локальной сети, а именно на диагностике канального уровня сети, так как наиболее легко задача диагностики решается для кабельной системы. Как уже было рассмотрено во ...
... и недостатков этой технологии, а также методов продвижения исследуемой технологии на российский рынок. В результате была спроектирована локальная компьютерная сеть с доступом в Internet на основе существующих сетей кабельного телевидения. Данная модель сети уже реализована в микрорайоне Заречный города Екатеринбурга и явилась первой в России сетью такого рода доведенной до коммерческой ...
... , в которые преступники хотят вмешаться, так и для планирования методов совершения преступления. Таким образом, осуществляется «оптимизация» способа совершения преступления.[2] 1.3 Методы защиты информации Для решения проблем защиты информации в сетях прежде всего нужно уточнить возможные причины сбоев и нарушений, способные привести к уничтожению или нежелательной модификации данных. К ним ...
0 комментариев