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

　　根據(jù)傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線路的結(jié)構(gòu)決定，而與線路的長度無關(guān)。在均勻傳輸線路上，任一點(diǎn)的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負(fù)載等于特性阻抗，線路發(fā)送的電流波或電壓波沿線傳送，到達(dá)終端被負(fù)載全部吸收而無反向。當(dāng)線路上任一點(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(shù)P表示，其關(guān)系式如下：

　　式中：Zc為傳輸線的特性阻抗

　　Zo為傳輸線反射點(diǎn)的阻抗

　　(1)當(dāng)線路*時(shí)，Zo=Zc，P=0，無反射。

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

　　(3)當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，Zo=1，P=-1，線路發(fā)生負(fù)的全反射，反射波與入射波相性相反。

　　1、低壓脈沖法(簡稱脈沖法)

　　當(dāng)線路輸入一個(gè)脈沖電波時(shí)，該脈沖便以速度V沿線路傳輸，當(dāng)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，則可表示為：

　　V為電波在線路中的傳播速度，與線路一次參數(shù)有關(guān)，對(duì)每種線路它是一個(gè)固定值，可通過計(jì)算和儀器實(shí)測得到。將脈沖源的發(fā)射脈沖和線路故障點(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(hào)可測得時(shí)間T。因此線路故障點(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(duì)電纜的低阻性接地和短路故障及斷線故障，脈沖法可很方便地測出故障距離。但對(duì)高阻性故障，因在低電壓的脈沖作用下仍呈現(xiàn)很高的阻抗，使反射波不明顯甚至無反射。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(簡稱直閃法)

　　當(dāng)故障電阻*，尚未形成穩(wěn)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)優(yōu)選被擊穿，形成閃絡(luò)，利用閃絡(luò)電弧對(duì)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。測試原理線路圖如圖2所示，線路的反射波形如圖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*和線路損耗使實(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(簡稱沖閃法)

　　當(dāng)故障電阻降低，形成穩(wěn)定電阻通道后，因設(shè)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(duì)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。其原理線路見圖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(xiàn)象，開始由于L的阻流作用呈現(xiàn)開路反射，隨著電流的增加經(jīng)一定時(shí)間后呈現(xiàn)短路反射。而整個(gè)線路又由電容C和電感L又組成一個(gè)L—C放電的大過程。因此，在線路輸入端所呈現(xiàn)的波過程是一個(gè)近于衰減的余弦曲線上迭加著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