Погрешность измерения расстояния до места неоднородности цепи

Точность определения места неоднородности зависит от частотной характеристики затухания измеряемой цепи, определяющей степень сглаживания фронта отряженного импульса и уменьшение его амплитуды (составляющие частотного спектра импульса распространяются с различной скоростью и, кроме того, высокочастотные составляющие спектра импульсного сигнала затухают значительно быстрее). Поэтому при распространении по линии видеоимпульс расширяется, передний фронт импульса становится пологим, вершина и центр тяжести импульса дополнительно запаздывают. При этом наблюдаемые искажения тем больше, чем меньше полоса частот пропускания измеряемой цепи.

Поскольку измерение на экране прибора производится по начальной точке фронта отраженного импульса, появляется дополнительная погрешность измерения, определяемая электрическими параметрами данной линии. Величина километрического затухания цепи определяет предельное расстояние, на котором четко различимы отражения от места повреждения. Крутизна переднего фронта отраженного импульса, а, значит точность определения места повреждения, также зависят и от расстояния до повреждения. На малых расстояниях (до 20 % максимально измеряемой длины) импульсы обычно четкие с ярко выраженными передними фронтами и, наоборот, если повреждение удалено далее 80 % максимально измеряемой длины, отраженные импульсы сильно сглажены и точность измерения в таких случаях недостаточна.

На рис. 5 изображены четыре отражённых импульса от места обрыва жил в зависимости от расстояния до повреждений. Точность определения начала переднего фронта падает с возрастанием расстояния (   ). Поэтому, если повреждение находится дальше середины линии от измерительного прибора, то измерение необходимо повторить с противоположной стороны для получения более точного результата.

Рис. 5. Форма отраженного импульса в зависимости от расстояния до места повреждения

Точность определения места повреждения определяется также формой зондирующего импульса. К ней предъявляются два основных требования: I) сосредоточенность частотного спектра, позволяющая ограничить полосу пропускания всей системы без заметных искажений формы импульса; 2) крутизна переднего фронта, позволяющая точно фиксировать его начало. Если импульсы прямоугольной формы вполне удовлетворяют второму требованию, то с точки зрения первого, они совершенно не подходят. Первому требованию соответствуют косинусоидальные и колоколообразные импульсы, которые в свою очередь, имеют плавный фронт. Таким образом, два вышеприведенных требования являются противоречивыми. Поэтому форма и длительность зондирующего импульса выбираются в зависимости от требуемой точности измерений, длины линии и электрических параметров передачи измеряемой цепи.

Разрешающая способность рефлектометра. Исходя из назначения прибора, различают две разрешающие способности: I) - по длине, 2) - по напряжению.

Чем круче передний фронт зондирующего импульса, тем выше разрешающая способность приборов по длине исследуемой линии. Однако чем выше крутизна фронтов передаваемых импульсов, тем шире становится частотный спектр зондирующего импульса и, следовательно, тем шире должна быть ширина полосы пропускания исследуемой линии. При этом ограничение по полосе частот обусловлено как зависимостью затухания цепи от частоты, так и длиной цепи. Теоретически и экспериментально доказано, что крутизна начального фронта отраженного импульса обратно пропорциональна квадрату расстояния до места отражения.

Если длительность времени передачи импульса в прямом и обратном направлениях для линии в целом обозначить через Т_по , то для обеспечения основной погрешности, не превышающей 0,3 - 0,5 % от длины обследуемой линии, длительность зондирующего импульса не должна превышать 0,1 - 0,25 % от значения Т_по. Например, если обследуется воздушная линия длиной 100 км, то при скорости распространения 28510³ км/с длительность прохождения импульсов мкс. Следовательно, для обеспечения указанной выше разрешающей способности длительность зондирующего импульса не должна превышать 0,7 - 1,7 мкс. На коротких кабельных линиях необходимо применять более кратковременные зондирующие импульсы. Разрешающая способность измерительных приборов должна позволять раздельно фиксировать два смежных отраженных импульса с одинаковой амплитудой и длительностью. Считая, что отраженный импульс в 2,5 раза шире зондирующего импульса, можно обосновать примерные соотношения между длительностями импульсов. Если для строительной длины кабеля, в 500 м время Т_по = 3500 нс, то разрешающая способность примерно составляет 1/70 часть, от общей длины линии (7 м) при длительности зондирующего импульса 20 нс. Для обеспечения разрешающей способности в I м длительность зондирующего импульса должна быть порядка 3 нс.

Под разрешающей способностью по напряжению понимается способность регистрировать получающиеся при отражениях минимальные напряжения, превышающие напряжения помех в линиях. Повышение разрешающей способности по напряжению обеспечивается за счет повышения напряжения зондирующего импульса до 80 - 100 В.

Достоинства и недостатки импульсных методов измерений. Позволяют обнаружить места сосредоточенного перехода энергии с одной цепи на другую (сообщение цепей, разбитость пар) при посылке зондирующих импульсов по одной цепи и наблюдению переходных импульсов в подверженной влиянию цепи.

Импульсный метод определения повреждений обладает рядом преимуществ по сравнению с мостовыми методами измерений постоянным током:

- требует значительно меньше времени;

- дает возможность определять места таких повреждений, которые другими методами либо вовсе не определяются (разбитость пар в кабеле, кратковременные повреждения), либо определяются с большим трудом и неточно (обрыв с пониженным сопротивлением изоляции, небольшое увеличение сопротивления спаек);

- позволяет заметить несколько одновременных повреждений и определить расстояние до каждого из них в отдельности;

- наблюдение импульсной характеристики позволяет наглядно судить о состоянии цепи и осуществлять меры по профилактике зарождающихся повреждений.

К недостаткам метода относятся: сравнительно невысокая точность определения расстояний до мест повреждений, особенно на воздушных цепях со стальными проводами и на симметричных кабелях, а также низкая чувствительность к понижению электрического сопротивления изоляции проводов.

Приложение 2