ST-3000型電纜故障儀的詳細介紹

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ST-3000型電纜故障儀
*章______________電纜測試儀簡介
ST-3000型高壓電纜故障測試儀是我們公司根據用戶要求，從現場使用考慮，精心設計和制造的全新一代便攜式電纜故障測試儀器。它將原來的電纜故障測試儀故障測試部分和路徑部分二合一，縮小了體積、增加了直流電源和USB通信接口，可用于檢測各種電纜的低阻、高阻、短路、開路、泄漏性故障以及閃絡性故障，可準確的檢測地下電纜的故障點位置、電纜長度和電纜的埋設路徑。它秉承我們一貫高科技、高精度、高質量的宗旨，將電纜測試水平提高到一個新境界。它具有測試準確、智能化程度高、適應面廣、性能穩定以及輕巧便攜等特點。
儀器采用漢字系統，高清晰度顯示，界面友好。
整套儀器特點：
整套設備將故障測試和路徑尋測部分二合一，鋰電池供電、主機輕巧、便于攜帶、方便測試。
采用了新型大屏幕液晶顯示屏，高亮度、抗干擾性強。
自帶直流電源，方便現場對測、野外測試和礦井電纜測試。
USB通信接口：現僅供專業生產技術人員調試和升級主機程序時使用。。
自帶微型打印機，可打印傳真波形，為用戶現場準確分析、指導波形，提供便利的技術服務。
新研制的電流取樣器是一種全新的取樣方法，具有接線簡單，波形直觀容易分析，與高壓*隔離，對主機、操作人員*安全的特點。
關鍵的是*定點儀部分，借鑒德國技術，采用*聲磁同步接收技術，*隔離外界燥音干擾，可快速確定出電纜路徑及故障點的準確位置。是國內同類定點技術的又一次創新，為快速準確查找電纜故障，減少停電損失提供了有力的保障。
外形尺寸：（長×寬×高）370×180×240mm 。
本測試儀用于從電纜一端粗測故障點的地下實際距離，同時用于測量電纜長度以及測定電波在電纜中的傳播速度。

測試儀方框圖：_______電纜故障測試儀組成框圖如圖（1）所示： 



主要技術性能指示
一、測試儀技術指標
使用范圍：使用于測量各種不同截面、不同介質的各種電力電纜、高頻同軸電纜，市話電纜及兩根以上均勻鋪設的地埋電線等電纜高低阻、短路、開路、斷線以及高阻泄漏和高阻閃路性故障。
測試距離：長不小于40Km
短測試距離（盲區）：1～5m
測量誤差：粗測誤差±1% 定點誤差±0.2m
工作方式：低壓脈沖、支流高壓閃測及沖擊高壓閃測。
采樣速率：25MHz。
機內發送脈沖寬度與幅度：0.2us, 100～120V； 2us, 150～160V。
存儲容量：8Kbyte并可分成兩個存儲區，存儲和顯示兩次采樣波形進行比較測量。 
顯示分辨率：V/50米、V為傳播速度m/us。
顯示方式：320×240 LCD液晶帶背光顯示。
打印方式：機器主面板設微型打印機記錄測試日期及測試波形數據。
電源與功耗：AC 200V± 10%或機內直流供電，功耗不大于10W； DC 6V（7AH）功耗不大于6W。
體積：300×400×180mm（長×寬×高）。
第二節 儀器面板及操作功能
高壓電纜故障測試儀面板及鍵盤示意如圖（2）所示：


計算機USB通信接口：現僅供專業生產技術人員調試和錄入程序使用。
儀器指示燈：分別為：充電、欠壓、脈寬（0.2/2）。
輸入輸出插座：儀器使用BNC-50KY（Q9）插座，連接電纜線用于測試信號的輸入輸出。
輸入振幅：用于調節輸入、輸出脈沖幅度大小。使用時應根據屏幕顯示波形進行調節。調節過小時，脈沖反射很小，甚至無法采樣，如圖（3）。調節過大時，反射脈沖相連與基線無交點甚至基線會變成斜線，如圖（4）。一般采樣前，輸入振幅旋鈕旋轉1/3左右，然后根據波形大小在進行調節，重新采樣。

對比度調節旋鈕：調節此旋鈕，使字跡顯示清晰，無條紋和背景干凈為宜。
脈寬選擇按鈕：該鍵抬起時，儀器輸出0.2uS脈沖；該鍵按下時，一起輸出2uS。電纜實測時一般優先用0.2uS測試，無反射后反射過小時，再用2uS測試。
電源開關：儀器使用帶指示開關。
顯示屏：儀器用320×240點陣式夜晶帶背光顯示屏，用于顯示操作菜單、測試波形、測試結果、日期等內容。
微型打印機：本儀器采用4針24行微型打印機。用于打印測試波形，測試數據及測試日期等。
SEL鍵：自檢鍵，按下此鍵打印機打印自檢數據參數，用于檢查打印機頭及驅動電路好壞。
LP鍵：上紙鍵，按下此鍵上紙機構動作，打印針停止工作。打印機更換打印紙時使用此鍵。
鍵盤功能介紹： 
本儀器使用14個輕觸按鍵作為控制功能鍵，其中有12個是雙功能鍵，鍵盤排列如圖（5）所示：


各鍵功能如下：
0-9數字鍵：上電復位時，數字鍵可以鍵入年、月、日，在測試狀態（非菜單狀態，下同），測故障、測全長，當屏幕左上角顯示“鍵入速度000”時，用數字鍵可以鍵入已知速度值；在脈沖速度狀態，用數字鍵可以鍵入已知電纜長度。總之，當屏幕提示需鍵入數據時，0-9鍵就為數字鍵，否則就為其它功能鍵。
單雙波形顯示選擇鍵：按此鍵可以使屏幕由雙波形顯示轉為單波形顯示（雙波形顯示時，顯示屏上半部顯示2波形，下半部顯示1波形），并隨意轉換，本儀器上電（復位）后，默認為上下雙波形顯示、并對存儲區1（1波形）進行操作形式，按此鍵一次將變為全屏幕單波形顯示方式。
該儀器有兩個存儲區，上電（復位）后，默認存儲區1存儲數據，當選擇對存儲區2（波形2）進行操作時，會在第二波形顯示區（屏幕上半部）出現前次采樣波形，屬于正常現象，重按采樣鍵，本次采樣波形將取代上次存儲波形。
1/2上下波形選擇鍵：儀器內部有兩個波形存儲區，用此鍵可隨意選擇其中之一為主進行操作（包括采樣、擴展、打印等）。儀器上電復位后，自動默認對存儲區1（1波形）進行操作（雙屏顯示時屏幕下半部顯示存儲區1波形，波形前有“1”或“2”）。當按動此鍵后，將對存儲區2（波形2）進行操作，再按此鍵又變為對存儲區1波形操作，依次類推。
起點鍵：在測試狀態屏幕有波形顯示時，當光標移動到測試波形定標起點時，按起點鍵確認波形計算起點。然后移動光標到波形終點，顯示測試數據。當光標前后移動時，顯示數據隨之變化。
光標移動鍵（）（）：按此二鍵豎形光標將下面的波形向上或向下移動，用于波形的重和合分離。（）（）光標左右移動鍵：按此二鍵光標將向左、向右移動。
快/慢鍵（←）（→）：按一下，波形下方出現1時，（）（）鍵為快動鍵，按動一次光標移動8個點陣單位；當波形下方出現2時，（）（）鍵為慢動鍵，按動一次光標移動1個點陣單位。
采樣鍵：在測試狀態，按采樣鍵后，儀器處于等待狀態。當低壓脈沖信號或高壓閃絡脈沖信號到來并觸發控制電路之后，儀器開始工作，記錄脈沖反射信號并處理顯示，在重新按動采樣鍵后，本次采樣波形將取代上次存儲波形。
故障測試時，應先重新調整輸入振幅大小后再按采樣鍵。重復幾次操作，直到顯示波形標準為止。
擴展鍵：在非鍵入數狀態，此鍵為擴展顯示波形功能鍵。按此鍵將顯示波形橫向擴展13倍。每按一次，波形擴展1倍，當顯示屏右上角顯示01時，波形已擴展13倍。再按此鍵又恢復波形壓縮狀態。
速度鍵（）：回車與速度鍵為同一鍵。當用數字鍵鍵入了速度值與電纜長度值時，必須按“”（回車）鍵對數據確認，否則機器處于等待狀態無法工作（不采樣）。在測試狀態，測故障、測全長時，此鍵用于選擇存入儀器中的四種常用傳輸速度值。當連續按此鍵，屏幕右上角提示變為鍵入速度000值時，利用數字鍵可以鍵入被測試電纜的傳輸值，鍵入完畢后按回車確認。
閃測設定的四種電纜的波速為：
油浸紙電纜： V=160m/Us 聚氯乙烯電纜： V=184m/uS
交聯聚乙烯電纜：V=172m/uS 不滴流電纜： V=144m/uS
如果需要重新確定起點光標，可以用擴展鍵將波形壓縮或擴展，然后移動光標到波形起點，按起點確認，移動光標，屏幕重新顯示測試數據。
打印鍵（←）：當用數字鍵入年月日、速度、長度時，若鍵入數據錯誤，按此鍵可以修改錯誤數據，按一次由右向左修改一位，修改后顯示數據為“0”，可重新鍵入正確數據。打印功能：在測試狀態，按該鍵打印機工作。操作時，應在正常測試波形顯示并確定光標起點、光標終點后再按打印鍵，打印機將打印主操作波形及測試數據。
復位鍵：為系統硬復位鍵，儀器無論在任何狀態，按此鍵將返回到主菜單。
電源輸入插座：本儀器使用50Hz、220V交流電源供電，在充電和測試路 徑時使用，插入電源即儀器處于充電狀態。充電時間根據電池剩余電量多少，充電時間不確定。電池充滿電后，儀器自動保護。
通過上面各部件及按鍵功能介紹，基本上就可掌握測試儀使用方法。

操作菜單介紹
開機，上電復位后顯示*畫面為版權標志，如圖（6）
開機狀態示意圖。

當依次鍵入年月日自動進入第二畫面，或者按“復位”直接進入工作選擇菜單。
“工作選擇”菜單
“脈沖”方式菜單，由主菜單選1則進入脈沖菜單。
根據實際測試需要原則按鍵選擇。
三、測試顯示主界面介紹
主界面分三個區，上方為計算參數與結果區，如圖（7）所示。
中間為波形顯示（采樣前為接線圖）區，根據需要可顯示一條或兩條波形。同時顯示豎線光標和時間刻度。
下方為狀態和日期顯示區，狀態顯示分別為脈沖直閃、沖1、沖2，在脈沖測全長和測故障時則提示要選擇速度，測速度則提示鍵入全長值。閃測狀態只提出速度選擇。


第三節 電纜故障測試步驟及測試方式選擇
在測定電纜故障之間，測試人員除掌握本機性能與操作方法之外，必須首先確定電纜故障的性質，以便采用適當的工作方法與測試方法。
首先用兆歐或萬用表在電纜一端測量各相對地及相之間的絕緣電阻，根據阻值高低確定是低阻短路或斷線開路，或者是高阻閃絡性故障。
當阻值低于200～300歐姆為低阻故障，0～幾十歐為短路故障，阻值*到無限大為開路或斷線故障。是否斷線，還可以將電纜終端相連*用表在始端測量被短路接兩相的阻值加以確認。此類故障可用低脈沖法直接測定。
當阻值很高（數百兆和千兆）且在作高壓實驗時有瞬間放電現象，此類故障一般稱為閃絡性故障，可采用直流高壓閃測法確定。
高阻故障：阻值高于低阻故障，且在作高壓試驗時直流高壓閃測法確定。
按一定方式粗略測試之后再進行確定點，必要時需找電纜路徑，丈量電纜長度或距離。
第二章 低壓脈沖測試法
低壓脈沖測試法具有操作簡單、波形易于識別、準確度高等特點。對于短路、低阻、斷線故障用此法測試，可直接確定故障距離。即使無此類故障，一般高壓閃絡測試前，也可以低壓脈沖法測電纜全長或速度，與閃絡測試波形比較，通常會利于波形分析，達到快速確定故障點目的。
*節 低壓脈沖測試基本原理
測量電纜故障時，電纜可視為一條均勻分布的傳輸線理論，在電纜一端加脈沖電壓，則此脈沖按一定的速度（決定于電纜介質電常數和導磁系數）沿線傳輸，當脈沖遇到故障點（或阻抗不均勻點）就會發生反射，用閃測儀記錄下發送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時間△T，則可按已知的傳輸速度V來計算出故障的距離Lx，Lx=V·△T/2，例圖（8）所示：

測全長則可利用終端反射脈沖：L=V·T/2
同樣已知全長可測出傳輸速度：V=2L/T
低壓脈沖測試法測全長
測全長操作步驟如下：開機（上電復位）一復位（主菜單）一鍵1（工作選擇菜單）一鍵1（脈沖菜單）一鍵1（測全長），然后根據屏幕顯示接線圖接線，如圖（9）所示：

使用脈沖法測試時，按圖連接后，根據所測電纜類型，選擇合適傳輸速度和脈寬，調節輸入振幅電位器1/3位置，按采樣鍵即可。
根據顯示波形大小，調節幅度電位器，重新采樣。當0.2us脈寬輸入振幅大還反射波時，選用2us脈沖測試。為了便于比較可分別接故障相與另一好相作兩次采樣，如前圖六所示。按（）（）鍵可選單波形或雙波形顯示，用1/2鍵改變操作區，選擇當前波形1或2。完成采樣后，移動光標定起點，再移動光標到波形反射點，此時屏幕所顯示的長度就是電纜全長值。對于短電纜將終端短路測全長，終端反射改為負脈沖，定光標時，對終端開路電纜以發射正脈沖上升沿與基線交點為準定光標起點，以反射正脈沖上升沿與基線交點定光標終點。
第三節 低壓脈沖測試法測故障
脈沖法測故障與測全長的測試原理相同，操作方法也基本相同。當脈沖菜單出現時，可選鍵1（沒全長），也可選鍵2（測故障）。接線圖與圖（9）相同，連接電纜接被測電纜故障相同，其它操作方法也與測全長相同。
如果是低阻、斷路故障，測試波形如圖（10）所示：


定光標時，發射正脈沖上升沿與基線交點定為起點，反射負脈沖下降沿與基線交瞇定為終點。如果是短線故障，測試波形，定光標方法與測全長時相同。
第四節 低壓脈沖測試法測速度
測電波在電纜中傳輸速度時，必須知道電纜全長。操作方法如下：開機（上電復位）——復位（主菜單）—一鍵1（工作選擇菜單）—一鍵1（脈沖菜單）—一鍵3（測速度）,然后按圖（9）接線，鍵入全長值并回車。采樣波形、定光標方法與測全長時相同，當分別定光標起點、終點后，屏幕左上角將顯示測試速度值。
第三章 沖擊高壓閃測法（沖閃法）
沖閃法基本原理
沖閃法適用于測試高阻泄漏性故障。對其他類型高低阻故障也可用沖閃法測試。
測試方法與直閃法相同，只不過給電纜不是加直流高壓而是通過球間隙施加沖擊電壓，使故障點擊穿放電，而產生反射電壓（或者電流），由儀器記錄這一瞬間狀態的過程，通過波形分析來測定故障點的位置。它是測高阻及閃絡性故障的主要方法。同樣取樣方式也分電壓取樣和電流取樣，當然細分還可分和低端電壓取樣，電感與電阻取樣，始端與終端取樣等。由于低端電流取樣接線簡便、可靠安全、波形易于識別，所以推薦電流取樣法。
第二節 電流取樣沖閃法
閃沖法操作方法如下：開機（上電復位）——復位（主菜單）——鍵1（工作選擇菜單）——鍵3（沖閃1）.根據工作選擇菜單提示，沖閃分為：沖閃1和沖閃2兩種方式。其中閃沖1是正脈觸發方式（如電流取樣），沖閃2是負脈沖觸發方式（如電壓取樣）。按推薦選用電流取樣方式，所以按鍵3進入沖閃1工作模式。
進入沖閃后，按屏幕提示接線圖連接接線和取樣器如圖（11）所示：

圖（11）中：T1、為0～250V1-2KVA調壓器
T2、 為高壓變壓器，功率1-3KVA
D、 為高壓整流硅堆，大于150KV/0.2A（高壓實驗變壓器已內置）
R 、 為限流電阻（可不要）
C 、 為高壓脈沖電容，容量1∽8μF，耐壓大于10KV
V 、 為直流電壓表
B、 為電流取樣器（配套附件）
以上設備除電流取樣器B之外，其余為外配設備，可用圖（11）分體高壓試驗設備，也可用一體化高壓電源（注意必須將高壓放電棒與高壓地線連接好方可試驗）。
根據接線圖連接完畢后，再用速度鍵選擇傳輸速度或重新鍵入速度值。將輸入振幅旋鈕旋至1/3左右，然后按采樣鍵，儀器進入等待采樣狀態。
調整球隙、輸入振幅旋鈕后，然后通電對故障電纜升壓。電壓升到一定值，故障點發生閃絡放電。儀器記錄下波形。根據波形大小可重新調整輸入振幅，重復采樣。沖閃測試波形如圖（12）所示： 

波形特點分析如下：*個小正脈沖為球間隙擊穿而故障點沒有放電時電容器對電纜放電的電流脈沖（輸入幅度小或者儀器的靈敏度低時*個小脈沖可能不出現，第二個大的正脈沖為故障點擊穿之后形成的短路電流脈沖，其次為由該放電電流脈沖形成的一次、二次等多次反射電流脈沖，由于衰減而幅度逐漸減小。由于故障特性的差異和電容電壓與引線電感的存在而在反射正脈沖的前沿出現負反沖，計算故障距離時起點為*個放電正脈沖的前沿，終點為*次反射正脈沖之前的負脈沖前沿。（發射脈沖為正脈沖，反射脈沖也為正脈沖但前沿有負反沖。因故障性質等原因，負反沖大小有差別，但遠小于正脈沖的幅值）
定光標時，起點光標選擇在正脈沖上升沿與基線交點處，終點光標選擇在負反沖下降沿與基線交點處。如無負脈沖出現，就將終點光標定在反射脈沖的上升沿與基線的交點處，故障顯示距離因此將增大10%左右。定點時，應將粗測距離壓縮后確定參考點位置。）
第四章 直流高壓測試法（直閃法）
直閃法適用于測量高阻閃絡性故障。實際測試時，其操作方法和接線圖與沖閃法基本相同（無球隙）。直閃法也分：電壓取樣和電流取樣兩種方式。我們推薦使用電流取樣方式。
當故障相施加直流高壓到一定值后，故障點則被擊穿而短路放電，此時由故障點產生一反相躍變電壓V10該電壓沿電纜傳輸，當傳到始端后，始端的阻抗大于電纜特性阻抗，所以發生下反射2V10，此電壓又繼續向后傳輸，到故障點后被短路，所以反射電壓-2V1,經過一段時間負反射電壓又傳一始端，這樣往返數次，直到閃絡放電結束而中止。
*節 直閃法測試連線與操作步驟
依據下圖（13）將高壓設備測試儀與被測電纜相連。

圖中： T1、為3KVA/0.22KV調壓器
T2、為3KVA/50KV交直流高壓變壓器
D、為高壓整流硅堆，大于150KV/0.2A
C 、為高壓脈沖電容，容量1∽2μF，耐壓小于40KV
V 、為電壓表、 R1和R2為分壓器
B、為電流取樣器（配套附件）
以上設備除電流取樣器B之外，其余為外配設備。（注意必須將高壓放電棒與高壓地線連接好方可試驗）
接好線路后，開機使儀器處于等待狀態（采樣）此前操作與脈沖法相同。
調（T1）檔位，逐漸升高直流電壓，當發現電壓或電流表擺動時則說明故障點閃絡放電，儀器會顯示出波形，調入幅度反復多次采樣，直到收到的波形佳為止。
采用直閃法測試時，將操作箱電流繼電器倍率放在×1或×2檔，保證放電一次即保護，采樣波形即可，定點時要連續的放電，再將電流繼電器倍率放在OFF檔。
第二節 高壓閃絡測試波形
1.故障在測試始端的波形 詳見下圖（14）所示：


2.故障在中間段的波形

3.故障在測試終端的波形


圖（14）故障在測試始端的波形

4.閃絡法測試波形的變化規律
下圖（15）是我們根據閃絡測試法的波形而繪制的變化規律圖，只要仔細觀查分析就可看出它們中的變化規律。希望使用者一定要掌握標準波形以及它們在不同區間的變化規律。


圖（15）閃絡法測試波形的變化規律圖
第三節 高壓閃絡測試注意事項
高壓閃絡測試時電壓高達數萬伏，因此操作中必須按高壓操作規程進行。還要特別注意以下幾項： 
高壓閃絡測試時，高壓試驗設備應由專業人員操作，儀器接線，測試中在改變接線、調整球隙間距時務必斷電，并對電容器和電纜充分放電，再與地線搭接。
測試前，應先對故障電纜加壓放電，確保各連接線點無放電現象，所加電壓已使故障點發生閃絡放電，然后開始投入儀器測試。
用閃測法測高阻故障時，使用者且勿對計算機進行其它操作，*避免選在“低壓脈沖”狀態進行高壓閃絡測試。測試儀連線應遠離高壓線。
正確接地，即將高壓變壓器（T2）高壓尾、操作箱（T1）地線、電流取樣器（JS）地線端分別與被測電纜鎧裝連在同一點上（同一點接地）。所有連接點不能出現打火現象，以確保測試成功及設備、人身安全。
從測試儀安全考慮，閃絡測試時工作菜單一定要選擇在沖閃或直閃狀態，如果錯誤選擇脈沖狀態進行高壓閃絡測試，將可能損壞測試儀內部的低壓脈沖電路。
測試中避免使用交流電源對前端（閃測儀）和計算機充電，使其與被測交流電源*脫離。
高壓閃絡法測試完畢后，必須反復對電容器及電纜放電，方可用低壓脈沖法重新對電纜進行測試操作。