Wyznaczanie rodzajów i lokalizacji uszkodzeń linii kablowych za pomocą OTDR

OTDR jest urządzeniem mikroprocesorowym, które pozwala określić odległość do miejsc uszkodzeń i nieprawidłowości w liniach elektroenergetycznych oraz charakter tych uszkodzeń i nieprawidłowości.

Zasada działania reflektometru polega na wygenerowaniu krótkiego impulsu napięcia sondującego w rdzeniu kabla i odbiorze impulsu odbitego od miejsca uszkodzenia (wpływ fali padającej i odbitej w liniach o parametrach rozłożonych). Urządzenie określa odległość Lx do uszkodzenia w przedziale czasu tx między impulsem sondującym a odbitym ze wzoru:

gdzie V jest prędkością propagacji fali wzdłuż linii; c to prędkość światła; y jest współczynnikiem obcięcia; e jest względną stałą dielektryczną.

Współczynnik skrócenia y pokazuje, ile razy prędkość propagacji impulsu w linii jest mniejsza niż prędkość jego propagacji w powietrzu.

Dokładność określenia odległości do miejsca uszkodzenia zależy od wybranej wartości współczynnika skrócenia.

Dla niektórych rodzajów kabli znana jest wartość współczynnika skracania. W przypadku braku tych danych można określić doświadczalnie, czy znana jest długość kabla. Impuls odbity pojawia się w tych miejscach linii, w których impedancja charakterystyczna odbiega od jej średniej wartości: na złączach, w miejscach zmiany przekroju, w miejscach ściśnięcia kabla, w miejscu upływu, na punkt przerwania, w miejscu zwarcia, na końcu kabla i inne.

W miejscach podłączenia urządzenia występują również odbicia od impedancji wyjściowej generatora impulsów sondujących, jeśli nie jest ona równa średniej impedancji falowej linii. Dlatego operacja dopasowania impedancji wyjściowej generatora do impedancji charakterystycznej linii powinna przebiegać płynnie.

Tłumienie impulsów sondujących w linii znacząco wpływa na sygnał odbity i zależy od jego konstrukcji geometrycznej, materiału przewodnika oraz izolacji. Konsekwencją tego jest spadek amplitudy i wydłużenie czasu trwania impulsów odbitych, a co za tym idzie spadek dokładności określenia odległości do miejsca uszkodzenia.

Aby wyeliminować wpływ tłumienia, należy tak dobrać parametry (amplituda i czas trwania) impulsu sondującego, aby amplituda impulsu odbitego była maksymalna, a czas jego trwania jak najmniejszy. Brak sygnału odbitego świadczy o dokładnym dopasowaniu systemu do linii pod względem impedancji charakterystycznej i braku uszkodzeń.

W przypadku przerwy odbity impuls ma taką samą polaryzację jak sonda. W przypadku zwarcia odbity impuls odwraca swoją polaryzację.

Największą trudnością w metodzie reflektometrii impulsowej jest oddzielenie sygnału użytecznego od szumu.

Zgodnie ze stosunkiem odbitego sygnału i poziomów zakłóceń, uszkodzenia linii można podzielić na proste i złożone.

Zwarcie proste to takie uszkodzenie linii kablowej, w którym amplituda odbicia od miejsca uszkodzenia jest większa niż amplituda zakłócenia.

Uszkodzenie złożone to takie uszkodzenie linii kablowej, w którym amplituda odbicia od miejsca uszkodzenia jest porównywalna z amplitudą zakłóceń.

Z reguły złożone urazy występują znacznie częściej niż proste. Widok zewnętrzny reflektometru REIS-105M1 przedstawiono na rys. 1.

Ryż 1. Widok zewnętrzny reflektometru REIS-105M1

Główne funkcje urządzenia:

• wprowadzenie współczynnika skrócenia;

• wyświetlanie reflektogramów na wyświetlaczu;

• obliczenie odległości do miejsca odbicia impulsu sondującego w badanej linii zgodnie z ustawionym przez użytkownika położeniem kursorów;

• programowalne wzmocnienie sygnału;

• zapis refleksogramów w pamięci;

• transmisja reflektogramów do komputera poprzez interfejs RS232.