Локализация дефектов в кабеле

РЕФЛЕКТОМЕТРЫ ДЛЯ ПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ

ИЗМЕРИТЕЛИ РАССТОЯНИЯ ДО ОБРЫВОВ И КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Заниматься локализацией дефектов приходится на всех этапах создания и эксплуатации кабельных линий. Их причиной может служить производственный брак, некачественный монтаж, ремонтные работы в помещении, залившая кабель вода или прогрызшие изоляцию крысы (этот случай далеко не столь экзотический, как можно подумать). Для устранения дефектов необходимо как можно точнее определить место их расположения или расстояние до них по кабелю и, желательно, характер неисправности.

С началом широкого использования на кабелях из витых пар оборудования для высокоскоростной цифровой передачи (ISDN или xDSL) появилась необходимость определения возможности его применения на конкретной физической линии.

Учитывая неопределенность характеристик (тип и качество кабеля, число паек и т. п.) существующих линий, без предварительной проверки никто не в силах гарантировать, что такое оборудование будет на них работать. Не влияющие на передачу аналоговых сигналов дефекты могут стать существенными при высокоскоростной передаче. Поэтому целью проверки часто является не просто тестирование линии, а выявление и локализация (определение точного места) наиболее существенных дефектов с оценкой их характера и степени влияния на результирующие параметры линии. Эксплуатируемые линии могут иметь самые разнообразные дефекты: некачественные соединения, вставки кабеля с другими характеристиками, неправильная скрутка пар в точках соединения или коммутации, дефекты изоляции, подмокшие участки кабеля, недокументированные ответвления, добавочные конденсаторы или катушки индуктивности. Очевидно, что точное определение характера дефекта позволяет сделать вывод о возможности и целесообразности его устранения.

В той или иной мере решить перечисленные задачи можно с помощью приборов нескольких видов: рефлектометров для проводных линий (Time Domain Reflectometer, TDR), измерителей емкости или сопротивления и импульсных локаторов. Наиболее удобны и многофункциональны рефлектометры. Помимо прочего, они, например, могут применяться для локализации неисправностей в любых симметричных и коаксиальных кабелях, оценки качества монтажных работ, измерения длины кабеля в бухтах, катушках или проводке. Остальные приборы хотя и стоят дешевле, но имеют более узкую специализацию и не позволяют локализовать и определить характер всех дефектов.

РЕФЛЕКТОМЕТРЫ ДЛЯ ПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ

Рисунок 1. Соединения в точке 1. Начало кабеля - точка 0, конец - в точке 2.

Рефлектометры выпускаются в большом количестве вариантов для различных областей применения. Функции рефлектометра встроены во все тестеры СКС, где предусмотрены возможности измерения характеристик линий. Несмотря на сравнительно высокую стоимость этих приборов, они прочно вошли в арсенал служб, занимающихся монтажом и обслуживанием кабельных линий. Это объясняется прежде всего тем, что они позволяют существенно уменьшить время поиска неисправности в кабельных системах. Несмотря на такую многофункциональность, простота управления рефлектометром делает его пригодным для использования практически любым человеком - от рядового техника до инженера.

Рисунок 2. Нарушение скрутки между точками 1 и 2.

Рефлектометр работает в соответствии с теми же основными принципами, что и радар. Он подключается к исследуемому кабелю с одной стороны, посылает в него импульсы и фиксирует форму отраженного сигнала (рефлектограмму). Если кабель по всей длине имеет постоянный импеданс и правильно нагружен, то энергия рассеивается. Если нет, то вся энергия или часть ее отражается. Любые неоднородности импеданса вследствие дефектов ведут к отражению части или всего сигнала обратно к прибору, причем величина отраженного сигнала пропорциональна отклонению импеданса, т. е. величине дефекта.

Рисунок 3. Ответвление в точке 1.

Следующий этап - обработка результатов, во время которой прибор вычисляет расстояние по кабелю до неоднородности исходя из скорости распространения сигнала в кабеле (она определяется из таблиц или опытным путем) и времени прохождения сигнала до нее, и обратно. Основные различия моделей рефлектометров, предлагаемых сегодня на рынке, заключаются в их чувствительности (дальности действия), алгоритме обработки, точности и способе представления информации. Большинство из этих характеристик определяются качеством схемотехнических и программных решений прибора, поэтому во всем мире лишь сравнительно небольшое число фирм производит высококачественные рефлектометры.

Недорогие приборы имеют, как правило, дальность действия до 2 км и отображают результат на цифровом дисплее в виде расстояния до ближайшей неоднородности заданной величины с указанием ее характера (они позволяют идентифицировать лишь короткое замыкание или обрыв). Такие приборы могут применяться для обслуживания кабельных линий внутри зданий или измерения длины кабеля в бухтах и катушках.

Рисунок 4. Плохое соединение в точке 1.

Профессиональные приборы обеспечивают дальность до 20 км при точности 0,15-0,3 м и отображают результат на графическом дисплее в виде полной рефлектограммы, из которой монтажник может получить полное представление обо всех неоднородностях кабельной линии. Лучшие из этих приборов могут выводить результаты на принтер с последовательным интерфейсом или сохранять результаты нескольких измерений в своей памяти с возможностью последующей передачи по последовательному интерфейсу на персональный компьютер для создания архивов. Сохранение результатов дает два огромных преимущества:

съем рефлектограммы с кабеля может быть выполнен низкоквалифицированным персоналом, а ее анализ - персоналом высокой квалификации в другом месте после просмотра непосредственно на экране прибора или переданной по электронной почте (факсу) копии;
появление новых дефектов или усиление влияния старых может быть легко обнаружено путем сравнения текущих результатов и рефлектограммы, извлеченной из архива.

Среди других полезных функций рефлектометров особо следует отметить те, с помощью которых время поиска неисправностей может быть сокращено:

цифровую фильтрацию помех в диапазоне от 50 Гц до 1 ГГц;
ручную и автоматическую (в соответствии с величиной наиболее серьезного дефекта) настройку масштабов по обеим осям;
автоматический поиск дефектов при просмотре рефлектограммы;
вычисление расстояния между двумя точками (курсорами) на рефлектограмме;
вычисление потерь на отражение сигнала для заданного участка кабеля;
одновременное отображение рефлектограмм для двух витых пар кабеля;
фиксацию плавающих и кратковременно проявляющихся дефектов.

Кроме того, рефлектометры отличаются по типу кабеля, с которым они могут работать (симметричный, несимметричный или оба).

ИЗМЕРИТЕЛИ РАССТОЯНИЯ ДО ОБРЫВОВ И КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Хотя эти приборы и опираются на давно известные принципы и, в отличие от рефлектометров, могут решать строго определенные задачи, они по-прежнему популярны. Известно несколько видов таких приборов.

Один из них определяет расстояние до обрыва витой пары в кабеле исходя из погонной емкости кабеля (определяется по таблицам или экспериментально) и измерения суммарной емкости оборванной пары. Несмотря на свою простоту, эти приборы позволяют получить достаточно точный результат даже при наличии различных помех (от линейных батарей, от сигналов с других пар и т. п.).

Другой прибор этой группы предназначен для определения длины медных витых пар кабеля и расстояния до мест с пониженным сопротивлением изоляции. Расстояние определяется исходя из погонного сопротивления жил кабеля за счет очень точного (с учетом даже температурной поправки) мостового измерения сопротивления жил тестируемой и эталонной пары в одном кабеле.

Третий прибор (импульсный локатор) позволяет находить места утечек на землю или повреждения внешней изоляции в подземных кабелях. Между землей и жилой с утечкой или оплеткой кабеля с поврежденной изоляцией подключается генератор высоковольтных импульсов. Между местом заземления генератора и местом утечки образуется разность потенциалов, наличие и полярность которой определяется специальным щупом. Так как в месте утечки разность потенциалов будет отсутствовать, то, продвигаясь вдоль трассы от генератора к дефекту, монтажник может установить месторасположение последнего с точностью до десятка сантиметров.

Перечисленные приборы помогут вам при монтаже, освидетельствовании или ремонте всех типов кабельных систем. Используя их, вы сможете определить расстояние от кросса до дефекта в линии, а затем по схеме кабельной системы найти то место, куда следует посылать техника для устранения неисправности. Это позволит сэкономить значительное время - персоналу не придется идти вдоль всей линии от одной распределительной коробки до другой, пытаясь обнаружить дефект методом последовательного просмотра или деления отрезка пополам.