Как измерить расстояние кабеля

Измерение длины кабеля

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ КАБЕЛЯ

Когда возникает необходимость измерения длины кабеля в бухте, конечно, лучшим способом измерения является перемотка и определение длины прямым методом. Однако этот способ требует наличия перемоточных машин, достаточно большого времени и обслуживающего персонала. Гораздо чаще используют косвенные методы определения длины кабеля.

В настоящее время используются два основных метода:

DC метод — по измерению сопротивления жилы на постоянном токе TDR метод (рефлектометр) — по измерению времени прохождения зондирующего импульса

Рассмотрим основные свойства этих методов, их достоинства и недостатки.

DC метод

В основу метода положен закон Ома в котором сопротивление жилы кабеля пропорционально длине жилы. Или для длины кабеля:

Здесь R — измеренное сопротивление жилы в Омах.
Rpg — погонное сопротивление жилы в Ом/км.

Все было бы хорошо, если бы погонное сопротивление не зависело от множества факторов. В действительности погонное сопротивление зависит от сечения жилы, температуры и химического состава материала жилы.

В общем случае для Rpg можно записать:

Удельное сопротивление ρ материала жилы зависит от химического состава и температуры

ρ20 — удельное сопротивление материала из которого сделана жила при 20oС — зависит только от материала жилы
α — температурный коэффициент, зависящий тоже от химического состава материала жилы.

Итак, более подробная формула для длины жилы кабеля будет выглядеть так:

Следует отметить, что длина жилы не всегда равна длине кабеля. Если для энергетических кабелей эти величины совпадают, то в кабелях связи применяется скрутка отдельных жил в пары или четверки. Скрутка приводит к тому, что длина жилы становится больше длины кабеля.

Что должен измерять прибор по DC методу?

Конечно сопротивление жилы с максимально возможной точностью.

Так для типичного медного силового кабеля с сечением 9 мм2 сопротивление 1 метра будет иметь величину порядка 0,002 Ом, Для кабеля с большим сечением сопротивление будет еще меньше. Таким образом, прибор должен иметь разрешение не хуже 0,001 Ом.

Измерение сопротивления с таким разрешением представляет известные трудности.

Во-первых, необходимо обеспечить подключение прибора не вносящее искажение в результат измерения. Решение этой проблемы хорошо известно — это использование так называемого подключения Кельвина или четырехпроводное подключение. Его смысл показан на следующем рисунке:

В этой схеме есть две отдельные цепи: цепь для подачи тока с амперметром и цепь измерения падения напряжения с вольтметром.

Во-вторых, измерение маленького падения напряжения осложняется присутствием термо-ЭДС на контактах. Уменьшить влияние термо-ЭДС на результат можно только двумя способами:

Выдерживать оба конца кабеля при одинаковой температуре Проводить измерение при большом токе

В современных переносных приборах идет борьба за уменьшение потребляемой мощности и измерения обычно проводятся на малых токах. К тому же его величина обычно не приводится в документации на прибор. На наш взгляд этот параметр имеет первостепенное значение, определяющее физические ограничения на метрологические параметры прибора.

TDR метод

Метод основан на посылке короткого зондирующего импульса в кабель и наблюдении отраженного сигнала от конца кабеля:

Метод не применим к кабелям с одной жилой!

Отражение происходит как от открытого, так и от закороченного конца кабеля. Разница будет только в том, что при отражении от закороченного конца импульс переворачивается.

Длина может быть рассчитана по времени τ между моментом начала зондирующего импульса и моментом прихода отраженного, при известной скорости распространения. Скорость распространения определяется геометрией кабеля и свойствами изоляции. Кабели имеющие одинаковую геометрия (сечение жил, толщину изоляции и пр.), но отличающиеся диэлектрической постоянной материала изоляции будут характеризоваться различной скоростью распространения. Заводы — производители кабельной продукции обычно не приводят значение скорости распространения и измерителю необходимо ориентироваться на какие-то значения. Можно найти некоторые справочные материалы, но кабели с одинаковой маркировкой из разных партий могут иметь различные физические свойства.

Скорость распространения традиционно для рефлектометрии задается коэффициентом укорочения КУ = C/V. Здесь C — скорость света в вакууме, V — скорость распространения электромагнитной волны в исследуемом кабеле. Для большинства марок кабелей коэффициент укорочения находится в пределах 1÷3.

Кроме отражения от конца кабеля, зондирующий импульс отражается и от любой неоднородности кабеля.

Прибор, подключенный к кабелю, представляет собой тоже неоднородность. Для устранения паразитного эхо-сигнала служит регулируемая нагрузка СОГЛАСОВАНИЕ.

Что должен измерять прибор по TDR методу?

Время между посылкой зондирующего импульса и началом прихода отраженного эхо-сигнала. На первый взгляд все достаточно просто, но на практике имеются значительные затруднения. Для точного измерения зондирующий сигнал должен иметь длительность в наносекундном диапазоне с очень крутыми фронтами. При распространении вдоль кабеля такой импульс претерпевает значительные искажения. Сильно уменьшается его амплитуда и размазываются фронты.

В таких условиях определение начала эха вызывает значительные трудности. Обычный подход, когда сам прибор определяет начало по превышению некоторого уровня приводит к появлению значительных ошибок.

Вторым осложняющим фактором представляется наличие собственных неоднородностей кабеля.

Реальность такова, что на сегодняшний момент лучший способ определения начала отражения от конца кабеля связан с зорким глазом измерителя. Даже профессиональные рефлектометры для медных кабелей не имеют функций автоматического анализа с точным определением расстояния.

Большинство измерителей длины кабеля отображают информацию на алфавитно-цифровых индикаторах. По нашему мнению качественное измерение длины кабеля возможно лишь при наблюдении графической картинки с возможностью ее растяжки по осям для точного позиционирования измерительного курсора.

Сравнение характеристик приборов

На рынке предлагается несколько моделей приборов для измерения длины кабеля на барабане. В таблице приведены приборы и методы, которые они используют:

Источник

Как измерить расстояние кабеля

Таблица, размещённая ниже, составлена очень ориентировочно, скорее, для создания общего представления что, и чем ищется. Народные названия некоторых типов повреждений могут отличаться в разных местностях (велик и богат русский язык).

Таблица выбора метода измерения расстояния до места повреждения

Диапазон	Народные названия	Использовать в первую очередь	Если невозможно применить предыдущую колонку	Использование поисковых комплектов
Обрывы	—	Обрыв	Импульсный метод	Измерение ёмкости или сравнение рабочих ёмкостей пар	При обрыве всех жил кабеля, контактный метод для однопарных кабелей
Пониженная изоляция	От 0 до 1 кОм	Плотное (полное) короткое, сообщение, земля	Импульсный метод, метод Муррея*	Измерение шлейфа повреждённых жил	Используется при повреждении внешней оболочки кабеля**
	От 1 кОм до 100 кОм	Большое короткое, сообщение, земля	Метод Муррея*	Импульсный метод	Используется при повреждении внешней оболочки кабеля**
	От 100 кОм до 10 МОм	Небольшое короткое, сообщение, земля	Метод Муррея*	Импульсный метод используется скорее для поиска муфт	Используется при повреждении внешней оболочки кабеля**
	Свыше 10 МОм	Чистые жилы	Отсоединение и проверка оконечных устройств	Деление длин кабеля на участки	Используется при повреждении внешней оболочки кабеля**
Пониженное переходное затухание	Менее 65 дБ***	Прослушка, разнопарка, битость пар	Импульсный метод	Метод сравнения рабочих емкостей пар	Не используется
* Для ИРК-ПРО «Утечка», используется если есть чистая жила. ** Имеется ввиду изоляция экрана менее 500 кОм, естественно экран должен быть при измерении изолирован на всех оконечных устройствах *** Измеряется приборами типа ИПЗ, Дельта-ПРО и пр. Этим типом приборов определяется только наличие повреждения, но не расстояние до разбивки пар Примечание. К значениям сопротивления повреждения изоляции следует относиться как к приблизительным.

Ко всему прочему, рекомендовал бы контролировать сопротивление изоляции экрана кабеля. По крайней мере, по изоляции экрана можно определить цела ли его оболочка.

Измерения импульсным методом

Метод замечателен наглядностью показаний. Для определения расстояния до повреждения или конца кабеля не надо применять каких-либо формул. Особенно эффективен метод при полном обрыве жил кабеля. Приборам не мешает пониженная изоляция и присутствие постоянного напряжения в кабельной паре. Так же не мешает им разница или неопределённость в диаметрах жил кабеля (сечении).

Приборы этого класса могут видеть даже окислившиеся скрутки в муфте или длине кабеля. Рефлектометры незаменимы при поиске места разбивки кабельных пар (разнопарке).

К недостаткам можно отнести неспособность видеть пониженную изоляцию даже в 10 кОм и погрешность из-за неточности определения коэффициента укорочения в кабелях ТПП, КСПП и ПРППМ.

Измерения универсальными кабельными приборами

Как правило, мостовые схемы измерения более сложны для понимания и пользуются меньшей популярностью, кстати, совсем необоснованно. Внесение в электронную начинку приборов автоматических расчётов немного облегчило монтёрам работу с такими изделиями, увы упрощение не добавило понимания процессов происходящих при измерениях. Подробней на странице «Виды повреждений изоляции линий связи. Способы расчёта и поиска»

Обязательным условием применения всех мостовых схем является наличие целой и чистой по изоляции жилы. Зато приборами типа ИРК-ПРО и ПКП можно довольно точно рассчитать повреждение с сопротивлением от 0 до 10 МОм.

Увы, расчет относительный, то есть приборы вычисляют процент от общей длины кабеля. При использовании же расчёта заложенного в электронной начинке прибора появляется дополнительная погрешность от некоторой разбежки в сопротивлении жил кабеля.

В эти же приборы заложена ещё и возможность измерения электрической ёмкости, что позволяет искать чистые по изоляции обрывы. К сожаленью погрешность больше, чем при использовании импульсного метода и пользуются им только при отсутствии рефлектометра.

Измерения любым методом с расчётом расстояния до повреждения имеют ещё один недостаток. Они не привязаны к местности, то есть не учитывают повороты трассы и всевозможные петли кабеля. Чтобы абсолютно привязать повреждение кабеля к местности и точно отметить место раскопок применяется ещё один класс приборов.

Поиск места повреждения непосредственно на месте

Поисковые комплекты. Трассоискатели, кабелеискатели.

Все приборы этого класса имеют в своём составе генератор и поисковую часть.

Генератор выдаёт в исследуемый кабель сигнал звуковой частоты, а с помощью другой части производится поиск. Поисковая часть часто имеет возможность использования двух методов поиска индуктивного и контактного.

При индукционном методе производится поиск трассы кабеля и явных повреждений (полных обрывов, земляных повреждений с малым сопротивлением). Контактным методом ищется точное место повреждения изоляции кабеля. Поиск производится измерительными штырями. В месте максимальных показаний прибора, как правило, и находят повреждения. Хитростей в этом процессе гораздо больше и прочитать о них можно на странице «Контактный метод. Поиск повреждения кабеля штырями»

Если полученные результаты измерения кажутся мистическими или фантастическими значит, вы ошиблись, законы Ома и Кирхгофа в нашем мире всё ещё соблюдаются, и когда всё будет раскопано и переделано, вы тоже в этом убедитесь.

Источник

Как измерить расстояние кабеля

Очевидно, что самым точным методом измерения длины кабеля является прямой метод, например с помощью рулетки.

Однако на практике, по ряду причин, пользоваться этим методом крайне затруднительно.

На практике широкое распространение получили методы измерения длины кабеля на барабанах или в бухтах посредством их перемотки, а также два широко-известных косвенных метода измерения длины кабеля на барабане или в бухте без их размотки или перемотки:

1). По сопротивлению жил (DC-метод), реализуется при помощи миллиомметра; 2). Методом локации (TDR-метод), реализуется при помощи рефлектометра.

Для измерения длины кабеля TDR-методом в принципе можно использовать любой рефлектометр: РЕЙС-45, РЕЙС-100, РЕЙС-105, РЕЙС-205, РЕЙС-305, РЕЙС-405 или СТЭЛЛ-4500.

Однако наиболее целесообразно для измерения кабеля использовать специальный прибор «Измеритель длины кабеля РЕЙС-50», который может работать как по DC — методу, так и по TDR — методу.

Каждый из этих двух методов имеет свои достоинства и свои недостатки, а также особенности измерения.

Главная особенность каждого метода состоит в том, что перед измерением длины кабеля нужно устанавливать в приборе для каждого метода определенные исходные данные. Поэтому, если перед измерением Вы о кабеле ничего не знаете, и не можете определить эти исходные данные, то и не сможете измерить его длину с требуемой точностью.

Погрешность измерения длины кабеля прибором РЕЙС-50 в любом из имеющихся 2-х методов измерения складывается из двух составляющих: инструментальной погрешности(погрешность собственно прибора) и методической погрешности (погрешности оператора).

Следует учитывать, что инструментальная погрешность прибора РЕЙС-50 очень мала (см. таблицу «Технические характеристики прибора РЕЙС-50»). Поэтому практически все погрешности измерения зависят от оператора, от правильности установки исходных величин и правильности методики измерения.

Для точного измерения длины кабеля по сопротивлению жил, нужно знать погонное сопротивление этих жил. Или нужно точно знать сечение жилы и материал, из которого она сделана, а также температуру жилы.

Если погонное сопротивление неизвестно, то его можно измерить самим прибором РЕЙС-50, но для этого нужно иметь кусок точно такого-же кабеля с точно известной длиной, например измеренной рулеткой.

Кроме того, для получения точного результата нужно быть уверенным, что сечение жилы равномерно по всей длине кабеля. Нужно быть уверенным также и в том, что жила по всей длине сделана точно из одного и того-же материала.

Если не учитывать указанные факторы, то погрешность измерения может оказаться значительно больше, чем инструментальная погрешность прибора.

Для точного измерения длины кабеля методом локации нужно знать точное значение коэффициента укорочения этого кабеля, который характеризует скорость распространения импульса в кабеле.

Точно знать этот коэффициент — это главная проблема, возникающая перед измерением длины кабеля.

Дело в том, что указанные коэффициенты для большинства используемых на практике кабелей не указываются в документации на кабель, а должны быть определены экспериментальным путем.

Этот коэффициент зависит от ряда характеристик кабеля, в том числе от материала изоляции кабеля, от равномерности материала этой изоляции по длине кабеля, от повива жил кабеля (т.е. сколько скруток на метр и равномерно ли они распределены по всему кабелю).

Коэффициент укорочения кабеля можно измерить экспериментально самим прибором РЕЙС-50, но для этого нужен отрезок точно такого-же кабеля с точно известной длиной, которую Вы померяли, например, рулеткой.

Однако если Вы даже и измерили коэффициент укорочения самим прибором РЕЙС-50, то для того, чтобы затем точно измерить длину кабеля на барабане или в бухте, нужно быть уверенным, что материал изоляции одинаковый по всей длине кабеля. Нужно быть уверенным также и в том, что скрутка жил по всей длине одинакова.

Кроме того, если вы померяли коэффициент укорочения по отрезку кабеля с известной длиной, но этот отрезок кабеля был при измерении размотан и разложен в линию, то значение полученного коэффициента укорочения может быть иным по сравнению с коэффициентом укорочения такого-же кабеля на барабане или в бухте. Разница особенно сильно заметна для неэкранированного кабеля. Причина — влияние витков кабеля друг на друга, когда кабель смотан в бухту или на барабане.

На фотографии, расположенной в начале этой страницы, показаны результаты измерения рефлектометром РЕЙС-105М1 коэффициента укорочения 4-х жильного не экранированного телефонного плоского кабеля по куску этого кабеля длиной 45 метров, в двух состояниях: в размотанном состоянии и в смотанном в навал. В данном случае разница в измерениях составила 1,62%. Если смотать этот же кабель по-другому, например в бухту виток к витку, то разница будет другой.

Таким образом, если для измерения длины не экранированного кабеля, находящегося в размотанном состоянии или проложенного в кабельном канале или в другом месте, используется коэффициент укорочения, измеренный рефлектометром по куску такого же кабеля, но смотанного в бухту, то погрешность измерения длины увеличится по меньшей мере на 1,62%.

Возникает вопрос — возможно ли, и если да, то как и в каких случаях, измерять длину кабеля на барабане или в бухте методом локации (рефлектометром)?

Напрашивается ответ, что измерять длину кабеля на барабане или в бухте методом локации можно, но при соблюдении таких требований:

1). Вы точно знаете что оба кабеля (измеряемый кабель на барабане и отрезок кабеля известной длины, используемый для измерения коэффициента укорочения) изготовлены на одном и том-же заводе.

2). Вы точно знаете, что материал изоляции один и тот-же как по всей длине отрезка кабеля, взятого для измерения укорочения, так и в вашей бухте (на барабане).

3). Вы точно знаете, что количество скруток жил на единицу длины в этих кабелях одинаково и одно и то-же по всей длине.

4). Отрезок кабеля, использованный для измерения укорочения, и измеряемый кабель смотаны в точно одинаковые по диаметру и расположению витков бухты или барабаны.

5). Длины отрезка кабеля, использованного для измерения укорочения, и измеряемого кабеля, по длине должны быть одного и того-же порядка.

Если не учитывать эти особенности, то можно получить погрешность измерения методом локации значительно большую, чем инструментальная погрешность прибора РЕЙС-50 в режиме рефлектометра.

Источник