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100米左右的多芯电缆,用于信号传输,其中某一根线断了,封装无破损,用万用表如何判断断点位置?

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发表于 2016-8-31 00:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
有点意思的问题。
我们来看下图:

图中我们看到了多芯电缆及内部导线,也看到了其中一根线断了。

图中我们看到了多芯电缆及内部导线,也看到了其中一根线断了。
我们知道,导线间一定存在分布电容的,而且分布电容值与导线的长度有关。如果我们能测量出分布电容,再根据分布电容与导线长度的关系,我们就可以比较粗略地知道断点的位置。
数字万用表都具有测量电容的功能。其原理是,表内产生一个矩形波振荡,输出到被测电容处,然后用积分电路来测量电压值,类似滤波电压,由此测量出电容值。
也即:

U、T和R均为已知,则由Uc的测量值可以计算出Cx的值。
知道了Cx的值,如何计算断点距离呢?
我们看下图:

上图是我的一篇论文的截图。

上图是我的一篇论文的截图。
这个公式在《电线电缆手册》(机械工业出版社出版)和《工业与民用配电设计手册》(电力出版社出版)中都有。
我们从图中的表达式中,看到了电缆长度和C之间的关系是线性的。所以我们可以这样来测量。
第一步:先测量任意两根完整导线的分布电容,它的分布电容测量值为


第二步;测量一根完整的导线与断掉的导线之间的分布电容,它的分布电容测量值为


第三步:计算

,单位是米。
则K的值就是断点的位置。
注意上述计算式中的100,它就是电缆长度。如果电缆长度是95米或者120米,则用95或者120取代100即可。
准不准呢?答案是:会有误差,只能用于粗略判断。
在继电保护中,ABB有一款叫做REF561的线路保护装置,常用于35kV到110kV的线路保护。它利用阻抗测量,可以判断出线路断点的位置,以便检修人员做进一步判断精确线路断点。

从原理看,与这里的用万用表测量电缆断点差不多。

从原理看,与这里的用万用表测量电缆断点差不多。

去年我带的一位学生的毕业设计,就是设计一款类似万用表的仪表,专门用于测量多芯电缆(长度为1000米)的头尾对应关系,以及断点位置。

去年我带的一位学生的毕业设计,就是设计一款类似万用表的仪表,专门用于测量多芯电缆(长度为1000米)的头尾对应关系,以及断点位置。
制作完成后,实测的结果还行,实测100米电缆内部导线断点位置误差在3米以内,重复性尚可。
=======================
看到知友们在评论区发表的评论,对这个问题很感兴趣。我来给大家介绍一下去年我带毕设时的试验结果吧。如下:
首先,我让学生用一条10芯100米长的电缆做测试,发现直接用万用表测量电容它的精确度不高。随后,我让学生用信号发生器来测试,从分布电容的测量值来看,存在如下问题:
1)因为电缆是多芯的,未接入电源的导线也会产生电容效应,并且频率越高,分布电容的容抗电压值就越低。
这一点很容易理解,其实这就是

的反映。
2)导线是有电感的,在测试中发现有谐振现象。
最后采取的办法是:
线路用单片机构建。单片机控制测控装置按如下步骤执行检测:
第一步:考虑到电缆的差别,让单片机首先发出一组不断增高频率的信号,看看电缆电感和分布电容的谐振点在哪里。
根据谐振点的不同,大致判断故障点的位置。
第二步:以小于谐振频率的某固定频率来测量分布电容,实现较为精确的测量。
第三步:发出高频脉冲,观察上升沿寄生振荡的频率情况,由此推算故障点的位置。再结合第一步和第二步,进行精确定位。
这第三步是有一定难度和技巧的,具体就不给大家介绍了。
上述三个步骤均由单片机自动完成。
有了这三步,虽然不能把断点准确定位,但故障区间范围还是比较小的,最好的一次区间误差在数厘米。
我交代学生,毕业后进入职场,自己把这个设计完善起来,说不定还能申请专利。但后续如何,就不知道了。

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发表于 2016-9-5 00:00:00 | 显示全部楼层
题主如果可以沿着通信线测试的话可以这样:
将待测的线的一头连接220V的火线。(这个要注意安全,线头要断绝其他电器的连接。不要电到自己。)
然后将数字万用表(一定要是数字万用表)调节至交流电压测试档的最低档。一只手握住一只表笔,另外一只表笔沿着接通火线的待测线的外部胶皮测试。当表笔靠近的时候由于万用表大内阻和人体的体表电容效应:在火线和地之间通过万用表笔接触带电线的胶皮形成一个小电容,人体手握另一只表笔,对地相当于一个比较大一点的电容(火线串联小电容---串联万用表内阻---串联人体电容---到地,形成回路,测得万用表上的分压)。这样万用表表笔能测到一个比较大一点的电压值。当表笔拿开带电线或者移动到断点之后,万用表的电压值会有一个跳变,突然变得小很多,这个是明显可观测的。这样就能隔着胶皮找到断点。


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发表于 2016-8-31 00:00:00 | 显示全部楼层
有专门的仪器,时域反射仪。给个阶跃信号,看回波。有示波器也带这个功能。
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发表于 2016-9-7 00:00:00 | 显示全部楼层
工业上长距离多接点的,一般都用反射仪来做曲线看。
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发表于 2016-8-31 00:00:00 | 显示全部楼层
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发表于 2016-8-31 00:00:00 | 显示全部楼层
有专门的仪表,比如天馈线测试仪,就可以测试通讯电缆的断点情况。
我自己猜测原理可能和网络分析仪类似,发射出去一个高频信号,看反射信号的时间差和相位差,光速一定,就可以算出断点位置。
用普通万用表量不出来,靠普通LCR表自己计算也很困难。
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发表于 2016-9-7 00:00:00 | 显示全部楼层
断了的那根接220的火线,然后用感应电笔测
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发表于 2016-9-6 00:00:00 | 显示全部楼层
有一种可以测试电缆线芯长度的仪器品牌叫做Fluke
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发表于 2016-9-6 00:00:00 | 显示全部楼层
高中数学竞赛还是物理竞赛见过类似的题
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发表于 2016-9-6 00:00:00 | 显示全部楼层
信号传输  估计线径不会太大  不知道你们那个线是不是地埋的?   地埋的有没有备用线芯   有备用切备用  没备用  谁做的活  拉出来砍死  架空线100米整根换呗    预埋线   抽出来换新
这是最省时省力省钱的办法
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