Мостовой метод измерения
в приборах ПКМ-105 и РЕЙС-205
фирмы СТЭЛЛ

Мостовой метод измерения используется при контрольных измерениях и для локализации высокоомных повреждений изоляции на кабелях связи.

Эти повреждения можно условно разделить на 3 группы:
1. Низкое сопротивление изоляции или короткое замыкание между жилами пары.
2. Низкое сопротивление изоляции жилы относительно земли или замыкание на землю.
3. Связь между парами.

Для локализации повреждений в кабеле связи мостовым методом необходимым является наличие хотя бы одной "хорошей“ жилы между местом подключения прибора и концом кабеля. "Хорошая“ жила должна иметь высокое сопротивление изоляции. На практике в качестве "хорошей“ жилы выбирается та, которая имеет наибольшее сопротивление изоляции.

Перед проведением измерений все жилы, которые предполагается использовать при измерениях, необходимо отключить от источников сигналов (например, коммутаторных устройств) и приемников сигналов (например, абонентских устройств).

1. Измерение сопротивления изоляции

На рисунке ниже приняты следующие обозначения:
ПКМ-105 – портативный кабельный мост фирмы СТЭЛЛ (вместо ПКМ-105 можно использовать прибор РЕЙС-205 фирмы СТЭЛЛ).
Ri – это сопротивление изоляции жилы (сопротивление между измеряемой жилой и всеми остальными жилами кабеля, которые соединены между собой, а также с оболочкой кабеля и заземлением).
На рисунке пара 1 состоит из жил А и В, пара 2 – из жил С и D и т. д.

Если нет возможности заземлить жилы кабеля, не участвующие в измерении, то необходимо измерить сопротивление изоляции в каждой паре жил: Ri_АВ , Ri_CD (рисунок ниже).

Перед измерением сопротивления изоляции измеряемый кабель необходимо отключить от всех источников сигналов, так как наличие посторонних напряжений на линии может привести к искажению результатов измерений. От измеряемого кабеля должны быть отключены также все другие устройства, аппараты и т. п.

Измерение сопротивления изоляции производится на постоянном токе при повышенном выходном напряжении (до 200…220 В – в зависимости от величины сопротивления изоляции). При этом выходной ток, выдаваемый прибором ПКМ –105 и РЕЙС-205, не превышает 2 мА. Такое значение тока соответствует требованиям ГОСТ по безопасности.

Приборы ПКМ-105 и РЕЙС-205 фирмы СТЭЛЛ построены таким образом, что повышенное выходное напряжение подается на кабель только в момент измерения сопротивления изоляции по специальной команде оператора. При этом все присоединения прибора к измеряемому кабелю производятся при отсутствии напряжения на выходе прибора, а в момент подачи напряжения на экране появляется специальный предостерегающий знак.

Для устранения влияния на результаты измерений помех в виде переменных наведенных потенциалов, переменных напряжений и импульсов, измерения в приборах ПКМ-105 и РЕЙС-205 выполняются с усреднением.

Если на измеряемой жиле есть постороннее постоянное напряжение, то при перемене измерительных проводов   от прибора местами показания изменяются. В этом случае необходимо устранить указанное постоянное напряжение и повторить измерение.

При работе на протяженных кабелях необходимо иметь в виду, что при включении режима измерения выдаваемое прибором напряжение установится на кабеле не мгновенно (из-за емкости кабеля). Поэтому стабильные показания прибора могут установиться в течение определенного времени, пока кабель не зарядится до измерительного напряжения.

При любом измерении сопротивления изоляции вследствие высокой чувствительности прибора не следует держать руками зажимы измерительных проводов, так как это может повлиять на результаты измерения.

Высокая влажность окружающей среды может внести искажения в результаты измерения сопротивления изоляции.

2. Измерение емкости

Измерение емкости производится на переменном напряжении. Калибровка производится автоматизировано при выборе соответствующего пункта меню в режиме измерения емкости.

Измерение емкости производится прибором автоматически с периодическим обновлением результатов на экране индикатора.

3. Определение расстояния до места обрыва жил (пары) посредством измерения емкостей

3.1. Определение расстояния до места обрыва жилы измерением емкости поврежденной и исправной жил.

Здесь: Сх – емкость поврежденной жилы (жилы А)
Сl - емкость исправной жилы (жилы В)
l – длина кабеля (исправной жилы)

Расстояние до места обрыва lх определяется выражением:

lх = Сх* l  / Сl                                                 (1)

Примечание. В многожильном кабеле исправная жила – это жила, имеющая максимальную емкость.

Расстояние до места обрыва lх можно также определить по емкостям поврежденной и неповрежденной пар. Выражение для определения расстояния lх аналогично выше приведенному.

3.2. Определение расстояния до места обрыва кабеля (оборваны все жилы)

При обрыве всех жил кабеля определить расстояние до повреждения можно по формуле:

lх = Сх / Ср,                                                     (2)

где Сх – емкость оборванной пары, измеренная прибором;
Ср – погонная емкость пары.

4. Измерение сопротивления шлейфа Rs  и длины кабеля по шлейфу

Сопротивление шлейфа Rs – это суммарное сопротивление двух жил кабеля, закороченных на конце линии.

Измерение Rs производится приборами ПКМ-105 и РЕЙС-205 автоматически, в соответствующем режиме, с периодическим обновлением результатов измерений на экране прибора.

Зная измеренное сопротивление шлейфа Rs и погонное сопротивление, можно определить длину кабеля в соответствии с выражением:

lх = Rs / Rо,                                  (3)

где Rо – погонное сопротивление.

Погонное сопротивление кабеля может быть записано и постоянно храниться в энергонезависимой памяти прибора (таблице кабелей).

Для исключения влияния сопротивления присоединительных проводов, которыми прибор подключается к жилам кабеля, перед измерением сопротивления шлейфа необходимо произвести автоматизированную калибровку прибора при закороченных присоединительных проводах.

5. Измерение омической асимметрии DR

Омическая асимметрия DR – это разность между сопротивлениями двух жил одной пары кабеля. Для измерения DR необходимо измеряемые жилы на конце закоротить между собой и соединить эту точку с дополнительной жилой или с оболочкой кабеля, как показано на рисунке.

В этом режиме прибор автоматически измеряет сопротивление жил А и В и вычисляет разницу DR. Омическая асимметрия может свидетельствовать о наличии скрутки в одной из жил ( по рисунку – в жиле А) или об отличии длин в жилах А и В. В последнем случае разность длин А и В можно определить в соответствии с выражением:

Dlx = 2DR / Ro,                             (4)

где: Ro – погонное сопротивление.

6. Метод определения расстояния до места повреждения изоляции кабеля и его особенности

При определении расстояния до места повреждения изоляции кабеля схема подключения жил кабеля к приборам ПКМ-105 или РЕЙС-205 имеет вид:

На рисунке обозначено:
А – “хорошая” жила;
В – жила с повреждением изоляции;
С – заземленная оболочка кабеля или жила, относительно которой у поврежденной жилы имеется утечка сопротивления Rп.

Расстояние Lx от начала кабеля до места нахождения утечки Rп определяется посредством измерения сопротивления шлейфа жил А и В, измерения сопротивления дефектного участка Rx жилы В и вычисления выражения:

Lx = 2Rx*L / (Ra + Rв) = 2Rx*L / Rs,                           (5)

где: Rs = Ra + Rв – сопротивление шлейфа жил А и В;
L – длина кабеля.

Если в кабеле есть одновременно несколько мест повреждения, например, вместе с утечкой Rп есть утечка R'п, причем R'п > Rп, то вследствии частичного ответвления измерительного тока на R'п при определения расстояния прибор покажет величину L'x. При этом, чем больше R'п по сравнению с Rп, тем меньше отличие L'x от Lx.

Таким образом, следует иметь в виду, что прибор не позволяет указать сколько и в каких местах одновременно имеется повреждений на неисправной жиле. Все повреждения идентифицируются прибором как одно общее повреждение, до которого и определяется расстояние.

7. Определение расстояния до места повреждения изоляции кабеля

Определение расстояния до места пониженной изоляции или места утечки на землю в поврежденной жиле симметричной линии производится методом Муррея посредством измерения отношения сопротивлений жилы до места повреждения к сопротивлению шлейфа, по схеме с замкнутыми жилами на противоположном конце кабеля.

Прежде всего необходимо найти в кабеле “хорошую” жилу.

Для этого в режиме “Измерение Ri” прибором ПКМ-105 измеряется сопротивление изоляции всех жил кабеля, которые предполагается использовать при измерениях.

В качестве “хорошей” жилы выбирается та жила, которая имеет наибольшее сопротивление изоляции. Далее нужно измерить сопротивление изоляции “хорошей” жилы Ri и поврежденной жилы Rп (жилы с пониженной изоляцией) и определить их отношение Кu.

Следует иметь в виду, что определение расстояния до места повреждения целесообразно проводить если величина Rп не превышает 20 МОм. При этом переходное сопротивление до 10 МОм позволяет обеспечить погрешность определения расстояния не более 1% (в пределах от 0,1 до 1% - в зависимости от условий). При более высоких значениях Rп погрешность увеличивается.

Если полученное отношение Кu удовлетворяет условию: Кu = Ri / Rп ? 400, то для определения расстояния до места повреждения с паспортной точностью достаточно провести измерение с одного конца линии в режиме “Измерение Lx”.

При измерении Lx схема подключения прибора ПКМ-105 (РЕЙС-205) к кабелю имеет вид:

На рисунке позиция C может быть оболочкой кабеля или жилой, по отношению к которой понижено сопротивление изоляции поврежденной жилы B. Позицией A на рисунке обозначена неповрежденная жила. Жилы A и B соединены на конце между собой.

Измерение Lx производится прибором ПКМ-105 (РЕЙС-205) автоматически. Причем под управлением встроенного микропроцессора сначала измеряется сопротивление Rs шлейфа жил A и B, а затем измеряются сопротивление Rx части шлейфа от начала кабеля до места понижения изоляции жилы B.

Затем автоматически вычисляется отношение:

К = Rx / Rs / 2 = 2Rx / Rs.                                          (6)

Далее, используя погонное значение сопротивления жил Rо, автоматически вычисляется расстояние Lx до места повреждения:

Lx = L*K = (Rs/Rо)*(2Rx/Rs) = 2Rx/ Rо,                               (7)

где:  L – полная длина линии, км;
R₀ – погонное сопротивление, Ом/км;
Rx – сопротивление до места повреждения, Ом.

Полученное значение Lx отображается на экране прибора ПКМ-105 (РЕЙС-205) в метрах.

8. Учет величины Ku при определении расстояния до места повреждения изоляции кабеля

В случае, когда сопротивление изоляции “хорошей” жилы также, как и поврежденной, понижено и величина Ku лежит в пределах: 3 < Ku< 400, для получения правильного результата при определении расстояния до места повреждения необходимо произвести измерения расстояния как с одного конца поврежденного кабеля, так и с другого конца.

Расстояние до места повреждения, в этом случае, можно определить по выражению:

Lx = L* Lx₁ / (Lx₁ + Lx₂),                                                   (8)

где:   Lx₁ – расстояние до повреждения при измерении с первого конца линии;
Lx₂ - расстояние до повреждения при измерении со второго конца линии;
Lx - расстояние до повреждения от первого конца линии по результатам двухсторонних измерений.