Измерения электрических параметров кабельных линий связи. Электрические измерения Измерение основных электрических характеристик

При изучении электротехники приходится иметь дело с электрическим, магнитными и механическими величинами и измерять эти величины.

Измерить электрическую, магнитную или какую-либо иную величину - это значит сравнить ее с другой однородной величиной, принятой за единицу.

В этой статье рассмотрена классификация измерений, наиболее важная для . К такой классификации можно отнести классификацию измерений с методологической точки зрения, т. е. в зависимости от общих приемов получения результатов измерений (виды или классы измерений), классификацию измерений в зависимости от использования принципов и средств измерений (методы измерений) и классификацию измерений в зависимости от динамики измеряемых величин.

Виды электрических измерений

В зависимости от общих приемов получения результата измерения делятся на следующие виды: прямые, косвенные и совместные.

К прямым измерениям относятся те, результат которых получается непосредственно из опытных данных. Прямое измерение условно можно выразить формулой Y = Х, где Y - искомое значение измеряемой величины; X -значение, непосредственно получаемое из опытных данных. К этому виду измерений относятся измерения различных физических величин при помощи приборов, градуированных в установленных единицах.

Например, измерения силы тока амперметром, температуры - термометром и т. д. К этому виду измерений относятся и измерения, при которых искомое значение величины определяется непосредственным сравнением ее с мерой. Применяемые средства и простота (или сложность) эксперимента при отнесении измерения к прямому не учитываются.

Косвенным называется такое измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. При косвенных измерениях числовое значение измеряемой величины определяется путем вычисления по формуле Y = F(Xl, Х2 ... Хn ), где Y - искомое значение измеряемой величины; Х1 , Х2, Хn - значения измеренных величин. В качестве примера косвенных измерений можно указать на измерение мощности в цепях постоянного тока амперметром и вольтметром.

Совместными измерениями называются такие, при которых искомые значения разноименных величин определяются путем решения системы уравнений, связывающих значения искомых величин с непосредственно измеренными величинами. В качестве примера совместных измерений можно привести определение коэффициентов в формуле, связывающей сопротивление резистора с его температурой: Rt = R20

Методы электрических измерений

В зависимости от совокупности приемов использования принципов и средств измерений все методы делятся на метод непосредственной оценки и методы сравнения.

Сущность метода непосредственной оценки заключается в том, что о значении измеряемой величины судят по показанию одного (прямые измерения) или нескольких (косвенные измерения) приборов, заранее проградуированных в единицах измеряемой величины или в единицах других величин, от которых зависит измеряемая величина.

Простейшим примером метода непосредственной оценки может служить измерение какой-либо величины одним прибором, шкала которого проградуирована в соответствующих единицах.

Вторая большая группа методов электрических измерений объединена под общим названием методов сравнения . К ним относятся все те методы электрических измерений, при которых измеряемая величина сравнивается с величиной, воспроизводимой мерой. Таким образом, отличительной чертой методов сравнения является непосредственное участие мер в процессе измерения.

Методы сравнения делятся на следующие: нулевой, дифференциальный, замещения и совпадения.

Нулевой метод - это метод сравнения измеряемой величины с мерой, при котором результирующий эффект воздействия величин на индикатор доводится до нуля. Таким образом, при достижении равновесия наблюдается исчезновение определенного явления, например тока в участке цепи или напряжения на нем, что может быть зафиксировано при помощи служащих для этой цели приборов - нуль-индикаторов. Вследствие высокой чувствительности нуль-индикаторов, а также потому, что меры могут быть выполнены с большой точностью, получается и большая точность измерений.

Примером применения нулевого метода может быть измерение электрического сопротивления мостом с полным его уравновешиванием.

При дифференциальном методе , так же как и при нулевом, измеряемая величина сравнивается непосредственно или косвенно с мерой, а о значении измеряемой величины в результате сравнения судят по разности одновременно производимых этими величинами эффектов и по известной величине, воспроизводимой мерой. Таким образом, в дифференциальном методе происходит неполное уравновешивание измеряемой величины, и в этом заключается отличие дифференциального метода от нулевого.

Дифференциальный метод сочетает в себе часть признаков метода непосредственной оценки и часть признаков нулевого метода. Он может дать весьма точный результат измерения, если только измеряемая величина и мера мало отличаются друг от друга.

Например, если разность этих двух величин равна 1 % и измеряется с погрешностью до 1 %, то тем самым погрешность измерения искомой величины уменьшается до 0,01%, если не учитывать погрешности меры. Примером применения дифференциального метода может служить измерение вольтметром разности двух напряжений, из которых одно известно с большой точностью, а другое является искомой величиной.

Метод замещения заключается в поочередном измерении искомой величины прибором и измерении этим же прибором меры, воспроизводящей однородную с измеряемой величину. По результатам двух измерений может быть вычислена искомая величина. Вследствие того что оба измерения делаются одним и тем же прибором в одинаковых внешних условиях, а искомая величина определяется по отношению показаний прибора, в значительной мере уменьшается погрешность результата измерения. Так как погрешность прибора обычно неодинакова в различных точках шкалы, наибольшая точность измерения получается при одинаковых показаниях прибора.

Примером применения метода замещения может быть измерение сравнительно большого путем поочередного измерения силы тока, протекающего через контролируемый резистор и образцовый. Питание цепи при измерениях должно производиться от одного и того же источника тока. Сопротивление источника тока и прибора, измеряющего ток, должно быть очень мало по сравнению с изменяемым и образцовым сопротивлениями.

Метод совпадений - это такой метод, при котором разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение отметок шкал или периодических сигналов. Этот метод широко применяется в практике неэлектрических измерений.

Примером может служить измерение длины . В электрических измерениях в качестве примера можно привести измерение частоты вращения тела стробоскопом.

Укажем еще классификацию измерений по признаку изменения во времени измеряемой величины . В зависимости от того, изменяется ли измеряемая величина во времени или остается в процессе измерения неизменной, различаются статические и динамические измерения. Статическими называются измерения постоянных или установившихся значений. К ним относятся и измерения действующих и амплитудных значений величин, но в установившемся режиме.

Если измеряются мгновенные значения изменяющихся во времени величин, то измерения называются динамическими . Если при динамических измерениях средства измерений позволяют непрерывно следить за значениями измеряемой величины, такие измерения называются непрерывными.

Можно осуществить измерения какой-либо величины путем измерений ее значений в некоторые моменты времени t1 , t2 и т. д. В результате окажутся известными не все значения измеряемой величины, а лишь значения в выбранные моменты времени. Такие измерения называются дискретными .

Измерение электрических параметров является обязательным этапом при разработке и производстве изделий электроники. Для контроля качества производимых устройств требуется поэтапный контроль их параметров. Правильное определение функционала будущего контрольно-измерительного комплекса требует определения видов электрического контроля: промышленный или лабораторный, полный или выборочный, статистический или однократный, абсолютный или относительный, и так далее.

В структуре производства изделий выделяют следующие виды контроля:

Входной контроль;
Межоперационный контроль;
Контроль рабочих параметров;
Приемо-сдаточные испытания.

При производстве печатных плат и электронных узлов (область цикла приборостроения), необходимо осуществлять входной контроль качества исходных материалов и компонентов, электрический контроль качества металлизации готовых печатных плат, контроль рабочих параметров собранных электронных узлов. Для решения данных задач, на современном производстве успешно применяются системы электрического контроля адаптерного типа, а также системы с «летающими» зондами.

Изготовление компонентов в корпусе (цикл корпусированного производства), в свою очередь, потребует входного параметрического контроля отдельных кристаллов и корпусов, последующего межоперационного контроля после проведения разварки выводов кристалла или же его монтажа, и в заключении параметрический и функциональный контроль готового изделия.

Для изготовления полупроводниковых компонентов и интегральных микросхем (кристальное производство) потребуется проводить более детальный контроль электрических характеристик. Изначально необходимо провести контроль свойств пластины, как поверхностных, так и объемных, после чего рекомендуется контролировать характеристики основных функциональных слоев, а после нанесения слоев металлизации, проверять качество её исполнения и электрические свойства. Получив структуру на пластине, необходимо провести параметрический и функциональный контроль, измерение статических и динамических характеристик, проконтролировать целостность сигнала, проанализировать свойства структуры, верифицировать рабочие характеристики.

Параметрические измерения:

Параметрический анализ включает набор методик измерения и контроля достоверности параметров напряжения, тока и мощности, без контроля функционала устройства. Измерение электрических параметров подразумевает приложение электрического воздействия на измеряемое устройство (ИУ) и измерение отклика ИУ. Параметрические измерения проводятся на постоянном токе (стандартные DC измерения вольтамперных характеристик (ВАХ), измерение цепей питания и т.д.), на низких частотах (мультичестотные измерения вольтфарадных характеристик (ВФХ), измерения комплексного импеданса и иммитанса, анализ материалов и т.д.), импульсные измерения (импульсные ВАХ, отладка времени срабатывания и т.д.). Для решения задач параметрических измерений применяется большое количество специализированного контрольно-измерительного оборудования: генераторы сигналов произвольной формы, источники питания (постоянного и переменного тока), источники-измерители, амперметры, вольтметры, мультиметры, измерители LCR и импеданса, параметрические анализаторы и характериографы, и многое другое, а также большое количество аксессуаров, принадлежностей и приспособлений.

Применение:

Измерение базовых характеристик (ток, напряжение, мощность) электрических цепей;
Измерение сопротивления, емкости и индуктивности пассивных и активных элементов электрических цепей;
Измерение полного импиданса и иммитанса;
Измерение ВАХ в квазистатическом и импульсном режимах;
Измерение ВФХ в квазистатическом и мультичастотном режимах;
Характеризация полупроводниковых компонентов;
Анализ отказов.

Функциональные измерения:

Функциональный анализ включает набор методик измерения и контроля характеристик устройства при выполнении основных операций. Данные методики позволяют построить модель (физическую, компактную или поведенческую) устройства, основываясь на данных, полученных в процессе измерений. Анализ полученных данных позволяет контролировать стабильность характеристик производимых приборов, исследовать их и разрабатывать новые, отлаживать технологические процессы и корректировать топологию. Для решения задач функциональных измерений применяется большое количество специализированного контрольно-измерительного оборудования: осциллографы, анализаторы цепей, частотомеры, измерители шума, измерители мощности, анализаторы спектра, детекторы и многие другие, а также большое количество аксессуаров, принадлежностей и приспособлений.

Применение:

Измерение слабых сигналов: параметры передачи и отражения сигналов, контроль манипуляции;
Измерение сильных сигналов: компрессия коэффициента усиления, измерения Load-Pull и т.д.;
Генерация и преобразование частоты;
Анализ формы сигнала во временной и частотной областях;
Измерение коэффициента шума и анализ параметров шума;
Верификация чистоты сигнала и анализ интермодуляционных искажений;
Анализ целостности сигнала, стандартизация;

Зондовые измерения:

Следует отдельно выделить зондовые измерения. Активное развитие микро- и наноэлектроники привело к необходимости проведения точных и надежных измерений на пластине, возможных только при осуществлении качественного, стабильного и надежного контакта, не разрушающего ИУ. Решение данных задач достигается за счет применения зондовых станций, специально спроектированных под конкретный вид измерений, осуществляющих зондовый контроль. Станции проектируются специализированно, для исключения внешних воздействий, собственных шумов и сохранения «чистоты» эксперимента. Всё измерения приводятся на уровне пластин/осколков, до её разделения на кристаллы и корпусирования.

Применение:

Измерение концентрации носителей заряда;
Измерение поверхностного и объемного сопротивления;
Анализ качества полупроводниковых материалов;
Проведение параметрического контроля на уровне пластины;
Поведение функционального анализа на уровне пластины;
Проведение измерений и контроля электрофизических параметров (см.ниже) полупроводниковых приборов;
Контроль качества технологических процессов.

Радиоизмерения:

Измерение радиоизлучений, электромагнитной совместимости, поведение сигнала приемо-передающих устройств и антенно-фидерных систем, а также их помехоустойчивости требуют особых внешних условий проведения эксперимента. RF измерения требуют отдельного подхода. Своё влияние вносят не только характеристики приемника и передатчика, но и внешняя электромагнитная обстановка (не исключая взаимодействия временных, частотных и мощностных характеристик, и кроме того расположение всех элементов системы относительно друг друга, и конструкция активных элементов).

Применение:

Радиолокация и пеленгация;
Телекоммуникация и системы связи;
Электромагнитная совместимость и помехозащищенность;
Анализ целостности сигнала, стандартизация.

Электрофизические измерения:

Измерение электрических параметров зачастую плотно взаимодействует с измерением/воздействием физических параметров. Электрофизические измерения применяются для всех приборов, преобразующих какое-либо внешнее воздействие в электрическую энергию и/или наоборот. Светодиоды, микроэлектромеханические системы, фотодиоды, датчики давления, потока и температуры, а также все приборы на их основе, требуют качественного и количественного анализа взаимодействия физических и электрических характеристик приборов.

Применение:

Измерение интенсивности, длин волн и направленности излучения, ВАХ, светового потока и, спектра светодиода;
Измерение чувствительности и шумов, ВАХ, спектральной и световой характеристик фотодиодов;
Анализ чувствительности, линейности, точности, разрешения, пороговых значений, люфта, шума, переходной характеристики и выхода по энергии для МЕМС актуаторов и сенсоров;
Анализ характеристик полупроводниковых приборов (таких как МЭМС актуаторы и сенсоры) в вакууме и в камере высокого давления;
Анализ характеристик температурных зависимостей, критических токов и влияния полей в сверхпроводниках.

Измерения электрических параметров кабельных линий связи

1. Измерения электрических параметров кабельных линий связи

1.1 Общие положения

Электрические свойства кабельных линий связи характеризуются параметрами передачи и параметрами влияния.

Параметры передачи оценивают процессы распространения электромагнитной энергии вдоль кабельной цепи. Параметры влияния характеризуют явления перехода энергии с одной цепи на другую и степень защищенности от взаимных и внешних помех.

К параметрам передачи относятся первичные параметры:

R - сопротивление,

L - индуктивность,

С - ёмкость,

G - проводимость изоляции и вторичные параметры,

Z - волновое сопротивление,

a - коэффициент затухания,

β - коэффициент фазы.

К параметрам влияния относятся первичные параметры;

К - электрическая связь,

М - магнитная связь и вторичные параметры,

Во-переходное затухание на ближнем конце,

Bℓ - переходное затухание на дальним конце.

В области низких частот качество и дальность связи определяются в основном параметрами передачи, а при высокочастотном использовании цепей важнейшими характеристиками являются параметры влияния.

При эксплуатации кабельных линий связи проводятся измерения их электрических параметров, которые делятся на профилактические, контрольные и аварийные. Профилактические измерения осуществляются через определенные промежутки времени для оценки состояния линий связи и приведение их параметров к нормам. Контрольные измерения проводят после технического обслуживания и других видов работ для оценки качества их выполнения. Аварийные измерения осуществляются в целях определения характера и места повреждения линии связи.

1.2 Измерение сопротивления цепи

Различают сопротивление цепи (Rц) постоянному току и сопротивление цепи переменному току. Сопротивление 1 км провода постоянному току зависит от материала провода (удельного сопротивления - p), диаметра провода и температуры. Сопротивление любого провода при увеличение температуры увеличивается, а при увеличении диаметра уменьшается.

Для любой температуры сопротивление от 20 °С, сопротивление может быть подсчитано по формуле:

Rt =Rt=20 [1+а (t -20)] Ом/км,

где Rt - сопротивление при данной температуре,

a - температурный коэффициент сопротивления.

Для двух проводных цепей полученную величину сопротивления необходимо умножить на два.

Сопротивление 1 км провода переменному току зависит, кроме указанных факторов, еще и от частоты тока. Сопротивление переменному току всегда больше, чем постоянному, вследствие поверхностного эффекта.

Зависимость сопротивления провода переменному току от частоты определяется формулой:

R=K1 × Rt Ом/км,

где K1 - коэффициент, учитывающий частоту тока (с увеличением частоты тока K1 увеличивается)

Сопротивление цепи кабеля и отдельных проводов измеряется на смонтированных усилительных участках. Для измерения сопротивления используется схема моста постоянного тока с постоянным отношением балансных плеч. Данную схему обеспечивают измерительные приборы ПКП-3М, ПКП-4М, П-324. Схемы измерения с использованием указанных приборов изображены на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1. Схема измерения сопротивления цепи прибором ПКП

Рис. 2. Схема измерения сопротивления цепи прибором П-324

Измеренное сопротивление пересчитывается на 1 км цепи и сравнивается с нормами на данный кабель. Нормы сопротивлений на некоторые типы легких и симметричных кабелей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Пара-метрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСопротивление цепи постоянному току (¦ = 800Гц), при +20 °С, Ом/км115÷12536,0d=0,4 £148d=0,8 £56,155,5d=1,2 £31,9d=0,9 £28,5d=0,75 £95d=0,9 £28,5d=1,4 £23,8d=1,2 £15,85d=0,6 £65,8d=1,0 £23,5d=0,7 £48d=1,2 £16,4d=1,4 £11,9

Сопротивление постоянному току d равно, а активное сопротивление легких полевых кабелей связи (П-274, П-274М, П-275) не зависят от способов прокладки линий и условий погоды («сухо», «сыро») и имеет лишь температурную зависимость, возрастая с увеличением температуры окружающей среды (воздуха, почвы и т.д.).

Если в результате сравнения измеренное значение сопротивления больше нормы, то это может означать наличие плохого контакта в сростках кабеля или в соединительных полумуфтах.

1.3 Измерение ёмкости

Емкость (Сх) является одним из важнейших первичных параметров передачи цепей кабельных линий связи. По ее величине можно судить о состоянии кабеля, определять характер и место его повреждения.

По фактической природе ёмкость кабеля аналогична ёмкости конденсатора, где роль обкладок выполняют поверхности проводов, а диэлектриком служит расположенный между ними изоляционный материал (бумага, стирофлекс и т.д.).

Ёмкость цепей кабельных линий связи зависит от длины линии связи, конструкции кабеля, изоляционных материалов, типа скрутки.

На величину ёмкости цепей симметричных кабелей оказывают влияние соседние жилы, оболочки кабеля, так как все они находятся в непосредственной близости друг от друга.

Измерения ёмкости кабеля производят измерительными приборами типа ПКП-3М, ПКП-4М, П-324. При измерении прибора ПКП используется баллистический метод измерения, а прибор П-324 измеряет по схеме моста переменного тока с переменным отношением балансных плеч.

На кабельных линиях связи могут производиться:

измерения ёмкости пары жил;

измерения ёмкости жилы (относительно земли).

1.3.1 Измерение ёмкости пары жил прибором П-324

Измерение ёмкости пары жил производится по схеме, приведенной на рис. 3.

Рис. 3. Схема измерения ёмкости пары жил

Одно из балансных плеч представляет собой набор резисторов nR, втрое - магазин сопротивлений - Rмс. Два других плеча - эталонная ёмкость Со и измеряемая Сх.

Для обеспечения равенства углов потерь плеч и используются потенциометры БАЛАНС Сх ГРУБО и БАЛАНС Сх ПЛАВНО. Баланс моста обеспечивается с помощью магазина сопротивлений Rмс. При равенстве углов потерь плеч и баланса моста справедливо следующее равенство:

Поскольку Со и R постоянны для данной схемы измерения, то измеряемая ёмкость обратно пропорциональна сопротивлению магазина. Поэтому магазин сопротивлений градуируется непосредственно в единицах ёмкости (нФ), а результат измерения определяется из выражения:

Сх = n Смс.

1.3.2 Измерение ёмкости жилы относительно земли

Измерение ёмкости жилы относительно земли проводится по схеме рис. 4.

Рис. 4. Схема измерения ёмкости жилы относительно земли

Нормы среднего значения рабочей ёмкости пары жил для некоторых типов кабельных линий связи приведены в табл. 2.

Таблица 2

Пара-метрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСреднее значение рабочей ёмкости, нФ/км32,6 ÷ 38,340,45d =0,4 d =0,5 С=50d =0,8 С=3836,0d =1,2 С=27 d =1,4 С=3624,0÷25d =0,9 С=33,5d =0,6 С=40d =1,0 С=34d =0,7 С=41d =1,2 С=34,5d =1,4 С=35,5

Примечание:

. Ёмкость легких полевых кабелей связи в зависимости от способа прокладки, состояния погоды, а также температуры окружающей среды колеблется. Наибольшее влияние оказывает увлажнение или покрытие кабельной оболочки полупроводящими наслоениями (почва, атмосферные осадки, сажа и т.д.) Ёмкость кабеля П-274 заметно изменяется с ростом температуры и частоты (с ростом температуры ёмкость увеличивается, а с увеличением частоты уменьшается).

Рабочая ёмкость кабеля МКСБ, МКСГ зависит от числа четвёрок (одно-, четырёх- и семичетвёрочные) и количества сигнальных жил.

1.4 Измерение сопротивления изоляции

При оценке качества изоляции цепи обычно пользуются понятием «сопротивление изоляции» (Rиз). Сопротивление изоляции есть величина, обратная проводимости изоляции.

Проводимость изоляции цепи зависит от материала и состояния изоляции, атмосферных условий и частоты тока. Проводимость изоляции значительно увеличивается при загрязнении изоляции, при наличии в ней трещин, при нарушении целости слоя изоляционного покрова кабеля. В сырую погоду проводимость изоляции больше, чем в сухую. С увеличением частоты тока проводимость изоляции увеличивается.

Измерение сопротивления изоляции может производиться приборами ПКП-3, ПКП-4, П-324 при профилактических и контрольных испытаниях. Сопротивление изоляции измеряется между жилами и между жилой и землей.

Для измерения сопротивления изоляции Rиз управляющая обмотка МУ включается последовательно с источником напряжения и измеряемым сопротивлением изоляции. Чем меньше величина измеряемого Rиз, тем больше ток в управляющей обмотке МУ, а следовательно, и больше ЭДС в выходной обмотке МУ. Усиленный сигнал детектируется и фиксируется прибором ИП. Шкала прибора градуируется непосредственно в мегомах, поэтому отсчёт измеряемой величины Rиз. производится по верхней или средней шкале с учётом положения переключателя ПРЕДЕЛ Rмом.

При измерении прибором ПКП сопротивления изоляции используется схема омметра, которая состоит из последовательно соединенных микроамперметра и источника питания напряжением 220В. Шкала микроамперметра проградуирована от 3 до 1000 Мом.

Нормы сопротивления изоляции для некоторых типов кабелей связи приведены в табл. 3.

Таблица 3

ПараметрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСопротивление изоляции одиночных жил относительно других жил, при t=20 °С не менее, МОм/км100÷1000 250÷2500500050001000050001000010000

Сопротивление изоляции лёгких полевых кабелей связи в большей степени зависит от способа прокладки условий эксплуатации, а также температуры окружающей среды.

1.5 Измерение вторичных параметров передачи

1.5.1 Волновое сопротивление

Волновое сопротивление (Zc) - это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной цепи без отражения. Оно свойственно данному типу кабеля и зависит лишь от первичных параметров и частоты передаваемого тока. Величина волнового сопротивления характеризует цепь, так как показывает соотношение между напряжением (U) и током (I) в любой её точке для однородной цепи величина постоянная, не зависящая от ее длины.

Так как все первичные параметры, за исключением ёмкости, зависят от частоты тока, то при увеличении частоты тока волновое сопротивление уменьшается.

Измерение и оценка величины волнового сопротивления может производиться с помощью прибора Р5-5. С этой целью работы производятся с обоих концов кабельной линии связи. На одном конце измеряемая цепь нарушается активным сопротивлением, в качестве которого рекомендуется использовать высокочастотные мастичные сопротивления СП, СПО или магазин непроволочных сопротивлений, на другом подключается прибор Р5-5. Регулируя сопротивления на дальнем конце цепи и увеличивая усиление прибора на ближнем конце цепи, добиваются минимального отражения от дальнего конца линии по прибору Р5-5. Величина сопротивления, подобранная на дальнем конце цепи в этом случае будет соответствовать волновому сопротивлению цепи.

Нормы на величину среднего значения волнового сопротивления приведены в табл. 4.

Таблица 4

Час-то-та, кГцКабельП-274П-274МП-270ТГ, ТБТЗГ, ТЗСП-296МКБ МКГМКСБ МКСГсухов водесухов воде0,8720495823585798 ÷1085368 ÷64843548749010,0230155258181146231 ÷308147 ÷200160190,519616,0205135222158139133 ÷17415218218660131142 ÷147130174174,6120129142 ÷146171168,4200128169,2167,3300126168,2166,3

1.5.2 Рабочее затухание

При распространении электрической энергии по проводам амплитуды тока и напряжения уменьшаются или, как говорят, претерпевают затухание. Уменьшение энергии на длине цепи 1 км учитывается через коэффициент затухания, который иначе называют километрическим затуханием. Коэффициент затухания обозначается буквой a и измеряется в неперах на 1 км. Коэффициент затухания зависит от первичных параметров цепи и обусловлен двумя видами потерь:

затухание за счет потерь энергии на нагрев металла провода;

затухание за счет потерь несовершенства изоляции и за счет диэлектрических потерь.

В нижней области частот доминируют потери в металле, а выше начинают сказываться потери в диэлектрике.

Так как первичные параметры зависят от частоты, то и a зависит от частоты: с увеличением частоты тока a увеличивается. Увеличение затухания объясняется тем, что с возрастанием частоты тока увеличиваются активное сопротивление и проводимость изоляции.

Зная коэффициент затухания цепи (a) и длину цепи (ℓ), то можно определить собственное затухание всей цепи (а):

а=a× ℓ, Нп

Для четырехполосников, образующих канал связи, обычно не удается полностью обеспечить условия согласованного включения. Поэтому для учета несогласованности как во входной так и в выходной цепях образованного канала связи в действительных (реальных) условиях недостаточно знания только собственного затухания.

Рабочее затухание (ар) - это затухание кабельной цепи в реальных условиях, т.е. при любых нагрузках по ее концам.

Как правило, в реальных условиях рабочее затухание больше собственного затухания (ар > а).

Одним из методов измерения рабочего затухания является метод разности уровней.

При измерениях по этому методу необходим генератор с известной ЭДС, известным внутренним сопротивлением Zо. Абсолютный уровень напряжения на согласованной нагрузке генератора Zо измеряется указателем уровня станции А и определяется:

а абсолютный уровень напряжения на нагрузке Zi измеряется указателем уровня станции Б.

Нормы на коэффициент затухания цепей некоторых типов кабельных линий связи, представлены в табл. 5.

Вторичные параметры легких полевых кабелей связи существенно зависят от способа прокладки линий (подвеска, по земле, в земле, в воде).

1.6 Измерение параметров влияния

Степень влияния между цепями кабельной линии связи принято оценивать величиной переходного затухания. Переходное затухание характеризует затухание токов влияния при переходе их с влияющей цепи в цепь, подверженную влиянию. При прохождении переменного тока по влияющей цепи вокруг нее создается переменное магнитное поле, которое пересекает цепь, подверженную влиянию.

Различают переходное затухание на ближнем конце Ао и переходное затухание на дальнем конце Аℓ.

Затухание переходных токов, проявляющихся на том конце цепи, где расположен генератор влияющей цепи, называется переходным затуханием на ближнем конце.

Затухание переходных токов, поступивших на противоположный конец второй цепи, называется переходным затуханием на дальнем конце.

Таблица 5. Нормы на коэффициент затухания цепей, Нп/км.

Частота, кГцКабельП-274П-274МП-270ТГ, ТБТЗГ, ТЗСП-296МКБ МКГМКСБ МКСГсухов водесухов воде0,80,1080,1570,0950,1440,0650,04÷0,670,043÷0,0660,0440,043100,2840,3980,2680,3740,1160,344÷0,6440,091÷0,1700,200,0910,087160,3200,4450,3040,4210,1360,103÷0,1820,230,0960,092300,1740,129÷0,2200,240,1110,114600,2290,189÷0,2750,280,1500,1451200,3110,299÷0,3830,380,2180,2102000,3920,460,2940,2743000,4740,3720,3325520,81

1.6.1 переходное затухание на ближнем конце

Переходное затухание на ближнем конце важно измерять и оценивать для четырехпроводных систем с разными направлениями передачи и приема. К таким системам относятся однокабельные системы передачи (П-303, П-302, П-301, П-330-6, П-330-24), работающие по одночетвёрочному кабелю (П-296, Р-270).

Наиболее распространенным методом измерения переходных затуханий является метод сравнения, используемый при применении комплекта приборов ВИЗ-600, П-322. При измерении прибором П-324 используется смешанный (сравнения и дополнения) метод.

Суть метода сравнения и дополнения заключается в том, что в положении 2 величина переходного затухания (Ао) дополняется затуханием магазина (амз) до значения на менее 10 Нп. Изменяя затухание магазина, добиваются выполнения условия Ао + амз ≥10 Нп.

Для удобства отсчета измеряемой величины на переключателе НП указаны цифры не затухания амз, фактически вносимого магазином, а разности 10 - амз.

Поскольку затухание магазина изменяется не плавно, а ступенями через 1 Нп, остаток затухания свой в Нп измеряется по шкале стрелочного прибора (ИП) в пределах от 0 до 1 Нп.

Перед измерением производится градуировка прибора (ИП), для чего переключатель НП схемы устанавливается в положение ГРАД (положение 1 на рис. 9). При этом выход генератора подключается к измерителю через эталонный удлинитель (ЭУ) с затуханием 10 Нп.

Нормы на переходное затухание приведены в табл. 6.

Таблица 6. Нормы на переходное затухание на ближнем конце внутри и между смежными четвёрками, не менее, Нп

Тип кабеляЧастота, кГцДлина линии, кмПереходное затуханиеП-27060106,0П-29660108,8МКБ МКГ100 2000,850 0,8506,8 6,8МКСБ, МКСГВесь диапазон частот0,6507,2

Для кабеля П-296 проверка переходного затухания производится также на частотах 10 кГц и 30 кГц.

1.6.2 Переходное затухание на дальнем конце

Переходное затухание на дальнем конце важно измерять и оценивать также для четырехпроводных систем, но с одинаковыми направлениями приема и передачи. К таким системам относятся двухкабельные системы передачи типа П-300, П-330-60.

Для измерения переходного затухания на дальнем конце Аℓ необходимо иметь два прибора П-324, устанавливаемых на противоположных концах измеряемых цепей. Измерение производится в три этапа.

Так же с помощью прибора П-324 возможно измерение затуханий не менее 5 Нп, на входе прибора включается удлинитель УД 5 Нп, входящий в состав устройства для проверки работоспособности прибора.

Полученный результат измерения делится пополам и определяется затухание одной цепи.

После этого собирается схема и проводится градуировка измерительного тракта прибора станции Б, подключаемого к влияющей цепи. При этом сумма затуханий цепи, удлинителя УД 5Нп и магазина затухания должна быть не менее 10 Нп, остаток затухания сверх 10Нп устанавливается на стрелочном приборе.

На третьем этапе измеряется переходное затухание на дальнем конце. Результат измерения представляет собой сумму показаний переключателя НП и стрелочного прибора.

Измеренная величина переходного затухания на дальнем конце сравнивается с нормой. Нормой переходного затухания на дальнем конце приведены в табл. 7.

Таблица 7

Тип кабеляЧастота, кГцДлина линии, кмПереходное затуханиеП-27060105,5П-29660105,0МКБ МКГ100 2000,850 0,8507,8 7,8МКСБ, МКСГВесь диапазон частот0,6508,2

Во всех симметричных кабельных цепях переходное затухание с ростом частоты снижается примерно по логарифмическому закону. Для увеличения переходного затухания между цепями токопроводящие жилы при изготовлении скручиваются в группы (пары, четверки, восьмерки), группы свиваются в кабельный сердечник, цепи экранируются, а при прокладке кабельных линий связи производится симметрирование кабеля. Симметрирование на кабелях низкой частоты заключается в дополнительном скрещивании их при развертывании и включение конденсаторов. Симметрирование на ВЧ кабелях - это скрещивание и включение контуров противосвязи. Потребность в симметрировании может возникнуть при ухудшении параметров влияния кабеля в процессе его долголетнего использования или при строительстве линии связи большой протяженности. Необходимость симметрирования кабеля должна определяться в каждом конкретном случае, исходя из фактической величины переходного затухания цепей, которая зависит от системы связи (системы использования цепей кабеля и аппаратуры уплотнения) и протяженности линии.

2. Определение характера и места повреждения кабельных линий связи

2.1 Общие положения

На кабелях связи могут быть следующие виды повреждений:

понижение сопротивления изоляции между жилами кабеля или между жилами и землей;

понижение сопротивления изоляции «оболочка - земля» или «броня - земля»;

полный обрыв кабеля;

пробой диэлектрика;

асимметрия сопротивления жил;

разбитость пар в симметричном кабеле.

2.2 Испытания для определения характера повреждений

Определение характера повреждений («земля», «обрыв», «короткое» понижение сопротивления изоляции) проводится испытанием каждой жилы кабеля с помощью схем мегомметра или омметра различных измерительных приборов (например, П-324, ПКП-3, ПКП-4, КМ-61С и др). В качестве омметра можно использовать комбинированный прибор «тестер».

Испытания проводятся в следующем порядке:

Проверяется сопротивление изоляции между одной жилой и остальными, соединенными с заземленным экраном.

На станции А, где проводятся испытания, все жилы, кроме одной, соединяются вместе и с экраном и заземляются. На станции Б жилы ставятся на изоляцию. Измеряется сопротивление изоляции и сравнивается с нормой для данного типа кабеля. Испытания и анализ проводятся для каждой жилы кабеля. Если измеренное значение сопротивления изоляции окажется ниже нормы, то определяется характер повреждения:

повреждение изоляции относительно «земли»;

повреждение изоляции относительно экрана кабеля;

повреждение изоляции относительно других жил кабеля.

Для определения характера повреждения на станции А поочередно снимают «землю» с жил кабеля и проводят анализ:

а) если снятие «земли» с какой-то жилы (например, с жилы 2 на рис. 13) приводит к резкому увеличению сопротивления изоляции, то повреждена изоляция между испытываемой жилой (жила 1) и той, с которой снята «земля» (жила 2);

б) если снятие «земли» со всех жил не приводит к увеличению сопротивления изоляции до нормы, то изоляция испытуемой жилы (жила 1) повреждена относительно экрана кабеля (земли).

Если при очередном испытании окажется, что сопротивление изоляции составляет сотни Ом или единицы кОм, то это указывает на возможное короткое замыкание между испытываемыми жилами кабеля (например, «короткое» показано между жилами 3 и 4);

Проверяется целость жил кабеля, для чего все жилы на станции Б соединяются вместе и с экраном. На станции А каждая жила проверяется омметром на целость.

Установление характера повреждения позволяет выбрать один из методов определения до места повреждения.

2.3 Определение места повреждения изоляции жил проводов

Для определения места повреждения изоляции жил применяют мостовые схемы, выбор которых зависит от того, имеются ли в данном кабеле исправные жилы или нет.

При наличии исправного провода, равного по сопротивлению поврежденному, и при сопротивлении изоляции поврежденного провода до 10мОм измерения производят методом моста с переменным отношением балансных плеч.

Величины сопротивления плеч моста Rа и Rм при измерениях подбираются таким образом, чтобы ток в диагонали моста, в которую включен ИП, отсутствовал.

При определении места повреждения изоляции методом моста с переменным отношением балансных плеч используются приборы ПКП-3, ПКП-4, КМ-61С. В этих приборах сопротивление Rм переменное и определяется при измерениях в момент равновесия моста, а сопротивление Rа постоянное и для приборов ПКП выбрано равным 990 ОМ, для прибора КМ-61С-1000 Ом.

Если исправный и поврежденный провода имеют разные сопротивления, то измерения производятся с обоих концов кабельной линии связи.

При использовании приборов ПКП-3, ПКП-4 могут применяться и другие методы измерения сопротивления изоляции с целью определения места повреждения кабеля:

Метод моста с переменным отношением балансных плеч со вспомогательной линией. Применяется при наличии исправных проводов, не равных по сопротивлению повреждённому, и сопротивлений изоляции повреждённого провода до 10 МОм, а вспомогательного - свыше 5000 МОм,
Метод моста с постоянным отношением балансных плеч способом двойной петли. Применяется при наличии значительных токов помех и сопротивлений изоляции повреждённого провода до 10 М0 м, а вспомогательная - свыше 5000 МОм.
Метод моста с постоянным отношением балансных плеч при больших переходных сопротивлениях. Применяется при наличии исправного провода, равного по сопротивлению повреждённому, и переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции до 10 МОм.
Метод двухсторонних измерений сопротивления шлейфа повреждённых проводов. Применяется при отсутствии исправных проводов и переходном сопротивлении порядка сопротивления шлейфа.

5. Метод холостого хода и короткого замыкания при использовании моста с постоянным отношением балансных плеч. Применяется при отсутствии исправных проводов и переходном сопротивление в месте повреждения изоляции до 10 кОм.

Метод холостого хода и короткого замыкания при использовании моста с переменным отношением балансных плеч. Применяется при отсутствии исправных проводов и переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции от 0,1 до 10 МОм.

При отсутствии исправных проводов определение места повреждения изоляции мостовыми методами с достаточной точностью представляет определенные трудности. В этом случае могут использоваться импульсный и индуктивный методы. Для измерений импульсным методом применяются прибором Р5-5, P5-10, дальность действия которых может достигать 20-25 км на симметричных кабелях связи.

2.4 Определение места обрыва проводов

Определение места обрыва проводов может осуществляться следующим методами:

Метод моста на пульсирующем токе. Применяется при наличии исправного провода, равного по сопротивлению поврежденному.

Метод сравнения ёмкостей (баллистический метод). Применяется при равной удельной ёмкости исправного и повреждённого проводов.

Метод сравнения ёмкостей при двухстороннем измерении. Применяется при неравной удельной емкости повреждённого и исправного проводов и, в частности, при невозможности заземлить неизмеряемые провода лини.

Для определения места обрыва проводов могут использоваться приборы ПКП-3, ПКП-4, KM-61C, П-324.

При наличии в кабеле исправной жилы и возможности заземления всех остальных жил кабеля поочередно измеряется рабочая ёмкость исправной жилы (Сℓ), затем поврежденной жилы (Сх).

Если же по условиям эксплуатации кабеля заземление остальных неизмеряемых жил невозможно, то для получения достоверного результата оборванную жилу измеряют с двух сторон, расстояние до места обрыва вычисляют по формуле:

Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т. д. Определение значений этих величин необходимо для оценки работы всех электротехнических устройств, чем и определяется исключительная важность измерений в электротехнике.

Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им. электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, просто записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д. Таким образом, электрические измерения необходимы при автоматизации самых различных производственных процессов.

В Советском Союзе развитие электроприборостроения идет параллельно с развитием электрификации страны и особенно быстро после Великой Отечественной войны. Высокое качество аппаратуры и необходимая точность измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, гарантируются государственным надзором за всеми мерами и измерительными приборами.

12.2 Меры, измерительные приборы и методы измерения

Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины. В общем случае для такого сопоставления измеряемой величины с мерой - вещественным воспроизведением единицы измерения - нужен прибор сравнения. Например, образцовая катушка сопротивления применяется как мера сопротивления совместно с прибором сравнения - измерительным мостом.

Измерение существенно упрощается, если есть прибор непосредственного отсчета (называемый также показывающим прибором), показывающий численное значение измеряемой величины непосредственно на шкале или циферблате. Примерами могут служить амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии. При измерении таким прибором мера (например, образцовая катушка сопротивления) не нужна, но мера была нужна при градуировании шкалы этого прибора. Как правило, у приборов сравнения выше точность и чувствительность, но измерение приборами непосредственного отсчета проще, быстрее и дешевле.

В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.

Если результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины, то такое измерение принадлежит к числу прямых, например измерение тока амперметром.

Если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других физических величин, с которыми измеряемая величина связана определенной зависимостью, то измерение относится к косвенным. Например, косвенным будет измерение, сопротивления элемента электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром.

Следует иметь в виду, что при косвенном измерении возможно существенное снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении из-за сложения погрешностей прямых измерений величин, входящих в расчетные уравнения.

В ряде случаев конечный результат измерения выводился из результатов нескольких групп прямых или косвенных измерений отдельных величин, причем исследуемая величина зависит от измеренных величин. Такое измерение называют совокупным. Например, к совокупным измерениям относится определение температурного коэффициента электрического сопротивления материала на основании измерения сопротивления материала при различных температурах. Совокупные измерения характерны для лабораторных исследований.

В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственного измерения, нулевой и дифференциальный.

При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем

непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае верхним пределом точности измерения является точность измерительного показывающего прибора, которая не может быть очень высокой.

При измерении нулевым методом образцовая (известная) величина (или эффект ее действия) регулируется и значение ее доводится до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия). При помощи измерительного прибора в этом случае лишь добиваются равенства. Прибор должен быть высокой чувствительности, и он именуется нулевым прибором или нуль-индикатором. В качестве нулевых приборов при постоянном токе обычно применяются магнитоэлектрические гальванометры (см. § 12.7), а при переменном токе - электронные нуль-индикаторы. Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном определяется точностью образцовых мер и чувствительностью нулевых приборов. Среди нулевых методов электрических измерений важнейшими являются мостовые и компенсационные.

Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной, но до полного равновесия измерительная цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало отличаются один от другого.

5. Техническое обслуживание линейных сооружений
5.1. Общие положения
5.2. Осмотр и профилактическое обслуживание линейно-кабельных сооружений
5.3. Осмотр и профилактическое обслуживание воздушных линий
5.4. Измерения электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий
5.5. Проверка новых кабелей, проводов, оконечных кабельных устройств и арматуры, поступающих в эксплуатацию
6. Устранение повреждений кабельных,воздушных и смешанных линий
6.1. Организация работ по устранению аварий и повреждений линий
6.2. Методы отыскания и устранения повреждений кабельных линий
6.2.1. Общие указания

Правила обслуживания и ремонта кабелей связи

5.4. Измерения электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий

5.4.1. Измерение электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи проводят с целью проверки соответствия характеристик установленным нормам и предупреждения аварийного состояния.

5.4.2. Электрические измерения линий проводятся измерительной группой предприятия связи в соответствии с действующими "Руководствами" по электрическим измерениям линий ГТС и СТС.

5.4.3. Измерительная группа выполняет следующие виды электрических измерений линий:

Плановые (периодические);

Измерения по определению мест повреждений;

Контрольные измерения, проводимые после выполнения ремонтных и восстановительных работ;

Измерения при приемке в эксплуатацию вновь построенных и реконструированных линий;

Измерения по уточнению трассы кабельной линии и глубины залегания кабеля;

Измерения для проверки качества изделий (кабелей, проводов, разрядников, предохранителей, плинтов, боксов, коммутационных коробок, изоляторов и т.п.), поступающих от промышленности, перед установкой (монтажом) их на линиях.

Виды измеряемых параметров и объемы плановых, контрольных и приемо-сдаточных измерений электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи приведены в указанных в п. 5.4.2. "Руководствах".

5.4.4. Измеренные электрические характеристики кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи должны соответствовать нормам, приведенным в Приложении 4 .

5.4.5. Результаты плановых, контрольных и аварийных измерений электрических характеристик линий служат исходными данными при определении состояния линейных сооружений и основанием при разработке планов текущего и капитального ремонта и проектов реконструкции сооружений.