脈沖反射法（雷達(dá)反射）基礎(chǔ)理論介紹 ：

    目前,，現(xiàn)場上主要是通過測量低壓輸入脈沖或故障點(diǎn)放電脈沖在故障點(diǎn)與測量端之間的傳輸時間測量電纜故障距離，下面主要介紹電壓,、電流波在電纜線路里的傳播過程,，以便使讀者更好地了解基于電壓、電流波傳播原理的電纜故障測距技術(shù),。
    一,、長線的基本概念以及等效電路

      電力電纜是傳輸線的一種。傳輸線本身的長度與它所傳播的信號波長相比擬時,，稱為長線,。對電纜中的脈沖電壓、電流波而言,，其脈沖寬度不足一個微秒,。而波在一微秒時間內(nèi)的傳播距離僅二百米左右,，所以有必要把電纜線路看成長線，來研究電壓,、電流波的傳播過程,。

      電纜線路（以下簡稱電纜）可看成由許許多多電阻R、電導(dǎo)G,、電容C與電感L元件（等效元件）相聯(lián)接組成的,，這些元件稱為電纜的分布參數(shù)。一小段電纜的等效電路如圖1所示,。

圖1    一小段電纜的等效電路

       當(dāng)信號電流流過每一段電路上的串聯(lián)電阻R與電感L時,，就會產(chǎn)生電壓降，信號電流在每一段線路上還會通過電容C與電導(dǎo)G從中途返回,。如果忽略線路的傳播損耗,，即令R=G=0，則線路稱為無損耗線路,，其單位長度上電容,、電感值分別用C0與L0表示。除特殊說明外,，本文討論的線路均指的是這種無損耗線路,。
     分布參數(shù)線路上任一點(diǎn)電壓、電流值實(shí)際上是許多個向兩個不同的方向傳播的電壓,、電流波數(shù)值的代數(shù)和,。這些電壓、電流波以一定的速度運(yùn)動,，因此稱為行波。我們把運(yùn)動方向與規(guī)定方向一致的行波,，叫正向行波,，而把運(yùn)動方向與規(guī)定方向相反的行波叫反向行波。
     假定有一電纜線路MN如圖2所示,，規(guī)定距離坐標(biāo)X的方向從M端到N端,，則線路上向著N端運(yùn)動的波叫正向行波，而向著M端運(yùn)動的波叫反向行波,。 

   
圖2    正向與反向行波 

   我們把電纜看作長線來分析,，在長線上，沿長線各點(diǎn)的電壓,、電流一般情況下都是隨時間變化的,，是不相等的。而在短線上,，各點(diǎn)的電壓,、電流大小可以近似的認(rèn)為是相同的,。

脈沖電磁波總有一定的寬度，若在一定的時間內(nèi),，發(fā)射脈沖和反射脈沖相互重疊,，就無法區(qū)分開來，因此就無法形成長線傳輸,，就不能測試距離,，所以，根據(jù)脈沖反射原理研制的電纜故障閃絡(luò)測試儀（簡稱閃測儀）,，就有一定的測試盲區(qū),。
    二、 電纜中的波速度與波阻抗

 1. 波速度

 行波從電纜一端傳到另一端需要一定的時間,，電纜長度與傳播時間之比,，稱為波速度V。

經(jīng)分析可知,，電纜中行波的波速度可表示為：

    其中：S=3×108米/秒,，是光的傳播速度；

        μ為電纜芯線周圍介質(zhì)的相對導(dǎo)磁系數(shù),；

        ε為電纜芯線周圍介質(zhì)的相對介電系數(shù),。

    可見，電纜中波速度只與電纜的絕緣介質(zhì)性質(zhì)有關(guān),，而與導(dǎo)體芯線的材料與截面積無關(guān),。對于由不同導(dǎo)體材料制成的電纜，只要絕緣介質(zhì)相同的,，其波速度是不變的,，這一點(diǎn)必須注意，因?yàn)椴簧偃讼氘?dāng)然地認(rèn)為電纜的波速度受芯線的材料與截面積影響,。

   經(jīng)過大量測量試驗(yàn),，得出得四種常用的高壓電纜的電磁波傳輸速度為：

油浸紙電纜：    V=160m/微秒；

交聯(lián)聚乙烯電纜：V=172m/微秒,；

聚氯乙稀電纜：  V=184m/微秒,；

不滴流油電纜：  V=144m/微秒。

   真空中,，電波的傳輸速度為V=300m/微秒,，為zui高傳輸速度。
   但必須注意,，電纜的傳輸速度是隨電纜運(yùn)行時間的變化有一定的變化,，特別是新型號的交聯(lián)電纜，因?yàn)榻^緣材料配方的差異，傳輸速度就會有所不同,。對于低壓電力電纜,，絕緣材料差異更大，所以速度就差別更大,。一般橡膠絕緣的低壓電纜,，傳輸速度為200 m/微秒左右；三芯交聯(lián)低壓電纜,，傳輸速度140－150 m/微秒左右,；單芯交聯(lián)低壓電纜，傳輸速度zui小的可達(dá)100 m/微秒左右,；兩根以上的地埋電線,，傳輸速度一般為110 m/微秒左右（與當(dāng)?shù)赝寥烙嘘P(guān)）?？傊?，當(dāng)有條件知道電纜長度時，故障測試前先驗(yàn)證測試一下該電纜的傳輸速度,，以便測試的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確,。

    2. 波阻抗

   電纜中的電壓波在向前運(yùn)動時，對分布電容不斷充電產(chǎn)生伴隨的向前運(yùn)動的電流波,，一對電壓,、電流波之間的關(guān)系，用波阻抗（也稱特性阻抗）Z0來描述,。

經(jīng)分析可知,，電纜的波阻抗可表示為：

     L0、C0除與電纜所用介質(zhì)材料,、介電系數(shù)與導(dǎo)磁系數(shù)有關(guān)外,，還與電纜芯線的截面積和芯線與外皮之間的距離有關(guān)。所以,，不同規(guī)格和種類的電纜,，其波阻抗也不同。電纜芯線截面積越大,，波阻抗值越小。一般電力電纜的波阻抗值在10-40歐左右,。
    判斷電纜故障為高阻故障還是低阻故障,，是以特性阻抗R0為分界線，故障電阻大于特性阻抗就為高阻故障,，小于特性阻抗就為低阻故障,。當(dāng)然，好電纜上各點(diǎn)的等效阻抗都與特性阻抗相等。
    三,、反射系數(shù)

  電波在電纜中傳輸時,，遇到阻抗不匹配的地方，就會發(fā)生反射,，反射波形的幅度大小與正負(fù),，與反射系數(shù)P有關(guān)。所謂反射系數(shù)P,，是指傳輸線中某一點(diǎn)的反射波電壓V反（或反射波電流I反）與入射波電壓V入（或入射波電流I入）之比,，用公式表示為：

經(jīng)過推導(dǎo)后，得出反射系數(shù)的計算公式為  

式中,，RL為傳輸線故障點(diǎn)的阻抗,；

      R0為傳輸線的特性阻抗。

下面我們分三種情況進(jìn)行分析：

1,、電纜終端開路情況

電纜終端開路,，即負(fù)載電阻為無窮大，RL＝∞ ,，代入公式計算,，R0可以忽略不計，便有RL＝+1,。

在這種情況下,，脈沖發(fā)射波形就和脈沖反射波形同向，都為正向波形（我們的閃測儀發(fā)射脈沖定義為正向波形,，波形參考說明書圖8.1）,。

2、電纜終端短路情況

終端短路,，即負(fù)載電阻為零,，RL＝0 ，代入公式計算,，便有RL＝－1,。

  在這種情況下，脈沖發(fā)射波形就和脈沖反射波形反向,，一次反射波形為負(fù)向波形,，二次反射波形又為正向波形，依此類推（波形參考說明書圖8.2）,。

3,、電纜有故障的情況

這種情況分為兩種情況：

（1）、當(dāng)RL> R0時,，則反射系數(shù)0<P<1,所以,，反射波與入射波同極性，并且反射波比入射波的幅度要小（波形參考說明書圖8.1）,。

（2）,、當(dāng)RL< R0時，則反射系數(shù)-1<P<0,所以,，反射波與入射波極性相反,，并且反射波比入射波的幅度要小（波形參考說明書圖8.2）,。

需要說明的是：有關(guān)不同的反射系數(shù)的波形反射情況,，是針對低壓脈沖法測試。對于高壓閃絡(luò)法測試時的波形反射情況,，由于情況更加復(fù)雜,，波形反射情況與低壓脈沖有很大不同，但原理相同,，波形分析時要加以區(qū)別,。