0-(5(1-$ Z 1 Z 2 I 2 I 1 I 3 I 4

Transcript

1 8. MOSNE MJENE METODE 8.. OSNOVNI INCII MJENIH MOSTOVA U povijesti razvoja metoda za određivanje udaljenosti do mjesta kvara na telekomunikacijskim i energetskim kabelima - najstarije su mosne mjerne metode, koje se zato često i nazivaju - klasičnim metodama. omoću njih se brzo i jednostavno određuje oko 85 /o kvarova na kabelima. Najjednostavniji i najčešće korišten je Wheatstoneov most za mjerenje otpora (po engleskom fizičaru i konstruktoru prvih električnih telegrafa - Charles Wheatstone, ). Najveći broj metoda za određivanje mjesta kvara na kabelima temelji se na mjerenju otpora. Takav most je korišten i kao temelj razvoja raznih varijanti mjernih metoda, od kojih su najpoznatiji Murrayev most (konstruiran 858. godine u vrijeme polaganja transatlantskog telekomunikacicijskog kabela). Varelyev most koji je konstruiran nekaliko godina kasnije, i dr. Na sl. 8. prikazani su spomenuti mjerni mostovi: a - Wheatstoneov most se koristi za mjerenje električnog otpora petlje, električnog otpora izolacije vodiča i mjerenje nekih vrsta kvarova. b - Varelyev most se koristi za mjerenje električnog otpora pojedinačnih vodiča, razlike otpora, a također i za mjerenje nekih vrsta kvarova. c - Murrayev most se najviše koristi za mjerenje kvarova. rincip njihovog rada se temelji na uravnoteženju, kojom prilikom kroz dijagonalu mosta ne teče struja, a što se indicira nultim položajem kazaljke indikatora. Ovaj princip će detaljnije biti objašnjen na primjeru Wheatstoneovog mosta. a) b) c) Sl rimjeri mernih mostova: a - Wheatstoneov mjerni most, b - Varelyev mjerni most, c - Murrayov merni most Na sl. 8. pokazan je Wheatstoneov most za istosmjernu (a) i izmeničnu (b) struju. A I I Z 5 Z I I C I 3 I 4 0-(5(-$ B A C B 4 3 Z Z 4 3 D D a) b) Sl Wheatstoneov most - za istosmjernu struju, b - za izmeničnu struju Serijski vezani otpornici,, 3 i 4 čine grane mosta na koji je u točkama A i B (dijagonala A-B) priključen izvor istosmjernog napona (sl. 8.a). Između točaka C i D (dijagonala C-D) priključen je galvanometar. Interesantan je slučaj kada su otpornici,, 3 i 4 odabrani tako da je struja u dijagonali mosta s galvanometrom jednaka nuli (I 5 0), a to je uvjet ravnoteže mosta. Uzimajući u obzir ovaj uvjet, primjenom prvog Kirchoffovog zakona za čvorove C i D (po kome je zbroj svih struja u jednom čvoru jednak nuli) dobiva se: 33

2 - za čvor C: I - I 5 - I 0 I -0-I 0 I I - za čvor D: I 3 + I 5 - I 4 0 I 3-0-I 4 0 I 3 I 4 Da bi se zadovoljio uvjet I 5 0, moraju biti jednaki potencijali točaka C i D, a to znači da je: U C U D Temeljem prethodnog u točki A, koja je zajednička za grane i 3, očevidno je da su razlike potencijala: U AC U A - U C i: U AD U A - U D moraju biti jednake: U AC U AD rimjenom Ohmovog zakona posljednja relacija dobiva oblik: I 3 I 3 Slično razmatranje primjenjuje se na točku B, koja je zajednička granama s i 4, uzimajući u obzir da je V C V D, dobiva se: U BC U BD odnosno: I 4 I 4 Iz strujnih jednadžbi dobivamo uvjet ravnoteže mosta: 3 4 odnosno: 4 3 U praktičnoj primjeni, otpor u jednoj grani obično je nepoznat, a u ostalim granama (u jednoj ili u svim ostalim granama) su poznati promenjivi otpori. Ako se pretpostavi: x u stanju ravnoteže mosta, dobiva se nepoznati otpor: x 3 4 Ukoliko se u granama Wheatstoneovog mosta nalaze impedancije koje mogu biti induktivnog ili kapacitivnog karaktera, a most se napaja iz izvora izmenične struje, uvjet ravnoteže je: Z Z 4 Z Z 3 gdje _su: Z + jx Z + jx Z jx 3 Z jx 4 Kako bi uvjet ravnoteže bio u potpunosti zadovoljen, mora se uzeti u obzir i fazni pomak između struje i napona na koji utječe karakter impedancije. U općem slučaju je: Z Z ( ϕ) Zamjenom varjabli u jednadžbi za uvjet ravnoteže ona dobiva oblik: 0-(5(-$ 34

3 Z (φ ). Z 4 (φ 4 ) Z (φ ). Z 3 (φ 3 ) Usklađivanjem apsolutnih vrijednosti impedancija i faznih pomaka postiže se ravnoteža mosta, odnosno: Z Z 4 Z Z 3 φ + φ 4 φ +φ 3 rethodna analiza pokazuje kako je teorija mjernih mostova relativno jednostavna. Međutim, u realnim terenskim uvjetima njihova primjena je otežana, jer su kabeli izloženi različitim utjecajima (elektromotorne sile polarizacije u zemlji, strani naponi koji potječu od elektromagnetskih polja energetskih uređaja i dr.). Također, bitan utjecaj na rezultat mjerenja imaju nehomogenost vodiča i temperatura, a to se u praksi ne može se eliminirati. Osim toga, na granicu primjene i točnost mosnih mjernih metoda odlučujuću ulogu imaju veličine prijelaznih otpora na mjestu kvara, vrst napajanja mjernog mosta, kao i pogreška koju unosi sam instrument. Ako se, na primjer, mjerni most napaja istosmjernom strujom, mogu se mjeriti kvarovi čiji je prijelazni otpor < 00 MΩ pri otporu petlje > 00 Ω, s greškom u rezultatu od. ri mjerenju prekida pomoću mjernog mosta napajanog izmeničnom strujom može se očekivati pogreška do od mjerene dužine kabela. Temeljem izloženog može se pokazati kako mosne metode služe uglavnom za grubo određivanje udaljenosti do mjesta kvara. Za pogonska mjerenja i mjerenja u signalnoj tehnici (npr. mjerenje otpora izoliranog odsjeka na željeznici - tamburica) često se koristi Wheatstoneov most s kliznom žicom, prikazan slikom sl. 8.a. x l l U l Sl. 8.a. - Whweatstoneov most s kliznom žicom Nepoznati otpor dobiva se iz uvjeta ravnoteže mosta, a očitava se na skali: l x l 0-(5(-$ Granice pogrešaka ovakve izvedbe mosta je od ±0.5 % do ±,5 %. Thomsonov most Za mjerenje malih otpora koristi se dvostruki most po Thomsonu, gdje su odstranjenu utjecaji priključnih vodova i prijelaznih otpora na spojnim mjestima, a prikazan je shemom na sl.8.b. Uvjeti ravnoteže mosta: I I x +I 3 3 I I N +I 3 4 I S 3 I S Kada je

4 X N c I I 3 I 3 I x a b N S I I U Sl. 8.b - Thomsonov most recizni laboratorijski Thomsonov most ima mogućnost jednostavnog prespajanja u Wheatstoneov, s granicama pogrešaka koje ne prelaze preko ± 0,0 %, a ima veliki raspon mjernog područja, kako je prikazano slikom sl. 8.c. 0-(5(-$ Sl. 8.c - Shema laboratorijskog Thomsonovog mosta Mostovi za mjerenje impedancije Kao što je ranije navedeno Wheatstoneov most napajan izmjeničnom strujom omogućuje mosnom metodom usporedbu impedancija s prikladnim elementima grana mosta. Mostovi za mjerenje induktiviteta Maxwelov most Ukoliko se želi mjeriti nepoznati realni induktivitet s pripadajućim otporom primjenjuje se Maxwelov most prikazan slikom 8.d. 36

5 x L x 3 4 C 4 Sl. 8..d Maxwelov most Iz uvjeta ravnoteže mosta, nepoznati induktivitet se može izračunati iz: L x C 4.. 3, a otpor: 3 x. 4 Također se može izmjeriti faktor dobrote svitka: Lx Q ω ω C 4 4 x Owenov most Slično Maxvelovom mostu za mjerenje nepoznatog induktiviteta rabi se Owenov most prikazan slikom 8.e. x L x 3 C 4 C Sl. 8.e - Owenov most Nepoznati induktivitet se može izračunati iz: L x C. 4. 3, a otpor: C 4 x 3. C 0-(5(-$ Također se može izmjeriti faktor dobrote svitka: Q ωc Mostovi za mjerenje kapaciteta Wienov most Ukoliko se želi mjeriti nepoznati realni kapacitet s pripadajućim otporom primjenjuje se Wienov most prikazan slikom 8.f. 37

6 x C x C 3 4 Sl. 8.f. Wienov most Iz uvjeta ravnoteže mosta, nepoznati kapacitet se može izračunati iz: C C 4 x, a otpor: 3 3 x. 4 Također se može izmjeriti faktor dobrote kondenzatora tg δ: x tgδ ωcxx ωc ωcx Za niskofrekventne pretplatničke kabele radni kapacitet parice ne smije biti veći od 50 nf/km na 800 Hz, a tipična vrijednost za parice s termoplastičnom izolacijom je 35 nf/km Mostovi za mjerenje frekvencije Ukoliko u granama mosta imamo poznate impedancije možemo tražeći uvjete ravnoteže mosta odrediti frekvenciju izvora priključenog na most. obinsonov most Za mjerenje frekvencije često se koristi obinsonov most prikazan slikom 8..g. C C 0-(5(-$ 3 4 Sl. 8..g. - obinsonov most Kod ovog mosta identičnost impedancije prve i druge grane se ostvaruje dvostrukim kliznim otpornicima koji su mehanički vezani. Za ravnotežu je nužno da je 3 4, a nepoznata frekvencija je tada: f πc 38

7 ezonancijski most L C 3 4 Sl. 8.h - ezonancijski most avnoteža mosta se posiže promjenjivim kondenzatorom C i jednim od otpora iz ostalih grana, a nepoznata frekvencija je tada: f π LC IMJE U Wheatsoneovom mostu s kliznom `icom duljine l0,5 m ravnoteža je postignuta u položaju kliznika za koji je a0, m. Koliki je iznos nepoznatog otpora x ako je 000 Ω? ješenje: Klizna žica zamjenjuje otpore 3 i 4. Ako je otpor žice po jedinici duljine K Ω/m tada je 3 Ka i 4 K(l-a) odnosno 4 Kb a Ako je 000, l0,5, a0, x l a x 50 Ω Umjesto očitanja duljina a odnosno b na skali se može označiti omjer a/b. Time je nepoznati otpor očitanje skale puta. Takva skala je nelinearna (zgusnuta pri krajevima). Očitanje je točnije ako se ravnoteža postigne oko sredine klizne žice. roširenje mjernog opsega postiže se sa različitim otporima i odgovarajućom preklopkom. U tehničkoj izvedbi se umjesto ravne klizne žice koristi žica namotana na okrugli bubanj. Time je postignuto kružno pomicanje kliznika. odručje primjene Wheatstoneovog mosta je od 0, Ω pa do nekoliko MΩ 0-(5(-$ U mostu prema slici otpornik 4 je temperaturni senzor tj. njegov otpor ovisi o temperaturi prema dijagramu sa slike. Izračunajte amplitudu signala kod temperature od 60 stupnjeva. U 6V napon između a i b je U Us. U ( ) Us Signal se može koristiti za mjerenje ili regulaciju temperature. Za mjerenje napona u ovom slučaju treba rabiti visokoomski voltmetar kojemu se na skali gdje je 0,58 V napiše 60 stupnjeva. Ovdje se most koristi kao neuravnoteženi most. Mjera neuravnoteženosti odgovara temperaturi. 39

8 8.. MJEENJE AAMETAA KABELA 8... Neprekidna električna kontrola otpora izolacije kabela Neprekidnom kontrolom otpora izolacije vodiča registrira se njen pad ispod propisane granice i interventnim mjerama se pronalazi neispravan kabel. ravovremenim otklanjanjem kvarova, naročito onih čije je djelovanje postepeno i koji se manifestiraju postepenim padom otpora izolacije - sprečavaju se teže posljedice koje bi mogle dovesti čak i do prekida TT prometa. Uređaji za neprekidnu električnu kontrolu ispravnosti grupe kabela putem automatske kontrole otpora izolacije, pokraj drugih elemenata, sadrže priključni, mjerni, alarmni i napojni sklop. Kod međumjesnih kabela i kabela mrežnih grupa, kontrolnici se postavljaju u završnom ormaru, u skladu sa Tehničkim uvjetima za završni ormar, a kod kabela mjesnih mreža na pogodnom mjestu u glavnom razdjelniku Sistem plinske kontrole Drugi način neprekidne kontrole stanja na kabelu je sistem plinske kontrole sa stalnim protokom plina. omoću ovog sistema ispunjava se plinom određenog pritiska u kabelu prostor ograničen njegovim plaštem, uključujući i njegov pribor (suhi zrak ili dušik). Ovo omogućuje da se u slučaju pojave propustljivosti kabela spriječi prodiranje vode i vlage do jezgre kabela. Sistem plinske kontrole sadrži grupu za snabdjevanje kabela plinom, grupu za razvod i signalizaciju, kao i uređaj za određivanje mjesta propustljivosti plašta. Sistemi plinske kontrole sa stalnim protokom plina primjenjuju se obavezno na telefonskim koaksijalnim kabelima, a po potrebi i na simetričnim NF i VF kabelima (za veće daljine) koji su od posebnog značaja Mjerenje otpora izolacije pomoću megaom-metra omoću megaom-metra može se jednostavno i brzo ispitati kvaliteta otpora izolacije vodiča kabela, i to u sljedećim slučajevima: Kada je spoj sa zemljom, otpor izolacije se mjeri između plašta (zemlje) i svakog pojedinačnog vodiča, pri čemu su vodiči na daljem kraju kabela otvoreni. U slučaju međusobnog dodira vodiča, otpor izolacije između pojedinačnih vodiča mjeri se pri otvorenim daljim krajevima kabela. Utvrđivanje prekida vodiča obavlja se mjerenjern otpora izolacije između svakog pojedinačnog vodiča i plašta (zemlje) kabela, ali su u ovom slučaju vodiči na daljem kraju kabela kratko spojeni i uzemljeni. Kako megaom-metri imaju istosmjerni ispitni napon od 00 V ili 500.V, njihova primjena na energetskim kabelima može dovesti do pogrešnih rezultata zbog malog ispitnog napona. Zbog toga se kod energetskih kabela izolacija ispituje pomoću višeg napona. Ovaj ispitni napon je veći od nominalnog i njegova veličina je utvrđena odgovarajućim propisima. Za pretplatničke kabele s polietilenskom izolacijom, otpor izolacije na 0 C mjeren istosmjernim naponom najmanje 00 V ne smije biti manji od 5 GΩkm, a za kabele s papirnozračnom izolacijom manji od 0 GΩkm. rema propisima o izgradnji i održavanju telekomunikacijskih pretplatničkih i spojnih mreža s metalnim vodičima završna električna mjerenja i kontrolna periodička električna mjerenja obavezno predviđaju mjerenje otpora izolacije parice. Ovdje su prediđena tri mjerenja:. mjerenje otpora izolacije žile a prema b spojenoj sa svim ostalima i plaštem kabela,. mjerenje otpora izolacije žile b prema a spojenoj sa svim ostalima i plaštem kabela i 3. mjerenje otpora izolacije žile a prema b odvojenoj od svih ostalih spojenih s plaštem kabela Otpor izolacije parice otvorene s oba kraja se očitava minutu nakon priključka ispitnog napona, odnosno završetka svih prijelaznih stanja u četvorki. Dielektrična čvrstoća se ipituje izmjeničnim naponom frekvencije 50 Hz: 500 V ef između žila parice i kv između žile i metalnog plašta kabela. Ispitivanje traje minute nakon uključenja napona. 0-(5(-$ 40

9 8..4. Mjerenje otpora izolacije metodom usporedbe struja rincipijelna shema ovog mjerenja prikazana je na sl Za takvo mjerenje je potreban osjetljivi galvanometar i dekadna otporna kutija na kojoj se odredi referentan otpor D. otrbno je obaviti dva mjerenja, i to na sljedeći način: - + iz d Sl. 8.3 Shema. mjerenja otpora izolacije metodom usporedbe struja rvo mjerenje. reklopnik se postavi u položaj l, u kome je referentni otpornik dekadne kutije serijski priključen s instrumentom. U ovom slučaju kazaljka galvanometra će imati otklon α, koji je jednak: U α D Drugo mjerenje. reklopnik se prebaci u položaj u kojem je otpor izolacije priključen serijski s instrumentom i kazaljka galvanometra pokazuje otklon α koji je jednak: U α iz Nakon završenih mjerenja može se napisati relacija: iz. α. D α iz koje je otpor izolacije iz vodiča jednaka: α iz D α Mjerenje otpora izolacije preko kapaciteta kabla Kako je prilikom mjerenja velikih otpora izolacije otklon kazaljke galvanometra vrlo mali, kabel se može koristiti kao kondenzator, tako što se»puni«pomoću istosmjerne struje. Ovo mjerenje se obavlja na slijedeći način: Najprije se kabel puni do napona U '. oslije vremena t preko svojeg otpora napon će sporo opadati do vrijednosti U. oslije toga kabel se ponovo puni do prvobitne veličine napona, tako što je napon ponovnog punjenja U U. Istovremeno se, paralelno sa kabelom, priključi otpornik čiji je otpor, i preko njega će se kabel prazniti do napona U 'U ' za vrijeme t. Kako je otpor daleko manji od otpora izolacije kabela, drugo pražnjenje će trajati kraće, tako da je t < t. Otpor izolacije vodiča se izračunava iz slijedeće formule: t iz t odnosno: t iz t Kod ove metode naponi se moraju mjeriti pomoću statičkih voltmetara ili voltmetara s ugrađenim pojačalom i tranzistorom sa efektom polja (FET) na ulazu (veliki ulazni otpor). 0-(5(-$ 4

10 8..6. Mjerenje otpora priključnih vodiča U rezultatima mjerenja treba uvijek obaviti korekciju zbog utjecaja otpora priključnih vodiča. Ovaj utjecaj je naročito jako izražen kada se mjeri kraća kabelska dužina i kada su priključni vodiči dugački. Shema ovog mjerenja prikazana je na sl. 8.4 (to je u stvari Vheatstoneov most). Otpori otpornika i su konstantni, a je promjenjivi otpornik pomoću kojega se uravnotežuje most. Granu CB čine kratko spojeni priključni vodiči čiji su otpori respektivno m i n. U dijagonali C-D nalazi se nul-indikator. m n p Sl. 8.4 Shema mjerenja otpora priključnih vodiča Kada je mjerni most uravnotežen, imamo slijedeći odnos otpora grana mjernog mosta: m + n Ako se uzme da je n i zamjeni, dobićemo: n. p m + n U slučaju kada otpornici i jednaki, tada je n l, pa dobijemo: m + n Mjerenje otpori vodiča u petlji (parice) Ovo mjerenje se obavlja istim mjernim mostom, a za ovaj slučaj prikazano je na sl. 8.5, gdje su: p m 0-(5(-$ n b a l b a Sl. 8.5 Shema mjerenja otpora vodiča u petlji (parice.) m, n - otpor priključnih vodiča, a, b - otpor vodiča a i b parice, p - otpor promjenjivog otpornika za uravnoteženje mosta. Kako se preko priključnih mjernih vodiča spajaju vodiči a i b jedne parice, isti se na drugom kraju kabela kratko spoje. Kada je mjerni most uravnotežen, odnos otpora u granama mosta iznosi:. p ( m + b + a + n ) odnosno, ako je: p pt + m + n 4

11 dobiva de otpor petlje: pt p - ( m + n ) rema tehničkim uvjetima za telekomunikacijske kabele otpori petlje za vodiče standarnog presjeka prikazani su tablicom. Tablica. Vrijednost otpora petlje Maksimalna pojedinačna (Ω/km) 0, , ,8 73, 7 romjer vodiča (mm) Maksimalna srednja (Ω/km) Mjerenje otpora pojedinačnih vodiča simetrične parice metodom tri petlje Za ovo mjerenje koristimo vodič c kao pomoćni vodič. Shema mjerenja je prikazana na sl Vodiči a, b i c su na drugom kraju kabela kratko spojeni. retpostavka je da su otpori sva tri vodiča različiti, odnosno: a b c i da je: p b a c l b a c Sl. 8.6 Shema mjerenja otpora pojedinačnih vodiča simetrične parice metodom tri petlje otrebno je obaviti tri mjerenja: rvo mjerenje. Na most se priključuju vodiči a i b, a zatim se obavi uravnoteženje mosta. Kada je mjerni most uravnotežen, dobiva se: p a + b Drugo mjerenje. Sada se priključe vodiči a i c, i nakon uravnoteženja mosta dobiva se slijedeća jednadžba: p a + c Treće mjerenje. Na kraju se priključuju vodiči b i c, pa uravnoteženjem mosta kao u prethodnim slučajevima može se napisati slijedeća jednadžba: p3 b + c Dobiveni sistem linearnih jednadžbi s tri nepoznanice a, b i c i tri poznate veličine p, p i p3 otpora promjenjivog otpornika, koje se dobivaju u uravnoteženim stanjima mjernog mosta u sva tri slučaja, rješava se i dobivaju se izrazi za proračun otpora vodiča a, b i c: a ( p + p p3) b ( p + p3 p ) c ( p + p3 p) 0-(5(-$ 43

12 Ukoliko je poznat uzdužni otpor vodiča, mogu se provjeriti podaci o poprečnom presjeku i dužini vodiča u kabelu Mjerenje otpora pojedinačnih vodiča metodom uzemljene petlje Ovaj princip mjerenja je prikazan na sl otrebno je obaviti dva mjerenja, i to: b b a a l p 3 Sl. 8.7 Shema mjerenja otpora pojedinačnih vodiča metodom uzemljene petlje rvo mjerenje. Stavljamo preklopnik u položaj l, uravnotežimo mjerni most i dobivamo slijedeću jednadžbu ravnoteže mjernog mosta: p a + b Drugo mjerenje. Za ovo mjerenje preklopnik se prebaci u polozaj 3 i za uvjet ravnoteže mosta dobiva se jednadžba: p a - b ješavanjem jednadžbi oba mjerenja dobivaju se izrazi za izračunavanje otpora vodiča a i b: a ( p + p ) b ( ) p p gdje su p i p veličine otpora koji se dobivaju na promjenjivom otporniku p u stanjima ravnoteže mosta Merenje otpora petlje koaksijalne parice Kao što pokazuje sl na jednom kraju koaksijalne parice se priključuju unutrašnji i vanjski vodič, a na drugom kraju kratko se spajaju. 0-(5(-$ b a p Sl Shema mjerenja otpora petlje koaksijalne parice Kada je most uravnotežen, jednadžba ravnoteže glasi: p ( a + b ) te se dobije se otpor petlje koaksijalne parice: pk p a + b gdje je p, kao i u prethodnim mjerenjima, veličina otpora promjenjivog otpornika za uravnoteženje mjernog mosta. Ovo mjerenje ne daje pravo stanje kaksijalne parice, te se u praksi ne izvodi. 44

13 8... Mjerenje otpora unutarnjeg i vanjskog vodiča koaksijalne parice Za ovo mjerenje treba imati na raspolaganju dvije koaksijalne parice identične konstrukcije, čiji su unutarnji i vanjski vodiči homogeni. Na sl. 8.9 prikazan je način povezivanja kada se obavlja mjerenje otpora unutarnjih vodiča koaksijalnih parica. Kada je most uravnotežen, jednadžba ravnoteže glasi: p a a p a Sl. 8.9 Shema mjerenja otpora unutarnjeg vodiča koaksijalne parice Na sličan način, kao na sl. 8.0, na mjerni most se priključuju vanjski vodiči koaksijalnih parica koji su na daljnjem kraju kratko spojeni. Jednadžba ravnoteže mjernog mosta u ovom slučaju glasi: p Sl. 8.0 Shema mjerenja otpora vanjskog vodiča koaksijalne parice. p. b odakle je: p p b n Za n je: p b Standardne veličine otpora male koaksijalne parice,/4,4 su slijedeće:. otpor unutarnjeg vodiča 6,5 Ω/km. otpor vanjskog vodiča 7,5 Ω/km, a za normalnu koaksijalnu parice,6/9,5 su:. otpor unutarnjg vodiča 3,45 Ω/km. otpror vanjskog vodiča,45 Ω/km b b 0-(5(-$ 45

14 8... Mjerenje razlika otpora vodiča Do sada se polazilo od pretpostavke kako su vodiči simetrične parice idealni i da imaju jednake otpore. Međutim, u praksi ovi otpori nisu jednaki, tako da postoji određena razlika otpora koja se definira: a b Ako je razlika otpora mala, ona se može zanemariti, jer ne utječe na kvalitetu prijenosa. Međutim, loši lemni spojevi, spojevi vodiča različitih presjeka, vodiča s različitom izolacijom, korozija i oštećenja izolacije dovode na tim mjestima do veće razlike otpora i ugrožavanja kvalitete prijenosa. azlika otpora se mjeri se Wheatstoneovim mostom napajanog istosmjernom strujom, korištenjem pomoćnog vodiča (sl. 8.) ili metodom uzemljene petlje, ako ne postoji mogućnost osiguranja pomoćnog vodiča (sl. 8.). U oba slučaja uvjet ravnoteže mjernog mosta je: p 3 Sl. 8. Shema mjerenja razlike otpora vodiča korištenjem pomoćnog vodiča ( p + b ) a Ako se kao i u dosadašnjim mjerenjima uzme da je, dobiva se: p a - b p b a c b a b 0-(5(-$ b a a Sl. 8. Shema mjerenja razlike otpora vodiča metodom uzemljene petlje Otpor promjenjivog otpornika p (za uravnoteženje mjernog mosta) u stanju ravnoteže mjernog mosta je mjera veličine razlike otpora, odnosno: p a - b Na priključaku nalazi se vodič b, za koji se pretpostavlja da ima manji otpor od vodiča a. Ako se most ne može uravnotežiti, vodiči a i b trebaju zamijeniti mjesta, tako da je tada: b a azlika otpora između žila parica za pretplatničke kabele ne smije biti veća od 0,6 Ω na standardiziranoj dužini 45 m, za sve presjeke vodiča, a u mjernim listama se označava s + ako je otpor žile a veči od žile b, odnosno s - u obrnutom slučaju.. 46

15 8.3. MOSNE MJENE METODE ZA ODEĐIVANJE UDALJENOSTI DO MJESTA SMANJENE IZOLACIJE IZMEĐU VODIČA, ODNOSNO VODIČA I LAŠTA TELEKOMUNIKACIJSKIH KABELA Varleyeva mjerna metoda Ova metoda je pogodna za mjerenje na kratkim kabelima, kada je prijelazni otpor na mjestu kvara do 0 MΩ. Za mjerenje je potreban jedan pomoćni ispravni vodič čiji je otpor jednak otporu oštećenog vodiča. l p b x a Sl Shema mjerenja pomoću Varleyeve mjerne metode x b a k y y Kada je most uravnotežen, jednadžba ravnoteže glasi: ( p + X ) ( a + y ) Veličina otpora od početka kabela do mjesta oštećenja, odnosno udaljenost od mjesta priključka mjernog mosta do mjesta kvara je: a + b n p x n + gdje su: n a - otpor pomoćnog vodiča, b - otpor oštećenog vodiča, p - otpor promjenjivog otpornika kada je most uravnotežen. Ako je n, jednadžba dobija oblik: a + b p x Jednadžba se može dalje pojednostaviti u slučaju da vodiči a i b imaju jednake otpore: p x Ako se uzme u obzir homogenost vodiča b, onda vrijedi odnos: x l lx Odavde se dobiva udaljenost od početka kabela da mjesta kvara: x lx l Zamjenom se dobiva: a + b p lx l 0-(5(-$ 47

16 Za homogeni vodič jednadžba glasi: p lx l l Točnost se može povećati kada se mjerenje obavlja pomoću dva pomoćna vodiča, kao što je prikazano na sl c a l c a b b p l x k l y Sl Shema mjerenja pomoću Varleyeve metode korištenjem pomoćnog vodiča azmatrotrimo slučaj kada pomoćni vodiči a i c imaju različite otpore, odnosno: a c U ovom slučaju treba obaviti dva mjerenja (na već opisan način). rvo mjerenje. Na mjerni most priključuje se oštećeni vodič b i pomoćni vodič a. Iz odnosa ravnoteže mosta dobiva se otpor vodiča b od početka kabela do mjesta kvara: a + b p x Sada se na mjerni most priključuje oštećeni vodič b i pomoćni vodič c, pa se dobiva: a + c p x Od dobivenih rezultata određuje se srednja vrijednost: x + x x Za homogeni oštećeni vodič i ovdje može se koristiti jednadžba za izračunavanje udaljenosti do mjesta kvara. Ovdje se može koristiti i poznati obrazac za otpor vodiča: l σ s gde su: σ - specifična električna vodljivost materijala od kojeg je izrađen vodič, s - poprečni presjek vodiča, l - dužina vodiča. Iz otpora na dužini l x slijedi: s l x σ Napomena: adi jednostavnosti nije uzet u obzir utjecaj priključnih vodiča. Iz prethodno iznesenog, Varleyeva metoda pogodna je za mjerenje na kraćim kabelima, pa je neophodno u rezultatima mjerenja obaviti odgovarajuće korekcije zbog utjecaja priključnih vodiča. Ukoliko oštećeni i pomoćni vodič imaju različite presjeke, ili se kvar nalazi u blizini daljeg kraja vodiča, moguće je ne postizanje ravnoteže mosta. U tom slučaju treba primijeniti neku drugu metodu (npr. Grafovu metodu mjerenja u tri točke). 0-(5(-$ 48

17 8.3.. Murrayova mjerna metoda Kod ove, za razliku od Varleyeve metode, prijelazni otpor klizača promjenjivog otpornika ne utječe na rezultat mjerenja. Ova metoda je poslužila kao osnovica za realizaciju mnogih varijanti mjernih metoda. Murrayova metoda se primjenjuje za određivanje mjesta kvara na kabelima dužine > 00 m i kada je prijelazni otpor do 0 MΩ. Da bi se ova metoda mogla primjeniti, neophodno je zadovoljiti sljedeće uvjete: - na raspolaganju imati jedan ispravan vodič, - otpor izolacije ispravnog vodiča treba biti 000 puta veći od otpora izolacije oštećenog vodiča: ii 000 io - ispravan i oštećeni vodič moraju biti homogeni, istog presjeka i dužine. Stoga, ukoliko je moguće, najpogodnije je ako su iz iste parice ili četvorke. rincip mjerenja prikazan je na sl rije početka mjerenja treba ispitati otpor izolacije pojedinačnih vodiča i time provjeriti ispunjavanje navedenih uvjeta. Jednadžba ravnoteže tada je:. p x l ( a + y ) p x l x l b k Sl Shema mjerenja pomoću Murrayove mjerne metode Očigledno je da je: b x + y Eliminiranjem se y slijedi:. p x. l ( pt - x ) odakle je: pt x p + Uz pretpostavku homogenosti vodiča, veličina otpora oštećenog vodiča do mjesta kvara je: x p + Kako je za homogeni vodič: l x x l odakle je: x lx l, Udaljenost l x od početka kabela do mjesta kvara je: l l x l + p l a y l y 0-(5(-$ 49

18 Ako imamo na raspolaganju dva pomoćna vodiča koji zadovoljavaju uvjete za primjenu Murrayove metode, onda se mogu obaviti respektivno dva mjerenja s po jednim pomoćnim vodičem, a zatim se izračuna srednja vrijednost x, kao kod Varleyeve metode. Dobiveni rezultat mjerenja s početka kabela treba se potvrditi mjerenjem s kraja kabela, jer je moguće dobiti različite dužina oštećenog vodiča l l x + l y. U tom slučaju obavezno je mjerenjem s kraja kabela obaviti odgovarajuću korekciju dužine oštećenog vodiča, čime se točnije određuje mjesto kvara. rilikom mjerenja na pupiniziranim kabelima moraju se uzeti u obzir otpori pupinskih svitaka i umjetnih vodova, tako da je u ovom slučaju otpor petlje jednak: pt pp - pk - uv gdje su: pp - otpor priključene parice, pk - otpor upinskog svitka, uv - otpor umjetnog voda Grafova metoda mjerenja u tri točke Grafova mjerna metoda mjerenja u tri točke je jedna od najtočnijih mostovskih metoda, koja se ostvaruje neznatnim izmjenama na Murayovom mostu. Greška u rezultatu mjerenja je oko, što znači da bi prilikom mjerenja na dužini od 500 m odstupanje bilo ± 0,5 m. Grafova metoda mjerenja u tri točke može se koristiti za mjerenje na proizvoljnim dužinama kabela, ali najbolje rezultate daje na dužinama manjim od 500 m. Da bi se ova metoda mogla primjeniti, potrebno je zadovoljiti slijedeće uvjete: - otrebna su dva pomoćna vodiča čija dužina i poprečni presjek, pa prema tome i otpor, ne moraju biti isti kao kod oštećenog vodiča. - Otpor izolacije pomoćnih vodiča mora biti 000 puta veći od otpora izolacije oštećenog vodiča, odnosno: ii 000 io Način priključka mjernog mosta na mjereni kabel prikazan je na sl. 8.6, gde su pokraj poznatih referentnih oznaka sa m i n označeni otpori priključnih vodiča koji u ovom slučaju moraju biti uzeti u obzir. otrebno je obaviti tri mjerenja i to za položaje l, i 3 preklopnika. Za sva tri slučaja mjerni most se uravnotežuje pomoću promjenjivog otpornika p i evidentiraju vrijednosti p, p, p3 u sva tri slučaja uravnoteženja mjernog mosta. 0-(5(-$ Sl Shema mjerenja u tri točke po Grafovoj metodi Na sl. 3.7 prikazana je ekvivalentna shema mjernog mosta kada je preklopnik u položaju l. Jednadžba ravnoteže mjernog mosta u ovom slučaju glasi: m + b + a p n 50

19 m b a p n Sl Ekvivalentna shema mjernog mosta kod mjerenja u tri točke pri položaju preklopnika odnosno: m + b + x + y p n gdje su: - poznati otpor grane mosta, m, n - otpori mjernih vodiča, a x + y. Veličina otpora promjenljivog otpornika p, kada je most uravnotežen pri položaju preklopnika, jednaka je: n p m + b + x + y Ekvivalentna shema mjernog mosta, kada je preklopnik u položaju, prikazana je na sl. 8.8, a jednadžba ravnoteže u ovom slučaju glasi: n + b + p n p a m b 0-(5(-$ n x k y c Sl Ekvivalentna shema mjernog mosta kod mjerenja u tri točke pri položaju preklopnika odnosno: m + b + + p n x y odakle je p, kada je most uravnotežen pri položaju preklopnika, jednak: ( n x y ) p m b Na kraju se preklopnik postavlja u položaj 3 i mjerni most se uravnoteži pomoću promjenjivog otpornika p. Ekvivalentna shema mjernog mosta u ovom slučaju ima izgled kao na sl

20 m b n x y p3 k 3 Sl Ekvivalentna shema mjernog mosta kod mjerenja u tri točke pri položaju 3 preklopnika Jednadžba ravnoteže mjernog mosta je: m + b + y p3 n + x odakle je: n + x p ( ) 3 n + b + y ješavanjem jednadžbi dobiva se udaljenost od mjesta mjerenja, odnosno od početka kabela do mjesta kvara: ( p p )( p3) lx ( p3 p )( + p ) Ukoliko kod nekog od prethodna tri mjerenja nije moguće postići uravnoteženje mosta, tada treba vodičima a i b zamijeniti mjesta i obratiti pažnju na promjenu simbola u jednadžbama za ravnotežu mjernog mosta. Kada zbog kvara svi vodiči u kabelu imaju smanjenu izolaciju, potrebno je pomoćni vodič posebno položiti. Grafova metoda mjerenja u tri točke je pogodna za primjenu kada je prijelazni otpor na mjestu kvara k 0 MΩ, a otpor petlje pt 0 Ω Kupfmilerova (Kupfmuller) mjerna metoda rimjenjuje se kada je u pitanju dodir svih vodiča u kabelu, kada je prijelazni otpor 0, MΩ do 0 MΩ, dok dužina kabela može biti proizvoljna. Uvjeti koji trebaju biti zadovoljeni za primjenu ove metode su slijedeći: - Za mjerenje nisu potrebni pomoćni vodiči, već se mjerenje obavlja pomoću dva oštećena vodiča koji moraju imati različite prijelazne otpore. rijelazni otpor jednog vodiča mora biti najmanje dva puta veći od prijelaznog otpora drugog oštećenog vodiča. - Ukupni prijelazni otpor oba vodiča mora biti bar 00 puta veći od otpora njihove petlje. Na sl. 8.0 prikazana je shematski Kupfmilerova mjerna metoda, gdje su: 0-(5(-$ Sl Shema mjerenja pomoću Kupfmilerove mjerne metode 5

21 p - veličina otpora promjenljivog otpornika za uravnoteženje mosta kada je preklopnik otvoren, ka, kb - prijelazni otpori vodiča a i b na mjestu kvara, x - veličine otpora vodiča a, odnosno b od početka kabela do mjesta kvara, y - otpori vodiča a, odnosno b od mjesta kvara do kraj a kabela, x - udaljenost od početka kabela do mjesta kvara, y - udaljenost od mjesta kvara do kraja kabela, l - dužina kabela, - poznati otpor grane mosta. Kada je mjerni mast uravnotežen, jednadžba ravnoteže glasi: pka kb x p Sada se preklopnik na kraju kabela kratko spoji, kao što je prikazano na sl. 8., gdje je: Sl Shema mjernog mosta po metodi Kupfmilera kada je preklopnik zatvoren p - veličina otpora otpornika za uravnoteženje mosta kada je most uravnotežen pri kratko spojenom preklopniku. ri proračunu grana mosta u ravnotežnom stanju, potrebno je dio označen strelicama, desno od točaka C, D, E, transformirati iz trokuta u ekvivalentnu zvijezdu, te se dobiju ekvivalentni otpori spoja u zvijezdu: ka ( x ) D + + E ka ka kb + kb kb ( x ) ( x ) + ( ) 0-(5(-$ x ka kb C ka + kb + ( x ) Kada je most uravnotežen, jednadžba ravnoteže glasi: x + D p x + E ješavanjem jednadžbi dabivamo udaljenost od početka kabela do mjesta kvara: p p l x l + p p gdje uz pretpostavku da su vodiči homogeni vrijedi odnos: 53

22 l x x l Kada je kvar uslijed prisustva vode u kabelu, dobiveni rezultati će varirati. U tom slučaju je potrebno preklopnik otvarati i kratko spajati više puta u određenim vremenskim intervalima i pritom evidentirati veličine p i p. ojedinačne vrijednosti ili parovi vrijednosti koje znatno odstupaju - ne treba uzeti u obzir. reporučuje se ovaj postupak ponoviti bar 5 puta u vremenskim intervalima od po 5 s. Od dobivenih mjerenih vrijednosti izračunavaju se srednje vrijednosti na slijedeći način: p + p pn pn ps n n p + p pn pn ps n n Dobivene srednje vrijednosti se unose u jednadžbu za izračunavanje udaljenosti mjesta kvara od mjesta mjerenja, odnosno od početka kabela: ps ps l x l + ps ps Kupfmilerova mjerna metoda s formiranjem elektrolitičkog napona na mjestu kvara Kako bi se ova metoda mogla primjenti, potrebno je zadovoljiti slijedeće uvjete: - Nije neophodan nijedan ispravan vodič. Svi vodiči u kabelu mogu imati podjednako smanjeni otpor izolacije (slučaj prodora vlage). - Oba vodiča koji se koriste za mjerenje iz istog su kabela, tj. homogeni su i imaju iste otpore. - Kabel treba imati metalni plašt, a plašt i vodiči neophodno je da su od različitih metala. oznato je da voda koja prodre u kabel nije kemijski čista, već sadrži otopinu kemijskih spojeva kiselog ili lužnatog karaktera. Na mjestu kvara dolazi do elektrokemijske reakcije, uslijed čega se javlja razlika potencijala U E. Na sl. 8. ova pojava je pokazana primjerom papirno-zračne izolacije vodiča kabela s olovnim plaštom, u koji je prodrla voda koja sadrži sumpornu kiselinu. 0-(5(-$ Sl Ekvivalentna baterija pruuzročena prodorom vode u kabel sa olovnim plaštom otencijalna razlika na mjestu kvara ovisit će o vrsti metala koji su pod utjecajem vode. U ovom slučaju, na mjestu kvara između bakrenih vodiča i olovnog omotača nastaje napon od + 0, V, a kod kabela sa aluminijskim omotačem napon je - V. Ovako dobivena»baterija» može se iskoristi kao izvor za napajanje mosta. Međutim, prije početka mjerenja neophodno je»isprazniti» sve naponske izvore onih vodiča koji se ne koriste za mjerenje. Ovo se postiže na taj način što se preko vodiča, koji odaberemo kao sastavni dio»baterije», određeno vrijeme priključi eksterni izvor istosmjernog napona od 00 54

23 V. od djelovanjem eksternog naponskog izvora (sl. 8.3) element koji, na primjer, stvara vodič 7a i koji će se kasnije koristiti za mjerenje»puni«se, a ostali vodiči koji su uzemljeni»prazne«se. oslije određenog vremena imamo u kabelu dovoljno jak naponski izvor koji se može iskoristi za mjerenje. Sl rincip stvaranja naponskog izvora u kabelu Napon eksternog izvora, treba biti 00 V i dovoljno je da je priključen oko 0 minuta. Nakon što je na opisani način obavljeno formiranje naponskog izvora u kabelu, mjerenje se vrši priključivanjem mjernog mosta (sl. 3.6). Krajevi kabela se točno u određenim vremenskim intervalima otvaraju i kratko spajaju, te se formiraju tablično rezultati mjerenja p i p. U početku mjerenja napon formiranog izvora naglo pada, uslijed čega rezultati mjerenja jako odstupaju. Nakon 5 do 0 mjerenja napon se stabilizira i ostale vrijednosti se također unose u rezultate. Izračunavanjem srednjih vrijednosti rezultata mjerenja i zamjenama u jednadžbi određuje se udaljenost l x od početka kabela do mjesta kvara primjenom izraza: ps ps l x + ps ps gdje su: p s - srednja vrijednost veličine otpora promjenjivog otpornika za uravnoteženje mosta, kada je most uravnotežen i krajevi kabela kratko spojeni, p s - srednja vrijednost veličine otpora promjenjivog otpornika za uravnoteženje mosta, kada je most uravnotežen i krajevi kabela otvoreni, - poznati otpor grane mosta. 0-(5(-$ 8.4. IMJEI MJENIH KOVČEGA ZA ISTOSMJENA MJEENJA NA KABELIMA Kabelski mjerni kovčeg je multifunkcionalan instrument, a upotrebljava se za istosmjerna mjerenja na kabelima i za određivanje mjesta kvarova i pogrešaka prvenstveno na telekomunikacijskim kabelima, ali se uspješno rabi i na energetskim kabelima. Ovaj instrument, profesionalne izrade, neizostavan je kod pogonskih i završnih mjerenja primarnih parametara telekomunikacijskih kabela. Određivanje mjesta kvara na kabelu, najveća je odlika mjernog kovčega, a određuje se mjerenjem otpora i kabela uporabom mosnih spojeva. Iz velikog broja postojećih mosnih spojeva odabiru se oni, koji su se u praksi pokazali najdjelotovrnijima. Veliki broj mjernih slogova predstavljaju oni spojevi, koji se odnose na određivanje mjesta kvara na telekomunikacijskim kabelima. U mnogim tehničkim pojedinostima korištena su iskustva pojedinih mosnih spojeva. 55

24 ( -$ Jedan od najstarijih mjernih kovčega, korištenih u nas, je svakako instrument EFK- proizvod tvornice Hartman & Braun. Kabelski mjerni kovčeg EFK- prikazan je slikom 8.. Slika 8.4. Mjerni kovčeg Hartman & Braun EFK- 0 -( 5 Modernija izvedba kabelskog mjernog kovčega, predstavljena je instrumentom KMK-VI tvornice Felten & Guilleame. Ovaj kabelski kovčeg je tako konstruiran, da se s minimumom posluživanja mogu obaviti mjerenja u nizu, koja se kod mjerne ekipe ta telekomunikacijske kabele često nastavljaju jedno za drugim. Mosnim metodama za otrkivanje mjesta kvara prididane su mjerne sheme koje dozvoljavaju nedvosmisleno pokazivanje električnih parametara kabela, koji se djelomice mjere u obliku direktnog pokazivanja, a djlomice kao ručno mosno mjerenje radi utvrđivanja mjerene vrijednosti. Ovaj mjerni kovčeg prikazan je slikom 8.5. Slika 8.5. Kabelski mjerni kovčeg Felten & Guilleame KMK-VI 56

25 Jedan od najmodernijih mjernih kovčega je Uređaj za testiranje kabela KMK7 tvornice Seba-Dynatronic, To je kompjuteriziran, automatski balansiran mjerni most za određivanje udaljenosti mjesta greške s ugrađenim test-programima za kontrolu (održavanje) kabela. Najveća prednost ovog instrumenta je kontinualno automatsko podešavanje mosta i mogućnost povezivanja s C računalom za pohranu i obradu izmjerenih rezultata. KMK7 je mali (portable), masivni instrument jednostavan za rukovanje. Mjerni most za lokaciju greške proširen je mjernim programima koji daju jasan prikaz karakteristika telekomunikacijskog ili energetskog kabela koji se testira i prikazivanje mjesta greške na LCD (displej na bazi tekućih kristala). rogrami za kontrolu kabela uključuju mjerenje otpora izolacije, otpora petlje i razliku otpora, kapaciteta, kapacitivne asimetrije te napona smetnji (interferencije) kako izmjenične tako i istosmjerne struje. ojedina mjerenja se odabiru iz glavnog izbornika, dok se mjerenje otpora izolacije, otpora petlje i DC lokacija greške mogu pozvati direktno odgovarajućom tipkom na tastaturi. Kabelski mjerni kovčeg je prikazan slikom (5(-$ Slika 8.6. Kabelski mjerni kovčeg Sebatel KMK 7 Za sve tipova mjernih kovčega priložene su potrebne upute za rukovanje, tako da se korisnik ove vrste instrumenata mora obavezno upoznati s njima i izvježbati se u uporabi. Također je važno napomenuti da su osnovne mjerne sheme prikazane na poklopcu kovčega. 57