Инженерный конкурс

Источник материала:

Как мы уже говорили, вопрос о коротком замыкании породил целую лавину ответов. Читатели подошли к решению основательно, сопроводили свои ответы подробными расчётами, формулами и электрическими схемами.

Задача заключается в том, что у вас где-то короткое замыкание на длинной витой паре, проложенной по стенке или плинтусу. Как проще всего найти, где именно, не повреждая и не прокалывая проводов?

Практически все варианты решения задачи делятся на три типа. Первый предполагает использовать законы Кирхгофа, измерительное оборудование и путём вычислений примерно найти место КЗ.

Законы Кирхгофа и омметр

Первый закон Кирхгофа гласит, что суммарный ток, втекающий в любой узел цепи, равен нулю. Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Второй закон гласит, что суммарное напряжение по любому замкнутому контуру цепи равно сумме ЭДС, которые в нём находятся. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное напряжение равно нулю. Таким образом, по нашей витой паре пускаем переменный ток, создавая замкнутый контур, после чего применяем известный метод.

Решение в похожем стиле предлагают сразу несколько наших читателей. Алексей Чешуев пишет: "Для нахождения повреждения необходимо провести два измерения шлейфа с разных концов кабеля. Это можно представить эквивалентной схемой".

"Получим два значения сопротивлений 2*R1 и 2*R2, соотношение которых будет равно соотношению длин кабеля от его концов до места повреждения. Далее каким-либо методом измерения длин находим примерное место повреждения и методом визуального осмотра ищем следы деятельности живых существ, приведших к короткому замыканию. Это, скорее, будет гвоздь, пережим или повреждение изоляции".

Похожие способы решения предложили Павел Флотонов, Дмитрий Ставский, Александр Комиссарчик (Гомель ИП "ЭПАМ Системз"), Виктор Коркин, Grey (serg_x@) и Alex с форума "КВ".

Наиболее лаконично решение в этом стиле сформулировал Владимир Кириллов: "Омметром с точностью до 0,001 ома измерить сопротивление с обоих концов, соотношение этих величин и знание длины витой пары даст с точностью до 1 см место КЗ".

Насчёт точности измерений - звучит весьма сомнительно. Замер малого сопротивления методом вольтметра-амперметра даёт колоссальную погрешность.

Отметим также, что данный тип решений предполагает использование измерительных приборов. В таком случае зачем нам омметр? Можно взять специальное оборудование, которое создавалось именно для таких целей. Например, селективный усилитель или рефлектометр (измеритель неоднородности линий) может точно определить место повреждения вообще без всякого Кирхгофа.

Тут есть несколько замечаний. Во-первых, в условиях задачи не сказано, знаем ли мы удельное сопротивление кабеля, точную длину кабеля и есть ли у нас возможность всё это измерить. Что касается измерительных приборов, то это напрямую не запрещено условиями задачи, но запрет вытекает из логики нашего конкурса. Удивительно, как это ещё никто не предложил подключить импульсный дефектоскоп. Дорогущий, но прямо на индикаторе показывает расстояние до КЗ!

Метод грубой силы

Если пустить по витой паре сильный переменный ток, то кабель нагреется или повредится в месте короткого замыкания.

"Если кабель проложен вдоль стены или ПО плинтусу, то развинчивываем бесперебойник (не очень мощный), соединяем контакты аккумулятора с контактами коротнувшего кабеля и идем щупать кабель: где тепленький, там до КЗ, где холодный - там после КЗ. Логично начинать поиск с середины кабеля, и методом деления пополам", - пишет Павел Флотонов.

Простым нагревом дело может не закончиться. "Отключить концы и пустить переменник, вольт 100-150... Провод сам выдержит, но в месте замыкания пробьет оболочку", - советует Евгений (golushkov@).

Этот способ не очень хорош. Ведь если КЗ хорошее, то вспыхнет весь провод до места короткого замыкания. Если КЗ слабое, то оно выгорит и на его месте может образоваться обрыв. К тому же теплопроводность меди настолько хороша, что из неё делают паяльники, и провод будет греться не только в месте КЗ, но и несколько дальше этого места, локализовать точно не получится.

В такой ситуации, конечно, можно использовать тепловизор, а Логик с форума "КВ" предлагает термобумагу: "Вначале, на ощупь, определяешь примерно, с точностью до пары метров. Потом разрезаешь бумагу на тонкие полоски и наклеиваешь их на этом, ранее определенном участке, прямо на провод. Подаешь ток и внимательно смотришь, где термобумага начнет менять свой цвет. Точность до пары сантиметров".

С теплобумагой - неплохой вариант.

Довольно близко к оптимальному решению задачи подошёл Alex с форума "КВ": "Один полюс ВЧ-генератора соединяем с одной клеммой нагрузки (резитора), вторую клемму нагрузки и второй полюс ВЧ генератора подсоединяем к витой паре и врубаем максимальную мощность. Далее идем по кабелю витой пары с поднесенным ВЧ-приемником, фиксируя излучение, с того места, где сигнал станет приниматься резко хуже, будет место КЗ". Только он не учёл, что в ВЧ-технике есть понятие "длинная линия", оно же "фидер". До места КЗ имеем "фидер", кстати, он практически не излучает, т.к. излучение одного провода гасит другое. После КЗ имеем тривиальную антенну. После КЗ излучение теоретически должно увеличиться (а не "резко хуже"). Но излучение длинной антенны не позволяет точно локализовать место её запитки. Кроме того, не каждый инженер носит с собой в рюкзаке мощный ВЧ-генератор. Есть куда более простой способ!

Оптимальное решение

"Меломанский" вариант решения предлагает Андрей Рожанский: "Подать сигнал любимого музыкального произведения с выхода достаточно мощного усилителя низкой частоты в витую пару. Взять сильный подковообразный постоянный магнит с большим значением напряженности магнитного поля в зазоре и вести его вдоль витой пары, таким образом, чтобы она находилась в области действия магнитного поля. Поскольку магнитные поля от проходящего тока в перевитых проводниках практически взаимно скомпенсированы, то их колебания в магнитном поле незначительны и музыка слышна не будет. В месте КЗ условие компенсации не выполняется и проводники витой пары должны тихонечко "запеть"". Оригинально.

Оптимальный ответ прост и красив. Подключаем к паре источник постоянного тока и аккуратно ведем компасом по паре. Компас покажет место КЗ, потому что только там будет нескомпенсированное магнитное поле. Точное решение указали Сергей Самофалов и brovkin@. Поздравляем!

А теперь - новая задача. "Мы с приятелем живём на разных этажах. Оба инженеры-электроники, общее хобби. Соединили компы кроссовером метров двадцать. Но однажды пришла гроза; нет, не в виде нетрезвого дяди Васи, рушащего "оппонентские сети", а самая натуральная. Правду говорят: "С большой тучи малый дождь" - блеснуло разок между облаками, слегка покапало, и опять солнышко. Каково же было наше удивление, когда мы обнаружили отказавшие сетевые карты! Ведь молния никуда не била! Даже в землю... У меня от приёмника провод брошен на крышу, так он же не сгорел. И компы были выключены. Мистика какая-то. Вопрос: почему карты повредились?"

Присылайте свои ответы, а также новые задачи до 31 марта на адрес puzzle@kv.by или бумажной почтой на адрес редакции. Инженерный конкурс будет выходить каждые две недели.

mike (old student),
Анатолий АЛИЗАР