用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設備，包括兩臺儀器及相關附件：
1. （以下簡稱主機）
主機有以下功能：
l 低壓脈沖測距
l 脈沖電流測距
l 聲磁同步定點
l 路徑探測
2. ST-500電纜路徑探測信號發(fā)生器（以下簡稱信號發(fā)生器）
信號發(fā)生器用于路徑探測的信號發(fā)射。
相對于傳統(tǒng)的分體設備，其設備件數(shù)、體積、重量均大幅縮減，且功能強大、簡單易用、小巧便攜，是傳統(tǒng)設備的換代產品。
1. 功能全：
l 低壓脈沖故障測距
l 脈沖電流故障測距
l 聲磁同步精準定點
l 電纜路徑探測
2. 故障測距功能：
l 低壓脈沖法：適用于低阻、短路、斷線故障的精準測距。
l 脈沖電流法：適用于高阻、閃絡型故障的測距，使用電流耦合器從地線上采集信號，與高壓部分隔離，**可靠。
3. 精準定點功能：
l 聲磁同步接收，抗干擾能力強。
l 聲磁信號波形顯示，信號和噪聲易于區(qū)分。
l 光標測量聲磁延時，精準判斷故障點的遠近。
l 可根據(jù)磁場波形的初始極性，在定點的同時進行路徑探測。
4. 路徑探測功能：
l 信號發(fā)生器：
? 大容量鋰離子電池供電，擺脫市電束縛。
? 全自動功率匹配和保護，無需人工調整。
? 較大功率輸出。
l 音峰／音谷法路徑探測。
l 信號幅值顯示。
l 可進行80％法或45°法測深。
5. 大屏幕液晶顯示，界面友好、簡單易用。
6. SD卡存儲測試波形，存儲容量大，可導入計算機進行存檔、分析和打印。
7. 內置大容量鋰離子電池供電，配快速充電器。
8. 電源管理：根據(jù)不同功能開啟不同的電源通路，盡量減小功耗；若15分鐘沒有任何操作，儀器將自動關機；電池欠壓時也將自動關機，以保護電池。
9. 集成化設備，小巧便攜。
三、技術指標 (M為主機，T為信號發(fā)生器，M&T為共同特性)
1. 測距功能（M）：
(1) 測距模式：低壓脈沖、脈沖電流。
(2) 采樣頻率：100MHz。
(3) 分辨率：低壓脈沖模式1m；脈沖電流模式4m。
(4) 低壓脈沖模式發(fā)射電壓：30V。
(5) 測距范圍：30km。
(6) 盲區(qū)：2m。
2. 聲磁同步定點功能（M）：
(1) 聲音信號通頻帶：中心頻率400Hz，帶寬200Hz。
(2) 信號增益：80dB。
(3) 定點精度：0.1m。
3. 路徑探測功能（M）：
(1) 接收頻率：1kHz。
(2) 增益：80dB。
4. 路徑探測信號發(fā)生器（T）：
(1) 發(fā)射頻率：1kHz。
(2) 發(fā)射功率：≥3.5W。
(3) 輸出特性：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；
根據(jù)實際負載全自動匹配；自動短路保護。
5. 電源：
(1) 電池（M&T）：內置鋰離子電池組，標稱電壓7.4V，容量3000mAH。
(2) 功耗：主機（M）400mA，可連續(xù)使用時間>6小時；
信號發(fā)生器（T）500mA?？蛇B續(xù)使用時間>5小時；
(3) 充電器（M&T）：輸入AC220V±10%，50Hz；標稱輸出8.4V，DC1A。
(4) 充電時間（M&T）：<4小時。
6. 顯示方式：主機（M）320×240點陣大屏幕液晶；信號發(fā)生器（T）：表頭。
7. 體積（M&T）：210mm×160mm×65mm。
8. 質量：主機（M）0.7kg；信號發(fā)生器（T）0.7kg。
9. 使用條件（M&T）：溫度:-10℃－40℃，濕度5-90％RH，海拔<4500m。
1、一般步驟：
（1） 故障性質診斷
（2） 故障測距
（3） 路徑探測
（4） 精準定點
2、故障性質的診斷和測試方法的選擇。
在電纜發(fā)生故障后，須首先判斷電纜的故障性質。
首先用兆歐表在電纜的一端測量各相對地及相間的絕緣電阻。如果兆歐表的測量值為零，則可能還有零到上百kΩ的電阻，故還須用萬用表測量電阻值；如各相對地及相間絕緣電阻很高，絕緣正常，則應測試導體是否斷線：在電纜的一端將三相短接并對地短路，在另一端重復測量，判斷是否斷線。
明確故障性質后，需選擇不同的測距和定點方法，見下表：
表1-4-2：故障性質和測試方法選擇表
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|
故障
性質
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故障表現(xiàn)形式
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測距方法
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定點方法
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1
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低阻
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兆歐表測量：0
萬用表測量：＜ 200Ω
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低壓脈沖
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音頻法（備選）
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聲磁同步
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2
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斷線
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導體不連續(xù)
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聲磁同步
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3
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高阻
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兆歐表測量：＞0
或：
兆歐表測量：0
萬用表測量：≥ 200Ω
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脈沖電流
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4
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閃絡
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兆歐表測量：絕緣正常
耐壓試驗：不通過
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備注：（1）表中陰影部分表示：脈沖電流測距和聲磁同步定點需要配套使用高壓沖擊信號發(fā)生器（該高壓發(fā)生器不包含在本套設備中，需另配）。
（2）音頻法定點低阻故障為備選方案，聲磁同步不成功時選用，需配套使用路徑探測信號發(fā)生器。
包括兩臺儀器及相關附件：
1.ST-400電力電纜故障綜合測試儀（簡稱主機）
主機有以下功能，并根據(jù)不同功能使用相應附件：
l 低壓脈沖測距，附件：低壓脈沖測試線
l 脈沖電流測距，附件：脈沖電流耦合器
l 聲磁同步定點，附件：定點傳感器、耳機
l 路徑探測，附件：路徑傳感器、耳機
2. ST-500電纜路徑探測信號發(fā)生器（簡稱信號發(fā)生器）
信號發(fā)生器用于路徑探測的信號發(fā)射，附件：輸出連接線、接地釬。
3. 通用附件：充電器。
主機外觀結構如圖2-1-1所示：
圖2-1-1 主機外觀和接口
主機面板如圖2-1-2所示：
圖2-1-2 主機面板
主機面板上有以下內容：
1. 液晶屏幕：
顯示各種信息，顯示的內容在以后章節(jié)中有詳細介紹。
2. 模式選擇鍵及相應指示燈：
面板右上角區(qū)域的按鍵用來選擇儀器測試模式，選中后按鍵旁邊的指示燈亮。
（1） 低壓脈沖 鍵：進入低壓脈沖測距模式（開機默認）。
（2） 脈沖電流 鍵：進入脈沖電流測距模式。
（3） 定點 鍵：進入聲磁同步精準定點模式。
（4） 路徑 鍵：進入路徑探測接收模式。
3. 測試鍵和信號指示燈（面板右下角區(qū)域）：
（1） 測試 鍵：低壓脈沖模式：按一下進行一次測試;
脈沖電流模式：按一下進入等待觸發(fā)狀態(tài);
定點、路徑模式：無效。
（2） 信號 指示燈：低壓脈沖模式：進行測試時閃亮一次;
脈沖電流模式：觸發(fā)時閃亮一次;
定點模式：磁場觸發(fā)時閃亮一次;
路徑模式：無效。
4. 測距模式（低壓脈沖/脈沖電流）相關按鍵的基本功能：
面板左下角區(qū)域的按鍵基本是為了測距功能服務。按鍵上直接標注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執(zhí)行基本功能：
（1） 范圍 ＋/－鍵：用來改變當前測試范圍（量程）。
（2） 
和
鍵：用來移動光標。
（3） 定位／確定 鍵：定位功能：自動移動光標，定位故障點。
確定功能：當某些操作需要時，用來進行確認。
（4） 增益 ＋/－：用來調整信號增益。
（5） 開關 鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關閉儀器電源。
（6） 
鍵：背光鍵，用來打開和關閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執(zhí)行。
（7） 存儲 鍵：用來存儲當前波形。
（8） 后翻 和 前翻 鍵：當調出SD卡已存儲的波形時，用來選擇需要查看的波形，后翻選擇上一個，前翻選擇下一個。
5. 測距模式相關按鍵的上檔（Shift）功能：
按住Shift鍵（基本功能的鍵）不放，再按其它鍵，則執(zhí)行鍵旁邊標注的上檔功能：
（1） 波速 ＋/－鍵：用來調整電纜波速度。
（2）
和
鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮?。糯箫@示。
（3） 光標切換 鍵：用來切換虛實光標。
（4） 暫存 鍵：在儀器內存中暫存當前波形，以備雙波形比較。
（5） 比較 鍵：同時顯示當前波形和暫存波形，以便比較兩波形的異同。
（6） 調出 鍵：調出SD卡中存儲的歷史波形。
儀器頂部接口板見圖2-2-2所示：
圖2-1-3 主機頂接口板
6. 測距插口：低壓脈沖模式下，接低壓脈沖測試線；
脈沖電流模式下，接脈沖電流耦合器。
7. 定點插口：定點模式下，接定點傳感器。
圖2-1-4 主機側接口板
8. 路徑插口：路徑模式下，接路徑傳感器。
9. SD存儲卡插槽：SD卡用來存儲測距波形。需要時將SD卡插入插槽，按壓到底；需要取出時，按一下SD卡，將自動彈出。
主機側面接口板見圖2-1-4所示：
10.耳機插口：用來在定點、路徑模式下，接耳機監(jiān)聽聲音。
11.充電插口：用來接充電器，對儀器內置電池充電。
12.聲音增益：定點模式下，用來調整聲音信號增益。
13.磁場/路徑增益：定點模式下，用來調整磁場信號增益。
路徑模式下，用來調整路徑信號增益。
二、ST-500電纜路徑探測信號發(fā)生器（T：信號發(fā)生器）
信號發(fā)生器外觀結構如圖2-2-1所示：
圖2-2-1 信號發(fā)生器外觀和接口
信號發(fā)生器面板如圖2-2-2所示：
圖2-2-2 信號發(fā)生器面板
信號發(fā)生器面板上有以下內容：
1. 表頭：正常情況下用來顯示輸出電流，其滿幅值為500mA；
按 電池檢測 鍵則顯示電池水平，指針位于綠**域表示電池電量正常，若指針位于黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議充電；若指針低于黃**域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。
2. 開關 鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關閉儀器電源。
圖2-2-3 信號發(fā)生器側接口板
3. 電池檢測 鍵：用來檢測電池電量水平，按下后觀察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開機和關機狀態(tài)下均可使用，
4. “電源“指示燈：用來表示電源狀態(tài)。開機后，本指示燈亮。若電池電量正常，則常亮；若電池欠壓，則閃爍；若嚴重欠壓，則自動關機，燈滅。
5. “信號”指示燈：用來表示信號輸出狀態(tài)。若選擇“連續(xù)”輸出模式，則常亮；若選擇“斷續(xù)”輸出模式，則閃爍。
主機側面接口板見圖2-1-4所示：
6. 輸出模式選擇開關：用來選擇連續(xù)或斷續(xù)輸出。斷續(xù)輸出時以輸出0.5秒，停止0.5秒的節(jié)奏發(fā)射信號。
7. 輸出插口：用來接輸出連接線，對目標電纜發(fā)射信號。
8. 充電插口：用來接充電器，對儀器內置電池充電。
低壓脈沖法用于電纜的低阻、短路及斷線故障；還可用于測量電纜的長度、波速度；也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。
低壓脈沖法使用時域反射法（TDR）原理，又叫脈沖反射法。測試時向電纜注入一低壓脈沖，脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產生反射，回送到測量點被儀器記錄下來,如圖3-2-1所示：
圖3-2-1 低壓脈沖法原理圖
從ST電力電纜故障綜合測試儀發(fā)射脈沖開始計時，到接收到故障點的反射脈沖共需時Δt；脈沖行波傳播速度為V，則故障點距離Lx為： 
（3-1）
（3-2）
其中為故障點的輸入阻抗，
為線路的特性阻抗。從式3-2可得到：斷線故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同；而短路（混線）故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。因此通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質。如圖3-2-1和圖3-2-2所示：
首先用放**將電纜各相線對地充分放電；將低壓脈沖測試線的插頭接主機頂接口板的 測距 信號插口，測試線的的兩個夾鉗接故障相和地（或兩故障相），如圖3-4-1所示：
圖3-3-1 低壓脈沖法接線圖
長按 開關 鍵打開電源，按 低壓脈沖 鍵，進入低壓脈沖測距模式（開機默認），低壓脈沖法的顯示界面如圖3-3-2所示：
圖3-3-2 低壓脈沖法顯示界面
初始測試時選擇的范圍應大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。若發(fā)現(xiàn)可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將范圍縮小。每改變一次范圍，儀器會自動進行一次測試。
根據(jù)電纜的類型設定合適的波速。
幾種常用電力電纜的波速為：
l 交聯(lián)聚乙烯電纜：波速170m/us
l 油浸紙電纜：波速160m/us
l 聚乙烯全塑電纜：波速201m/us
l 橡膠電纜：波速220m/us
不同生產廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會有細微差別，當需要精準測距時，需根據(jù)已知的電纜全長校準波速度，參見本節(jié)第11條。
按一次測試 鍵，即進行一次脈沖發(fā)射，“信號”指示燈閃爍，儀器接收和處理脈沖反射信號，并進行顯示。
增益是指儀器對信號的放大倍數(shù)，調節(jié)增益可以改變的波形幅值，一般要調到需要的波形幅值足夠大且不失真。
增益調整方法：按 增益 ＋/－鍵，可以調整信號增益。每改變一次增益，儀器自動進行一次測試。
反射脈沖波形的起始位置是故障位置。將光標移動到脈沖波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。
注意：光標在其他位置時，顯示的距離沒有意義。
自動定位方法：按 定位/確認 鍵，儀器進行自動光標定位。如果自動定位沒有得到正確結果，應進行人工定標。
手動光標定位方法：按
和
鍵，可以左右移動光標。圖3-3-3為一個典型的混線故障波形，虛線光標位置即為故障點距離：320m。因為波形向下，故判斷為混線故障；若波形向上，則為斷線故障。
圖3-3-3典型的混線故障波形定位
如果需要精細觀察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進行水平縮放。
波形縮放方法：按放大鍵將波形放大；按縮小鍵將波形縮小。
在波形放大狀態(tài)，無法進行自動定位。
通過比較電纜故障線對和完好線對的波形，可以更容易識別故障點。
波形比較方法：首先測試得到故障線對波形，按暫存鍵，將當前波形在儀器內存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標志。然后在條件不變的情況下測試一條完好線對的波形，按比較鍵，屏幕上將同時顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標志。通過比較兩波形的異同，可以幫助尋找故障點。如圖3-3-4所示：
圖3-3-4波形比較
若需得到故障點和參照點（如電纜接頭）的相對距離，操作如下：
ST電力電纜故障綜合測試儀開機后默認實光標在***位置；調整虛光標將其移動到參照點；按光標切換 鍵，實光標和虛光標的位置互換，現(xiàn)在實光標位于參照點，虛光標位于***；調整虛光標移動到故障點，顯示的距離值即為兩者之間的相對距離，如圖3-3-5所示。
圖3-3-5 相對距離測量
根據(jù)已知的電纜全長，可以精準校準波速度。
用一段已知長度的同類型電纜，測量其對端開路和短路波形并比較，將虛光標移動到波形明顯分叉處，調整波速使得長度測量值和已知長度相同，則此時的波速為本條電纜的實際波速。
按 存儲 鍵將在SD卡中存儲當前測試的波形，按 調出 鍵（即同時按 Shift 鍵和 存儲 鍵）后，屏幕顯示*后一次存儲的波形，用后翻 和 前翻 鍵可以選擇顯示其他波形。
若需要進行計算機存檔管理，或需要進一步分析以及打印，需將SD卡取出，插入卡器并和計算機連接，將SD卡中存儲的波形數(shù)據(jù)導入計算機，在后臺軟件的支持下可以進行存檔、分析和打印。
脈沖電流法用于電纜的高阻和閃絡性故障的測距，需要和高壓沖擊信號發(fā)生器配合使用。
當電纜故障點絕緣電阻較大(大于10倍電纜特性阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)時，故障點的反射系數(shù)很小，造成反射脈沖無法分辨，因此低壓脈沖法無法測距。
使用高壓發(fā)生器向故障電纜施加高壓，使得故障點擊穿放電，放電脈沖在故障點和測試端之間來回反射，用儀器采樣記錄此信號并測量時間差，將得到故障點的距離。
有兩種方法可以采集放電脈沖信號：電壓取樣和電流取樣，采用電流取樣即為脈沖電流法：電流耦合器采集測試地（電纜金屬外皮）流回高壓儲能電容的電流，與高壓部分完全隔離，**可靠，波形較易識別。
直流高壓閃絡法（直閃法）用于測量閃絡性故障，即故障點絕緣電阻極高，但在做耐壓試驗時電壓上升到一定水平產生閃絡擊穿的故障。
直閃法原理如圖4-2-1所示，其中T1為調壓器；T2為高壓變壓器，容量應在1KVA左右；VD為高壓硅堆；C為高壓儲能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦合器。調節(jié)T1調壓器，使得輸出電壓逐漸升高，直至故障點擊穿。
圖4-2-1 直閃法原理圖
直閃法的波形如圖4-2-2所示:
圖4-2-2 直閃法波形
當電纜故障點的電阻不是很高時，故障點的泄漏電流較大，如果使用直閃法，因T2高壓變壓器的內阻很大，輸出電壓將無法升高到閃絡電壓，這時必須使用沖擊高壓閃絡法（沖閃法）。沖閃法也適用于大多數(shù)閃絡型故障。
沖閃法原理如圖4-2-3所示，它與直閃法基本相同，區(qū)別在于在儲能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調節(jié)T1調壓器對電容C充電，當電容電壓上升到一定程度時，球間隙G擊穿，電容C對電纜放電，由于電容的內阻極小，輸出電壓將能足夠高并使得故障點擊穿。
圖4-2-3 沖閃法原理圖
沖閃法的波形如圖4-2-4所示:
圖4-2-4 沖閃法波形
使用脈沖電流法必須配合使用高壓沖擊信號發(fā)生器，推薦使用集成化的設備，操作簡單，**可靠；也可以使用由分立器件組合成的高壓沖擊放電裝置。
測試接線如圖4-3-1所示。
圖4-3-1 與其他高壓設備配合使用
以電纜相對地故障為例，將高壓發(fā)生器的高壓輸出線連接電纜故障相，測試地線連接電纜的金屬護套；將脈沖電流耦合器掛在測試地線上，耦合器輸出插頭接主機 測距 信號插口。
若電纜是相間故障，則需將高壓發(fā)生器測試地線連接另一故障相，并將其接地。
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接線注意事項
l 接線前須對電纜充分放電！
l 高壓發(fā)生器的保護地必須接好，并不得直接接測試地！
l 耦合器的箭頭必須指向電纜地方向。
l 耦合器掛接的測試地線越直越好（尤其在耦合器附近）。
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按脈沖電流鍵，進入脈沖電流測距模式，其顯示界面和低壓脈沖法基本相同。
初始測試時選擇的范圍應大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。
若發(fā)現(xiàn)可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將范圍縮小。
如果確信故障點已經放電（觀察高壓發(fā)生器的高壓表，發(fā)現(xiàn)放電時電壓跌落明顯，說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障點的擊穿延時有可能較長，可以適當將范圍增大再測試。
4、設定波速：
根據(jù)電纜類型設定合適的波速。
按測試鍵，儀器進入等待觸發(fā)狀態(tài)，當高壓發(fā)生器對電纜放電后，儀器觸發(fā)、采集并顯示波形。若波形過小須調高增益，反之調低，再重復測試，直至獲得滿意的脈沖電流波形。
采集到波形后，按 和 鍵 將虛光標定位在**個放電脈沖起始點，再按光標切換鍵，將虛光標變?yōu)閷嵐鈽?，再移動虛光?/span>移動到**個脈沖起始點，其相對距離即為故障點。
按定位／確定鍵，儀器能自動進行計算和定標。
圖4-3-2為一組典型的直閃法波形：
圖4-3-2典型的直閃法波形
圖4-3-3為一組典型的沖閃法波形：
圖4-3-3 典型的沖閃法波形
6、定標時的注意事項：
（1） 直閃法和沖閃法的區(qū)別在于沖閃波形往往有球間隙放電形成的脈沖，而且從球間隙放電到故障點擊穿有一定延時；
（2） 由于雜散電感的影響，往往在反射脈沖波頭有向上凸起，應注意將虛光標定位于向上凸起的起始點；
（3） 利用比例放大功能精準定標；
（4） 反射波頭的凸起起始點有時不易精準定位，往往造成測距值略大于實際故障距離；
（5） 故障點必須擊穿才能正確測距，判斷故障點是否擊穿的方法：
①. 故障點擊穿時，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大。而沒擊穿時，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。
②. 電纜故障點擊穿時，電壓表指針擺動范圍較大。而未擊穿時，電壓表擺動較小，
③. 根據(jù)儀器記錄波形判斷。圖4-3-5為電纜未擊穿時的典型波形。
圖 4-3-5 故障點未擊穿時的典型波形