直埋电缆若无详实的电缆线路图时，就需要探测电缆的路径走向与埋设深度，以便建立准确的档案资料。特别在故障电缆的精测定点之前，尤其需要准确测出电缆的敷设路径，以便沿电缆的走向顺利、精确地确定故障点的具体位置。对于敷设在电缆隧道、沟道内的多根电缆，有时需要将故障电缆或其中的一根电缆区别出来。以上工作都可以利用“路径仪”进行准确的测试。

7.2.5.1 基本原理

采用路径信号产生器（即路径仪），向被测电缆中输入一音频电流，由此产生电磁波，然后用电感线圈接收音频信号，该接收信号经放大后送入耳机或指示仪表，再根据耳机中的音峰、音谷或指示仪表指针的偏转程度来判别电缆的埋设路径和深度，这种方法称为音频感应法。

我国所采用的路径信号产生器多为15kHz的音频信号发生器，它再配以作为接收信号用的“定点仪”，用其“路径”档作为接收机使用，即可完成电缆路径的测试工作。路径仪的组成框图如图7-2-5-1所示。

图7-2-5-1　路径仪组成框图

随着社会的进步与工农业生产的发展，电力电缆日益增加，各种电磁波也越来越多。如工厂中的电弧（电焊机、电机车集电弓、各种高压开关的分合闸）等都将产生干扰电磁波。当被测电缆是若干根并列运行电缆中的一根时，运行电缆中的零序电流与高次谐波电流，也将产生干扰电磁波，因此我们采用音频信号发生器，发送区别于一般工频电流、高次谐波电流和其他干扰电磁场所发出的信号，并使其有节奏地间断发出，使耳机或接收仪表中得到有规律的信号，以区别于其他任何干扰信号，减少外界影响，提高测量精度。

（1）探测电缆路径。

1）音谷法。音谷法的接收线圈轴线与地面始终保持垂直，当接收线圈（即探棒）位于被测电缆的正上方时，由于音频电流磁力线垂直于接收线圈轴线，即不穿过线圈，因此线圈中无感生电动势，接收机中亦无音频信号产生。当接收线圈向被测电缆两侧（垂直于电缆走向）移动时，就有音频电流磁力线穿过接收线圈，接收线圈中亦将产生感生电动势，随着移动距离X的变化，其感生电动势也将发生变化，使其接收信号发生变化。当接收线圈移动到A或A′点时，接收线圈中穿过的音频电流磁力线最多，其感生电动势最大，即产生的信号电流最大，因此耳机中的音量或指示仪表指针偏转角最大。当接收线圈移动的距离|X|继续增大时，音频磁场逐渐减弱。由此，我们得出音量（或指示仪表指针的偏转角）与距离X的关系曲线——对称的马鞍形“双峰曲线”，如图7-2-5-2所示。

由图7-2-5-2的双峰曲线可知，接收线圈位于电缆正上方时，音量为零（或很小），形成音谷。而在电缆两侧的音量形成峰值，即音峰，如图7-2-5-2中的A点和A′点。该测量方法由于电缆位于音谷的下面而称为“音谷法”。音谷法也可以用来鉴别电缆。

以上定性地给出了音谷法的双峰曲线，下面将简要地进行定量分析，参见图7-2-5-3。

设接收线圈平面中心点为O′，电缆中心点为O，电缆中音频电流的方向与磁场方向如图7-2-5-3所示，

图7-2-5-2　双峰曲线

图7-2-5-3　双峰曲线定量分析

则O′点的磁场强度H为式中 θ——h与r的夹角；

h——接收线圈平面到电缆中心的距离；

X——O′点与h的水平距离。

对于已敷设完毕的电缆，h值即已确定为常数，当音频电流I恒定时，由式（7-2-5-2）可以确定接收线圈中感生电动势E随X的变化规律。当|X|≪h时，随着|X|增加，式（7-2-5-2）的分子成正比例增大，而分母却增加很小，因此感生电动势增大，双峰曲线呈上升趋势；当|X|增加到一定程度后，随着|X|的增加，式（7-2-5-2）中的分子虽然成正比例增加，但因分母中含有X2项而增加幅度比分子大，从而使感生电动势E反而减小，双峰曲线呈下降趋势。可见，式（7-2-5-2）定量地描述了双峰曲线的变化规律。

2）音峰法。音峰法的接收线圈轴线与地面始终保持平行且与电缆走向垂直，当接收线圈位于被测电缆正上方时，穿过接收线圈的磁力线最多，因此耳机中的音量或指示仪表指针的偏转角最大。当接收线圈向被测电缆的两侧（垂直于电缆走向）移动时，穿过接收线圈的音频电流磁力线逐渐减少，耳机中的音量或指示仪表指针的偏转角也就越来越小。音量或偏转角与移动距离X的关系曲线——单峰曲线如图7-2-5-4所示。

图7-2-5-4　单峰曲线

由图7-2-5-4可知，接收线圈位于被测电缆正上方时音量（或偏转角）最大，即形成音峰。而在电缆两侧的音量（或偏转角）较小。就是说：电缆位于音峰下。因此，该测量方法得名为“音峰法”。与音谷法相同，音峰法也可以用来鉴别电缆。

音峰法的单峰曲线定量分析可参考图7-2-5-5进行。图中所有参数均与图7-2-5-3中各相应参数相同。

O′点的磁场强度H为

图7-2-5-5　单峰曲线定量分析

上式中各量的物理意义与式（7-2-5-2）相同。

当音频电流I恒定时，由式（7-2-5-3）可知，接收线圈中的感生电动势E是随X的变化而改变的，因此耳机中的音量或指示仪表指针的偏转角也是随X的变化而改变的。当X为零时，E有最大值，即耳机中的音量或指示仪表指针的偏转角最大；当|X|逐渐增大时，感生电动势E开始减小，即音量或偏转角随之减小，但开始时减小很慢；当|X|增大到一定值以后，感生电动势E衰减加快。因此，形成了如图7-2-5-4所示的单峰曲线。

（2）探测电缆埋设深度。

采用音谷法先测量出电缆的埋设路径，再将接收线圈轴线垂直于地面放置，在被测电缆的正上方找出音谷点，如图7-2-5-6中的A点，并作好标记；然后，在垂直于电缆路径的平面内（A点在该平面上），将接收线圈轴线倾斜45°，并向左或右移动，找出另一音谷点B，这时，AB的距离即为电缆的埋设深度，如图7-2-5-6所示。

图7-2-5-6　电缆的埋设深度

根据图7-2-5-6，利用简单的几何知识不难推导出h=AB，这里不再证明。但是当地面并非水平，而是具有与水平面成θ夹角的坡面时，电缆的埋设深度应重新推导，如图7-2-5-7所示。

根据图7-2-5-7，设电缆中心点为O，电缆的正上方位于地面上的A点，将接收线圈轴线倾斜45°角后，在电缆两侧分别找到音谷点B和C，则：

在△OAB中，由正弦定理可得

图7-2-5-7　坡面电缆的埋设深度

可见，式（7-2-5-5）即为水平地面电缆埋设深度计算公式。

7.2.5.2 电缆路径探测方法

使用路径仪（音频信号发生器）探测电缆路径、鉴别电缆和测量电缆埋设深度时，路径仪与被测电缆的连接方式主要分为直接式和耦合式两大类。直接式又可分为相间连接法和相地连接法；耦合式可分为直接耦合法和间接耦合法，本节将逐一介绍并作出比较。

（1）直接式连接。

直接式连接是指将路径仪的输出端直接与被测电缆相连接的测量方式。当路径仪的两输出端分别与被测电缆的两相相连接时，称为相间连接法。当路径仪的两输出端分别接地和被测电缆的一相时，称为相地连接法。

1）相间连接法。相间连接法的接线原理如图7-2-5-8所示。

图7-2-5-8　相间连接法接线原理

1—音频信号发生器；2—被测电缆；3—接收线圈(www.daowen.com)

在相间连接法中，被测电缆末端开路与否，应视具体条件和使用不同的音频信号发生器而定。一般地，对于1kHz路径仪，末端要求短路；15kHz路径仪，末端要求开路。对于HW2000型电缆故障智能测试仪的配套产品，电缆末端应开路。如果误将电缆末端短路或存在其他接线错误时，仪器将启动自动保护功能。

由于直埋电缆的钢铠（或铅包）对磁场有屏蔽作用，当加入同样大小的音频电流时，相间连接法要比相地连接法接收到的信号弱得多。因此，在电缆埋设较深（1m以上）、干扰较大的场合，相间法效果不如相地法。

2）相地连接法。相地连接法接线原理如图7-2-5-9所示。

图7-2-5-9　相地连接法接线原理

1—音频信号发生器；2—被测电缆；3—接收线圈

在相地连接法中，应将音频信号加在好相上。电缆末端情况与相间法相同。对于1kHz的路径仪，电缆末端应短路接地；对于15kHz路径仪，电缆末端应开路。

电缆的容抗直接影响音频电流输出的大小，亦即控制着接收信号的强弱。电缆的电容量与电缆绝缘材料的介电系数、电缆线芯截面积、电缆的长度均成正比；与电缆的绝缘等级成反比。而电缆的容抗不仅与电缆的电容量有关，还与音频电流频率的高低有关，电容量越大、频率越高、容抗越小。在实际测试工作中，应根据上述原理选择适当的接线方式和参数。

3）相间连接法与相地连接法的比较。

①相间连接法比相地连接法更灵敏。采用音谷法探测电缆路径时，相间连接法可得陡然骤减的音谷，而相地连接法的音谷就不太明显；若采用音峰法探测电缆路径，相地连接法的音峰范围太宽，不易确定峰的顶点而相间连接法就显得非常优越。

②在输出相同音频电流的情况下，由于电缆铠装对音频电流磁场的屏蔽作用，使得相间连接法接收的信号比相地连接法弱。因此，在电缆埋设较深（1m以上）或外界干扰较大时，相地连接法比相间连接法更适用。

另外，相间连接法和相地连接法所要求的音频输出电流的大小均应视电缆的埋设深度、测试环境的干扰情况，以及电缆线路的长短、土质等实际情况而定。一般地，15kHz路径仪的输出电流为1～2A即可，而1kHz音频信号发生器的输出电流为5～10A。

（2）耦合式连接。

耦合式连接的路径仪输出端与电缆各相均没有电的联系，而是通过耦合的方式把音频信号加在电缆上。耦合的方法有直接法和间接法两种。

1）直接耦合法。直接耦合法是将音频信号发生器的输出端，直接与绕在被测电缆上的耦合线圈相连接的测量方式。该耦合线圈的匝数以5～7匝为宜，直接耦合法的接线原理如图7-2-5-10所示。

图7-2-5-10　直接耦合法接线原理

1—音频信号发生器；2—被测电缆；3—接收线圈；4—耦合线圈

直接耦合法的原理是通过耦合线圈向被测电缆发射一音频电流，此时可将电缆等效为一个电感，其产生的感生电流发出电磁波，然后由接收线圈接收，以确定电缆路径。

直接耦合法最大的优点是：可以在不停电的情况下探测电缆路径。但是它也有一定的局限性和缺点。由于电磁波在传播过程中损耗大、衰减快，因而探测距离较近，一般仅为几百米，在无干扰的良好测试环境下，也不超过1000m。

2）间接耦合法。当需要了解某一局部区域地下是否有地下电缆或金属管道时，使用音频信号发生器和一平板接收线圈（电容探头），且以该接收线圈（电容探头）为中心，将音频信号发生器的发射线圈的纵向轴线对准该中心，沿着半径为R（一般为10m）的圆周进行探测，当移动发射线圈经过地下电缆或金属管道的正上方时，接收机中的接收信号将出现峰值。如图7-2-5-11所示。

图7-2-5-11　间接耦合法接线原理

1—被测电缆或金属管道；2—音频信号发生器；3—发射线圈；4—电容探头；5—接收机；6—音量曲线

间接耦合法的实质是：靠地面上的发射线圈发射电磁波，耦合到地下的电缆或金属管道上，再用接收机接收这一耦合信号。

以上我们介绍了直接式连接和耦合式连接的探测方法。在这里提一句，由于耦合法的测试范围与测试精度不够理想，而在实际测试工作中应用较少。直接式的音峰法和音谷法最为常用，这两种方法既可以单独使用，也可以结合使用，必要时可互为补充和验证。

（3）鉴别电缆。

当我们需要从若干根电缆中鉴别出某一根时，可以使用路径仪（即音频信号发生器）来识别电缆。根据路径仪的测试原理，采用直接式相地法接线时，由于通过音频信号的电缆线芯不位于电缆轴线上（单芯电缆除外），因此，采用音峰法接收信号时，在电缆周围可以得到具有强弱变化的信号，如图7-2-5-12所示。当采用直接式相间法接线时，利用音谷法接收信号，在电缆周围可以得到对称变化的信号，如图7-2-5-13所示。

7.2.5.3 路径仪的使用方法与注意事项

目前，国内使用的路径仪大都是15W、15kHz正弦信号发生器。使用大功率管在工作中易发热，甚至损坏大功率管。而使用小功率管在干扰较大的场合下，将给电缆路径探测带来一定的困难。近年来，一种大功率路径仪（音频信号发生器）的应用，给电缆路径的探测工作带来了很大的方便。下面，简要地介绍一下HW2000型电缆故障智能测试仪配套的路径仪的技术指标、使用方法与注意事项。

图7-2-5-12　相地法识别电缆

1—接收线圈；2—电缆线芯；3—音量曲线；4—电缆铠装层中的电流方向；5—音频电流方向

图7-2-5-13　相间法识别电缆

1—电缆线芯；2—接收线圈；3—磁力线；4—电流方向a、b处出现音峰；c、d处出现音谷

（1）技术指标。

1）信号频率：15kHz断续方波。

2）输出功率：大于50W。

3）仪器电源：交流220V±10%，50Hz。

4）仪器体积：80mm×120mm×150mm。

5）仪器重量：1kg。

（2）使用方法与注意事项。

1）将仪器的测试线（输出端的Q9电缆）接在被测电缆的好相上。红色线夹接被测电缆线芯，黑色线夹接地线，然后开机。注意：关机时，应先关闭路径仪的电源，再断开测试线。

2）探棒接于定点仪的输入插孔，定点仪工作于路径状态，耳机插头插入定点仪的输出插孔。探棒（绕有线圈的磁棒）与地面垂直（音谷法）并左右移动，在耳机中听到的音频信号（嘟嘟声）大小不同，当信号最小（音谷点）时，探棒下面即是电缆的埋设位置。一边向前走，一边左右摆动探棒，耳机中听到的音量最小点（音谷点）的连线即为地下电缆的埋设路径。

3）一般情况下，输出不宜过大，以信号清晰为原则，以防止在多根电缆并列运行的情况下，由于相互感应而产生测量偏差。

4）若欲判断电缆的埋设深度，如前所述，可在已测准的电缆路径上的某一点，将探棒与地面倾斜45°，垂直于该段电缆路径的走向，向左或右移动，当耳机中音量信号最小时，探棒所平移的距离，即为电缆的埋设深度。

5）在测试电缆较长（一般为800m以上）时，电缆的终端可以短路，以增大电缆沿途的信号强度。当电缆较短时，由于其直流阻抗较低，不可将被测电缆终端短路，必须终端开路，否则路径仪将发生“自保”而停止工作。

6）当电缆发生三相短路故障，且故障距离较近时，为避免路径仪的自保现象，可在路径仪与被测电缆之间串接一个20Ω左右的10W电阻，以确保信号的正常输出。

7）若探棒有故障需要修理时，可参考以下数据：在φ10×140mm的中波磁棒上，绕285匝漆包线，两端并联0.2μF的电容器，构成15kHz谐振回路。在70匝处抽头。与插头的隔离芯线相连接，在线圈的始端与隔离线相连接。