Phương pháp và thiết bị phát hiện vị trí sự cố trên cáp điện

72 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 4 (2018) 72-77 
Phương pháp và thiết bị phát hiện vị trí sự cố trên cáp điện 
Đinh Văn Thắng * 
Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2018 
Chấp nhận 20/7/2018 
Đăng online 31/8/2018 
 Trong vận hành hệ thống cung cấp điện mỏ, vấn đề khó khăn thường gặp là 
khắc phục nhanh các sự cố trên các tuyến cấp điện cho các phụ tải khi có sự 
cố rò, chạm chập pha xuống đất, chạm chập giữa các pha trong dây cáp do 
các nguyên nhân va đập cơ khí hay phóng điện do quá áp. Bài báo trình bày 
một phương pháp và đưa ra một sơ đồ thiết bị tìm kiếm nhanh vị trí điểm sự 
cố trên cáp điện nhằm nhanh chóng khắc phục sự cố hệ thống cung cấp điện 
mỏ, giảm thiểu thiệt hại kinh tế cho xí nghiệp do ngưng sản xuất.Phương 
pháp đo xung điện từ sử dụng máy phát phát xung vào đầu đường dây, xung 
lan truyền đến điểm sự cố rồi phản xạ trở lại. Một máy đếm thời gian sẽ đếm 
thời gian đi và về của xung, từ đó khoảng cách từ điểm đầu đến điểm sự cố 
được tính bằng vận tốc lan truyền sóng điện từ và chiều dài mà nó đi qua. 
Thiết bị tìm kiếm vị trí sự cố được xây dựng từ sơ đồ khối chức năng và sơ 
đồ nguyên lý ứng dụng các mạch điện tử số giúp hiển thị giá trị đo khoảng 
cách đầu cáp điện đến điểm sự cố được thuận lợi hơn cho người dùng. Nội 
dung bài viết cũng đi sâu phân tích nguyên lý hoạt động của thiết bị đo để 
làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của nó. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Thiết bị tìm kiếm 
Phương pháp đo 
Xung điện từ 
Sóng điện từ 
Cáp điện 
1. Mở đầu 
Trong vận hành hệ thống cung cấp điện mỏ, 
vấn đề khó khăn thường gặp là khắc phục nhanh 
các sự cố trên các tuyến cấp điện cho các phụ tải 
khi có sự cố rò, chạm chập pha xuống đất, chạm 
chập giữa các pha trong dây cáp do các nguyên 
nhân va đập cơ khí hay phóng điện do quá áp. Điều 
kiện làm việc, sơ đồ cấu trúc mạng điện và đặc 
điểm diễn ra sự cố rất phức tạp và có phạm vi phân 
bố rộng. Cho tới nay, vẫn chưa có một phương 
pháp nào để tạo ra một thiết bị vạn năng để xác 
định đúng vị trí điểm sự cố xảy ra trên mọi dạng 
lưới điện. Phụ thuộc vào loại mạng lưới truyền tải 
điện, vai trò của nó, các dạng sự cố xảy ra với hệ 
thống điện và trang thiết bị điện, mà việc tìm kiếm 
vị trí xảy ra sự cố có thể căn cứ vào trường hợp cụ 
thể mới đưa ra được thiết bị phù hợp. 
Hiện nay, trên thế giới người ta thường dùng 
một số phương pháp và phương tiện kỹ thuật 
phục vị tìm kiếm vị trí sự cố trên lưới điện là 
(Shalưt, 1982): 
- Phương pháp xác định vị trí sự cố theo 
khoảng cách; 
- Phương pháp xác định vị trí sự cố Tô - pô; 
- Phương pháp sóng một hướng và hai 
hướng; 
- Phương pháp sóng dừng; 
- Phương pháp mạch vòng;
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: dinhvanthang@humg.edu.vn 
 Đinh Văn Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 72-77 73 
- Phương pháp điện dung (để xác định cho 
trường hợp đứt dây pha). 
Nguyên lý hoạt động của các thiết bị tìm kiếm 
vị trí sự cố theo khoảng cách là đo khoảng cách từ 
điểm bị sự cố đến điểm đầu hay cuối đường dây 
cáp điện. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị tìm 
kiếm sự cố theo sơ đồ là tìm vị trí tọa độ điểm sự 
cố trên thực địa, nơi xảy ra trên thực tế sự cố về 
điện.Cả hai phương pháp tìm kiếm sự cố trên lưới 
điện đặc biệt thuận lợi, nhất là áp dụng cho mạng 
điện cao áp mỏ lộ thiên, nơi có lưới điện và trang 
thiết bị điện phân bố rải rác trên toàn bộ khai 
trường. Như vậy, với mọi loại mạng cung cấp điện 
công nghiệp hay khai khoáng, để tìm được vị trí 
điểm sự cố, trước tiên sử dụng phương pháp xác 
định khoảng cách trước rồi sau đó tìm vị trí thực 
địa của nó trên thực tế theo phương pháp thứ hai. 
Phương pháp xung và phương pháp sóng 
dừng hay được sử dụng nhiều nhất. Với phương 
pháp xung, phép đo thực hiện dựa trên việc xác 
định khoảng thời gian truyền sóng xung điện từ 
lan truyền trên khoảng cách mà nó thực hiện. 
Từ nguyên lý này, người ta sử dụng bộ đếm 
thời gian để đo thời gian xung từ máy phát phát ra 
đến khi gặp điểm sự cố nó phản xạ trở lại. Phương 
pháp xung đo hiện số là dùng máy phát sẽ phát 
xung vào đầu đường dây, xung lan truyền đến 
điểm sự cố rồi phản xạ trở lại. Một máy đếm thời 
gian sẽ đếm thời gian đi và về của xung, từ đó 
khoảng cách từ điểm đầu đến điểm sự cố được 
tính bằng: 
ℓ= t/2.v 
Trong đó: v- vận tốc truyền sóng xung điện từ. 
Phương pháp sóng hai hướng (Shalưt, 1982) 
dựa trên cơ sở đo thời gian giữa hai thời điểm
sóng đi đến 2 đầu cuối đường dây xuất phát từ 
điểm sự cố (Hình 1). Khoảng cách từ điểm sự cố 
đến điểm xa nhất của tuyến dây là: 
ℓ = L/2 + ( t/2).v 
Trong đó: L- chiều dài cáp điện; t- khoảng 
thời gian giữa 2 sóng đến 2 đầu cáp; t = t2 - t1 = ℓ 
/v- (L- ℓ)/v, s. 
Khoảng thời gian t rất nhỏ (cỡ 1 vài micro 
giây), do vậy với độ chính xác này cần phải thiết kế 
bộ đếm đồng bộ tại hai đầu tuyến cáp có tần số đáp 
ứng cao. 
Với phương pháp cao tần sử dụng để tìm 
kiếm vị trí điểm sự cố thường sử dụng phương 
pháp sóng dừng, dựa trên cơ sở đo tổng trở vào 
của đường dây có sự cố trong một dải tần số rất 
rộng. Người ta nối máy phát sóng tần số trượt và 
một đầu của đường dây bị sự cố thông qua một 
máy biến áp và một vôn kế. Bằng cách thay đổi tần 
số máy phát và ghi nhận chỉ số của vôn kế, rồi sau 
đó vẽ đường cong điện áp - tần số. Khoảng thời 
gian giữa hai đỉnh cực đại hay cực tiểu của điện áp 
ứng với tần số cộng hưởng: 
 fx = v/2ℓ 
Trong đó: ℓ - khoảng cách từ đầu đường dây 
đến điểm sự cố. 
Khi ấy khoảng cách đến điểm sự cố là: 
ℓ = v/2 fx 
Sự tồn tại của điện trở tiếp xúc tại điểm chạm 
đất sẽ ảnh hưởng đến tổng trở vào dẫn đến giảm 
vùng cộng hưởng tần số, cuối cùng dẫn đến phức 
tạp hóa của phương pháp này. Ngoài ra tính không 
đồng nhất của mạng điện (nhiều loại cáp điện khác 
nhau) sẽ làm xuất hiện thêm các sóng dừng phụ 
xếp chồng lên sóng chính càng khó khăn cho phép 
đo.
(1) 
(2) 
(3) 
(4) 
Hình 1. Phương pháp đo khoảng cách bằng sóng dừng. 
74 Đinh Văn Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 72-77 
Trong nhóm các phương pháp đo khoảng 
cách dùng tần số thấp, phương pháp đo thông số 
cáp điện ở chế độ sự cố hay sử dụng hơn cả 
(Shalưt, 1982). Nguyên lý chung của phương pháp 
này là xác định các thành phần dòng và áp trên 
đoạn cáp, qua đó tính được khoảng cách từ đầu 
cáp điện đến điểm sự cố. Các thông số này được đo 
và ghi nhận tại thời điểm diễn ra sự cố nhờ thiết bị 
ghi thời gian thực. Phương pháp này cũng chia ra 
làm 2 cách: 1 - đo từ một phía và 2 - đo từ hai phía. 
Đo từ hai phía có thể loại trừ được ảnh hưởng của 
điện trở tiếp xúc đến kết quả xác định vị trí điểm 
sự cố trên cáp điện. Phương pháp đo thông số cáp 
điện ở chế độ sự cố áp dụng cho các mạng cáp điện 
cố định để xác định vị trí điểm ngắn mạch pha của 
đường dây tải điện cáp trần. 
2. Thiết bị xác định khoảng cách điểm sự cố 
tuyến cáp điện cao áp 
Hiện nay, bài toán đặt ra cho các nhà khoa học 
là xác định nhanh khoảng cách từ đầu cáp điện đến 
điểm sự cố với cáp điện thuần nhất khi chạm dây 
pha ra vỏ kim loại hay chạm xuống đất với điện trở 
tiếp xúc nhỏ (dưới 70). Việc xác định khoảng 
cách từ đầu cáp đến điểm sự cố đối với tuyến có cả 
dây trần và cáp điện ba pha sẽ gặp phải nhiều khó 
khăn (Pivnhiac and Skrabet, 1993). 
Từ đặc thù cấu trúc của lưới điện, đặc điểm sự 
cố, có thể liệt kê một số yêu cầu đối với thiết bị đo 
như sau: 
- Có khả năng đo được cả ở tuyến cáp điện 
đồng nhất và cả tuyến cáp điện hỗn hợp; 
- Có bộ phận chống nhiễu (ảnh hưởng của các 
mối nối cáp, thiết bị đóng cắt),..; 
- Có chiều dài đo lớn nhất có thể tính từ một đầu 
cáp đến điểm sự cố (không nhỏ hơn 10 km); 
- Có khả năng đo được khoảng cách đến điểm 
sự cố trên cáp điện đồng nhất với các dạng chạm 
đất 1 pha, ngắn mạch giữa các pha; 
- Độ nhạy đảm bảo đo khoảng cách với trường 
hợp điện trở tiếp xúc đến 1 k; 
- Sai lệch trị đo khoảng cách so với thực tế 
không vượt quá 10%. 
Từ các phương pháp xác định vị trí điểm sự 
cố ở trên, phương pháp định vị vị trí điểm sự cố có 
ưu điểm và khả thi hơn cả để tìm kiếm vị trí điểm 
sự cố trên các mạng điện hiện nay. Nguyên lý của 
phương pháp này là gửi một xung điện áp vào một 
đầu cáp điện bị sự cố. Xung điện áp sẽ lan truyền 
từ đầu cáp đến điểm sự cố rồi phản xạ trở lại. Quá 
trình lan truyền năng lượng điện từ luôn diễn ra 
với vận tốc không đổi. Trong quá trình lan truyền 
sóng điện từ, năng lượng của nó suy giảm dần, 
đồng thời, hình dạng sóng bị biến dạng so với ban 
đầu. Quá trình lan truyền sóng điện từ phụ thuộc 
vào vật liệu, kích thước của vật dẫn, mối quan hệ 
tương hỗ giữa chúng, giữa chúng với mặt đất. 
Trong cáp điện đồng nhất, năng lượng đi theo các 
kênh riêng độc lập với nhau, còn khi có điểm bất 
đồng nhất, sóng điện từ bị phản xạ trở lại và bức 
xạ điện từ ra môi trường xung quanh. 
Như vậy, với một đoạn cáp điện đồng nhất mà 
trên nó tồn tại điểm sự cố (chạm đất một pha, 
ngắn mạch pha, đứt pha), sóng xung điện từ sẽ đi 
từ một đầu cáp đến vị trí điểm sự cố rồi phản xạ 
trở lại điểm đầu xuất phát với quãng đường đi 
được bằng hai lần khoảng cách từ đầu cáp đến 
điểm sự cố. 
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý pháp tổ hợp định vị điểm sự cố. 
 Đinh Văn Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 72-77 75 
Hình 2 giới thiệu sơ đồ nguyên lý phương 
pháp tổ hợp để định vị điểm sự cố. Bản chất của 
phương pháp này là sử dụng xung từ máy phát gửi 
vào 2 lõi dây cáp ba pha (một pha không sự cố và 
một pha sự cố), máy thu tín hiệu thực hiện tổng 
hợp xung của các pha theo nguyên tắc đảo xung 
của một pha. Đối với tuyến cáp đối xứng không 
đồng nhất, tín hiệu đến máy thu sẽ bù trừ cho 
nhau. Tín hiệu xung phản xạ từ điểm sự cố (ngắn 
mạch pha hay đứt pha) sẽ ghi nhận và đo khoảng 
cách từ đầu cáp đến vị trí sự cố. Hình 3 giới thiệu 
sơ đồ cấu trúc của thiết bị định vị điểm sự cố. 
Trên sơ đồ khối của thiết bị định vị điểm sự 
cố của cáp điện (Hình 3) có những khối chức năng 
sau đây: 
Tx - máy phát xung đồng bộ; Fi - khối tạo dạng 
xung đồng bộ; Fx - máy phát xung điện áp; MT - 
máy thu tín hiệu xung phản xạ từ điểm sự cố về 
đầu cáp; D - khối vi phân, tổng hợp các xung phản 
xạ từ điểm sự cố trở về máy thu; Gp - khối ghi nhận 
tín hiệu phản xạ cực tính âm; Gph - khối ghi nhận 
tín hiệu phản xạ cực tính dương; Rg - Khối lưu trữ 
dữ liệu tạm thời để đánh dấu khoảng cách thời 
gian giữa xung phát đi và xung phản xạ thu về; Dp 
- khối hiển thị số về khoảng cách từ đầu cáp đến 
điểm sự cố. 
Mức độ can nhiễu và độ nhạy, độ phân giải 
của thiết bị đo phần nhiều phụ thuộc vào tần số 
phát xung điện áp. Thực nghiệm đã chỉ ra rằng, khi 
tiến hành xác định điểm sự cố trên đoạn dây cáp 
trần của mỏ lộ thiên, tần số phát xung của máy 
phát xung nên điều chỉnh ở trong khoảng từ 
vài trăm kHz đến 10 MHz, còn tần xuất phát xung 
khoảng 50 đến 100 xung/ giây. 
Hình 4 giới thiệu sơ đồ nguyên lý của thiết bị 
định vị điểm sự cố. Trong sơ đồ nguyên lý, để ổn 
định tần số của máy phát xung, sử dụng bộ dao 
động tinh thể thạch anh có tần số dao động 19,1 
MHz. Máy phát xung đồng bộ được hình thành tử 
2 cổng logic NAND. Bộ chia tần số sử dụng vi mạch 
đếm 6 bit DD2 và các Trigger DD3 - DD5. Bộ tạo 
dạng xung đồng bộ được xây dựng từ các phần tử 
NAND (DD13-DD14). Tần xuất phát xung do phần 
tử DD5 tạo ra còn độ rộng xung do bộ đếm DD2 
quyết định. 
Nguyên lý hoạt động của thiết bị như sau: 
- Tại cửa vào của bộ đếm DD2 có tín hiệu xung 
từ máy phát xung đồng bộ với chu kỳ xung là 
0,05s. Sau bộ chia tần DD2-DD5 tại cửa ra của nó 
xuất hiện xung âm với độ rộng bằng 0,02s và tần 
xuất xuất hiện xung này có chu kỳ bằng 14,3 ms. 
Tín hiệu xung ra sau bộ chia tần đi đến khối tạo 
dạng xung DD13, DD14 và thiết lập cửa ra có trạng 
thái logic 1, trạng thái này duy trì cho đến khi xuất 
hiện xung âm trên cửa ra của khối đếm DD2. 
- Xung ra của nó xuất hiện tùy thuộc vào vị trí 
của chuyển mạch S1 tương ứng với các giá trị bít 
bằng 2,4,8,16,32 và chu kỳ của máy phát xung 
đồng bộ. Trong sơ đồ nguyên lý, các transisto VT1 
-VT3 và VT2 - VT6 tạo thành mạch khuếch đại tín 
hiệu một chiều có chức năng khuếch đại xung đủ 
công suất trước khi đưa vào đầu cáp bị sự cố để đo 
(trong đó VT2 - VT6 là kênh khuếch đại xung cực 
tính âm). Các xung phản xạ từ điểm sự cố về 
76 Đinh Văn Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 72-77 
đầu dây cáp đi đến đầu vào của khối so sánh DA1 
DA2.Từ cửa ra của khối so sánh, tín hiệu đi đến 
đầu vào của DD7, tại đây tín hiệu được tách ra và 
đưa đến thanh ghi dữ liệu. 
Khối đếm và hiển thị gồm IC số (Dương Minh 
Trí, 1992) đếm nhị thập phân (Binary code 
decimal) và LED 7 thanh (7 segment x 4 digit). 
Xung đồng bộ đi đến cửa vào“count input” của 
 MAXIM 7217 đưa bộ đếm vào tính khoảng thời 
gian xung điện áp đi vào đầu cáp, Khi xung này gặp 
điểm sự cố, nó phản xạ trở lại và đi đến cửa vào 
“reset” của ICM7217 đưa giá trị của bộ đếm này về 
trạng thái 0, bộ đếm ngừng đếm thời gian. Kết quả 
cuối cùng về khoảng cách được lưu tại thanh ghi 
trung gian của nó và hiển thị trên LED 7 thanh.
 Đinh Văn Thắng/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (4), 72-77 77 
4. Kết luận 
Với phương pháp phân tích và lý thuyết đo 
khoảng cách bằng xung điện từ lan truyền trên 
dây dẫn có sự cố, tác giả trình bày một sơ đồ mạch 
điện của thiết bị tìm kiếm nhanh vị trí điểm sự cố 
trên cáp điện nhằm nhanh chóng khắc phục sự cố 
hệ thống cung cấp điện mỏ, giảm thiểu thiệt hại 
kinh tế cho xí nghiệp do ngưng sản xuất. Phương 
pháp đo xung điện từ sử dụng máy phát phát xung 
vào đầu đường dây, xung lan truyền đến điểm sự 
cố rồi phản xạ trở lại. Một máy đếm thời gian sẽ 
đếm thời gian đi và về của xung, từ đó khoảng cách 
từ điểm đầu đến điểm sự cố được tính bằng vận 
tốc lan truyền sóng điện từ và chiều dài mà nó đi 
qua. Thiết bị tìm kiếm vị trí sự cố được xây dựng 
từ sơ đồ khối chức năng và sơ đồ nguyên lý ứng 
dụng các mạch điện tử số giúp hiển thị giá trị đo 
khoảng cách đầu cáp điện đến điểm sự cố được 
thuận lợi hơn cho người dùng. 
Tài liệu tham khảo 
Dương Minh Trí, 1992. Sơ đồ chân linh kiện bán 
dẫn. Sở Giáo dục và Đào tạo Thành phố Hồ Chí 
Minh. tr47. 
Pivnhiac, G. G.; Skrabet, Ph. P., 1993. Sự cố bất đối 
xứng trong mạng điện mỏ lộ thiên. Nhà xuất bản 
Nheđra, Mátxcova. 
Shalưt, G. M., 1982. Xác định vị trí sự cố trong mạng 
điện. Nhà xuất bản Energo-izdat, Mátxcova. 
ABSTRACT 
The method and devices for determining fault location in electric cable 
Thang Van Dinh 
Faculty of Electro - Mechanics, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam. 
In the operation of the mine power supply system, the common problem is to quickly overcome the 
problems on them when there is trouble detecting, that likes: earth faults, Cable caused by mechanical 
impact or arcing fault. The article presents a methodology and devices for quick finder map of fault 
location on the cable in order to quickly correct the mine power supply system problem, minimizing 
economic damage to the plant by the long stop producing. The electromagnetic pulse method uses from 
a pulse generator at the beginning of the line, pulse propagates to the fault point and then reflects back. A 
timer will count the travel and return time of the pulse, from which the distance from the beginning to 
the break point is calculated by the propagation velocity of the electromagnetic wave and the length it 
passes through. The fault locating device is constructed from the functional block diagram and the 
principle diagram of the digital circuit application which provides a better indication of the cable distance 
to the fault point for the person. use. The article also delves into the operational principle of measuring 
instruments to shed light on its mechanism of action.