第1章 電纜故障測試儀簡介
為迎接電力工業(yè)時代的到來，陜西意聯電氣以IT時代的快速發(fā)展為契機，徹底摒棄了以往電纜故障測試儀的局限性，開發(fā)了此款全新的多脈沖電纜故障測試儀。本系統(tǒng)集嵌入式計算機技術、網絡化服務技術、USB通信技術，數字信號處理技術于一身，極大提高了儀器的利用價值及使用的便捷性。整套系統(tǒng)滿足中華人民共和國電力行業(yè)標準《DL/T849.1～ DL/T849.3-2004電力設備專用測試儀器通用技術條件》，該測試系統(tǒng)由測試主機、多次脈沖產生器、路徑信號發(fā)生器、路徑/故障定位儀及其它附件構成。
１.１特性及關鍵技術參數
多次脈沖主機：
內置工業(yè)計算機，鋰電池供電。
12.1英寸工業(yè)級液晶觸摸屏，WINDOWS XP系統(tǒng)平臺。
軟件操作簡單，實現自動采樣，自動計算故障長度。
故障預定位測試方法：低壓脈沖法；高壓沖閃取樣法；多次脈沖法。
5種測試量程，兼顧長短電纜測試需求。脈沖寬度與量程自動匹配。
可測試 長電纜：100km。
可測試 短電纜：4 ~ 5m。
測試誤差：相對誤差1%。
兩個USB 2.0接口。
LAN上網功能。
支持3G無線上網。
供電方式：19V 4A電源適配器；內置鋰電池16.8V/7Ah。
完善的鋰電池保護功能(過壓保護、過流保護、欠壓保護、過熱保護)有效防止電池老化。
長期閑置后，可以邊充電邊工作，零充電等待時間。
工作環(huán)境相對濕度：RH≤85%（25℃）。
外形尺寸：430mm X310mm X 180mm。
重量：6Kg。
多次脈沖產生器：
無需額外供電，方便實用、安全可靠。
高沖擊電壓40KV。
內置沖閃測試法。無需額外取樣器。
外形尺寸：400mm X280mm X 270mm。
重量：9kg
路徑信號發(fā)生器：
信號頻率：12KHz正弦信號。
大發(fā)射功率：Pmax=20W。
發(fā)射效率：η=98%。
LED實時輸出功率監(jiān)測,有利于判斷接線是否良好，確保路徑信號成功發(fā)射！
發(fā)射機保護：過壓保護及短路保護，允許發(fā)射線長時間短路。
輸出功率等級：12級。
適配阻抗范圍：4Ω~2ΚΩ。
供電方式：19V 4A電源適配器。
路徑/故障定位儀（路徑接收部分）：
接收路徑信號：12KHz正弦信號。
接收靈敏度：-90dBmW。
路徑尋側方法：峰值法、谷值法（面板上一鍵切換）。
測深方法：45度角法。
路徑信號指示：十級LED強度指示及蜂鳴提示音。
供電方式：9V單節(jié)堿性干電池。
路徑/故障定位儀（故障定位部分）：
獨有的數字信號處理技術，在極短時間內準確測量瞬時聲場強度，然后穩(wěn)定顯示，減少測試人員的疲勞感。
磁信號接收精準，充分利用沿線磁信號做故障點導向信號，放電實時顯示，明顯提高故障定點效率。
高靈敏度、低噪聲，聲場靈敏度-97dBmW；磁場靈敏度-80dBmW。
極低功耗，單節(jié)9V堿性干電池可用4-5小時。
高壓放電同時可以粗測電纜路徑，明顯提高故障定點效率。
配套的定點傳感器具有低噪聲、高靈敏度、防水特性。
１.２儀器構成部件
表 1 本套儀器的構成部件介紹：
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名稱 |
作用及應用場合 |
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故障預定位部分 |
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主機 |
故障預定位關鍵設備，用來測試電纜全長及故障長度。 |
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多次脈沖產生器 |
配合高壓放電發(fā)生器產生故障預定位所需的測試脈沖。 |
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高壓沖閃 取樣器 |
高壓沖閃測試時，用來接收放電瞬間電纜的高壓沖閃波形。 |
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電源適配器 |
1. 主機工作時為主機供電及充電； 2. 路徑信號發(fā)生器工作時，為其供電。 |
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低壓脈沖線 |
1. 低壓脈沖測試時，連接主機與電纜； 2. 路徑信號發(fā)射時，連接路徑信號發(fā)生器與電纜。 |
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高壓沖閃線 |
1. 高壓沖閃測試時連接主機與高壓沖閃取樣器或多次脈沖產生器； 2. 路徑尋測時連接路徑/故障定位儀與路徑傳感器； 3. 故障定點時連接路徑/故障定位儀與定點傳感器。 4. 用來連接多次脈沖產生器和主機。 |
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路徑信號發(fā)生器 |
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路徑信號 發(fā)生器 |
發(fā)射路徑尋測所必須的路徑信號發(fā)生設備 |
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路徑故障定位部分 |
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路徑/故障定位儀 |
1. 路徑尋測時用作路徑尋測信號處理設備 2. 故障定位時用作故障定點信號處理設備 |
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路徑傳感器 |
接收電纜輻射出來的路徑信號，然后送給路徑/故障定位儀，由此判斷電纜路徑。 |
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定點傳感器 |
感應故障點放電聲場與磁場信號。 |
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耳機 |
故障定點時偵聽放電聲音，輔助判別故障點的位置。 |
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高壓放電發(fā)生器配件部分 |
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高壓連接線 |
連接升壓器，脈沖電容，多次脈沖產生器及故障電纜等，將其組合成高壓放電發(fā)生器。 |
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高壓放電 球隙 |
高壓放電發(fā)生器組件，用電容的螺母將其固定在電容接線柱上。 |
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第二章 故障預定位
名詞術語：
故障預定位 對電纜全長及故障長度進行測量。
電纜始端 故障測試端，電纜故障測試設備所在的一側定義為電纜始端。
電纜終端 是指與故障測試端相對的一端，電纜故障測試的時候，終端至少要留一人。配合電纜始端的故障測試以及確保周圍人不要接近電纜終端，以防電擊！
故障長度 是指故障點到電纜始端的電纜長度，有別于故障點到電纜始端的地面直線距離。
電纜全長 是指整條電纜的總長度。
電纜鎧裝 包裹在A B C 三相之外的鐵皮。
故障預定位通常由兩步完成，首先用主機測試電纜全長，然后用主機配合高壓放電發(fā)生器測量故障長度。本章首先介紹故障預定位的關鍵設備——主機，然后介紹電纜全長和故障長度的測試方法。
２.１測試主機硬件介紹
２.２測試主機軟件介紹
開機之后，測試軟件如圖2.5所示，可分為菜單欄、自動分析區(qū)、手動分析區(qū)、采樣設置按鈕區(qū)、分析對比按鈕區(qū)、波形信息等幾個部分。
一 菜單欄:
菜單欄實現“手動分析區(qū)”的波形保存，已存波形的顯示，以及標準參考波形的顯示功能。
保存波形: 將手動分析區(qū)的波形存儲在默認目錄 “C:\Program Files\電纜儀” 內。波形信息自動存儲。
查看波形: 將存儲在硬盤上的波形顯示在波形處理區(qū)。波形信息自動顯示在右側的信息欄中。
標準波形: 當用戶不知道如何確定故障長度時，打開此命令，彈出一個對話框，提示用戶如何確定標尺位置。
二 自動分析區(qū)：每次采樣的 新波形都顯示在”自動分析區(qū)”內。
三 手動分析區(qū)：每次點擊任何一個“波形小窗口”，其中的波形都被復制到“手動分析區(qū)”內。
四 采樣設置按鈕區(qū)
采樣方式設置：低壓脈沖 高壓沖閃 多次脈沖。
測試范圍：你只要根據電纜的長短選擇好測試范圍，單擊此按鈕的所在區(qū)域，從展開的下拉列表中選擇一個合適的測試范圍即可。
測試距離/測試速度：選擇測試距離頁如圖2.6，選擇好電波速度后就可以測試距離。選擇測試速度如圖2.7，輸入全長值就可以測試電波速度。單位是 “m”。
在卡波形時綠色標尺和紅色標尺不分前后。在打算定標尺的位置用觸摸筆點擊，則綠色標尺將移動到您點擊的位置。這時可以對其進行左右微調；此時按下綠標鎖定按鈕，在另一個放置標尺的位置點擊，則紅色標尺移動到點擊的位置，這時可以對紅色標尺進行左右微調。兩個標尺之間的距離隨著標尺的移動隨時更新。顯示兩個標尺之間的電纜長度。
２.３低壓脈沖法測量電纜全長
接線方法：如圖2.8低壓脈沖測試法只需要將低壓脈沖線有插頭的一側插入主機“信號”接口。測試線的紅色夾子夾在A 、B、 C 三相的某一相上， 黑色夾子夾在電纜的“鎧裝”上面。
操作步驟：
步驟1 啟動主機，長按面板上的“電源”開關，直到脈沖/沖閃燈亮為止。
步驟2 軟件自動啟動，點擊一次主機面板上的“復位”按鈕。對內部測試電路復位。
步驟3 在軟件的左下角的采樣設置按鈕區(qū)進行如下設置：
“采樣方式設置”選擇“低壓脈沖”。
“測試范圍”根據電纜的大致長度選擇，類似選擇萬用表的量程。
“測試速度/測試距離”選擇“測試距離”。
“電波速度選擇” 電力電纜一般都是交聯電纜，測試者選擇列表中“交聯電纜172m/uS ”。其它類型的電纜，選擇相應的電纜類型即可。
步驟4 通知電纜終端操作員將紅夾子所在的這一相開路（與鎧裝分離）。
步驟5 按下“采樣”按鈕，這時“自動分析區(qū)”及波形小窗口會出現本相的終端開路波形。
步驟6 點擊任意一個小窗口，波形被復制到下方的“手動分析區(qū)”。
步驟7 通知電纜終端操作員將此相短路。
步驟8 按下“采樣”按鈕，這時“自動分析區(qū)”會出現本相的終端短路波形。
步驟9 按下“同步/異步”按鈕，使其顯示“同步”，對比兩個波形，從波形的左側開始某點之前兩個波形具有相同的趨勢，從這點開始“自動分析區(qū)”的波形向下拐，而“手動分析區(qū)”的波形向上拐，此點是兩個波形的分叉點。分叉點即電纜終端點，波形 左端的第1個上升沿即電纜始端點。從電纜始端點到終端點的距離就是電纜全長。
在“手動分析區(qū)”的電纜始端點附近單擊一次，綠色標尺跳到所單擊的位置，
按左右微調鍵調節(jié)此標尺到脈沖上升沿處（始端點），然后在手動分析區(qū)的電纜終端點附近再單擊一次，紅色標尺跳到所單擊的位置，按左右微調鍵調節(jié)這個標尺到電纜終端點處。
圖2.9是對同一條非故障電纜的終端按照上述方法分別作開路和短路模擬得到的波形。
宏觀上看開路波形是同極性的波形，短路波形是正負極性交替的的波形。操作者可以簡記為“開路同極性，短路反極性”。
圖2.9是非故障電纜的終端模擬，運行中的故障電纜由于故障點及電纜接頭的影響，波形往往有所變化。但是兩個波形出現的分叉點仍然是終端點。操作者可以簡記為“上升沿，始端點；分叉點，終端點”。
有些電纜的終端在高壓桿上，接線員不方便對其進行短路，開路操作。從波形的周期性上也能判斷電纜的全長，方法是將采集到的波形與圖2.9所示的開路波形或短路波形比較，一個波形周期就是電纜全長。
２.４多次脈沖法測量電纜的故障長度
接線方法：接線按圖2.10操作。有如下注意事項：
步驟1 用隨機配的A B B E F D 四條高壓線按圖2.10連接變壓器、脈沖電容、高壓放電球隙、脈沖產生器、故障電纜。
步驟2 紅夾子（F線）只能接到故障相上，若接到好相上要么被損壞電纜，要么不放電。
步驟3 如果變壓器為交直流實驗變壓器，變壓器的短路桿一定要取下，放在一邊。
步驟4 電源控制箱的地線要接好。
步驟5 在升壓之前將高壓放電球隙間距調節(jié)合適，球心對球心的距離1mm對應3KV的擊穿電壓（一般將此距離調到5-6mm）。一旦升壓，如需調節(jié)高壓放電球隙間距，要首先切斷220V電源，然后用放電棒對電容充分放電。防止殘留電荷對傷及人身!
步驟6 拆線之前一定要先切斷220V電源，然后用放電棒對電容充分放電。確保電容上面沒有殘余電量后再動手拆線。
步驟7 高壓放電時，故障點和高壓放電球隙都會產生強烈的火花放電，不要在可燃氣體環(huán)境中使用該設備。并且要確保整條電纜所在的位置附近都沒有可燃氣體或可燃物。
操作步驟：
步驟1 啟動主機，長按面板上的“電源”開關，直到脈沖/沖閃燈亮為止。
步驟2 軟件自動啟動，點擊面板上的“復位”按鈕對內部測試電路復位。
步驟3 在軟件的左下角進行如下設置：
“采樣方式設置”選擇“多次脈沖”。
“測試范圍”根據電纜的大致長度選擇，類似選擇萬用表的量程。
“測試速度/測試距離”選擇“測試距離”，同時選擇好電纜類型。
步驟4 通知電纜終端操作員將此相開路。
步驟5 按下“采樣”按鈕，這時主機正在等待高壓放電。
步驟6 順時針緩慢調節(jié)高壓放電發(fā)生器的電源控制箱的電壓控制旋鈕。同時監(jiān)測電壓表輸出電壓。當聽到高壓放電球隙清脆的放電聲時，停止調節(jié)電壓控制旋鈕。這時，高壓放電發(fā)生器2~3秒后會再次放電，如此循環(huán)。
步驟7 當主機屏幕上出現波形時，點擊一次左側的波形小窗口，波形被復制到手動分析區(qū)。
步驟8 關掉高壓放電發(fā)生器的電源，用放電棒頂端的金屬頭試探性接近圖2.10中的“放電棒放電觸點”，放電與金屬頭之間開始會出現高壓拉弧現象，拉弧一段時間，當不再出現拉弧時，將放電棒的金屬頭靠在放電點上1分鐘， 后用放電棒的接地柱靠在放電點上30秒，確保電容充分放電。
步驟9 再分析剛剛采集到的故障波形，得到電纜的故障長度。
圖2.11 a是對某一條故障電纜進行多次脈沖測試得到的波形，多次脈沖測試時得到一組波形，分別是放電瞬間的脈沖反射波形（紅色）和放電結束的脈沖反射波形（藍色），因為放電結束時故障點開路，得到全長開路反射波形；而放電瞬間故障點類似短路，得到從故障點反射回來的故障點短路反射波形。兩個波形從波形左端開始到二者明顯的分叉點就是故障長度D。
有些維修接頭的閃絡故障，故障點阻值比較高，用多次脈沖法較難擊穿故障點，這時可以采用沖閃法。沖閃法的接線區(qū)別在于將圖2.10中的F線插入多次沖產生器的高壓出A插座，這樣消除了多次脈沖產生器的壓降效應，同時主機的“采樣方式設置”應該改為“高壓沖閃”。
圖2.11 b就是對某一條故障電纜進行沖閃測試得到的波形，沖閃波形上沒有juedui的電纜始端，從波形的宏觀周期上面找到一個完整的周期，測量一個周期的距離就是電纜的故障長度D，有些高壓沖閃波形有很多雜波，但是只要雜波沒有掩蓋波形整體的重復性（周期性）那么測量一個周期的距離仍然是電纜的故障長度D。
（a）多次脈沖波形 （b）高壓沖閃波形
提示：故障點準確定位需要再次使用高壓放電發(fā)生器，因此完成高壓沖閃測試后，暫時不要拆除高壓連接線。只需將高壓電源斷掉，用放電棒對電容放電，然后關掉主機。
第三章 故障電纜路徑尋測
確定電纜全長及故障長度后，為了找到電纜故障點的大致范圍，需要首先尋測電纜路徑。
路徑信號發(fā)生器在電纜始端發(fā)射路徑信號，此信號沿電纜鎧裝傳輸，同時向外輻射，利用路徑傳感器和路徑/故障定位儀接收并分析此信號從而判斷電纜路徑。
３.１路徑信號發(fā)射
操作步驟：
步驟1 將路徑信號發(fā)射線有插頭的一端插入路徑信號發(fā)生器面板上的“路徑信號”接口。另外一端紅色夾子夾到電纜始端的鎧裝上面（此時電纜始端的鎧裝已經從接地體上拆下），黑色夾子夾到電纜始端附近的接地樁上。
步驟2 通知電纜終端的操作員檢查電纜的“鎧裝”是否可靠接地。確定可靠接地后方能發(fā)射信號。
步驟3 將“路徑功率”旋鈕調到“1”檔位上。
步驟4 插入電源適配器。
步驟5 調節(jié)“路徑功率”旋鈕，逐漸增大輸出功率，當輸出功率滿格時，將旋鈕位置再倒退一級，完成路徑信號發(fā)射。如果調節(jié)到任何一個檔位上輸出都不能滿格，那么讓旋鈕停留在亮燈個數 多的那個檔位上。
注意：在3檔以上的檔位超出了人體的安全電壓36V。請不要在其它檔位，尤其是較高的檔位上面用手觸及紅黑夾子，謹防觸電！
３.２電纜路徑尋測
本套設備中的路徑/故障定位儀具有如下兩種功能：
配合路徑傳感器可以完成地埋電纜的埋設路徑及埋設深度的探測（本節(jié)著重介紹此功能）。
配合定點傳感器可以測定故障點的位置（下一章重點介紹）。
操作步驟：
步驟1 將高壓沖閃線一端插入路徑/故障定位儀的“路徑”接口，另一端插入路徑傳感器的信號接口。
步驟2 打開路徑/故障定位儀的電源開關，開機8秒內顯示電池電量（電量低于“7”時需更換電池！）。
步驟3 “定點/路徑”模式開關切換到“路徑”模式。
步驟4 “峰值法/谷值法”一般選用“峰值法”。
步驟5 將“磁（路徑）增益”順時針旋轉，直到不能旋轉。
步驟6 從始端開始，繞過障礙物，在電纜可能鋪設的位置找尋電纜的走向。方法如下：
將豎直天線與地面保持垂直，在可能出現電纜的位置呈“S”形行走，當向某一個方向連續(xù)移動時信號增強，繼續(xù)朝此方向移動直到信號達到 強點，停在此處，然后在保持豎直天線與地面垂直的同時，旋轉水平天線，當信號 強時，電纜即在天線的正下方，并且沿與水平天線垂直的方向延伸。
如圖3.5峰值法尋找路徑時，在同一空間位置上，水平天線越垂直電纜走向，信號越強；當水平天線始終垂直電纜走向時，距離電纜越近，信號越強。沿著垂直電纜的方向前進，當某點處信號較強，而附近兩邊信號較弱，呈現“A”型變化規(guī)律時，則較強點即為電纜正上方。
如圖3.6谷值法尋找路徑時，保持豎直天線與地面垂直，在離地等高的平面上，向各個方向平移路徑傳感器，當某點處信號較弱，而附近兩邊信號較強，稍遠的兩邊均減弱，呈現“M”型的變化規(guī)律時，則較弱點即為電纜的正上方。
如需對電纜的埋深測試，可以采用４５°角法測試。測試深度時，儀器的設置與谷值法的設置相同，首先找到電纜正上方，并且明確電纜走向后，在電纜正上方將路徑傳感器向與電纜走向垂直的方向傾斜４５°角。然后保持角度不變向此方向平移，當出現“Ｍ”型信號特征的較弱點時，從電纜正上方平移過的距離就是埋設深度。
第四章 故障點準確定位（定點）電纜故障測試的 終目的是確定電纜故障點的具體位置，指導開挖，從而及時修復電纜。圖4.1為路徑/故障定位儀的使用現場示意圖。高壓放電發(fā)生器的接線與高壓沖閃法時的高壓放電發(fā)生器接線完全相同（注意Ｆ線要接到高壓出Ａ上面）。
故障定點模式使用方法：
步驟1 按圖2.10接好高壓放電發(fā)生器，注意要將F線插在產生器的“高壓出A”上，然后調節(jié)電壓保證高壓放電發(fā)生器周期性的放電，放電周期2~3秒為宜。為了更加有效的確定故障點位置，可以適當增加放電球隙間距（10mm以內！），這樣讓放電更充分，故障點聲場輻射更強，便于快速定點。
步驟2 將高壓沖閃線一端插入路徑/故障定位儀的“定點”接口，另一端插入定點傳感器的信號接口。
步驟3 打開路徑/故障定位儀的電源開關，顯示電池電量（電量低于“7”時，更換電池！）。
步驟4 “定點/路徑”模式開關切換到“定點”模式。
步驟5 調節(jié)“磁/路徑增益”。直到“放電”燈周期性閃爍。（請注意，“磁/路徑增益”過大將導致“放電”燈持續(xù)亮；反之則放電燈不亮）。
步驟6 在去故障點的范圍內定點之前，測試者 好首先在放電發(fā)生器附近模擬定位故障點（適當調節(jié)“聲增益”，定點傳感器越接近高壓放電球隙，“聲/路徑信號”示數越強。同時也能在耳機中聽見較強的“砰砰”聲）。
保證高壓放電發(fā)生器周期性放電，到故障點的大致范圍內沿路徑找尋故障點，找尋方法如同上述的步驟5及步驟6。因為“故障長度”不等于故障點到電纜始端的地面距離，所以不要輕易相信自己對故障點大致范圍的判
步驟7 斷，可以適當擴大故障點的找尋范圍。
注意；本儀器的“聲/路徑信號”具有對數函數特性，即在較低的示數時，具有更高的靈敏度，在較高的示數時具有較低的靈敏度，這樣當信號比較微弱時，示數只有1~6中的某個值。由于信號微弱，倘若外來的瞬時突發(fā)性的干擾與放電聲音重疊的話，儀器就會突然顯示很大的示數，這是正常的現象。使用者在使用時，盡量讓定點傳感器平穩(wěn)放置，并且要觀察3-5次放電才能判斷聲音信號的強弱。保持增益不變，當接近故障點時，示數明顯增加，當超過故障點時，示數又明顯減小。
電纜在施加高壓沖擊信號后整條電纜會產生機械抽動，導致沿電纜方向很長的距離都有“啪啪”的響聲，此響聲并不是像故障點聲音那樣隨位置有明確的強弱變化。而是沿電纜方向呈長距離分布。請使用者注意！不要被此信號誤導。
特別說明: 為了確定客戶是所購買的產品是本廠的產品。每臺主機設有的序列號，本主機的序列號為５６Ｃ３３ＥＤ５（字母一定要大寫，且只有可能出現ABCDEF中的五個字母），如果測試軟件出現提示用戶輸入ID號的界面，請插入USB鍵盤，輸入上面的序列號，然后退出軟件再重新打開。只要序列號輸入正確，此提示界面只出現一次。以后將不再出現。
附錄 裝箱清單
序號
部件名稱
數量
單位
1
主機
1
臺
2
多次脈沖產生器
1
臺
2
高壓沖閃取樣器
1
條
3
電源適配器
1
個
4
低壓脈沖線
1
條
5
高壓沖閃線
1
條
6
路徑信號發(fā)生器
1
臺
7
路徑/故障定位儀
1
臺
8
路徑傳感器
1
個
9
定點傳感器
1
個
10
耳機
1
副
11
高壓連接線
1
套
12
高壓放電球隙
1
個
