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Echomètre - Identifier et Localiser les défauts sur une paire torsadée ou paire cuivre

Problématique :

La boucle locale ou l’infrastructure de raccordement d’un opérateur à ses clients (dernier kilomètre) concentre une grande partie des problèmes de dégradation des communications téléphoniques ou des transferts de données via les technologies XDSL.

Cette liaison opérateur-client est communément assurée par 2 câbles de cuivres que l’on appelle paire torsadée.

Sur la boucle locale nous pouvons distinguer 3 zones :

La partie branchement  relie le client jusqu'à point de connexion

La partie distribution  relie le sous répartiteur au point de connexion

La partie transport relie le sous-répartiteur au répartiteur central.

 plan de transmission boucle locale- câble de branchement de transport et distribution

 

Les paires torsadées ont été prévues à l’origine pour faire passer la voix dans la bande des 300-3400 hz. Les connexions modem ont ensuite utilisé cette bande de fréquence pour transmettre des données.

 

Au milieu des années 90 , les technologies ADSL/ADSL2+ ont exploité des bandes de fréquences allant jusqu’à 2,2 MHz.

 

Ces technologies sont très sensibles aux défauts de connexion. Des ruptures de câbles, des perturbations proche du câble ou simplement de mauvaises connexions peuvent alors engendrer une détérioration des signaux xdsl voire une impossibilité d’établir des communications.

 

La VoIP étant supportée par le service ADSL/ADSL2+ il est alors même impossible pour l’utilisateur d’établir ce qui lui semble être de simples communications téléphoniques.

 

 

Les caractéristiques électriques des paires torsadées sont les suivantes :

Caractéristique paire torsadée - 8 10 - 6 10 - 5 10 - 4 10 Wavetel

La paire torsadée est constituée principalement de deux conducteurs de cuivre symétriques d’un diamètre compris entre 0.4mm et 0.9mm. Les conducteurs sont isolés et torsadés afin de diminuer la diaphonie (effet inductif).

La plupart du temps, les paires torsadées sont regroupées en quartes dans un câble protégé par un manteau en plastique. Les câbles utilisés sur le réseau téléphonique comprennent 2 à 2400 paires et ne sont pas blindées.

Deux caractéristiques principales sont prises en compte :

- L’affaiblissement à une fréquence de 300khz, fonction de la distance et du calibre de la paire de cuivre.

 

Calibre mm

4/10

5/10

6/10

8/10

Affaiblissement dB/km à 300khz

15.0

12.4

10.3

7.9

 

- Le bruit : il s’agit du bruit perçu sur la ligne ADSL. Elle n’est pas fonction de la distance mais de la qualité de la ligne et des perturbations environnantes.

 

Solutions :

Afin de vérifier et de trouver les défauts sur une paire torsadée 2 types d’appareils de mesures peuvent être mis en œuvre.

  •       Les réflectomètres (TDR) / Echomètres:

un TDR (Time Domain Reflectometer, echomètre) permet de visualiser graphiquement la paire torsadée de bout en bout et d’identifier les défauts dits « francs ».

  •       Les ponts de mesures :

un pont de mesure est un équipement extrêmement précis basé sur le principe du pont de wheatstone Un pont de Wheatstone est un instrument de mesure inventé par Samuel Hunter Christie en 1833, puis amélioré et popularisé par Charles Wheatstone en 1843. Ceci est utilisé pour mesurer une résistance électrique inconnue par équilibrage de deux branches d'un circuit en pont, avec une branche contenant le composant inconnu.(ref : Wikipedia)

Les ponts de mesure performants intègre plusieurs méthodes et identifie les problèmes complexes de fuites multiples résistives et capacitives notamment vers la masse.

Réflectomètres - TDR :

En mode TDR (Réflectromètre de la Disponibilité du Temps), l’appareil echomètre utilise le principe du radar. Une impulsion de mesure est transmise le long d’un câble. Lorsque cette impulsion atteint l’extrémité du câble ou un défaut le long de ce câble (discontinuité du milieu de transmission), une certaine partie ou toute l’énergie de l’impulsion est renvoyée vers l’appareil. L’appareil mesure le temps mis par l’impulsion à voyager le long du câble, à identifier le problème et à renvoyer. Ensuite, il convertit l'écho cette durée en distance et affiche les informations sous forme d’onde. Cette forme d’onde affichée montre toutes les discontinuités d’impédance le long du câble. L’amplitude de toute réflexion est déterminée par le degré du changement d’impédance. La distance jusqu’au défaut est affichée sur l’écran après que le curseur soit placé au début de l’impulsion de défaut renvoyée.

La vitesse de propagation V dépend du matériau isolant, de la taille, etc.

Les unités suivantes sont normalement utilisées pour caractériser un câble:

• Propagation Velocity (V)

• Half Propagation Velocity (V/2)

• Propagation Velocity Factor (PVF)

Par définition, le PVF est la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le câble, divisée par la vitesse de la lumière dans l’espace libre.

Le tableau suivant donne les valeurs typiques pour certains matériaux isolants:

 TRD Type de câble VOP PVF V sur 2 pvc polyethilene jelly filed

 

Circuit ouvert (défauts de série) :

La réflexion (echomètre) est une impulsion positive (allant vers le haut). Aucune impulsion renvoyée provenant de l’autre extrémité.

circuit-ouvert

Court-circuit (défaut de shunt) :

La réflexion est une impulsion négative (allant vers le bas). Aucune impulsion renvoyée provenant de l’autre extrémité.

court-circuit

Changement du type de câble (disparité) (mismatch) :

Les amplitudes des impulsions renvoyées sont déterminées par le degré des

changements d’impédance.

changement-type-cable

Raccordements (épissures) (joints splices) :

Les raccordements (joints) produisent des réflexions en forme de ‘S’.

raccordement

Prises/Branchements (dérivation en té) (Taps / Stub) :

Un(e) prise / branchement (tap) produit deux impulsions, une au début et l’autre à l’extrémité de la/du prise / branchement (tap).

Le dépannage peut être difficile si la paire testée est déviée sur plusieurs points. Dans ce cas, le test doit être effectué progressivement de stub en stub.

prises-branchement

Réseau de capacité :

La réflexion est négative (impulsion allant vers le bas).

reseau-capacite

Section humide (Wet section) :

La présence d’eau provoque une augmentation de capacité. Par conséquent, il y a

deux impulsions : une au début, l’autre à l’extrémité de la section humide.

section-humide

Gaine ouverte (Open sheath) :

Si la gaine métallique du câble est cassée, la position de la coupure peut être localisée en connectant le fil de test au blindage et à autant de conducteurs que possible.

gaine-ouverte

Perte de Contacts :

L’emplacement des mauvais contacts peut être trouvé avec un test continu (long time test). Si les fonctions de la paire testée changent pendant la mesure, la forme d’onde varie en fonction du temps.

perte-contacts

Ligne Bonne

Si la ligne est bonne, aucune impulsion n’apparait après la première impulsion.

 

 

 

Ou avec un strap (boucle) :

ligne-bonne

 

 

 

Les ponts de mesures.

Les appareils de type pont de mesures peuvent mesurer les caractéristiques des paramètres du câble et aussi localiser précisément les défauts de connexions multiples.

Pour cela plusieurs types de mesures sont réalisés :

  • Les mesures: Tension, Résistance, capacitances.
  • Les mesures subalternes (précises) : RFL, pont de mesures

Une ligne bonne aux essais se définie par les caractéristiques suivantes :

Libellé

Seuil

Potentiel alternatif Fil A (B)

-4 volts < pot Alt < 4 volts

Potentiel continu Fil A (B)

-4 volts < pot Alt < 4 volts

Fuite batterie fil A (B)

Fuite batterie > 1 MOhms

ISO terre fil A (B)

ISO TERRE > 1MOhms

Capacité

Déséquilibre de capacité

DSQ < 2%

avec DSQ = |Ca/terre - Cb/terre|/Ca /terre + Cb /terre ou delta C < 2nf avec |Ca/terre –Cb/terre|

 

 

 Mesure de tension :

La mesure de tension en continue permet d’identifier des problèmes de fuite batterie ou de défaut de connexion dans un manchon par exemple via une remontée de tension d’un autre câble.

 

La mesure de tension alternative permet d’identifier des problèmes de perturbation comme un câble électrique proche de la paire torsadée.

schema-mesure-tension

 

Mesure de Résistance :

Ces mesures peuvent montrer rapidement des défaut d’isolement :

 

schema-mesure-resistence 

 

Mesure de Capacité :

 

Ces mesure permettre de montrer des problèmes de déséquilibre de ligne :

 

schema-mesure-capacite 

 

 

Mesure de RFL (Résistance Fault locator) :

 

Ces mesures permettent d’identifier et localiser précisément les défauts résistifs comme les courts-circuits, les croisements ou les défauts de masse. Pour cela la mise en place d’un strat (boucle) doit être mise en œuvre de l’autre coté de la ligne :

 

schema-mesure-rfl 

 

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