王小新

(加西亞電子電器有限公司，浙江 樂清325603)

0 引言

電纜斷線故障(導(dǎo)體不接續(xù))和短路故障(導(dǎo)體之間相連接或?qū)w與鋼帶相連接或?qū)w與屏蔽之間相連接)的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致電纜不能正常運(yùn)行。電纜制造企業(yè)若生產(chǎn)工藝不完善、過(guò)程控制不嚴(yán)、原材料不穩(wěn)定，就會(huì)使產(chǎn)品發(fā)生斷線和短路故障。如不能及時(shí)處理或處理不當(dāng)，則不僅會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品交貨期而且造成產(chǎn)品報(bào)廢，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前國(guó)內(nèi)外處理電纜斷線和短路故障的方法較多，主要有電橋法和脈沖法，其主要檢測(cè)設(shè)備大多較昂貴且技術(shù)很難掌握。因此，對(duì)電纜制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，用較少的投入就能及時(shí)準(zhǔn)確地處理電纜斷線故障和短路故障就顯得非常重要。

本文將利用數(shù)字電容表，根據(jù)電纜絕緣線芯電容與長(zhǎng)度成正比關(guān)系原理，粗測(cè)電纜導(dǎo)體斷線處位置，再利用數(shù)字萬(wàn)用表交流毫伏檔及220V交流電源根據(jù)電磁感應(yīng)原理，精確找出電纜斷線處位置;利用數(shù)字萬(wàn)用表直流毫安檔根據(jù)電阻單臂電橋原理測(cè)量出電纜短路故障處位置。

1 電纜斷線故障處理方法

此方法適用于2芯及以上電纜的單芯實(shí)心導(dǎo)體斷線故障。檢測(cè)設(shè)備主要有數(shù)字電容表(具有200 pF、200 nF、200μF量程)、數(shù)字萬(wàn)用表(具有交流電壓200 mV量程)及220 V頻率為50 Hz的交流電信號(hào)源。測(cè)試原理采用電容法和電磁感應(yīng)法。

1.1 電容法粗測(cè)

根據(jù)在電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)均勻的情況下電纜電容與電纜長(zhǎng)度成正比例。

設(shè)斷點(diǎn)處距離端部為X，電纜總長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

用數(shù)字電容表按圖1測(cè)出電纜兩端故障與相鄰好線之間4個(gè)電容值(C1、C2、C11、C22)。圖2為電纜斷線理想狀態(tài)下的電容示意圖。

圖1 電纜電容測(cè)試示意圖

圖2 電纜斷線理想狀態(tài)下電容示意圖

按式(1)計(jì)算出CX、CY，從圖2可知CX、CY分別為斷點(diǎn)兩端理想情況下的電容。按公式(2)計(jì)算出X。

將電纜復(fù)繞至X值處。屏蔽電纜或鎧裝電纜的導(dǎo)體斷線在X處分段處理，重復(fù)電容法粗測(cè)對(duì)故障段電纜進(jìn)行測(cè)量直到找到導(dǎo)體斷線位置，非屏蔽(鎧裝)電纜導(dǎo)體斷線的故障位置采用電磁感應(yīng)法作進(jìn)一步精確定位。

1.2 電磁感應(yīng)法精測(cè)

經(jīng)過(guò)電容法粗測(cè)后用電磁感應(yīng)法作進(jìn)一步精確定位，220 V工頻交流電火線接入故障導(dǎo)體，在斷線處的電纜外表會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電壓的大小與接入火線斷點(diǎn)距離有關(guān)，距離越近感應(yīng)電壓越大，距離越遠(yuǎn)感應(yīng)電壓越小，在斷點(diǎn)處外感應(yīng)電壓會(huì)明顯變化。

將220 V頻率為50 Hz的交流電源按圖3進(jìn)行接線，火線接電纜一端的故障導(dǎo)體，地線接電纜一端的其余導(dǎo)體且保護(hù)接地，電纜另一端所有導(dǎo)體相連接。

圖3 電纜斷線電磁感應(yīng)法檢測(cè)接線圖

將數(shù)字萬(wàn)用表旋至交流電壓毫伏檔，數(shù)字萬(wàn)用表紅表筆沿著電纜表面測(cè)量感應(yīng)電壓。觀察數(shù)字萬(wàn)用表感應(yīng)電壓讀數(shù)變化情況，無(wú)斷線處電纜外表感應(yīng)電壓一般在200 mV左右，在斷點(diǎn)處(遠(yuǎn)離電源信號(hào))電纜外表感應(yīng)電壓一般為0～10 mV，當(dāng)數(shù)字萬(wàn)用表讀數(shù)有明顯變化時(shí)即為導(dǎo)體斷點(diǎn)位置。

電磁感應(yīng)法檢測(cè)注意事項(xiàng):

(1)火線接電纜一端的故障導(dǎo)體，地線接電纜一端的其余導(dǎo)體且保護(hù)接地，電纜另一端所有導(dǎo)體相連接，不得搞錯(cuò);

(2)220 V交流電壓接入電纜要做適當(dāng)防護(hù)，不要讓外人接近以免發(fā)生高壓危險(xiǎn);

(3)處理現(xiàn)場(chǎng)除信號(hào)源外應(yīng)無(wú)其它較強(qiáng)干擾信號(hào);

(4)本方法不適用屏蔽電纜或鎧裝電纜的導(dǎo)體斷線故障定位。

1.3 計(jì)算公式推導(dǎo)

設(shè)斷點(diǎn)距A端電容為CX，距B端電容為CY，斷點(diǎn)處電容為CO，C1、C2、C11、C22為電纜兩端測(cè)得的4個(gè)電容值，各電容分別標(biāo)示在圖4上。

圖4 電纜斷線電容分布等效圖

由圖4得:

解由式(3)～式(6)組成的三元一次方程組得:

根據(jù)電纜電容公式

式中，ε為介電常數(shù);L為電纜長(zhǎng)度;D為絕緣后外徑;d為導(dǎo)體外徑。

可得:

式(8)除以式(7)得:CX/C=X/L

又因?yàn)镃X+CY=C，所以X=CX×L/(CX+CY)。

2 電纜短路故障處理方法

此方法適用于電纜導(dǎo)體之間的短路故障和電纜導(dǎo)體對(duì)鎧裝鋼帶或屏蔽銅帶之間的短路故障(短路處接觸電阻在300Ω以下)。主要檢測(cè)設(shè)備和工具有數(shù)字萬(wàn)用表(具有200 mA直流電流檔)、9 V電池、10 m長(zhǎng)1.00～1.50 mm銅線、民用剪刀。測(cè)試原理采用電阻電橋法。

2.1 電阻電橋法

設(shè)短路點(diǎn)距A端距離為X，電纜總長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

接線按圖5進(jìn)行。

將民用剪刀接觸銅線，觀察數(shù)字萬(wàn)用表200 mA直流電流檔讀數(shù)，并移動(dòng)民用剪刀直到數(shù)字萬(wàn)用表讀數(shù)為0.0時(shí)在銅線表面作記號(hào)，測(cè)量記號(hào)距A端銅線長(zhǎng)度L1，記號(hào)距B端銅線長(zhǎng)度為L(zhǎng)2。

按式(9)計(jì)算出X。

圖5 電阻電橋法短路故障測(cè)試接線圖

將電纜復(fù)繞至計(jì)算出的X值處。將數(shù)字萬(wàn)用表200Ω電阻檔按圖6接入短路故障線中，在X值處附近用小木錘敲打電纜外表面，當(dāng)數(shù)字萬(wàn)用表電阻數(shù)據(jù)有變化時(shí)即為短路點(diǎn)處(根據(jù)電纜短路處接觸電阻在外力作用下會(huì)發(fā)生變化)。

圖6 短路故障位置查找示意圖

電阻電橋法檢測(cè)注意事項(xiàng):

(1)10 m長(zhǎng)1.00～1.50 mm銅線線徑應(yīng)均勻，外表光潔無(wú)毛刺、無(wú)受傷;

(2)接數(shù)字萬(wàn)用表故障線導(dǎo)體尺寸要盡可能均勻一致;

(3)對(duì)絕緣不良故障，可采用高壓試驗(yàn)燒穿至完全短路，然后采用該方法進(jìn)行短路故障處理。

2.2 計(jì)算公式的推導(dǎo)

畫出圖5的等效電阻電橋電路圖見圖7。

圖7 單臂電阻電橋原理圖

設(shè)通過(guò)RX、RY、R1、R2電阻的電流分別為IX、IY、I1、I2。

當(dāng)檢流計(jì)G中電流為0時(shí)，則有:

式(10)除以式(11)得:

根據(jù)電纜導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體材料電阻率、電纜長(zhǎng)度及導(dǎo)體截面積的關(guān)系式R=ρ×L/S得:

把RX、RY、R1、R2代入式(14)得:

化簡(jiǎn)整理得:

3結(jié)束語(yǔ)

電纜斷線故障處理所用的電容法是根據(jù)電纜導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)均勻的情況下電纜電容與電纜長(zhǎng)度成正比例關(guān)系，計(jì)算出理想下斷處兩端電容，完全避免了斷處電容引起的誤差。電纜短路故障處理是利用電阻電橋法原理，外接入標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線作為標(biāo)準(zhǔn)電阻，數(shù)字萬(wàn)用表直流毫安檔作為電橋檢流計(jì)來(lái)進(jìn)行故障定位。這些斷線和短路故障處理設(shè)備簡(jiǎn)單，投入費(fèi)用少，檢測(cè)設(shè)備小、易攜帶、好操作，電纜斷線及短路故障準(zhǔn)確度可達(dá)到100%，完全可以解決電纜企業(yè)所出現(xiàn)的2芯及以上電纜的單芯實(shí)心導(dǎo)體斷線故障、電纜導(dǎo)體之間的短路故障、電纜導(dǎo)體對(duì)鎧裝鋼帶或屏蔽銅帶之間的短路故障。該實(shí)用技術(shù)可以在電纜行業(yè)中推廣使用。

［1］沈祖培.對(duì)稱電纜斷線故障定位的分析及計(jì)算［J］.電線電纜，1999(5):38-40.