電纜斷線和短路故障處理方法

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)，會導(dǎo)致電纜不能正常運行。電纜制造企業(yè)若生產(chǎn)工藝不完善、過程控制不嚴(yán)、原材料不穩(wěn)定，就會使產(chǎn)品發(fā)生斷線和短路故障。如不能及時處理或處理不當(dāng)，則不僅會嚴(yán)重影響產(chǎn)品交貨期而且造成產(chǎn)品報廢，給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失。

目前國內(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，其主要檢測設(shè)備大多較昂貴且技術(shù)很難掌握。因此，對電纜制造企業(yè)來說，用較少的投入就能及時準(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度成正比關(guān)系原理，粗測電纜導(dǎo)體斷線處位置，再利用數(shù)字萬用表交流毫伏檔及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)字萬用表直流毫安檔根據(jù)電阻單臂電橋原理測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心導(dǎo)體斷線故障。檢測設(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的交流電信號源。測試原理采用電容法和電磁感應(yīng)法。

1.1 電容法粗測

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度成正比例。

設(shè)斷點處距離端部為X，電纜總長度為L。

用數(shù)字電容表按圖1測出電纜兩端故障與相鄰好線之間4個電容值(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)計算出CX、CY，從圖2可知CX、CY分別為斷點兩端理想情況下的電容。按公式(2)計算出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)電容法粗測對故障段電纜進行測量直到找到導(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)法作進一步精確定位。

1.2 電磁感應(yīng)法精測

經(jīng)過電容法粗測后用電磁感應(yīng)法作進一步精確定位，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產(chǎn)生感應(yīng)電壓，電壓的大小與接入火線斷點距離有關(guān)，距離越近感應(yīng)電壓越大，距離越遠感應(yīng)電壓越小，在斷點處外感應(yīng)電壓會明顯變化。

將220 V頻率為50 Hz的交流電源按圖3進行接線，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)法檢測接線圖

將數(shù)字萬用表旋至交流電壓毫伏檔，數(shù)字萬用表紅表筆沿著電纜表面測量感應(yīng)電壓。觀察數(shù)字萬用表感應(yīng)電壓讀數(shù)變化情況，無斷線處電纜外表感應(yīng)電壓一般在200 mV左右，在斷點處(遠離電源信號)電纜外表感應(yīng)電壓一般為0～10 mV，當(dāng)數(shù)字萬用表讀數(shù)有明顯變化時即為導(dǎo)體斷點位置。

電磁感應(yīng)法檢測注意事項:

(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)體且保護接地，電纜另一端所有導(dǎo)體相連接，不得搞錯;

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

(3)處理現(xiàn)場除信號源外應(yīng)無其它較強干擾信號;

(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 計算公式推導(dǎo)

設(shè)斷點距A端電容為CX，距B端電容為CY，斷點處電容為CO，C1、C2、C11、C22為電纜兩端測得的4個電容值，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

又因為CX+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)。主要檢測設(shè)備和工具有數(shù)字萬用表(具有200 mA直流電流檔)、9 V電池、10 m長1.00～1.50 mm銅線、民用剪刀。測試原理采用電阻電橋法。

2.1 電阻電橋法

設(shè)短路點距A端距離為X，電纜總長度為L。

接線按圖5進行。

將民用剪刀接觸銅線，觀察數(shù)字萬用表200 mA直流電流檔讀數(shù)，并移動民用剪刀直到數(shù)字萬用表讀數(shù)為0.0時在銅線表面作記號，測量記號距A端銅線長度L1，記號距B端銅線長度為L2。

按式(9)計算出X。

圖5 電阻電橋法短路故障測試接線圖

將電纜復(fù)繞至計算出的X值處。將數(shù)字萬用表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)字萬用表電阻數(shù)據(jù)有變化時即為短路點處(根據(jù)電纜短路處接觸電阻在外力作用下會發(fā)生變化)。

圖6 短路故障位置查找示意圖

電阻電橋法檢測注意事項:

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

(2)接數(shù)字萬用表故障線導(dǎo)體尺寸要盡可能均勻一致;

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

2.2 計算公式的推導(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RX、RY、R1、R2電阻的電流分別為IX、IY、I1、I2。

當(dāng)檢流計G中電流為0時，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:

化簡整理得:

3結(jié)束語

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度成正比例關(guān)系，計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)字萬用表直流毫安檔作為電橋檢流計來進行故障定位。這些斷線和短路故障處理設(shè)備簡單，投入費用少，檢測設(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)體對鎧裝鋼帶或屏蔽銅帶之間的短路故障。該實用技術(shù)可以在電纜行業(yè)中推廣使用。

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