淺談電纜導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)檢測(cè)的優(yōu)化措施*

馬玉翠，楊騰飛，馬寶君，李 政

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

電纜是傳遞電能最重要的物質(zhì),其性能指標(biāo)嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)的損耗與正常運(yùn)行。而電纜的導(dǎo)體直流電阻是其非常重要的性能指標(biāo),關(guān)系到供配電系統(tǒng)的電能損耗、電纜載流量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。因此,對(duì)電纜導(dǎo)體直流電阻參數(shù)實(shí)行科學(xué)而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)檢測(cè),并且最大限度地降低測(cè)量誤差,可在使用方進(jìn)行電纜的質(zhì)量評(píng)定時(shí)為其提供準(zhǔn)確的依據(jù),進(jìn)而提高用電線路的安全可靠性。本文針對(duì)目前試驗(yàn)檢測(cè)過程中出現(xiàn)的問題,分析了電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因,并提出一些措施建議,以期能進(jìn)一步地改善測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

1 導(dǎo)體直流電阻測(cè)量原理

電阻的測(cè)量方法主要有歐姆法、伏安法、單表法、電橋法。金屬導(dǎo)體材料的直流電阻一般用伏安法測(cè)量,伏安法雖然簡(jiǎn)便,但測(cè)量誤差較大,因此電纜的導(dǎo)體直流電阻通常采取電橋法測(cè)量。單臂電橋的測(cè)量范圍為1 Ω～100 Ω及以上,雙臂電橋的測(cè)量范圍為(2×10-5～99.9) Ω[2],鑒于在試驗(yàn)室取樣測(cè)量的有效長(zhǎng)度為1 m,電纜被測(cè)電阻通常情況下在1 Ω以下,因此電纜選用雙臂電橋組成的測(cè)量裝置,測(cè)量原理見圖1。

圖1 雙臂電橋測(cè)量原理圖

圖1中,R1～R4為電橋橋臂電阻,r1～r4為引腳電阻,Rx為被測(cè)電阻,RN為標(biāo)準(zhǔn)電阻,r為跨線電阻,G為檢流計(jì),E為直流電源,K為直流電源開關(guān)。當(dāng)引腳電阻r1、r2、r3、r4足夠小且可以忽略時(shí),被測(cè)電阻的計(jì)算公式為[3]:

(1)

當(dāng)R1R3=R2R4時(shí),被測(cè)電阻的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為:

(2)

2 影響電阻試驗(yàn)檢測(cè)示值的因素分析

導(dǎo)線的直流電阻R可用下式來計(jì)算:

(3)

其中:ρ為導(dǎo)體材料的電阻率;L為導(dǎo)體長(zhǎng)度;S為導(dǎo)體的截面積。

電阻率由導(dǎo)體的材料與溫度決定,標(biāo)準(zhǔn)20 ℃下的導(dǎo)體相對(duì)電阻率為:

(4)

其中:ρ20為20 ℃下導(dǎo)體的相對(duì)電阻率;Rt為t℃時(shí)樣品電纜的實(shí)測(cè)電阻值;α20為導(dǎo)體材料20 ℃時(shí)的電阻溫度系數(shù);t為測(cè)量時(shí)的導(dǎo)體溫度。

結(jié)合式(3)、式(4)可知,電阻受導(dǎo)體材料、長(zhǎng)度、截面積、溫度等的影響,因此,以下從測(cè)試樣品、測(cè)試環(huán)境兩個(gè)方面對(duì)影響導(dǎo)體直流電阻示值的因素進(jìn)行分析。

2.1 測(cè)試樣品

測(cè)試樣品的質(zhì)量將直接影響到電纜導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試結(jié)果,樣品的質(zhì)量主要受制于其材質(zhì)、氧化程度與處理方式。在氧化程度方面,電纜樣品特別是鋁制樣品在長(zhǎng)期堆積等情形時(shí)會(huì)加重電纜的氧化現(xiàn)象。在樣品的處理方式方面,主要體現(xiàn)在長(zhǎng)度、截面積、彎曲程度等。首先,夾具兩端的電位計(jì)與電流計(jì)之間也需20 cm,考慮一定的冗余量,因此一般取樣在1.40 m～1.45 m;其次,在試樣制備過程中剝除電纜覆蓋物時(shí)可能會(huì)損傷導(dǎo)體,尤其對(duì)于截面積較小或者多股絞合的導(dǎo)體,測(cè)試結(jié)果受影響更大[4];最后,電纜盤的存在對(duì)彎曲半徑有一定的影響,特別是大截面的電纜,在電纜樣品接入測(cè)試系統(tǒng)前難以做到完全的試樣拉直,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏大[5]。

2.2 測(cè)試環(huán)境

測(cè)試環(huán)境的保證主要從溫濕度進(jìn)行把控。從式(3)、式(4)中可知,溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果有著間接的影響,文獻(xiàn)[6]指出,溫度是造成電阻值波動(dòng)的最重要的因素;另外,高溫高濕會(huì)加速導(dǎo)體的氧化。現(xiàn)階段大多數(shù)試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要依靠空調(diào)和除濕機(jī)工作來改變環(huán)境的溫度和濕度,以滿足試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境要求,但是要保持溫濕度的恒定需要考慮檢流計(jì)滑動(dòng)、試樣溫度隨環(huán)境溫度變化滯后等因素。

3 保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的措施

根據(jù)上一節(jié)影響電阻試驗(yàn)檢測(cè)示值的因素,結(jié)合全面質(zhì)量管理理論,以下從人員、設(shè)備、制樣、方法、環(huán)境五個(gè)方面分析保證導(dǎo)體直流電阻測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的具體措施。

3.1 做好人員管理

在日常的試驗(yàn)檢測(cè)工作中,測(cè)試人員須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)范培訓(xùn)學(xué)習(xí),做好專業(yè)技能的提升和知識(shí)儲(chǔ)量的更新。

3.2 測(cè)試設(shè)備的改進(jìn)和保養(yǎng)

基于2.2節(jié)提到的各類電橋夾具的不足之處,相關(guān)試驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通常采取如下措施:

(1) 將夾具與線芯的端部盡可能地貼緊,或?qū)㈦娏髦苯咏?jīng)過連接位置以降低誤差。相關(guān)研究顯示,銅芯電纜測(cè)量時(shí)的電流應(yīng)盡量不大于1 A。

(2) 采用端部焊接的方式以降低接觸電阻。當(dāng)導(dǎo)體橫截面積較大時(shí),建議使用相同規(guī)格的鋁壓接頭壓接以確保接頭和導(dǎo)體之間的良好接觸[7]。

(3) 電位電極應(yīng)考慮將軟細(xì)銅絲在銅絞線外緊密纏繞數(shù)圈后打結(jié),以避免松脫,再把軟細(xì)銅絲接入電橋測(cè)試。

3.3 規(guī)范制樣流程

試樣的制備流程如下:①要截取規(guī)范GB/T 3048.4-2007中規(guī)定的長(zhǎng)度,特別要注意大截面鋁導(dǎo)體試樣長(zhǎng)度的把控;②在去除電纜樣品端部與測(cè)試系統(tǒng)連接處的絕緣層以露出電纜導(dǎo)體時(shí),一般使用小型刀具、少量多次地剝開絕緣層;③為確保兩電位端之間試樣長(zhǎng)度的有效性,在矯直或者拉直試樣時(shí),不能導(dǎo)致電纜樣品橫截面的扭曲變形,也不應(yīng)該造成電纜樣品伸長(zhǎng),對(duì)于軟導(dǎo)體應(yīng)防止導(dǎo)體斷絲;④試樣須在試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境中放置足夠長(zhǎng)時(shí)間,使之達(dá)到溫度平衡。

3.4 測(cè)試方法的把控

測(cè)試時(shí)應(yīng)使用電流換向法,并測(cè)量?jī)纱稳【?如此一來可抵消接觸電勢(shì)與熱電勢(shì)的影響;與此同時(shí)規(guī)定在達(dá)到系統(tǒng)靈敏度時(shí),測(cè)試電流應(yīng)盡可能地選擇小的電流,以避免系統(tǒng)發(fā)熱。在得到測(cè)試結(jié)果后,需對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行正確地修約處理以及換算到標(biāo)準(zhǔn)20 ℃時(shí)每公里長(zhǎng)度的電阻值。

3.5 合理控制測(cè)試環(huán)境

對(duì)試驗(yàn)檢測(cè)環(huán)境的要求是恒溫恒濕,如果沒這個(gè)條件,應(yīng)考慮空氣流動(dòng)度小、相對(duì)封閉、濕度不宜過大的房間。在測(cè)試過程中,為規(guī)避環(huán)境溫度變動(dòng)可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的波動(dòng),應(yīng)該在環(huán)境溫度真正穩(wěn)定之后再進(jìn)行測(cè)試。整個(gè)試驗(yàn)期間應(yīng)減少人員出入,避免開窗。

4 結(jié)語

本文分析了影響電纜導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)檢測(cè)示值的因素,并從人員、設(shè)備、制樣、方法、環(huán)境五個(gè)方面提出了試驗(yàn)檢測(cè)的保證和改進(jìn)措施。