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、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，外接入標準導(dǎo)線作為標準電阻，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.