電線電纜導(dǎo)體直流電阻檢測問題及改進(jìn)方法研究

金坤鵬，陸琛杰，錢錫穎

(寧波送變電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315000)

0 引言

電線電纜作為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)配套產(chǎn)業(yè)之一，是機(jī)械工業(yè)中僅次于汽車制造業(yè)的第二大產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值占到我國國內(nèi)生產(chǎn)總值的1%～2%[1]。特別是近年來，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求日益迫切，這進(jìn)一步促進(jìn)了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也對(duì)其性能指標(biāo)提出了更高的要求。

電線電纜作為輸送電最主要的物資，其性能指標(biāo)直接關(guān)系到電力損耗和供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。直流電阻作為電線電纜最重要的性能指標(biāo)之一，如果電阻不合格，將增加電功率在輸變電線路上的損耗，導(dǎo)致其載流量的下降；同時(shí)也加劇了電線電纜的發(fā)熱，以及絕緣層的老化，降低了電纜壽命；在滿負(fù)荷的工作條件下，對(duì)供電的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響，甚至還會(huì)引發(fā)火災(zāi)及其他事故，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。因此，對(duì)電線電纜進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測，盡可能地降低測量誤差，為國網(wǎng)對(duì)其導(dǎo)體的質(zhì)量判定提供準(zhǔn)確的判定依據(jù)，關(guān)系到電網(wǎng)線路的安全運(yùn)行。

本文根據(jù)當(dāng)前檢測過程中遇到的問題，對(duì)電線電纜直流電阻檢測誤差原因進(jìn)行了分析，并就進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性、科學(xué)性提出了一些意見。

1 影響電阻值因素分析

1.1 制樣對(duì)電阻值的影響

電線電纜的制樣標(biāo)準(zhǔn)在GB/T 3048.4—2007 《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第4部分 導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》4.1節(jié)中已做明確規(guī)定。對(duì)于絕緣層的剝離，目前檢測機(jī)構(gòu)一般都是采用刀具手工剝離[3]。在剝離過程中如果用力過大，則會(huì)傷及導(dǎo)體，導(dǎo)致實(shí)際橫截面積減小，特別是對(duì)軟細(xì)銅絲絞合而成的導(dǎo)體而言，如果用力過大，將直接導(dǎo)致銅絲斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致直流電阻升高。

對(duì)于有絕緣層保護(hù)的電線電纜而言，其制樣后，留樣時(shí)間對(duì)樣品電阻具有一定影響。當(dāng)電線電纜絕緣層剝離后，未即刻測量，其暴露的導(dǎo)體表面會(huì)產(chǎn)生氧化。該氧化層的厚度與樣品擺放的環(huán)境具有緊密聯(lián)系，特別是在溫度較高，空氣濕度較大的情況下，其氧化更加嚴(yán)重，導(dǎo)體實(shí)測電阻更大，對(duì)于導(dǎo)體橫截面積較大的鋁質(zhì)導(dǎo)體而言，其氧化程度受環(huán)境影響更加明顯[4]。

對(duì)于絞制的電線電纜而言，在制樣過程中，導(dǎo)體被來回扭折彎曲或絕緣層剝離裸露長度過多，將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體線芯出現(xiàn)散股現(xiàn)象，當(dāng)導(dǎo)體過于松散，內(nèi)外層有較大空隙時(shí)，將直接導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)部接觸電阻增大，對(duì)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性也有重要影響[5]。

1.2 彎曲度對(duì)導(dǎo)體電阻的影響

目前，檢測機(jī)構(gòu)檢測電線電纜導(dǎo)體電阻都是用雙臂電橋?yàn)橹?，測量過程中，將電線電纜通過夾具加緊，隨后通過夾具端部螺桿旋緊拉直，最終拉直后的長度為測量過程中默認(rèn)的1 m標(biāo)準(zhǔn)長度，得出的電阻也就是默認(rèn)為導(dǎo)體長度為1 m時(shí)的電阻[6]。該測試方法對(duì)電阻的測量具有一定的不確定性，首先，對(duì)于導(dǎo)體橫截面積較大的電線電纜而言，在運(yùn)輸和存儲(chǔ)過程中都是將其盤成圓形，以增大空間利用率，但由于長期彎曲且受電橋夾螺桿拉伸力的限制，將大規(guī)格電纜取直較為困難。對(duì)于橫截面積較小的電線電纜而言，由于其彎曲程度較大，而電橋夾螺桿取直范圍有限，同樣無法把導(dǎo)線完全取直，這都將導(dǎo)致導(dǎo)體其實(shí)際檢測長度偏長，進(jìn)一步導(dǎo)致實(shí)測電阻也偏大。

1.3 測試環(huán)境對(duì)電阻的影響

當(dāng)前，在所有影響電纜直流電阻的環(huán)境因素中，其溫/濕度是最主要的影響因素。在國標(biāo)GB/T 3048.4—2007中已經(jīng)規(guī)定導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)環(huán)境溫度為15～25 ℃，空氣濕度不大于85%，且環(huán)境溫度變化應(yīng)不超過±1 ℃[3]。目前，各檢測機(jī)構(gòu)一般會(huì)通過空調(diào)及除濕機(jī)來改變環(huán)境溫度、濕度，以滿足檢測環(huán)境要求。但是在使用空調(diào)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)檢流計(jì)滑動(dòng)的現(xiàn)象，這就不能夠在穩(wěn)定的條件下完成測量，這種情況下隨著溫度的變化，導(dǎo)體直流電阻也會(huì)隨之變動(dòng)；同時(shí)國標(biāo)規(guī)定試樣一定要在測量環(huán)境中保持足夠長的時(shí)間，使其自身溫度與環(huán)境溫度達(dá)到平衡，因?yàn)楫?dāng)測量人員在調(diào)節(jié)環(huán)境溫度時(shí)，試樣溫度隨環(huán)境溫度變化具有滯后性，因此在測量過程中，其測量值并不能真實(shí)反映出電線電纜其實(shí)際電阻大小。

1.4 夾具對(duì)測量電阻的影響

當(dāng)前電線電纜導(dǎo)體直流電阻的測量設(shè)備主要以雙臂電橋和單臂電橋?yàn)橹?，而雙臂電橋(即開爾文電橋)對(duì)低電阻值的導(dǎo)體測量具有更高的測量精度，故現(xiàn)在檢測常用電橋都以雙臂電橋?yàn)橹鱗7]。

目前，直流雙臂電橋常用夾具有V形和圓環(huán)形2種，根據(jù)其夾具對(duì)導(dǎo)體夾持作用力分析可知，V形夾具與導(dǎo)體之間為點(diǎn)接觸，其適用于測量單線或者實(shí)心線，而對(duì)于絞合結(jié)構(gòu)的大截面線芯或者軟銅導(dǎo)體具有一定的不適用性，因?yàn)殡S著V形夾具垂直壓緊力越來越大，其接觸導(dǎo)通處發(fā)生變形，接觸部位由點(diǎn)接觸變成線接觸，易使得其側(cè)面單絲垂直于受力點(diǎn)滑移、松開，線芯變形，導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生偏差。同時(shí)V形夾具刃口容易發(fā)生磨損、卷邊，該現(xiàn)象將導(dǎo)致測量過程中刃口與導(dǎo)體接觸不良，特別是在測量一些橫截面積較小的導(dǎo)體材料時(shí)，不能對(duì)導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)有效夾持，易使得測量數(shù)值具有分散性，影響其結(jié)果判定[8]。

環(huán)形夾具在夾持過程中，其力沿著半徑作用于圓心位置，從而使得導(dǎo)體各單絲緊密接觸在一起，避免了導(dǎo)體松散和變形導(dǎo)致的測量誤差，但環(huán)形夾具不適用于橫截面為扇形的電纜導(dǎo)體檢測，因?yàn)槠湓趭A持過程中會(huì)導(dǎo)致扇形結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形，從而導(dǎo)致電阻變化。同時(shí)，環(huán)形夾具與導(dǎo)體之間接觸為線接觸，在導(dǎo)體表面有氧化層的情況下，環(huán)形夾具無法有效刺破氧化層，從而導(dǎo)致接觸電阻增大，進(jìn)而顯示實(shí)測電阻偏大。

2 提高檢測準(zhǔn)確性研究

針對(duì)當(dāng)前電線電纜導(dǎo)體直流電阻檢測過程中遇到的以上問題，目前各檢測機(jī)構(gòu)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行質(zhì)量管控，以期提高檢測的準(zhǔn)確性。

2.1 規(guī)范制樣流程

針對(duì)制樣導(dǎo)致樣品缺陷問題，目前有檢測機(jī)構(gòu)在制樣過程中，多采用小型刀具剝離絕緣層，少量多次劃開絕緣層，避免導(dǎo)體劃傷或者斷絲現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)嚴(yán)格控制絕緣層剝離面積，只在夾具夾持部位漏出部分導(dǎo)體，或者在導(dǎo)體兩端用絕緣線扎捆，防止線芯松散，以期提高檢測精度。

2.2 嚴(yán)格檢測方法

檢測環(huán)境控制，空調(diào)不應(yīng)對(duì)著測量裝置，以免檢流計(jì)難以穩(wěn)定。測量中一定要對(duì)溫度進(jìn)行合理的分析，只有擺脫溫度的限制，才能夠?qū)崿F(xiàn)測量的準(zhǔn)確性。在一些受溫度影響較大的檢測過程中，有標(biāo)準(zhǔn)要求其環(huán)境風(fēng)速低于0.5 m/s[9]，因此，在試驗(yàn)室可以參考該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)境風(fēng)速進(jìn)行控制，避免空調(diào)出風(fēng)口直吹電纜或者檢流計(jì)，同時(shí)避免開窗或者其他干擾環(huán)境溫度的行為。為了避免檢測過程中，檢測電流過大導(dǎo)致導(dǎo)體溫度升高的現(xiàn)象，在檢測時(shí)，可以參考相應(yīng)規(guī)格電纜的要求值作為預(yù)估值，然后在保證精度的前提下，盡量采用小電流進(jìn)行測試，同時(shí)要避免多次測量，以免導(dǎo)體發(fā)熱導(dǎo)致電阻偏大。

2.3 開發(fā)新型夾具

目前針對(duì)各類電橋夾具缺陷，有檢測機(jī)構(gòu)采用如下手段予以控制。

(1)將夾具和線芯的兩端盡量靠近以降低誤差，或者將電流直接通過連接位置。研究表明，銅線芯的電纜，其測量所用電流最好不超過1 A[10]。

(2)采用端部焊接的方式來降低接觸電阻。對(duì)于大截面積的導(dǎo)體而言，可采用相同規(guī)格的鋁壓接頭與導(dǎo)體進(jìn)行壓接，以保證導(dǎo)體與接頭有效結(jié)合，但該檢測方法成本較高，且增加了檢測人員工作強(qiáng)度，不利于其推廣[11]。

(3)電位電極應(yīng)采用軟細(xì)銅絲在絞線外緊密繞若干圈后打結(jié)，防止松脫，隨后 將軟銅絲接入電橋進(jìn)行測量，該方法雖然操作上簡單易行，但對(duì)于有較厚氧化層的導(dǎo)體而言，其測量電阻也會(huì)偏大[12]。

2.4 降低接觸電阻

降低夾具與電纜導(dǎo)體之間的接觸電阻是提高檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的重要方法之一，接觸電阻目前主要來源于導(dǎo)體表面氧化和與夾具之間接觸不良兩個(gè)方面[13]。針對(duì)部分導(dǎo)體有輕微氧化的情況，可以采用酒精稀釋的鹽酸進(jìn)行表面清潔，以去除銅芯或者鋁芯導(dǎo)體表面的氧化層，從而降低導(dǎo)體與夾具之間的接觸電阻。同時(shí)根據(jù)導(dǎo)體材質(zhì)、形狀、規(guī)格，適當(dāng)選擇合適的夾緊力，增大接觸面積，使夾具對(duì)導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)有效夾持也是降低接觸電阻的有效方法之一。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著電纜生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和社會(huì)的進(jìn)步，安全、穩(wěn)定、可靠已成為社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的基本要求，電線電纜導(dǎo)體直流電阻也已成為關(guān)系電力運(yùn)行安危的重要因素之一。檢測人員在嚴(yán)格規(guī)范操作的前提下，依靠不斷創(chuàng)新，研發(fā)新型自動(dòng)化、智能化檢測設(shè)備也是提高檢測準(zhǔn)確度的重要方向，只有直流電阻檢測標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和檢測結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠，才能促進(jìn)電線電纜行業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益方面的改善，有效滿足社會(huì)發(fā)展的不斷需要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宗剛,王琨.我國電線電纜行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展研究[J].電器工業(yè),2008(2):31-36.

[2] 吳啟震.電線電纜20 ℃導(dǎo)體電阻不合格原因分析及探討[J].日用電器,2015(5)：30-32.

[3] 電線電纜電性能試驗(yàn)方法第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)：GB/T 3048.4—2007[S].

[4] 石春德.電線電纜直流電阻測試問題分析和改進(jìn)辦法[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2016(21)：166.

[5] 季紅.長、短樣大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測量不確定度評(píng)定研究[J].電線電纜,2017(5):24-27.

[6] 趙剛.電線電纜導(dǎo)體直流電阻測量的誤差分析[J].中國機(jī)械,2015(10):171-172.

[7] 張光華.探討電線電纜導(dǎo)體電阻檢測方法[J].建筑界,2013(22):256-256.

[8] 羅明.探究雙臂電橋測量導(dǎo)體直流電阻的技術(shù)要點(diǎn)和誤差控制[J].工程技術(shù)(全文版),2016(11):162-162.

[9]高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求：GB/T 11022—2011[S].

[10] 張國光.電線電纜導(dǎo)體直流電阻測試的改進(jìn)措施[J].大眾用電,2009(5):31-31.

[11] 張麗娜,杜剛.電線電纜導(dǎo)體直流電阻測量探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(19):130-130.

[12] 湯余進(jìn).電線電纜導(dǎo)體直流電阻的檢測問題探討[J].工程質(zhì)量,2017(5):66-67.

[13] 文美蘭.接觸電阻的分析與測量[J].計(jì)量與測試技術(shù),2014(41):62-63.