線纜斷芯故障的組合查測方法

夏永輝

(遠東電纜有限公司，江蘇宜興214257)

0 引言

由于信號電纜、控制電纜、橡套電纜、電氣裝備用電線電纜等產(chǎn)品中的導電線芯較多、線徑較細、絕緣層較薄，因此在制造和安裝過程中極易造成線芯斷芯故障。及時、準確、高效地查找到故障點以便作出分析處理、制定出相應改進措施以及修理維護，無論是對于生產(chǎn)廠提高生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品成本、提升自身產(chǎn)品質(zhì)量還是便于敷設安裝人員的快速檢測、維修處理等實際應用，都是十分必要的。

本文通過對斷芯故障的組合查測方法的研究，闡述各種查測法的使用原理和應用范圍，給出更加快捷、高效的組合查測方法。

1 電容法

電纜中兩根導電線芯相當于兩個電極，導電線芯間的絕緣相當于電容器極板間的介質(zhì)。電容法是根據(jù)同種規(guī)格電纜芯線工作電容的大小與電纜長度成正比的原理進行測量的。

在測量多芯電纜時，應先將除被測線芯(斷芯的線芯)以外的所有完好線芯與金屬屏蔽或鎧裝層在電纜的測試端聯(lián)(短)接，作為測試時的公共端。強調(diào)其它所有完好線芯與金屬屏蔽或鎧裝層聯(lián)接后做為公共端，避免了任一線芯因在電纜中的位置變化而造成的電容不均勻的現(xiàn)象。

電容表推薦勝利牌-VC6013，其量程為200～20 000 μF，分辨力可達0.1 pF。根據(jù)線路長度選擇合適的電容檔位，一般所測試的數(shù)值要精確到小數(shù)點后三位有效數(shù)值。

先把公共端中與斷路線芯同截面的任一完好線芯抽出，測量其電容值。測量時電容表的黑線(負極)接公共端，紅線(正極)接被測線芯。測量時用于公共端的聯(lián)接線(銅芯線)要盡量短些，以免影響精度。同檔量程內(nèi)在近端和遠端所測量的數(shù)值應一樣，記錄好此值為CL，之后再把此完好線芯聯(lián)接入公共端。

在測量斷芯故障時，盡量在同檔量程內(nèi)分別對斷芯的近端和遠端測量其電容值。有時因線路較長并且斷點位置離首、尾端很近時，在短段和長段測試時為了得到更精確的數(shù)值，近、遠端測試時所選取的檔位并不能一致。一般短段線芯選用pF～nF檔測試，長段線芯選用nF～μF檔測試。

最后都應把大檔位上的讀數(shù)換算到與小檔位讀數(shù)相同單位后再進行計算。

圖1為電容法測試斷芯故障示意圖。其中圖1a為電纜只有一處斷點，或是多個斷點但相距非常近的情況，斷芯故障點位置的計算式為:

式中，L為電纜長度;C為電容。此時，Cab+Cbc的值應等于或略大于完好線芯的電容值CL(一般不大于線芯長度的2%以上)。若有明顯小于CL達3%以上值，則要考慮此線芯有兩處以上的斷點。按實際測量經(jīng)驗，在一個斷點的情況下，測量斷芯兩端的電容可分別得到兩端各自到斷點的距離。若兩者之和與實際電纜長度有出入，可作進一步校正。如果大于實際電纜長度，則將大于部分的長度按兩端電容比值進行分配，分別扣除兩端到故障點的距離;如果小于實際電纜長度，則將小于部分的長度按兩端電容比值進行分配，分別增加兩端到故障點的距離。這樣最終能獲得更為精確的斷路故障點位置。

圖1 電容法測試斷芯故障示意圖

圖1b為電纜有多處斷路，斷芯故障點位置的計算式為:

由于在兩個以上斷點的情況下，式中Cbc不能直接測量，因此只能根據(jù)之前測得的完好線芯的電容值CL除以實際線路長度L，計算出該線芯每米單位電容C0，然后將在斷芯上測量到的兩端電容值除以單位電容值就可輕松獲得兩端各自到斷芯故障點的距離。采用此方法，即使是多個斷芯故障，都可一一解決。在僅有兩條線芯或線芯全斷的情況下，也可以根據(jù)工藝尺寸大致推算出該電纜的單位電容值或直接找到相同批次中的相同規(guī)格型號的電纜，測得其單位電容值再進行定位。

2 感應電壓法

感應電壓法的原理是利用交流電磁感應進行測量。其一般適合于無金屬屏蔽或金屬鎧裝電纜以及成纜工序后的半成品電纜的斷芯故障定位。

在斷芯的遠端把導體端頭單獨纏繞3層絕緣帶(建議用J-20絕緣自粘帶)，并能保證此端頭內(nèi)的導體與其它任何線芯或接地體絕緣。

在近端的斷芯導體上，接上交流220 V的相線(火線)，接入點處要繞包絕緣帶，保證此處與其它線芯導體絕緣，近端、遠端其它完好線芯都懸空并要有人做安全警示和監(jiān)護。

用具有聲光反饋信息的感應電筆從受電端(近端)向遠端方向進行測試。當用感應電筆從斷點處經(jīng)過時，其聲光信號會發(fā)生明顯變化，從而可以精確地查找到斷點位置。

圖2 感應電壓法測試斷芯故障示意圖

感應電壓法的關鍵是選用非接觸式感應電筆，且其探測的有效靈敏距離達到1 cm及以上為佳。

3 波反射

低壓脈沖反射法的原理是向電纜導體注入低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點時(如短路點、故障點、中間接頭等)，脈沖產(chǎn)生反射，并回傳到測量點被儀器記錄下來。根據(jù)發(fā)射脈沖與反射脈沖在波形上的時間差Δt乘以脈沖在電纜內(nèi)傳播的速度(行波速度)，即可計算出電纜斷芯故障點的距離。圖3為斷路波形圖。圖4為低壓脈沖反射法測試斷芯故障示意圖。

圖3 斷路波形圖

低壓脈沖反射法的關鍵在于應依據(jù)不同電纜線芯所用的絕緣材料選用合適的波速度，同時還要考慮絕緣材料的高頻衰減程度(聚乙烯衰減小，橡膠稍差一些，聚氯乙烯衰減大)。表1為小截面電纜適用的絕緣波速度。在實際測量時可根據(jù)已知的電纜長度，通過測量完好線芯，反算并校正出與斷芯相同規(guī)格線芯的波速度，然后通過斷路波形圖計算出第一波峰與第二波峰的時間差值，最后乘以波速度的一半，即是從測試端(近端)到斷芯故障的距離。

表1 小截面電纜適用的波速度

4 脈沖定位結合電橋定位法

脈沖定位結合電橋定位法是一種破壞性的定位檢測。其原理是利用斷芯處兩端頭間距不遠，通過加大電壓，使斷芯處發(fā)生空氣間隙擊穿脈沖發(fā)音來檢測，或是產(chǎn)生電弧促使相鄰區(qū)域的絕緣燒灼，進而產(chǎn)生短路擊穿，再通過電橋法故障定位儀精確定位斷芯故障點。雖然脈沖定位結合電橋定位法原則上適合所有電纜斷芯故障的定位(斷點兩端間斷距離不大于3 cm以上)，但它更適合有金屬屏蔽或金屬鎧裝電纜斷芯故障的定位。

測試時將脈沖儀器的負極性高壓電極接在斷芯的近端，斷芯電纜遠端須接地。把近端和遠端的完好線芯偏離斷芯，懸空并保持與測試芯絕緣，增加脈沖電壓，以使斷芯處的空氣間隙擊穿放電。在此期間如能在線纜上聽到放電音，此放電處即為斷線點的精確位置，放電音量的大小視試驗設備升壓的強度以及斷芯處兩端頭的間距而定。若無脈沖放電聲音或聲音很小不易分辨，則表明斷線處兩端頭間距很小，產(chǎn)生了拉電弧。此時可改用恒流源強制燒穿方式，調(diào)節(jié)設備的輸出電流為30～50 mA。根據(jù)線芯的絕緣材料類別保持適當燒穿時間，一般約3～5 min，使斷芯處附近的絕緣及相鄰的完好線芯的絕緣燒糊和燒灼，見圖5脈沖沖擊線芯法中所示斷芯F點處下的圓圈部分。用絕緣電阻表測量與斷芯相鄰的線芯，如發(fā)現(xiàn)有與斷芯相短路(低于0.5 MΩ)的線芯，再用電橋定位法查找到斷芯故障點。

圖5 脈沖沖擊線芯法的接線示意圖

如果F點下的絕緣燒糊區(qū)域內(nèi)斷芯與相鄰芯的相間絕緣電阻仍呈高阻(大于1 MΩ)的狀況，則要采用圖6中所示的高壓擊穿線芯法做強制擊穿。在與斷芯線芯相鄰的線芯上升高電壓，促使完好線芯(圓圈部分)與斷點任一側產(chǎn)生擊穿。因之前斷芯處的相間絕緣已被局部燒糊，故通過進一步升高電壓較易擊穿相鄰線芯絕緣，使其達到低阻短路狀況，進而采用電橋定位法查找到斷芯故障點。

圖6 高壓擊穿線芯法的撞線示意圖

5 斷芯故障定位檢測方法的組合運用

對于無金屬屏蔽或金屬鎧裝的成品電線電纜，以及半制品電纜，可采用電容法或波反射法粗步定位并結合感應電壓法精確定位斷芯故障。如現(xiàn)場無感應電筆，對于線徑較細的線纜，可用最原始的手工檢測法。遠端短接斷芯線芯與完好線芯，近端斷線芯與任一完好芯分別另外接入萬用表的電阻檔;通過對粗定斷芯故障區(qū)域線纜逐段的推擠、搓扭，以便斷點處臨時接觸，萬用表導通發(fā)音來發(fā)現(xiàn)斷芯點。此種組合法的最大優(yōu)勢在于既不破壞電纜的整體功能，又能達到通過局部的修復而避免更大的損失。

對于有金屬屏蔽或金屬鎧裝的斷芯線纜，可以使用電容法、波反射法進行粗步定位，再使用脈沖定位結合電橋定位法精確定位。此種組合法的優(yōu)點是對其它不能快速定位斷芯故障方法的完美補充。但其缺點是一種破壞性的查找方法。由于在斷芯區(qū)域處采用了增強脈沖電壓加以沖擊和燒弧，會造成其它相鄰完好線芯的絕緣損傷，較難修復。用此法找出故障點后只適合分斷處理或分斷后再接續(xù)線芯使用。

6 結束語

按斷芯電纜的結構、現(xiàn)場的修護需求，結合自有的工裝器具組合使用，靈活應用上述各種斷芯故障定位的檢測法可快速、準確地實現(xiàn)斷芯故障定位。

［1］徐丙根，李勝祥，陳宗軍，電力電纜故障探測技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1999.