隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，電纜在社會生活和經(jīng)濟(jì)生活中的作用越來越不可或缺。但是，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)品中導(dǎo)體線芯數(shù)較多、線徑較細(xì)、絕緣層較薄等,因此它們極易發(fā)生線芯斷路(斷芯)故障，給社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和群眾生活帶來損失。因此，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，如何對斷芯故障點(diǎn)及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地定位,就成為必須解決的難題。
一.斷芯故障點(diǎn)的定位方法
斷芯故障示意圖
1.電容法
電纜中兩根導(dǎo)電線芯相當(dāng)于兩個(gè)電極,導(dǎo)電線芯間的絕緣相當(dāng)于電容器極板間的介質(zhì)。電容法是根據(jù)同種規(guī)格電纜芯線分布電容的大小與電纜長度成正比的原理進(jìn)行測量的。在測試多芯電纜時(shí),應(yīng)先將被測線芯(故障線芯)以外的所有線芯及屏蔽層在電纜的測試端短接(這是為避免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),作為公共端。測試時(shí)電容表的黑線(負(fù)極)接公共端,紅線(正極)接被測線芯。兩端頭測量引出線應(yīng)盡量短,以免影響測試精度。測試過程中,先把公共端中與故障線芯同規(guī)格并且完好的線芯抽出,選擇合格檔位精度的電容表,一般精確到小數(shù)點(diǎn)后三位有效數(shù)為宜,測量并記錄其電容值CL,此時(shí)近端和遠(yuǎn)端測得的電容值應(yīng)一樣或非常接近;之后盡量在同檔量程內(nèi)分別對故障線芯兩端的近端和遠(yuǎn)端電容值進(jìn)行測量。
(1)當(dāng)只有一處斷芯或多處斷芯但距離非常近使，故障點(diǎn)位置的計(jì)算式為:
Lab=CabCab+CbcL(1)
式中L為電纜長度,C為電容，a、b、c為斷芯點(diǎn)。此時(shí),Cab+Cbc的值應(yīng)略大于完好絕緣芯電容值CL,如果小于CL則表示有兩處以上的斷芯。根據(jù)實(shí)際測量經(jīng)驗(yàn),在一個(gè)斷點(diǎn)的情況下,測量兩端電容可分別得到兩端到故障點(diǎn)的距離,若兩者之和與實(shí)際電纜長度有出入,可作進(jìn)一步校正。如果大于實(shí)際電纜長度,則將大于部分按兩端電容比進(jìn)行分配,分別扣除兩端到故障點(diǎn)的距離;如果小于實(shí)際電纜長度,則將小于部分按兩端電容比進(jìn)行分配,分別增加兩端到故障點(diǎn)的距離。這樣最終能獲得更為精確的實(shí)際斷芯故障點(diǎn)位置。
(2)當(dāng)電纜有多處斷芯,斷芯故障點(diǎn)位置的計(jì)算式為:
Lab=CabCab+Cbc+CcdL(2)
由于在兩個(gè)以上斷點(diǎn)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(shí)際線路長度L,計(jì)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(diǎn)的距離。采用此方法,即使是多個(gè)斷芯故障,都可一一解決。在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電容或直接找到相同批次中的相同規(guī)格型號的電纜,測得單位電容值再進(jìn)行測算定位。
2、感應(yīng)電壓法
感應(yīng)電壓法的原理是利用交流電磁感應(yīng)進(jìn)行測量,一般適合無金屬屏蔽或金屬鎧裝電纜,以及成纜后的半成品的測量。先將電纜的遠(yuǎn)端斷芯及其它完好線芯接地,保證電纜盡量離接地體(如地面、設(shè)備等)遠(yuǎn)一些;近端在斷芯的線芯上,接交流220 V的相線(火線),不接地線。測試時(shí)應(yīng)保證線路不短路,線路保護(hù)開關(guān)措施得當(dāng),近端、遠(yuǎn)端都有人監(jiān)護(hù)。當(dāng)帶聲光反饋信息的感應(yīng)電筆從斷芯處經(jīng)過時(shí),其聲光信號會發(fā)生明顯變化,從而可以精確地查找出斷芯故障點(diǎn)位置。感應(yīng)電壓法的關(guān)鍵在于應(yīng)選用非接觸式感應(yīng)電筆,且其探測的空間靈敏度優(yōu)于1 cm為佳。
3.低壓脈沖(波)反射法
低壓脈沖反射法的原理是向電纜內(nèi)注入低壓脈沖,該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)(如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等)時(shí),脈沖產(chǎn)生反射,并回傳到測量儀器。發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差Δt乘以脈沖在電纜內(nèi)傳播的速度(行波速度)為測量儀器與電纜斷芯故障點(diǎn)距離的2倍。
低壓脈沖反射法的關(guān)鍵在于應(yīng)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(shí)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)。根據(jù)已知的電纜長度,通過測量好的線芯,計(jì)算并校正出與斷芯相同規(guī)格線芯的波速度,然后通過波形計(jì)算出發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差,最后乘以波速度的一半即得斷芯故障點(diǎn)的距離。
4.脈沖定位結(jié)合電橋定位法
脈沖定位結(jié)合電橋定位法是一種破壞性的定位檢測方法,原理是利用斷芯處兩端間距不遠(yuǎn),通過加大電壓,使斷芯處發(fā)生空氣間隙擊穿放電發(fā)出聲音來檢測或出現(xiàn)的拉電弧將相鄰區(qū)域的絕緣燒灼,進(jìn)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(diǎn)。雖然脈沖定位結(jié)合電橋定位法原則上適合所有電纜斷芯故障點(diǎn)的定位,但它更適合有金屬屏蔽或金屬鎧裝電纜斷芯故障點(diǎn)的定位。檢測時(shí)將脈沖儀器的負(fù)極性的高壓電極接在斷芯的前端,斷芯電纜遠(yuǎn)端必須接地,把其它線芯懸空絕緣分開;增加脈沖電壓,使斷芯處的空氣間隙擊穿放電,在此期間可能聽到放電音,放電處即為斷線點(diǎn)的精確位置,放電音量的大小視試驗(yàn)設(shè)備升壓的強(qiáng)度以及斷芯處兩端的間距而定。如果沒有脈沖放電聲音或聲音很小不易分辨,則表明斷線處兩端間距很小,產(chǎn)生了拉電弧。此時(shí)可以改用恒流源方式,輸出電流為30~50 mA,根據(jù)線芯的絕緣材料種類保持適當(dāng)時(shí)間,一般約3~5 min,使斷芯處附近的絕緣及相鄰好的線芯的絕緣燒糊和燒灼。
二、斷芯故障定位檢測方法的組合
1.對于無金屬屏蔽或金屬鎧裝的成品電線電纜,以及半成品電纜,可采用電容法或波反射法粗定故障區(qū)域并結(jié)合感應(yīng)電壓法精確定位斷芯故障點(diǎn)。如現(xiàn)場無感應(yīng)電筆,則對于線徑較細(xì)的線纜,可用最原始的手工檢測法,遠(yuǎn)端短接斷芯線芯與好的線芯,近端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,發(fā)現(xiàn)斷芯點(diǎn)。此種組合法的最大優(yōu)勢在于既不破壞電纜的整體功能,又能通過局部的修復(fù)避免損失。
2.對于僅需快速定位斷芯的故障點(diǎn)和有金屬屏蔽或金屬鎧裝的斷芯線纜,可以直接使用脈沖法與電橋法組合檢測。此種組合法是對其它不能快速定位斷芯故障點(diǎn)的檢測方法的補(bǔ)充,最大缺點(diǎn)是一種破壞性的查找方法,在增加脈沖電壓的區(qū)域會造成其它相鄰線芯的絕緣損傷。此種組合法只能適合分?jǐn)嗷蚍謹(jǐn)嗪?/span>
3.電容法和感應(yīng)法相結(jié)合：這種方法是使用于纜芯的斷芯，這就要求纜芯外沒有包覆金屬層且沒有擠包護(hù)層。在查找的時(shí)候先用電容找出電纜斷線的大致位置，然后用感應(yīng)電壓法在精確的查找斷線點(diǎn)，這種方法是很簡單快捷的，也是目前使用最多的一種方法。感應(yīng)電壓法是在電纜的斷芯的一端接650V的交流電壓，另一端及其它芯子接地，然后用可發(fā)以光信號的感應(yīng)筆進(jìn)行測試，測試時(shí)當(dāng)感應(yīng)筆從斷芯處滑過時(shí)，信號會發(fā)生變化，這樣可以精確地查找到電纜斷線點(diǎn)的。
4.恒流源和電橋法相結(jié)合:這種方法是用于完成的電纜或已包覆金屬層的纜芯。使用是查找的方法是先用恒流源將阻燃電纜的斷芯處的絕緣燒糊、擊穿，然后在用電橋法故障定位儀精確的定位故障點(diǎn)，也是經(jīng)常使用的一種方法。
