线缆断芯故障的组合查测方法

2012-06-26夏永辉

电线电缆 2012年1期

夏永辉

(远东电缆有限公司，江苏宜兴214257)

0 引言

由于信号电缆、控制电缆、橡套电缆、电气装备用电线电缆等产品中的导电线芯较多、线径较细、绝缘层较薄，因此在制造和安装过程中极易造成线芯断芯故障。及时、准确、高效地查找到故障点以便作出分析处理、制定出相应改进措施以及修理维护，无论是对于生产厂提高生产效率、降低产品成本、提升自身产品质量还是便于敷设安装人员的快速检测、维修处理等实际应用，都是十分必要的。

本文通过对断芯故障的组合查测方法的研究，阐述各种查测法的使用原理和应用范围，给出更加快捷、高效的组合查测方法。

1 电容法

电缆中两根导电线芯相当于两个电极，导电线芯间的绝缘相当于电容器极板间的介质。电容法是根据同种规格电缆芯线工作电容的大小与电缆长度成正比的原理进行测量的。

在测量多芯电缆时，应先将除被测线芯(断芯的线芯)以外的所有完好线芯与金属屏蔽或铠装层在电缆的测试端联(短)接，作为测试时的公共端。强调其它所有完好线芯与金属屏蔽或铠装层联接后做为公共端，避免了任一线芯因在电缆中的位置变化而造成的电容不均匀的现象。

电容表推荐胜利牌-VC6013，其量程为200～20 000 μF，分辨力可达0.1 pF。根据线路长度选择合适的电容档位，一般所测试的数值要精确到小数点后三位有效数值。

先把公共端中与断路线芯同截面的任一完好线芯抽出，测量其电容值。测量时电容表的黑线(负极)接公共端，红线(正极)接被测线芯。测量时用于公共端的联接线(铜芯线)要尽量短些，以免影响精度。同档量程内在近端和远端所测量的数值应一样，记录好此值为CL，之后再把此完好线芯联接入公共端。

在测量断芯故障时，尽量在同档量程内分别对断芯的近端和远端测量其电容值。有时因线路较长并且断点位置离首、尾端很近时，在短段和长段测试时为了得到更精确的数值，近、远端测试时所选取的档位并不能一致。一般短段线芯选用pF～nF档测试，长段线芯选用nF～μF档测试。

最后都应把大档位上的读数换算到与小档位读数相同单位后再进行计算。

图1为电容法测试断芯故障示意图。其中图1a为电缆只有一处断点，或是多个断点但相距非常近的情况，断芯故障点位置的计算式为:

式中，L为电缆长度;C为电容。此时，Cab+Cbc的值应等于或略大于完好线芯的电容值CL(一般不大于线芯长度的2%以上)。若有明显小于CL达3%以上值，则要考虑此线芯有两处以上的断点。按实际测量经验，在一个断点的情况下，测量断芯两端的电容可分别得到两端各自到断点的距离。若两者之和与实际电缆长度有出入，可作进一步校正。如果大于实际电缆长度，则将大于部分的长度按两端电容比值进行分配，分别扣除两端到故障点的距离;如果小于实际电缆长度，则将小于部分的长度按两端电容比值进行分配，分别增加两端到故障点的距离。这样最终能获得更为精确的断路故障点位置。

图1 电容法测试断芯故障示意图

图1b为电缆有多处断路，断芯故障点位置的计算式为:

由于在两个以上断点的情况下，式中Cbc不能直接测量，因此只能根据之前测得的完好线芯的电容值CL除以实际线路长度L，计算出该线芯每米单位电容C0，然后将在断芯上测量到的两端电容值除以单位电容值就可轻松获得两端各自到断芯故障点的距离。采用此方法，即使是多个断芯故障，都可一一解决。在仅有两条线芯或线芯全断的情况下，也可以根据工艺尺寸大致推算出该电缆的单位电容值或直接找到相同批次中的相同规格型号的电缆，测得其单位电容值再进行定位。

2 感应电压法

感应电压法的原理是利用交流电磁感应进行测量。其一般适合于无金属屏蔽或金属铠装电缆以及成缆工序后的半成品电缆的断芯故障定位。

在断芯的远端把导体端头单独缠绕3层绝缘带(建议用J-20绝缘自粘带)，并能保证此端头内的导体与其它任何线芯或接地体绝缘。

在近端的断芯导体上，接上交流220 V的相线(火线)，接入点处要绕包绝缘带，保证此处与其它线芯导体绝缘，近端、远端其它完好线芯都悬空并要有人做安全警示和监护。

用具有声光反馈信息的感应电笔从受电端(近端)向远端方向进行测试。当用感应电笔从断点处经过时，其声光信号会发生明显变化，从而可以精确地查找到断点位置。

图2 感应电压法测试断芯故障示意图

感应电压法的关键是选用非接触式感应电笔，且其探测的有效灵敏距离达到1 cm及以上为佳。

3 波反射

低压脉冲反射法的原理是向电缆导体注入低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点时(如短路点、故障点、中间接头等)，脉冲产生反射，并回传到测量点被仪器记录下来。根据发射脉冲与反射脉冲在波形上的时间差Δt乘以脉冲在电缆内传播的速度(行波速度)，即可计算出电缆断芯故障点的距离。图3为断路波形图。图4为低压脉冲反射法测试断芯故障示意图。

图3 断路波形图

低压脉冲反射法的关键在于应依据不同电缆线芯所用的绝缘材料选用合适的波速度，同时还要考虑绝缘材料的高频衰减程度(聚乙烯衰减小，橡胶稍差一些，聚氯乙烯衰减大)。表1为小截面电缆适用的绝缘波速度。在实际测量时可根据已知的电缆长度，通过测量完好线芯，反算并校正出与断芯相同规格线芯的波速度，然后通过断路波形图计算出第一波峰与第二波峰的时间差值，最后乘以波速度的一半，即是从测试端(近端)到断芯故障的距离。

表1 小截面电缆适用的波速度

4 脉冲定位结合电桥定位法

脉冲定位结合电桥定位法是一种破坏性的定位检测。其原理是利用断芯处两端头间距不远，通过加大电压，使断芯处发生空气间隙击穿脉冲发音来检测，或是产生电弧促使相邻区域的绝缘烧灼，进而产生短路击穿，再通过电桥法故障定位仪精确定位断芯故障点。虽然脉冲定位结合电桥定位法原则上适合所有电缆断芯故障的定位(断点两端间断距离不大于3 cm以上)，但它更适合有金属屏蔽或金属铠装电缆断芯故障的定位。

测试时将脉冲仪器的负极性高压电极接在断芯的近端，断芯电缆远端须接地。把近端和远端的完好线芯偏离断芯，悬空并保持与测试芯绝缘，增加脉冲电压，以使断芯处的空气间隙击穿放电。在此期间如能在线缆上听到放电音，此放电处即为断线点的精确位置，放电音量的大小视试验设备升压的强度以及断芯处两端头的间距而定。若无脉冲放电声音或声音很小不易分辨，则表明断线处两端头间距很小，产生了拉电弧。此时可改用恒流源强制烧穿方式，调节设备的输出电流为30～50 mA。根据线芯的绝缘材料类别保持适当烧穿时间，一般约3～5 min，使断芯处附近的绝缘及相邻的完好线芯的绝缘烧糊和烧灼，见图5脉冲冲击线芯法中所示断芯F点处下的圆圈部分。用绝缘电阻表测量与断芯相邻的线芯，如发现有与断芯相短路(低于0.5 MΩ)的线芯，再用电桥定位法查找到断芯故障点。

图5 脉冲冲击线芯法的接线示意图

如果F点下的绝缘烧糊区域内断芯与相邻芯的相间绝缘电阻仍呈高阻(大于1 MΩ)的状况，则要采用图6中所示的高压击穿线芯法做强制击穿。在与断芯线芯相邻的线芯上升高电压，促使完好线芯(圆圈部分)与断点任一侧产生击穿。因之前断芯处的相间绝缘已被局部烧糊，故通过进一步升高电压较易击穿相邻线芯绝缘，使其达到低阻短路状况，进而采用电桥定位法查找到断芯故障点。

图6 高压击穿线芯法的撞线示意图

5 断芯故障定位检测方法的组合运用

对于无金属屏蔽或金属铠装的成品电线电缆，以及半制品电缆，可采用电容法或波反射法粗步定位并结合感应电压法精确定位断芯故障。如现场无感应电笔，对于线径较细的线缆，可用最原始的手工检测法。远端短接断芯线芯与完好线芯，近端断线芯与任一完好芯分别另外接入万用表的电阻档;通过对粗定断芯故障区域线缆逐段的推挤、搓扭，以便断点处临时接触，万用表导通发音来发现断芯点。此种组合法的最大优势在于既不破坏电缆的整体功能，又能达到通过局部的修复而避免更大的损失。

对于有金属屏蔽或金属铠装的断芯线缆，可以使用电容法、波反射法进行粗步定位，再使用脉冲定位结合电桥定位法精确定位。此种组合法的优点是对其它不能快速定位断芯故障方法的完美补充。但其缺点是一种破坏性的查找方法。由于在断芯区域处采用了增强脉冲电压加以冲击和烧弧，会造成其它相邻完好线芯的绝缘损伤，较难修复。用此法找出故障点后只适合分断处理或分断后再接续线芯使用。