浅谈电缆导体直流电阻试验检测的优化措施*

2024-01-03马玉翠杨腾飞马宝君

机械工程与自动化 2023年6期

马玉翠，杨腾飞，马宝君，李政

(甘肃省交通科学研究院集团有限公司，甘肃兰州 730030)

0 引言

电缆是传递电能最重要的物质,其性能指标严重影响到电力系统的损耗与正常运行。而电缆的导体直流电阻是其非常重要的性能指标,关系到供配电系统的电能损耗、电缆载流量以及系统的稳定性[1]。因此,对电缆导体直流电阻参数实行科学而又严谨的试验检测,并且最大限度地降低测量误差,可在使用方进行电缆的质量评定时为其提供准确的依据,进而提高用电线路的安全可靠性。本文针对目前试验检测过程中出现的问题,分析了电缆导体直流电阻测量误差产生的原因,并提出一些措施建议,以期能进一步地改善测量结果的准确性和科学性。

1 导体直流电阻测量原理

电阻的测量方法主要有欧姆法、伏安法、单表法、电桥法。金属导体材料的直流电阻一般用伏安法测量,伏安法虽然简便,但测量误差较大,因此电缆的导体直流电阻通常采取电桥法测量。单臂电桥的测量范围为1 Ω～100 Ω及以上,双臂电桥的测量范围为(2×10-5～99.9) Ω[2],鉴于在试验室取样测量的有效长度为1 m,电缆被测电阻通常情况下在1 Ω以下,因此电缆选用双臂电桥组成的测量装置,测量原理见图1。

图1 双臂电桥测量原理图

图1中,R1～R4为电桥桥臂电阻,r1～r4为引脚电阻,Rx为被测电阻,RN为标准电阻,r为跨线电阻,G为检流计,E为直流电源,K为直流电源开关。当引脚电阻r1、r2、r3、r4足够小且可以忽略时,被测电阻的计算公式为[3]:

(1)

当R1R3=R2R4时,被测电阻的计算公式可简化为:

(2)

2 影响电阻试验检测示值的因素分析

导线的直流电阻R可用下式来计算:

(3)

其中:ρ为导体材料的电阻率;L为导体长度;S为导体的截面积。

电阻率由导体的材料与温度决定,标准20 ℃下的导体相对电阻率为:

(4)

其中:ρ20为20 ℃下导体的相对电阻率;Rt为t℃时样品电缆的实测电阻值;α20为导体材料20 ℃时的电阻温度系数;t为测量时的导体温度。

结合式(3)、式(4)可知,电阻受导体材料、长度、截面积、温度等的影响,因此,以下从测试样品、测试环境两个方面对影响导体直流电阻示值的因素进行分析。

2.1 测试样品

测试样品的质量将直接影响到电缆导体直流电阻的测试结果,样品的质量主要受制于其材质、氧化程度与处理方式。在氧化程度方面,电缆样品特别是铝制样品在长期堆积等情形时会加重电缆的氧化现象。在样品的处理方式方面,主要体现在长度、截面积、弯曲程度等。首先,夹具两端的电位计与电流计之间也需20 cm,考虑一定的冗余量,因此一般取样在1.40 m～1.45 m;其次,在试样制备过程中剥除电缆覆盖物时可能会损伤导体,尤其对于截面积较小或者多股绞合的导体,测试结果受影响更大[4];最后,电缆盘的存在对弯曲半径有一定的影响,特别是大截面的电缆,在电缆样品接入测试系统前难以做到完全的试样拉直,导致测试结果偏大[5]。

2.2 测试环境

测试环境的保证主要从温湿度进行把控。从式(3)、式(4)中可知,温度对测试结果有着间接的影响,文献[6]指出,温度是造成电阻值波动的最重要的因素;另外,高温高湿会加速导体的氧化。现阶段大多数试验检测机构主要依靠空调和除湿机工作来改变环境的温度和湿度,以满足试验检测环境要求,但是要保持温湿度的恒定需要考虑检流计滑动、试样温度随环境温度变化滞后等因素。

3 保证测试结果准确的措施

根据上一节影响电阻试验检测示值的因素,结合全面质量管理理论,以下从人员、设备、制样、方法、环境五个方面分析保证导体直流电阻测试结果准确的具体措施。

3.1 做好人员管理

在日常的试验检测工作中,测试人员须严格执行相关规范标准,并规范培训学习,做好专业技能的提升和知识储量的更新。

3.2 测试设备的改进和保养

基于2.2节提到的各类电桥夹具的不足之处,相关试验检测机构通常采取如下措施:

(1) 将夹具与线芯的端部尽可能地贴紧,或将电流直接经过连接位置以降低误差。相关研究显示,铜芯电缆测量时的电流应尽量不大于1 A。

(2) 采用端部焊接的方式以降低接触电阻。当导体横截面积较大时,建议使用相同规格的铝压接头压接以确保接头和导体之间的良好接触[7]。

(3) 电位电极应考虑将软细铜丝在铜绞线外紧密缠绕数圈后打结,以避免松脱,再把软细铜丝接入电桥测试。

3.3 规范制样流程

试样的制备流程如下:①要截取规范GB/T 3048.4-2007中规定的长度,特别要注意大截面铝导体试样长度的把控;②在去除电缆样品端部与测试系统连接处的绝缘层以露出电缆导体时,一般使用小型刀具、少量多次地剥开绝缘层;③为确保两电位端之间试样长度的有效性,在矫直或者拉直试样时,不能导致电缆样品横截面的扭曲变形,也不应该造成电缆样品伸长,对于软导体应防止导体断丝;④试样须在试验检测环境中放置足够长时间,使之达到温度平衡。