電纜短路故障距離計(jì)算

庹德兵

（中國(guó)電信股份有限公司襄陽(yáng)傳輸局，湖北 襄陽(yáng)441100）

1 概 述

山區(qū)的村村通、移動(dòng)基站大都建設(shè)在山頂上，很多基站都是采取架空電力電纜供電的方式，短則幾百米，多則幾公里，都穿行在荒郊野外，特別是在夏天受溫度和雷電的影響，經(jīng)常發(fā)生短路故障，一旦發(fā)生故障，查找很困難。由于電纜故障原因大部分是被擊穿而短路，那么利用常用的數(shù)字式萬(wàn)用表，通過(guò)測(cè)試其短路后的環(huán)阻，就可以分析得出短路點(diǎn)的距離，可方便故障查找。

本文介紹分析計(jì)算方法，并以3×16 mm2＋1×10 mm2的電纜為例，制作出不同溫度情況下的環(huán)阻、溫度和故障距離對(duì)應(yīng)表。

2 計(jì)算原理

電纜結(jié)構(gòu)一般是三相四線，采用三根同樣粗的相線和一根稍細(xì)的零線。電纜一旦被擊穿短路，存在兩種情況：相間短路、相線和零線短路。那么測(cè)試出短路線間的環(huán)阻后，結(jié)合溫度補(bǔ)償，計(jì)算出在20℃時(shí)的環(huán)阻，然后根據(jù)20℃時(shí)的電阻率，計(jì)算得到電纜短路的長(zhǎng)度。

（1）計(jì)算20℃時(shí)電纜的線間環(huán)阻

銅的電阻與絕對(duì)溫度成正比，已知道室外溫度為t，測(cè)試環(huán)阻為R，可計(jì)算出20℃時(shí)電纜的環(huán)阻R20℃：

R＝R20℃×（235＋t）／（235＋20）

可得：R20℃＝R×255／（235＋t）

（2）成品電纜的導(dǎo)線電阻率

利用額定電壓1 kV及以下架空絕緣電纜的參數(shù)表（表1），可知道各種截面積硬銅在20℃時(shí)的每公里最大電阻值。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，由于銅價(jià)昂貴，各廠家生產(chǎn)的成品電纜都靠近這個(gè)最大值，作為平常維護(hù)計(jì)算所需要的精度，采用這個(gè)最大值來(lái)計(jì)算引起的誤差可以忽略不計(jì)。

（3）計(jì)算長(zhǎng)度

設(shè)短路的兩條線的每米平均電阻分別是R平均1和R平均2，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，那么：

3 實(shí)際計(jì)算案例

襄陽(yáng)傳輸局基站最常用的電力電纜的程式是3×16 mm2＋1×10 mm2。下面以3×16 mm2＋1×10 mm2的電纜為例，計(jì)算出不同溫度下的環(huán)阻與故障長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)值。由表1中可知16 mm2平均電阻為1．198 Ω／1 000 m，10 mm2平均電阻為1．906Ω／1 000 m。

（1）兩條相線短路時(shí)

由式（1）可知，當(dāng)3×16 mm2＋1×10 mm2的電纜相間短路時(shí)：

L＝〔R×255／（235＋t）〕／（1．198／1 000＋1．198／1 000）＝〔R×255／（235＋t）〕×1 000／2．396

當(dāng)電纜的溫度在0～50℃，環(huán)阻在0．1Ω～1．0Ω時(shí)，計(jì)算出環(huán)阻、溫度和纜長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)16 mm2＋16 mm2環(huán)阻與長(zhǎng)度速查表（表2）。

表1 額定電壓1 kV及以下架空絕緣電纜的參數(shù)表（聚氯乙烯絕緣架空電纜）

表2 16 mm2＋16 mm2環(huán)阻與長(zhǎng)度速查表（單位：m）

（2）相線和零線短路時(shí)

同樣，根據(jù)式（1），當(dāng)3×16 mm2＋1×10 mm2的電纜相線和零線短路時(shí)：

L＝〔R×255／（235＋t）〕／（1．198／1 000＋1．906／1 000）＝〔R×255／（235＋t）〕×1 000／3．104

當(dāng)電纜的溫度在0℃～50℃，環(huán)阻在0．1Ω～1．0 Ω時(shí)，計(jì)算出環(huán)阻、溫度和纜長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)16 mm2＋10 mm2環(huán)阻與長(zhǎng)度速查表（表3）。

表3 16 mm2＋10 mm2環(huán)阻與長(zhǎng)度速查表（單位：m）

4 實(shí)際案例與分析

4．1 南漳板橋案例

2008年8月12日，南漳板橋村村通基站電纜發(fā)生故障，由于電纜全長(zhǎng)達(dá)3 km，穿行在樹(shù)林之中，維護(hù)人員查找了一天，沿線路上下基站查找了三趟，還是未找到故障位置。

筆者支援南璋中心查障，來(lái)到基站后，利用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試，發(fā)現(xiàn)是相間短路，測(cè)得相線間環(huán)阻為3．8 Ω，查看得知電纜的程式是3×16 mm2＋1×10 mm2，由于室外氣溫達(dá)到35℃，因此估計(jì)電纜的溫度在40℃（電纜溫度稍微高于氣溫）。

經(jīng)過(guò)上述的同樣方法計(jì)算，故障位置離基站1 471 m，維護(hù)人員查看電纜尺碼帶在基站的起始長(zhǎng)度為50 m，因此推算出電纜故障位置的尺碼帶為1 521 m。維護(hù)人員通過(guò)推算出的長(zhǎng)度很快查找到故障位置，查看故障位置的尺碼帶為1 514 m（故障位置旁邊1 m的尺碼帶是1 515 m），與計(jì)算結(jié)果很接近。由于架空電力電纜的故障外觀很明顯，誤差幾十米也不會(huì)影響故障的查找，這樣的誤差已完全能夠滿足維護(hù)工作的需要。

實(shí)踐證實(shí)計(jì)算方法正確，因此按照計(jì)算方法制作電纜環(huán)阻、溫度和故障距離對(duì)應(yīng)表，將提高電纜查障的速度和準(zhǔn)確度，避免煩瑣計(jì)算和計(jì)算出錯(cuò)。

4．2 實(shí)際使用誤差分析

所估計(jì)的電纜溫度越準(zhǔn)，長(zhǎng)度越接近，平均每千米每10℃的誤差將產(chǎn)生40 m左右的長(zhǎng)度誤差。

測(cè)環(huán)阻時(shí)必需用最低檔，表筆要接觸良好，還要減去表筆短連的阻值，每誤差0．1Ω將增加40 m左右長(zhǎng)度誤差。

綜合考慮阻值和溫度引起的誤差，可很好地控制在100 m以內(nèi)。

5 結(jié) 論

利用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)試電纜的環(huán)阻，結(jié)合環(huán)境溫度和電纜程式，可推算出電纜故障位置，所推算出來(lái)的結(jié)果完全能滿足維護(hù)工作所需要的精度。利用這種計(jì)算方法制作出的環(huán)阻、溫度和電纜長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)表，將提高電纜查障的速度和準(zhǔn)確度。