大截面分割導(dǎo)體直流電阻測(cè)試誤差分析與改進(jìn)

金金元， 陳朝暉， 陳建平（.浙江晨光電纜股份有限公司，浙江平湖3404；.國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，福建廈門(mén)36000）

大截面分割導(dǎo)體直流電阻測(cè)試誤差分析與改進(jìn)

金金元1， 陳朝暉2， 陳建平1
（1.浙江晨光電纜股份有限公司，浙江平湖314204；2.國(guó)網(wǎng)廈門(mén)供電公司，福建廈門(mén)361000）

主要對(duì)采用常規(guī)的側(cè)面電流輸入法測(cè)試大截面分割導(dǎo)體直流電阻易產(chǎn)生測(cè)試誤差的原因進(jìn)行了分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了一種導(dǎo)體直流電阻端面電流輸入測(cè)試新技術(shù)。對(duì)新舊兩種測(cè)試方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示端面電流輸入法對(duì)大截面分割導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試數(shù)據(jù)更穩(wěn)定，結(jié)果更真實(shí)。

大截面分割導(dǎo)體；誤差；夾具；側(cè)面電流輸入；端面電流輸入

0　引 言

電纜導(dǎo)體直流電阻是衡量電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對(duì)該指標(biāo)準(zhǔn)確地測(cè)量十分關(guān)鍵。在大截面分割導(dǎo)體直流電阻測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)采用常規(guī)外端夾具測(cè)試大截面分割導(dǎo)體直流電阻時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)性較大，測(cè)試誤差大，測(cè)試結(jié)果不真實(shí)，這是電纜行業(yè)碰到的一大技術(shù)難題。本文將分析測(cè)量方法失敗的原因，介紹一種適合測(cè)量大截面分割導(dǎo)體直流電阻的新方法。

1　V形夾具側(cè)面電流輸入法

外端V形夾具側(cè)面電流輸入法是電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)量的基本方法，測(cè)量時(shí)電流從夾具的側(cè)面流入導(dǎo)體，如圖1所示。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3048.4—2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》中5.2.3規(guī)定，采用外端夾具側(cè)面電流輸入法測(cè)量電纜導(dǎo)體直流電阻時(shí)絞合導(dǎo)體的全部單絲應(yīng)可靠地與測(cè)量系統(tǒng)的電流夾頭相連接。通常電纜生產(chǎn)企業(yè)和專業(yè)電纜檢測(cè)機(jī)構(gòu)在測(cè)量導(dǎo)體直流電阻時(shí)，所采用的試樣夾具均是V形夾具。

圖1　V形夾具側(cè)面電流輸入法

1.1常規(guī)測(cè)試方法存在的誤差

采用常規(guī)的外端V形夾具側(cè)面電流輸入法對(duì)4個(gè)大截面2500 mm2銅芯分割導(dǎo)體樣品的20℃直流電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量同一樣品，在一天內(nèi)的4個(gè)不同時(shí)間段和V形夾具不同方向（分割導(dǎo)體頂角向上、向下和向左右兩側(cè)方向）夾緊條件下進(jìn)行，測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1　采用側(cè)面電流輸入法和端面電流輸入法實(shí)測(cè)20℃導(dǎo)體直流電阻　?。▎挝唬害浮m-1）

從表1可知：（1）V形夾具夾持大截面分割導(dǎo)體的角度及方向稍微有不同，導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試數(shù)據(jù)就產(chǎn)生很大差別，例如樣品A、B、C、D的最大、最小測(cè)試數(shù)據(jù)相差分別為7.59%、6.41%、5.19%、5.19%。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，外端V形夾具側(cè)面電流輸入法測(cè)得的導(dǎo)體直流電阻數(shù)據(jù)偏差較大，存在很大的分散性和波動(dòng)性，不能完全反映導(dǎo)體真實(shí)的直流電阻。（2）4個(gè)導(dǎo)體樣品的實(shí)測(cè)截面積均大于2 490 mm2，根據(jù)長(zhǎng)期的材料控制、工藝控制及電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，所有4個(gè)導(dǎo)體樣品的20℃實(shí)測(cè)直流電阻均大于20℃標(biāo)準(zhǔn)直流電阻0.007 3 Ω/km（此數(shù)據(jù)是依據(jù)GB/Z 18890—2002產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)），測(cè)量結(jié)果顯然是不合理的。在原材料、退火軟化、單絲伸長(zhǎng)率、絞合模具均嚴(yán)格按工藝控制的情況下，如截面積為2 500 mm2規(guī)格的銅芯分割導(dǎo)體實(shí)測(cè)截面積達(dá)到2 490mm2以上，電纜導(dǎo)體20℃直流電阻理論上應(yīng)當(dāng)小于0.007 3Ω/km的標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2常規(guī)測(cè)試方法的誤差分析

對(duì)此測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了仔細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）V形夾具僅在垂直方向壓緊，且并未設(shè)有壓緊限度，隨著夾緊力的增加，導(dǎo)體線芯會(huì)發(fā)生變形，使其側(cè)面的各根單絲松開(kāi)，有時(shí)甚至各根單絲彼此脫離接觸；（2）由于異形緊壓導(dǎo)體或分割導(dǎo)體的扇形頂角角度方向不同，致使與V形夾具接觸角度不同，在接觸方向上形成了一個(gè)扭轉(zhuǎn)角度，V形夾具未能與導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)以最佳的角度緊密良好接觸，使得導(dǎo)體與V形夾具的接觸電阻偏大，電流沒(méi)有均勻流過(guò)每根單絲；（3）分割導(dǎo)體進(jìn)行切割后，導(dǎo)體斷面單絲間的間隙較大，單絲與單絲間的接觸電阻較大，無(wú)法保證測(cè)試電流均勻地流過(guò)每根單絲。

上述幾個(gè)原因?qū)е聦?dǎo)體直流電阻測(cè)量數(shù)據(jù)的分散性和波動(dòng)性較大，使導(dǎo)體直流電阻測(cè)量結(jié)果存在較大誤差。因此外端V形夾具側(cè)面電流輸入法只適合測(cè)量單線、實(shí)心線或常規(guī)的緊壓圓形結(jié)構(gòu)導(dǎo)體直流電阻，不太適合測(cè)量大截面分割導(dǎo)體。

2　端面夾具電流輸入法

為了能夠準(zhǔn)確地測(cè)量大截面分割導(dǎo)體直流電阻，對(duì)各種電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)地分析、對(duì)比和研究，最后發(fā)現(xiàn)采用端面電流輸入法測(cè)得的導(dǎo)體直流電阻結(jié)果穩(wěn)定可靠，可體現(xiàn)導(dǎo)體直流電阻的真實(shí)情況。我們?yōu)槎嗣骐娏鬏斎敕▽ｉT(mén)設(shè)計(jì)了一種新型的端面夾具，測(cè)試電流通過(guò)電流引線直接從端面夾頭均勻地進(jìn)入導(dǎo)體的端面，可真正保證測(cè)試電流最大限度均勻地流過(guò)每根單絲。圖2為設(shè)計(jì)的端面電流輸入法的測(cè)試照片，端面電流輸入法測(cè)試電纜導(dǎo)體直流電阻時(shí)，端面電流輸入夾具是夾在電纜導(dǎo)體的端面位置。

圖2　端面電流輸入法

2.1端面電流輸入夾具結(jié)構(gòu)

端面電流輸入夾具的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

該夾具中心部位有16根沿圓周均勻排布的紫銅針（頂尖），每根直徑為（2.4±0.2）mm，長(zhǎng)度為12 mm。這些頂尖可與大截面導(dǎo)體端面實(shí)現(xiàn)彈性接觸，且彈力可調(diào)。根據(jù)頂尖與導(dǎo)體端面接觸情況，通過(guò)擰緊外端圓形調(diào)節(jié)螺母，可使頂尖與導(dǎo)體端面達(dá)到緊密接觸。大截面導(dǎo)體是由多根單絲經(jīng)絞合并且按模具形狀緊壓而成的一種扇形、瓦楞形或預(yù)扭扇形形狀導(dǎo)體，單絲之間肯定會(huì)有一些間隙，但這些間隙并未影響頂尖與導(dǎo)體端面的緊密接觸。這是因?yàn)樵跀Q緊外端圓形調(diào)節(jié)螺母時(shí)，夾具中的多根頂尖將會(huì)進(jìn)入導(dǎo)體間隙部分，仍可保證夾具上的頂尖與導(dǎo)體緊密接觸，減少接觸電阻。鑲嵌紫銅針模塊的外端部分通過(guò)銅螺栓與測(cè)試電流引線連接，測(cè)試時(shí)電流就是通過(guò)引線進(jìn)入紫銅針連接部位再流入導(dǎo)體端面（四周各根單絲），然后均勻流過(guò)整個(gè)導(dǎo)體，這樣有效減小了夾具與導(dǎo)體的接觸電阻。為了保證測(cè)試時(shí)導(dǎo)體的徑向拉緊度，電位夾具仍然采用原有夾具，使導(dǎo)體在同一平面拉緊并保持水平狀態(tài)，夾緊后能確保導(dǎo)體不松動(dòng)。

2.2兩種測(cè)試方法的數(shù)據(jù)對(duì)比

采用端面電流輸入夾具結(jié)合端面電流輸入法對(duì)上述4個(gè)大截面2 500 mm2銅芯絞合導(dǎo)體樣品的20℃直流電阻每隔2 h進(jìn)行測(cè)量（主要考慮測(cè)試數(shù)據(jù)是否具有重復(fù)性），測(cè)量結(jié)果如表1所示。

從表1中可知，所有4個(gè)導(dǎo)體樣品的20℃實(shí)測(cè)直流電阻均小于20℃標(biāo)準(zhǔn)直流電阻（0.007 3Ω/ km），且測(cè)得的數(shù)據(jù)波動(dòng)性和分散性均較小，例如樣品A～D的最大、最小測(cè)試數(shù)據(jù)相差分別為1.39%，這比外端夾具側(cè)面電流輸入法測(cè)得的數(shù)據(jù)差值至少小了6.6%以上?？梢?jiàn)測(cè)量結(jié)果較為真實(shí)可靠，同時(shí)也符合相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的判斷。因此，采用新設(shè)計(jì)的端面電流輸入夾具結(jié)合端面電流輸入法測(cè)量大截面分割導(dǎo)體直流電阻是可行的。

2.3新測(cè)試裝置的確認(rèn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證端面電流輸入法測(cè)量大截面分割導(dǎo)體直流電阻結(jié)果是否真實(shí)可靠，我們專門(mén)委托國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心和中國(guó)電力科學(xué)研究院電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行了復(fù)核測(cè)試。經(jīng)過(guò)大量測(cè)試數(shù)據(jù)匯總對(duì)比分析后，上述兩家專業(yè)電線電纜檢測(cè)機(jī)構(gòu)認(rèn)為端面電流輸入法的測(cè)試數(shù)據(jù)波動(dòng)性和分散性較小，測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。為此，我們將導(dǎo)體直流電阻端面電流輸入測(cè)試技術(shù)及測(cè)試裝置申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專利，所設(shè)計(jì)的“電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)試裝置”已獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利證書(shū)，專利號(hào)為ZL 201210070556.9。

圖3　端面電流輸入夾具的結(jié)構(gòu)剖視圖

3　結(jié) 論

由于大截面分割導(dǎo)體與側(cè)面夾具的接觸界面較難控制在最佳狀態(tài)，接觸電阻偏大，在側(cè)面電流輸入法檢測(cè)導(dǎo)體直流電阻時(shí)，很難真正保證測(cè)試電流最大限度地流過(guò)每根單絲，因而致使采用常規(guī)的V形側(cè)面電流輸入法測(cè)試大截面分割導(dǎo)體直流電阻易產(chǎn)生測(cè)試誤差，最終導(dǎo)致了測(cè)量結(jié)果的不真實(shí)。

端面電流輸入夾具結(jié)合端面電流輸入法可以準(zhǔn)確地測(cè)量大截面分割導(dǎo)體直流電阻，測(cè)得的導(dǎo)體直流電阻數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，波動(dòng)性和分散性小，解決了行業(yè)的一大技術(shù)難題，對(duì)電纜產(chǎn)品質(zhì)量控制具有重要意義。

［1］ 金金元.直流電阻測(cè)試誤差的原因分析及改進(jìn)［J］.農(nóng)村電氣化，2011（12）：27-28.

［2］ 金金元.大規(guī)格異形緊壓導(dǎo)體直流電阻的測(cè)試［J］.光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2013（2）：11-13.

［3］ 吳長(zhǎng)順，林培璟.電線電纜產(chǎn)品檢驗(yàn)手冊(cè)［Z］.上海：國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，2004：44-49.

［4］ 張繼鵬，石 欣.導(dǎo)體直流電阻測(cè)試的一些改進(jìn)措施［G］//歷年電線電纜報(bào)技術(shù)資料匯編.上海：上海電纜研究所，2008：146-147.

［5］ GB/T 3048.4—2007 電線電纜電性能試驗(yàn)方法第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)［S］.

Error Analysis and Improvement of Large Sectional Conductor DC Resistance Measurement

JIN Jin-yuan1，CHEN Chao-hui2，CHEN Jian-Ping1
（1.Zhejiang Chenguang Cable Stack Co.，Ltd.，Pinghu 314204，China；2.Stale Grid Xiamen Power SuPPly ComPany，Xiamen 361000，China）

By analyzing the reson vhy it is easy to occur deviation when testing the DC resitance of sPlit large crosssection conductor by regular side-face current inPutmethod，we innovatively find a new DC resitance testing technology of conductor called end-face current inPut.ComPared and contrast these twomethods by data analysis，the result shows that the testing data of sPlit large cross-section conductor ismore steady and the testing result ismore accurate by end-face current inPutmethod.

large cross section conductor；error；fixture；side current inPut；end current inPut

TM247

A

1672-6901（2016）02-0026-03

2015-05-05

金金元（1966-），男，高級(jí)工程師.

作者地址：浙江平湖市獨(dú)山港鎮(zhèn)白沙灣［314204］.