淺談電纜導體直流電阻試驗檢測的優(yōu)化措施*

馬玉翠，楊騰飛，馬寶君，李 政

(甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 引言

電纜是傳遞電能最重要的物質(zhì),其性能指標嚴重影響到電力系統(tǒng)的損耗與正常運行。而電纜的導體直流電阻是其非常重要的性能指標,關系到供配電系統(tǒng)的電能損耗、電纜載流量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。因此,對電纜導體直流電阻參數(shù)實行科學而又嚴謹?shù)脑囼灆z測,并且最大限度地降低測量誤差,可在使用方進行電纜的質(zhì)量評定時為其提供準確的依據(jù),進而提高用電線路的安全可靠性。本文針對目前試驗檢測過程中出現(xiàn)的問題,分析了電纜導體直流電阻測量誤差產(chǎn)生的原因,并提出一些措施建議,以期能進一步地改善測量結果的準確性和科學性。

1 導體直流電阻測量原理

電阻的測量方法主要有歐姆法、伏安法、單表法、電橋法。金屬導體材料的直流電阻一般用伏安法測量,伏安法雖然簡便,但測量誤差較大,因此電纜的導體直流電阻通常采取電橋法測量。單臂電橋的測量范圍為1 Ω～100 Ω及以上,雙臂電橋的測量范圍為(2×10-5～99.9) Ω[2],鑒于在試驗室取樣測量的有效長度為1 m,電纜被測電阻通常情況下在1 Ω以下,因此電纜選用雙臂電橋組成的測量裝置,測量原理見圖1。

圖1 雙臂電橋測量原理圖

圖1中,R1～R4為電橋橋臂電阻,r1～r4為引腳電阻,Rx為被測電阻,RN為標準電阻,r為跨線電阻,G為檢流計,E為直流電源,K為直流電源開關。當引腳電阻r1、r2、r3、r4足夠小且可以忽略時,被測電阻的計算公式為[3]:

(1)

當R1R3=R2R4時,被測電阻的計算公式可簡化為:

(2)

2 影響電阻試驗檢測示值的因素分析

導線的直流電阻R可用下式來計算:

(3)

其中:ρ為導體材料的電阻率;L為導體長度;S為導體的截面積。

電阻率由導體的材料與溫度決定,標準20 ℃下的導體相對電阻率為:

(4)

其中:ρ20為20 ℃下導體的相對電阻率;Rt為t℃時樣品電纜的實測電阻值;α20為導體材料20 ℃時的電阻溫度系數(shù);t為測量時的導體溫度。

結合式(3)、式(4)可知,電阻受導體材料、長度、截面積、溫度等的影響,因此,以下從測試樣品、測試環(huán)境兩個方面對影響導體直流電阻示值的因素進行分析。

2.1 測試樣品

測試樣品的質(zhì)量將直接影響到電纜導體直流電阻的測試結果,樣品的質(zhì)量主要受制于其材質(zhì)、氧化程度與處理方式。在氧化程度方面,電纜樣品特別是鋁制樣品在長期堆積等情形時會加重電纜的氧化現(xiàn)象。在樣品的處理方式方面,主要體現(xiàn)在長度、截面積、彎曲程度等。首先,夾具兩端的電位計與電流計之間也需20 cm,考慮一定的冗余量,因此一般取樣在1.40 m～1.45 m;其次,在試樣制備過程中剝除電纜覆蓋物時可能會損傷導體,尤其對于截面積較小或者多股絞合的導體,測試結果受影響更大[4];最后,電纜盤的存在對彎曲半徑有一定的影響,特別是大截面的電纜,在電纜樣品接入測試系統(tǒng)前難以做到完全的試樣拉直,導致測試結果偏大[5]。

2.2 測試環(huán)境

測試環(huán)境的保證主要從溫濕度進行把控。從式(3)、式(4)中可知,溫度對測試結果有著間接的影響,文獻[6]指出,溫度是造成電阻值波動的最重要的因素;另外,高溫高濕會加速導體的氧化?，F(xiàn)階段大多數(shù)試驗檢測機構主要依靠空調(diào)和除濕機工作來改變環(huán)境的溫度和濕度,以滿足試驗檢測環(huán)境要求,但是要保持溫濕度的恒定需要考慮檢流計滑動、試樣溫度隨環(huán)境溫度變化滯后等因素。

3 保證測試結果準確的措施

根據(jù)上一節(jié)影響電阻試驗檢測示值的因素,結合全面質(zhì)量管理理論,以下從人員、設備、制樣、方法、環(huán)境五個方面分析保證導體直流電阻測試結果準確的具體措施。

3.1 做好人員管理

在日常的試驗檢測工作中,測試人員須嚴格執(zhí)行相關規(guī)范標準,并規(guī)范培訓學習,做好專業(yè)技能的提升和知識儲量的更新。

3.2 測試設備的改進和保養(yǎng)

基于2.2節(jié)提到的各類電橋夾具的不足之處,相關試驗檢測機構通常采取如下措施:

(1) 將夾具與線芯的端部盡可能地貼緊,或?qū)㈦娏髦苯咏?jīng)過連接位置以降低誤差。相關研究顯示,銅芯電纜測量時的電流應盡量不大于1 A。

(2) 采用端部焊接的方式以降低接觸電阻。當導體橫截面積較大時,建議使用相同規(guī)格的鋁壓接頭壓接以確保接頭和導體之間的良好接觸[7]。

(3) 電位電極應考慮將軟細銅絲在銅絞線外緊密纏繞數(shù)圈后打結,以避免松脫,再把軟細銅絲接入電橋測試。

3.3 規(guī)范制樣流程

試樣的制備流程如下:①要截取規(guī)范GB/T 3048.4-2007中規(guī)定的長度,特別要注意大截面鋁導體試樣長度的把控;②在去除電纜樣品端部與測試系統(tǒng)連接處的絕緣層以露出電纜導體時,一般使用小型刀具、少量多次地剝開絕緣層;③為確保兩電位端之間試樣長度的有效性,在矯直或者拉直試樣時,不能導致電纜樣品橫截面的扭曲變形,也不應該造成電纜樣品伸長,對于軟導體應防止導體斷絲;④試樣須在試驗檢測環(huán)境中放置足夠長時間,使之達到溫度平衡。

3.4 測試方法的把控

測試時應使用電流換向法,并測量兩次取均值,如此一來可抵消接觸電勢與熱電勢的影響;與此同時規(guī)定在達到系統(tǒng)靈敏度時,測試電流應盡可能地選擇小的電流,以避免系統(tǒng)發(fā)熱。在得到測試結果后,需對測試結果進行正確地修約處理以及換算到標準20 ℃時每公里長度的電阻值。

3.5 合理控制測試環(huán)境

對試驗檢測環(huán)境的要求是恒溫恒濕,如果沒這個條件,應考慮空氣流動度小、相對封閉、濕度不宜過大的房間。在測試過程中,為規(guī)避環(huán)境溫度變動可能導致測量結果的波動,應該在環(huán)境溫度真正穩(wěn)定之后再進行測試。整個試驗期間應減少人員出入,避免開窗。

4 結語

本文分析了影響電纜導體直流電阻試驗檢測示值的因素,并從人員、設備、制樣、方法、環(huán)境五個方面提出了試驗檢測的保證和改進措施。