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电线电缆职业技能培训第二章电性能检测 王卫东2013 05 第一节导体电阻检测 一 成品电线电缆导体电阻测量成品电线电缆的导体电阻测量方法标准 GB T3048 4 2007 电线电缆电性能试验方法导体直流电阻试验 原标准为GB T3048 4 1994 导体电阻测量方法的演变 以及每种测量方法存在的问题伏安法 电流表 外接法 电流表指示值包含了电压表的分流 测量值小于真值 电流表 内接法 电压表指示值包含了电流表的压降 测量值大于真值 导体电阻检测 导体电阻检测 电桥法 单臂 惠斯登 电桥消除了内接 外接法的系统误差 但导线电阻 接触电阻会影响测量结果 0 1 以下时 影响不能忽略 导体电阻检测 电桥平衡原理 四个桥臂分别为电阻R1 R2 R0和Rx 对角A和C之间连接电源E和限流电阻RV 对角B和D之间连接检流计G 调节R0使B D两点的电位相等 这时检流计指零 即 桥 上无电流通过 电桥达到了平衡 导体电阻检测 双臂 开尔文 电桥 消除了导线电阻 接触电阻的影响 可用于小电阻测试 导体电阻检测 电桥平衡原理 将电桥两对比率臂 R1 R2和R 1 R 2 采用双十进的电阻箱 两个比率相同的十进电阻的转臂连接在一转轴上 因此在转臂的任一位置都能保证满足R1 R2 R 1 R 2这一条件 由于这种桥式电路具有两对电阻臂 因此称作双臂电桥 导体电阻检测 测量范围GB T3048 4规定双臂电桥的测量范围应控制在1 及以下 单臂电桥的测量范围是100 及以上 1 99 9 试件采用单臂电桥或双臂电桥都可以 导体电阻检测 测量方法 四端测量夹具四端夹具的外侧一对为电流电极 内侧一对为电位电极 电极与试样接触的宽度应不大于试样测量长度的0 5 每一端的电位电极与电流电极夹头间距不应小于被测试样断面周长的1 5倍 以保证试样中电流密度的均匀分布 注意 电位电极之间的距离是1米 它代表了被测试样的长度 导体电阻检测 测量方法 标准电阻 直流电源 检流计一般情况下选择0 01 0 001 的标准电阻 无论是哪个等级的标准电阻 都必须进行计量检定 它直接影响到测量的准确性 另外标准电阻的保存也应注意 长期暴露在空气中会影响其阻值 QJ57型等便携式的电桥 可以用外接直流电源 也可以用安装在本体内部的干电池 对于QJ19或QJ36型等电桥测试装置必须配备直流电源 检流计灵敏度要高 一般选择AC15 6型检流计 导体电阻检测 测量方法 样品制作 取样GB3048规定要求从被试电线电缆上切取长度不小于1米的试样 或以成盘 圈 的电线电缆作为试样 去除试样导体外表面的绝缘 护套或其他覆盖物 也可以只去除试样两端与测量系统相连接部的覆盖物 露出导体 夹具两电位夹头之间的距离为1米时 样品只要截取1 4米即可 导体电阻检测 测量方法 样品制作 注意事项对于短样 严格讲不能全部去除试样导体外表面的绝缘 护套或其它覆盖物 只能去除试样两端和测量系统相连接部位的覆盖物 露出导体 两端大约300mm长的覆盖物被剥除 两电位电极之间大约留有700 800mm长样品的外护层不能剥除 在剥除覆盖物的时候 不能损伤导体 特别是小截面导体和多股绞合的柔软导体 如果不小心很容易损伤导体 导体电阻检测 测量方法 样品制作 大截面铝导体对于大截面铝导体 在制作样品时应注意其特殊性 规定在进行型式试验和抽样试验时 推荐采用试样长度 截面95 185mm2取3m 截面240mm2及以上取5m 有争议时 截面185mm2及以下取5m 截面240mm2及以上取10m 在测量大截面铝导体时 不仅取样时有区别 而且在样品端部也应采取一定的措施 推荐铝绞线的电流引入端子采用标称截面与试样相同的铝压接头 铝鼻子 并按常规压接工具压接 以保证压接后的导体与接头融为一体 其电位电极应采用直径0 7 1 0mm的软铜丝在绞线外紧密绕两圈后打结 以防松动 导体电阻检测 测量方法 样品制作 现场测量生产现场进行导体电阻测量 被测试品两端处理同短样是一致的 由于试品较长 被测电阻较大 一般采用单臂电桥的连接方式进行测量 导体电阻检测 测量方法 样品制作 端部处理任何试样在接入测量系统前 应预先清洁其连接部位的导体表面 去除附着物 污秽和油垢 连接处表面的氧化层应尽可能除尽 如果试样表面有附着物 污秽和油垢 一般用酒精进行清洗 如果表面有轻微氧化层 可用浓度较小的稀盐酸 体积比5 10 进行处理 但不能过分清洗 特别是大截面的多股软结构导体 五或六类导体 例如电焊机电缆 导体端部容易氧化 在测量其直流电阻时应引起注意 导体电阻检测 测量方法 测量步骤1 连接方式用单臂电桥测量时 有两个夹头连接被测试样 用双臂电桥或其它电阻仪器测量时 用四个夹头连接被测试样 2 测量误差电阻测量误差 例行试验应不大于2 仲裁试验应不大于0 5 试样长度测量误差 长度测量应在二电位电极之间的试样上进行 测量误差应不超过 0 5 导体电阻检测 测量方法 夹头与试样连接处的注意事项绞合导体的全部单丝应可靠地与测量系统的电流夹头相连接 所以对于较大截面的试样应采取压接接头的方式 使得每根单丝表面氧化层被压破 增加电气接触能力 电流从接头上的接线端引入 最大限度地使电流流过每根单丝 对于两芯及以上成品电线电缆的导体电阻测量 单臂电桥二夹头或双臂电桥的一对电位夹头 夹具的里面一对 应与测量长度的实际标线相连接 这样保证测得的电阻值是测量长度上的电阻值 在旋动电流电极和电位电极时旋转力应适中 对于较小截面的试样 旋转力不要太大 导体电阻检测 测量方法 测量与读数闭合直流电源开关 平衡电桥 检流计的指针指向零 读取读数 记录至少四位有效数 当试样的电阻小于0 1 时 应将图2 4或图2 5中开关St换向 用相反方向电流再测量一次 读取读数 最后取二次读数的平均值 导体电阻检测 测量方法 测量时的注意事项1 温度测量问题GB3048中规定 为使导体温度与试验环境温度达到平衡 试样应在试验环境中放置足够长的时间 一般应放置2小时以上 这样只要测量环境温度就能代表导体的温度 在这里应注意 在整个样品放置的温度平衡期间 环境温度的变化应不大于 1 GB T3956 电缆的导体 中规定温度校正系数Kt在5 35 即在此温度区间都可以测量 导体电阻检测 测量方法 测量环境温度时 温度计应离地面至少1米 离试样应不超过1米 且二者应大致在同一高度 导体电阻检测 测量方法 计算公式 根据47页表2 1 可以用下式计算20 时的导体电阻 此温度系数计算式为近似公式 导体电阻检测 测量方法 铜或铝更精确的温度校正系数公式是 导体电阻检测 测量方法 测量时施加电流的问题在测量中施加电流大小的问题 应综合考虑 从测量误差分析 电流愈大愈好 能减小测量误差 但电流过大又使导体发热 对测量有影响 为此标准中规定对于细微导体电阻进行测量时 要防止电流过大而引起导体升温 推荐采用电流密度 铝导体应不大于0 5A mm2 铜导体应不大于1 0A mm2 导体电阻检测 测量方法 大截面铝导体测量问题使用电工铝和单线直径符合标准规定的铝单线制成的大截面铝绞线 其实测值往往大于标准规定 造成误判 测量时如果绞线与电流夹头不均匀地接触 而且各单线表面都包有一层电阻很大的氧化铝膜 导致测量电流在绞线的各单线中极不均匀地分布 位于绞线外层的某些单线只分配到极少的电流 其电位差当然很低 要使测量正确 不仅要求电流电极能与被测试样紧密 均匀地接触 而且要求电位电极也能紧密而且均匀地与被测试样接触 导体电阻检测 测量方法 正确引入电流的方式 采用标称截面与试样相同的铝压接头 铝鼻子 并按常规压接工具压接 以保证压接后的导体与接头融为一体 使铝鼻子内的绞线各单丝表面的氧化膜破裂 端头被压成紧密接触的实体 使铝鼻子与绞线 绞线内的单丝与单丝间的接触电阻大大减小 电流从铝鼻子上电流接线端直接引入 于是电流能均匀地分配到各单线中 另外研究表明在绞线两端电流引入处附近加压一个铝环 就能起到均匀电流的作用 如把均流环加到两电位电极之间 则会加大被测导体的截面 从效果来看 均流环加在电流电极和电位电极之间最有效果 加在两电流电极之外效果差些 距电流电极越远 效果越差 导体电阻检测 测量方法 试样端头处理 大截面铝导体试样两端必须压铝鼻子 压接前如果端头污染或表面严重氧化 应用5 的稀盐酸加少量洗洁精浸泡5分钟 再用清水将端头内的酸洗净 铝鼻子必须与绞线紧密配合 对扇形线芯更需周密 以保证压接后的导体能融为一体 电位电极制作最好用 0 7 1 0mm的软铜线在绞线外紧密绕两圈 它与铝鼻子端的距离不得小于试样周长的1 5倍 导体电阻检测 测量方法 结果计算或 20 温度系数 铜导体为0 00393 铝导体为0 00403 数字修约我们从表2 3中可以看出导体电阻的标准要求有效数字位数都是三位 试验方法标准中规定 计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定的一致 为此我们在进行计算和读数时应采用四位有效数字 然后修约到三位 导体电阻检测 测量方法 导体标称截面与电气有效截面的关系平时我们一直讲导体的标称截面是多少 而当导体直流电阻满足要求的时候 实际导体的截面积不一定与标称截面相符合 其实作为导线截面 原则上给定的不是几何的 而是电气有效截面 它通过电阻测试而求得 所以应注意 截面值是国家和国际规范 型号缩写 表和相同额定值所给定的 由于各个导线种类的不同结构和加工影响 其直流电阻与单位长度电阻的额定截面和标准值中得出的值是不相符的 所以在表2 3中为各个导线种类所列单位长度直流电阻对于电缆检验和导线截面的测定是决定性的 导体电阻检测 测量方法 铝导体与铜导体的比较与铜相比在相同质量时铝的体积是铜的3 3倍 电阻值相同时的截面是铜的l 6倍 载流量相同时的截面是铜的1 5倍 电阻值相同时的质量则仅为铜的一半 因此铝芯线的电缆明显较轻 导体电阻检测 测量方法 导体结构选择原则 1 对于电线如用于固定敷设的 只在敷设时因电线弯曲才出现机械负载 所以截面在10mm2以下主要使用单线 截面大于10mm2使用多股导线 如用于连接位置变动的用电器的电线 因为这种电线必须很柔韧 所以所有截面的这种电线均采用细导线 如果要求有特别好的活动性 比如用于焊条夹具的连接线使用极细结构的绞合导线 导体电阻检测 测量方法 导体结构选择原则 2 对于细或极细导线 由单根导线扭绞的绞线组成 较大截面的导线为分层绞合而成 对于机械负载性能和柔韧性而言 除单线直径外 导线的绞合有着特殊的意义 绞合股和绞线的节距越短 活动性和交互弯曲强度越高 绞线各层的单股绞线可以以相同的方向绞合 层相同节距 或者层层更换绞合方向 层交叉节距 金属导体材料电阻率测量 GB T3048 2标准中规定了具体的试验方法 它适用于测定实心 非绞合 铜 铝及其合金金属导体材料的体积电阻率和质量电阻率 以及测定实心金属导体材料 均匀截面积 的单位长度电阻 也可适用于测定金属电阻材料的体积电阻率 质量电阻率和单位长度电阻 适用于0 01 2 0 mm2 m范围内电阻率测量 体积电阻率 单位长度 单位截面积的导体电阻单位 mm2 m 质量电阻率 单位长度和单位质量导体的电阻单位 g m2 单位长度电阻 金属导体材料电阻率测量 金属导体材料电阻率测量 截面积测量如果是较规则的试样 其截面积可以合理地从线性截面尺寸计算得出 测定尺寸应沿试样的计量长度以大约相等的间距至少测量五次 计算出算术平均值 平均值的标准偏差与平均值自身的比值应不大于 0 15 截面比较复杂的试样 当从直接测量并计算出的平均截面积的误差超过0 15 时 截面积应按下式确定 绝缘电阻检测 GB T3048 5绝缘电阻 体积电阻 表面电阻测试设备 检流计比较法 电压 电流法 成品采用摇表法 平板三电极系统 电极材料条件处理测量 计算 绝缘电阻检测 成品电缆绝缘电阻测量第一种测量线芯与线芯之间的绝缘电阻 第二种测量绝缘线芯的绝缘电阻 第三种测量电线电缆产品的表面电阻 绝缘电阻检测 线芯与线芯间的绝缘电阻测量测量都是在空气中进行样品制作试样的有效长度应不小于10米 试样两端绝缘外的覆盖物应小心地剥除 注意不得损伤绝缘表面 尽可能成圈 试样端部绝缘部分露出护套的长度应不小于100mm 露出的绝缘表面应保持干燥和洁净 绝缘电阻检测 接线方式对于单芯样品 如果有金属护套 屏蔽层或铠装层 导体接测量极 其金属层接高压极 如无金属层 应根据产品标准规定进行测量 如无规定可以采用附加电极的办法进行测量 例如在试样的外表面缠绕金属箔或绕在金属棒上进行测量 接线方式同前 对于多芯样品 每根线芯都应进行测量 接线方式为每个导体对其余线芯与金属套或屏蔽层或铠装层 被测线芯接测量极 其他芯与金属层接高压极 绝缘电阻检测 防干扰处理有些产品的成品绝缘电阻很高 往往在测量时会受到外界的干扰 如空间电磁场 静电感应等的影响 数据很难测准 为此应专门设计一个试验装置 消除此影响 方法是这样 用铁皮加工一个金属箱 测量时将样品放入其中 在箱内底部放上绝缘性能较好的聚四氟乙烯板 样品放在此板上 测量极和高压极通过同轴电缆从箱内引出 同轴电缆的屏蔽层与金属箱相连 金属箱与测试仪器的接地旋钮相连后接地 测量时将金属箱合上 这样就起到防干扰的作用 必要时在试样两端绝缘表面上加保护环 保护环应紧贴绝缘表面 并与测量系统的屏蔽相连接 绝缘电阻检测 测量环境处理有些产品规定高温下绝缘电阻要求 例如100 或200 因此应在此高温下测量绝缘电阻 方法是将样品放入烘箱中 由烘箱提供高温环境 在高温下测量绝缘电阻时应注意 在高温环境中要放置足够的时间后才能可以检测 一般至少要放置1小时以上 无论是测量极用引接线还是高压极用引接线都必须考虑耐高温问题 以免影响测量结果 烘箱要求足够的容积 以保证样品的端部与烘箱壁之间有足够的距离 绝缘电阻检测 电阻测量样品与测试仪器连接好后 根据仪器的操作说明进行设备操作 测量时充电时间应充分 以达到基本稳定 除在产品标准中另有规定者外 充电时间为1分钟 然后测量读数 如果在同一个试样上进行重复测量 应使试样短路 放电时间应不少于试样充电时间的四倍 结果计算Rt Rx L计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定一致 绝缘电阻检测 绝缘线芯的绝缘电阻测量测量绝缘线芯的绝缘电阻 往往都是将电缆外护套剥除 对每一根绝缘线芯进行绝缘电阻测量 而且都是将样品放入水中 样品的导体作为一个电极 水作为第二电极 同时又能提供温度环境 水的温度由产品标准规定 绝缘电阻或绝缘电阻常数 都是用此方法进行测量 两者是一致的 绝缘电阻检测 样品制作除产品标准另有规定者外 试样的有效长度应不小于10米 试样两端绝缘外的覆盖物应小心地剥除 注意不得损伤绝缘表面 尽可能成圈 试样端部绝缘部分露出护套的长度应不小于150mm 必要时在试样两端绝缘表面上加保护环 保护环应紧贴绝缘表面 接线方式浸入水中时 试样两上端露出水面的长度应不小于250mm 导体接测量极 水接高压极 如有保护环 应与测量系统的屏蔽 或地 相连接 绝缘电阻检测 电阻测量样品放入恒温水浴中 要有足够的时间 一般是当恒温水浴的温度达到规定温度后二小时方能开始测量 要恒温二小时以上 样品的端部应避免受到水蒸汽的影响 样品与测试仪器连接好后 根据仪器的操作说明进行设备操作 测量时充电时间应充分 以达到基本稳定 除在产品标准中另有规定者外 充电时间为1分钟 然后测量读数 如果在同一个试样上进行重复测量 应使试样短路 放电时间应不少于试样充电时间的四倍 绝缘电阻检测 结果计算根据线芯间绝缘电阻计算公式可以计算绝缘电阻 应注意此时的长度为样品浸在水中的有效长度 如果标准规定的是绝缘电阻常数 按下式计算 计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定一致 绝缘电阻检测 影响绝缘电阻大小的因素 1 材料本身的原因当绝缘材料内部含有杂质时 使绝缘内部增加了导电的离子 绝缘电阻肯定会下降 因此绝缘材料在生产 运输等过程中尽量减少杂质的进入 2 材料的存储原因当材料存储不当 使绝缘材料受潮 受潮后由于水分的渗入 同样也使绝缘内部增加了导电的离子 绝缘电阻随含水量的增加而明显下降 此种情况也出现在成品电缆中 例如电缆端头密封措施不够 长期暴露在空气中 空气中潮气也会进入到电缆内部 甚至绝缘体内和绝缘表面 当用摇表测量绝缘电阻时 其值也会下降 绝缘电阻检测 3 结构偏离要求造成的原因绝缘结构的绝缘电阻大小不仅与绝缘材料有关 而且与绝缘结构有关 如果在生产过程中 造成绝缘平均值偏薄或某处偏薄 那么整个绝缘结构的绝缘电阻会偏小 例如电线在生产过程中 由于设备控制等原因造成绝缘偏心 其绝缘电阻会下降 绝缘电阻检测 4 测试技术造成的原因保护电极 保护环 的使用在测量材料的体积电阻时 在测量极和高压极之间使用了保护电极 保护电极的作用是将试样的表面电流截住使之流回电源而不经过测量仪器 这样测得的电流仅是通过试样的体积电流 在测量成品电线电缆绝缘电阻时 要根据具体情况决定是否要施加保护电极 如果测得的绝缘电阻较小或对测得的结果有疑义时 应该使用保护电极 保护电极应紧贴绝缘表面 使用铜箔或铝箔或较细的铜丝进行制作 测量时保护电极与测量系统的屏蔽 或接地点 相连接 绝缘电阻检测 极化电荷的影响在直流电场中介质与电极的分界面上积蓄有极化电荷 同时在电极上也增加了相应的自由电荷 当外电场去除后 极化电荷逐渐消失 但往往需要很长时间才能完全消失 这时若将试样电极两端短接 电极上的电荷随极化电荷的消失而慢慢减少 因此如因试样带有剩余电荷而造成测量结果有明显差异时 必须先进行充分放电 对于这类试样 无论是第一次测量还是重复测量 均需充分放电 绝缘电阻检测 外来电势的影响在绝缘电阻测试线路中 很难避免存在各种外来电势 如热电势 接触电势 电解电势及其他感应电势等 这些电势数值一般都不大 但在高阻测量中 它们就可能造成不可忽略的误差 由于外来电势的影响随各种情况而改变 因此必须经常检查 检查方法 接好试样和所有接线 开关都置于测量时的相应位置 只是不加直流高压电源 将仪器灵敏度调到最高 若指示器指针没有偏转 则为正常 由于有些外来电势是在测量过程中产生的 因此在测量完毕后 还要再进行一次检查 绝缘电阻检测 温度的影响无论是测量常温下的绝缘电阻还是测量工作温度下的绝缘电阻 在测量之前都要确认测量时试样的温度 试样内部的温度 要与要求的温度一致 即达到温度平衡 因此试样放置在测试温度环境中的时间要足够长 一般二小时左右 充电时间的影响在GB T3048中规定除产品标准中另有规定者外 充电时间为1分钟 对于有些材料1分钟可能不一定满足要求 无论何种绝缘材料当加上直流电压后 就会有三种电流通过 即瞬时充电电流Ic 吸收电流Ip及泄漏电流Ig 但随时间逐渐下降 最后趋向一个稳定值Ig 我们最终测量的是泄漏电流Ig 它代表的是绝缘电阻电流 所以只有当电流达到稳态时 测得的绝缘电阻才是真实值 如果过早地开始测量 测得的电流值偏大 对应的绝缘电阻值偏小 绝缘电阻检测 绝缘电阻与温度的关系在GB T3048标准中提到绝缘电阻温度校正系数由专门的文献给定 其实这是一个比较复杂的问题 与绝缘材料密切相关 根据目前现有的技术资料所查 至今尚未见到可作为标准依据的相关规定 但是经过众多科技工作者的实践经验的积累 己经掌握了部分绝缘材料的温度换算系数规律 但不能作为标准要求 因为同一种绝缘材料 其配方略有变动 绝缘电阻随温度之间的关系就会发生变化 P71表2 10是成盘电缆绝缘电阻温度换算系数 只能作为参考 交流耐压测试 GB T3048 8 电线电缆电性能试验方法交流电压试验 标准中规定了交流电压试验的试验设备 试样准备 试验步骤 试验结果等 相电压电缆设计用的导体对地或金属屏蔽之间的额定工频电压叫相电压 通常用U0表示 线电压电缆设计用的导体间的额定工频电压叫线电压 通常用U表示 交流耐压测试 线路电压在正常平衡线路上 电缆绝缘承受相电压 对于中性点接地系统 它等于 对于中心点非有效接地系统 经消弧线圈接地 一般限制消弧线圈上压降不超过相电压的15 因此它的最大工作相电压为 以最大工作电压为15kV交联聚乙烯绝缘电力电缆为例中 中性点接地系统最大工作相电压为 中性点经消弧线圈接地 最大工作相电压为 交流耐压测试 电线电缆产品交流电压试验试验电压的产生在电线电缆行业中所使用的试验电源有二种方式产生 一种是用一般的调压器和升压变压器产生所需的试验电压 此种方式适合于试验电压不高 容量较小的试验 例如变压器的最高输出电压50kV 最大输出电流15A 可用于1kV及以下产品的例行试验 另一种方式就是大家比较熟悉的串联谐振方式产生试验电压 交流耐压测试 交流耐压测试 试验水槽作用 提供第二电极 对于低电压电线电缆在进行抽样试验或型式试验时 只要使用较小的水槽即可 容积能使样品完全浸入水中为准 最好是用金属容器为宜 对于单芯电缆 例如架空绝缘电缆 要进行例行试验 必须要有较大的水槽才能满足要求 因此往往在例行试验室内建一个较大的地坑作为单芯电缆例行试验的第二电极 水槽 水槽的三维尺寸要能使电缆盘中所有电缆能浸入水中 交流耐压测试 试验终端进行耐电压试验时是否要使用终端 取决于试验电压的高低 一般情况下试验电压小于30kV的试验不需要试验终端 是由于此电压在空气中电缆端部有电晕放电 但不会引起表面滑闪 对于试验电压高于此值 建议在试验时使用终端 塑料绝缘电力电缆的试验终端 对于电压等级6 35kV的塑料绝缘电缆 试验终端一般采用油杯终端 杯中的介质可以用硅油 变压器油或氟里昂 牌号F113 对于电压等级大于35kV的塑料绝缘电缆 试验终端一般采用脱离子水终端 中级电线电缆检验工职业技能培训电性能 交流耐压测试 脱离子水电缆终端根据经验 试验电压达到100kV以上时 就得使用脱离子水电缆终端 因为水在终端高电场和高电压下工作 要发生离解和发热 所以为了控制水的电导率不变 就需要将水通过处理装置 用离子交换树脂作脱离子处理 用换热器进行冷却 然后由泵进行往复循环 为了使电缆线芯和金属屏蔽对水密封 在终端绝缘长度上靠近线芯和金属屏蔽处有两个轴向的硅橡胶圈结构 交流耐压测试 试样准备试样的端部处理应根据试验电压的高低决定 总的原则是试样终端部分的长度和做终端头的方法 应保证在规定的试验电压下不发生沿表面闪络放电或内部击穿 低压电线电缆如电压等级1 8 3kV及以下的产品无论是型式试验 抽样试验还是例行试验都不需要使用附加的试验终端 只要保证试样端部线芯与线芯之间或与金属层之间有足够的间距即可 1 8 3kV以上电压等级的塑料绝缘电缆产品 无论是型式试验 抽样试验还是例行试验都应使用附加的试验终端 26 35kV及以下的塑料绝缘电缆产品使用油杯试验终端 26 35kV及以上的塑料绝缘电缆产品使用脱离子水试验终端 当试样放在在水槽内试验时 试样两个端部伸出水面的长度不得小于200mm 且应保证在规定的试验电压下不发生沿其表面闪络放电 交流耐压测试 接线方式 除非产品标准规定者外 接线方式按90页表2 16进行 接线时应注意 必须保证试样每一线芯与其相邻线芯之间至少经受一次产品标准规定的工频电压试验 试验温度 试验时 试样的温度与周围温度之差不超过3 交流耐压测试 升压方式电压应从较低值 不应超过产品标准规定试验电压值的40 开始 缓慢平稳地升至试验电压 并维持规定时间 降低电压 直至规定试验电压值的40 然后再切断电源 不允许在高压下突然切断电源 以免出现过电压 对于串联谐振电源系统 升压方式是 首先给定一个初始电压 然后调节电抗器 使回路谐振 如果谐振后输出电压还没有达到规定值 再调节输入电压 试样在施加所规定的试验电压和持续时间内无任何击穿现象 交流耐压测试 挤包绝缘电缆工频交流试验电压 交流耐压测试 注意事项 1 试验回路应有快速保护装置 以保证当试样击穿或试样端部或终端发生沿表面闪络放电或内部击穿时能迅速切除试验电源 2 试区周围应有金属接地栅栏 进出口门连锁 要有信号指示灯和 高电压危险 警告牌安全措施 3 实验区域内应有接地极 接地电阻应小于4 所有接地系统应可靠接地 4 油杯试验终端内的油要经常更换 由于半导电材料有溶解于油的趋势 如果油使用次数多了会发黑 会影响局部放电的检测 重者引起油杯中介质的击穿 直流耐压测试 在生产和科学研究中 有不少电气设备是在直流电压下运行的 如 包括直流电缆 对于这些设备应当测定其直流电压下的绝缘强度 还有一些虽然不属于直流电气设备 但由于其电容量很大 如长电缆 工频试验变压器的容量不能满足要求而又没有补偿电抗器时 也可采用在直流电压下测定其绝缘强度以替代工频下的绝缘强度试验 但由于直流和工频下击穿的机理不同 在做耐电压试验时所加的直流试验电压较工频试验电压高得多 一般取2 4倍 GB T3048 14 电线电缆电性能试验方法直流电压试验 直流耐压测试 试样准备对于电力电缆附件产品 除相应的产品标准规定外 与其相连接的电缆长度一般不小于5米 对于特殊电线产品 截取的试样长度取决于产品标准的规定 如产品标准没有规定 一般应取有效长度10米以上的样品 对于通信电缆产品 产品标准中明确规定是成盘电缆进行耐电压试验 无论是何种样品 试验前必须把电缆终端头表面擦净以减少泄漏电流并防止其表面闪络放电 在温度较高的环境条件进行直流高压试验 更应注意湿度对终端头的影响 直流耐压测试 接线方式 试验温度 升压方式同交流测试 但应注意 测试完成要对电缆放电 试验结果试样在施加所规定的试验电压和持续时间内无任何击穿现象 或者试验回路电流不随时间而增大 则认为该试样通过耐受直流电压试验 如果在试验期间内出现电流急剧增加 甚至直流高压发生器的线路开关跳闸 或试样不可能再次耐受所规定的试验电压 则可认为试样己击穿 直流耐压测试 教训 对于长电缆 敷设好后的长线路 由于电缆电容量大 用工频交流进行试验 设备容量有限无法满足试验要求 往往供电部门采用直流耐压进行开通前的现场验收试验 对于目前使用相当普遍的交联电力电缆 由于交联聚乙烯材料的特殊介电性能 当加上直流电压后 在绝缘内部易形成空间电荷 交联聚乙烯绝缘高电阻特点使得此空间电荷不易消失 由于空间电荷的存在 在绝缘内部某些区域产生一个附加的电场 当重新外加电压后 有可能产生电场的叠加 有可能导致电缆的击穿 因此现在已建议在110kV及以上交联聚乙烯电力电缆上不要使用直流进行耐电压试验 实践已表明对交联聚乙烯绝缘电力电缆频繁的进行直流耐压试验 会影响其寿命 击穿电压下降 直流耐压测试 泄漏电流的大小主要取决于下列因数 1 电缆的长度 电缆越长 其泄漏电流越大 2 环境温度的影响 在绝缘电阻检测章节我们己经讲到绝缘电阻与温度的关系 在电缆敷设现场一定要调查环境温度 特别是电缆沿线的环境温度 温度越高 泄漏电流越大 3 电缆终端的影响 如果终端己经做好 试验时要将终端用酒精擦干净 干燥后再试验 如果电缆还没有安装终端 在试验之前一定要对电缆的端部进行处理 减少漏电流的影响和表面闪络放电 4 环境湿度的影响 对于环境湿度较大的场合 不宜进行耐直流电压的试验 湿度越大 电缆端部的泄漏电流越大 直流耐压测试 注意事项1 试验回路应有快速保护装置 以保证当试样击穿或试样端部或终端发生沿表面闪络放电或内部击穿时能迅速切除试验电源 2 试区周围应有金属接地栅栏 进出口门连锁 要有信号指示灯和 高电压危险 警告牌安全措施 3 实验区域内应有接地极 接地电阻应小于4 所有接地系统应可靠接地 4 直流高压端 包括直流高压发生器 测量装置和试样 与周围接地之间应保持足够的安全距离 以防止空气放电的发生 5 与直流高压端 包括直流高压发生器 测量装置和试样 邻近的容易感应电荷的设备均应可靠接地 6 试验结束后或每次更换接线时 对高压设备和试样均应使用接地放电棒进行可靠的放电 局部放电检测 GB T3048 12 电线电缆电性能试验方法局部放电试验 在电场作用下 电缆绝缘的部分区域中发生放电短路现象称为局部放电 局部放电可以发生在绝缘结构内部气隙 导体屏蔽与绝缘的交界面 导体 电极 的边缘 毛刺 或绝缘与绝缘屏蔽的交界面上 但在电极之间不形成通道 局部放电检测 局部放电发生过程在电压作用下 如果绝缘内部气隙中电场强度达到气体的击穿场强 气隙就开始放电 放电结果产生大量正负离子 这些正负离子在电场作用下各自向气隙上下壁移动 建立反向电场 使气隙中的总电场强度下降 放电熄灭 这样的放电持续时间很短 因此放电时气隙上的电压下降几乎是瞬间的 局部放电检测 施加交流电压如果对含有气隙的电缆绝缘加上交流电压 当电压大到足够使气隙击穿时 由于电压的大小与方向是变动的 放电将反复出现 放电集中在外施电压上升或下降最陡的区域 当外施电压增加时 放电次数增加 施加直流电压在直流电压作用下 与交流情况不同 电压的大小与方向不变 一旦气隙被击穿 空间电荷建立反电场 放电就熄灭 直到空间电荷通过气隙表面泄漏 使反电场减弱到一定程度 才能开始第二次放电 因此在直流电压下 即使外施电压达到绝缘内部气隙放电的强度 其放电次数甚少 对介质影响不大 局部放电检测 局部放电产生的危害通常介质在局部放电的作用下能引起电气性能的老化 电老化 以至击穿 它对绝缘的严重影响是不容忽视的 其危害大致有以下几方面的作用 电的作用即带电粒子 电子 离子等 的直接轰击作用 局部放电会产生大量的带电粒子 对于固体介质来说 这些粒子在电场作用下加速运动轰击介质表面 使介质发生老化 由于加速运动电子的轰击作用能使高分子固体介质的分子主键断裂而分解成低分子 同时又使介质温度升高发生热降解外 还在介质表面形成凹坑且不断加深 最后导致介质击穿 局部放电检测 热的作用在靠近介质表面的5 10 17米的局部体积中因发生一次局部放电 在10 7秒内能使介质温度升为170 有时因放电作用甚至达到1000 的高温 因此有可能引起介质的热熔解或化学分解 除热的作用之外 局部放电产生的光作用 主要在紫外线范围 还能使塑料有机介质发生光老化 龟裂等现象 机械破坏作用 局部放电检测 化学作用由于局部放电产生的受激分子或因二次生成物的作用 介质受到的侵蚀可能比电 热的作用结果更大 金属电极附近的放电比介质内部气隙放电的危害大得多 前者的侵蚀能力为后者的10倍左右 原来聚乙烯介质在放电作用下 还会在空气或氧气中生成含羰基 CO 的由表及里的氧化层 产生H2O CO 和CO2等分解物 如果有潮气 则生成二元酸 草酸COOHCOOH 这种分解挥发速度与放电量成正比 但在纯氮或氩气中几乎不老化 在局部放电作用下发生这些化学反应的结果是 所生成的氧离子 受激的氧分子或氧原子对暴露在外的介质表面作用 发生氧化使聚乙烯分解出H2O CO等 表现为重量减轻 因为这些活性氧的寿命很短 所以仅限于对直接暴露表面的作用 而二次生成的臭氧O3 NO则与聚乙烯反应生成羰基化合物 特别是O3与空气和水分作用所产生的硝酸和亚硝酸等硝基化合物 不仅对介质有强烈的腐蚀破坏作用 而且对金属材料如铜导体 能在其表面形成铜绿及硝酸铜粉末等不良后果 局部放电检测 测试设备千伏安容量能满足被试电缆长度要求的高压电源 高压电压表 测量回路 放电量校正器 双脉冲发生器 全屏蔽室 双屏蔽隔离变压器 线路滤波器 高压滤波器等 如有必要 还包括终端阻抗或反射抑制器 试验设备所有部件的噪声水平应足够低 以得到所要求的灵敏度 局部放电检测 全屏蔽室典型的布置方案是将试区与生产线放在同一车间中 以减少周转 在这种环境中进行局部放电检测会遇到许多相当强的电磁干扰 如各挤塑机头的晶闸管加热装置 各种大功率电机 行车 弧光灯和继电保护装置等等 各种干扰可能形成空间电磁波直接辐射到测试回路中 或通过变压器感应耦合从电源进线进入 也可能通过静电耦合到水泥地钢筋网上 经钢筋直接传导到试区地下 再耦合到测试回路中 局部放电检测 经过对干扰的研究 现在世界各国已有了在工厂环境条件下能可靠地进行局部放电检测的商品化设备系统 其特点是试验区与工厂地坪相互绝缘隔离 单点接地 电磁屏蔽 电源滤波以及设备无放电等 全屏蔽室就是一种措施 屏蔽室用钢板制成 主要作用是将空间电磁波屏蔽 防止辐射干扰 局部放电检测 试验区进线电缆采用特殊结构 要求一定长度 起到滤波作用 线路滤波器主要功能也是抑制电源网络来的干扰 双屏蔽隔离变压器防止电源来的干扰波通过一次和二次绕组之间的杂散电容侵入 试验电源一般采用串联谐振电源 高压滤波器 局部放电检测 试验终端油杯型终端 脱离子水终端局部放电检测仪器检测仪器应包括合适的放大器 示波器 另外可根据需要增加仪器指示局部放电的存在并测出视在电荷 双脉冲发生器校核局部放电测试回路的特性 终端阻抗 特性阻抗 或反射抑制器为了抑制电缆远端 远离检测器的电缆终端 开路情况下的脉冲反射 可在远端连接终端阻抗 其阻抗值应与电缆试样的特性阻抗相等 其实在一般情况下不用此终端阻抗 如试验时无终端阻抗 为了避免脉冲迭加的影响 可采用反射抑制器 即一种电子开关 在大多数情况下 能闭锁检测器的输入 隔断电缆远离开关情况下的反射脉冲 但是当局部放电的部位处于远离或其附近时则有一些正迭加就难以避免 局部放电检测 试样制备端部处理也就是将端部导电层剥除 剥除的方法可根据电压等级高低采用不同方法和工具 可剥离型半导电层试样 用一种剥切钳 这是一种带刀具的钳状工具 钳头夹紧在电缆上 钳头部固定有一切入深度为1mm的小刀 可在屏蔽层上割切一周缝隙 沿着切缝可以剥下屏蔽层 对于非可剥离型半导电层试样 用一种扳手状剥切器 上面有可调深度的倾斜切削刀具 随着剥切器沿电缆轴向螺旋形旋转扳动 逐渐将半导电屏蔽层均匀切削掉 留下光滑的绝缘表面 然后用小刀或剥切钳将半导电屏蔽边缘修齐另外还有一种简易的工具 就是用玻璃片作为工具削切半导电层 也是可行的 局部放电检测 试验步骤根据试验要求进行连线 装上试验终端和终端内介质 然后根据检测回路和标定方式进行检测回路的标定 有些仪器是在不加压的情况下进行标定 有些仪器是在高压下标定 如果是在不带电压下标定 那么先进行标定 然后再进行加压测量 如果是在高压下标定 加电压到规定值 然后标定 再进行局部放电测量 局部放电检测 灵敏度试验回路的灵敏度是指存在背景干扰条件下 仪器能检测出的最小放电量qmin qmin 2khn式中 k 标定系数 刻度系数 计算得出 pC mm 如果是指针表头的仪器有此标定值 如果是数字式仪器 此值为1 hn 在示波器或皮库表上读出的背景干扰偏转值 mm 局部放电检测 无论是型式试验还是出厂试验 试验电压应加在导电线芯和金属屏蔽之间 电缆的试验电压由产品标准规定 进行局部放电测量时 电压应平稳地升高到2U0 持续10s 然后缓慢地下降到规定的试验电压 此时即可测量局部放电量 其合格指标应在标准中规定 GB T12706规定的交联电缆局部放电要求 局部放电检测 局部放电不合格的产品进行定位 切除 并解剖电缆 分析不合格原因 注意试验终端的放电 区别是电缆还是油杯中介质放电 可以更换液体媒质 检查屏蔽剥切质量 放电发生时肉眼观察 利用超声探测仪探查来查明原因 应适时更换油杯中介质 火花试验 GB T3048 9 电线电缆电性能试验方法绝缘线芯火花试验 GB T3048 10 电线电缆电性能试验方法挤出护套火花试验 火花试验 电线电缆绝缘和挤包在金属套和铠装层表面塑料护套的挤包质量 采用工频火花检验和直流火花检验进行中间检验或例行试验 用以检验挤包层的漏包 针孔 气泡 气隙 杂质等缺陷 是一种特殊的耐压试验 火花试验 试验电极 1 电极的有效长度应使被试绝缘线芯的每一点通过电极下的时间不小于下列规定 a 工频电源0 05s 这个时间表示绝缘线芯穿过每毫米长电极的最大速度为1 2m min b 直流电源0 001s 这个时间表示绝缘线芯穿过每毫米长电极的最大速度为60m min 火花检验 2 电极的有效宽度应大于被试线芯的最大直径30mm 底部可制成 V 形或 U 形 对地保持良好绝缘 而使在最高试验电压下 当绝缘子受潮时火花机也应正常运行 电极箱壳体应接地 3 电极为用金属制成的接触式电极 可用珠链或环链 链长应大于 V 形或 U 形底部电极的深度 相邻两链的间距应不大于8mm 相邻两链的间距应不大于8mm 是指任何方向的相邻两个间的距离 珠链或环链应满足下述要求 a 珠的直径为 2 5 mm 一串珠链上的相邻两颗珠子的间距应不超过2 5mm b 环由直径大于0 8mm的金属丝构成 环的外径应不大于5mm 如用椭圆形等其他形状时纵轴应不大于5mm 每100mm长的环链上 环数应不少于20个 c 链上的珠或环应分布均匀 表面光滑 不应有刮伤被试绝缘线芯的任何毛刺 且每一节珠或环应灵活可挠 珠链或环链应交叉排列 火花检验 试验电极的两端应有接地保护电极 保护电极的宽度应不小于试验电极宽度 保护电极 轴向 长度不小于15mm 所用珠链或环链应与试验电极一致 保护电极与试验电极之间距离应保证在正常最高试验电压下 不发生试样绝缘表面闪络 安全保护连锁装置保证开启试验电极箱时自动断开高压电源 保护电极 试验程序1 试验应在整个制造长度的电线电缆上进行 2 试验应在挤制绝缘或塑料护套的过程中进行 一般安装在冷却水槽后部 也可在火花试验机上单独进行 3 每次试验前应检查安全保护连锁装置 确保正常动作 4 火花试验设备和收放线装置均应可靠接地 5 当采用工频火花试验机进行试验时 被试绝缘线芯的导体 金属套或铠装 应可靠地连续接地 当采用直流火花试验机进行试验时 被试电缆导体 金属套或铠装 一般应与直流电源的负极相连接 6 被试绝缘线芯进入电极之前 应用适当方法除去绝缘或护套表面的水分 如 热空气吹干 棉纱擦干等 以防止试验过程中产生闪络 7 试验电压值应按产品标准规定执行 如果产品标准中没有规定相应的试验电压值 则可按下表推荐的电压值行试验 8 试验设备的校准 每年应至少一次对火花试验机进行校准 在大修或较大程度调整后 也应进行校准 试验程序 试验程序 绝缘线芯火花试验电压推荐值 试验程序 塑料护套火花试验电压推荐值 中级电线电缆检验工职业技能培训电性能 河南机电高等专科学校电缆教研室 王卫东 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