電線電纜職業技能培訓第二章電性能檢測 王衛東2013 05 第一節導體電阻檢測 一 成品電線電纜導體電阻測量成品電線電纜的導體電阻測量方法標準 GB T3048 4 2007 電線電纜電性能試驗方法導體直流電阻試驗 原標準為GB T3048 4 1994 導體電阻測量方法的演變 以及每種測量方法存在的問題伏安法 電流表 外接法 電流表指示值包含了電壓表的分流 測量值小于真值 電流表 內接法 電壓表指示值包含了電流表的壓降 測量值大于真值 導體電阻檢測 導體電阻檢測 電橋法 單臂 惠斯登 電橋消除了內接 外接法的系統誤差 但導線電阻 接觸電阻會影響測量結果 0 1 以下時 影響不能忽略 導體電阻檢測 電橋平衡原理 四個橋臂分別為電阻R1 R2 R0和Rx 對角A和C之間連接電源E和限流電阻RV 對角B和D之間連接檢流計G 調節R0使B D兩點的電位相等 這時檢流計指零 即 橋 上無電流通過 電橋達到了平衡 導體電阻檢測 雙臂 開爾文 電橋 消除了導線電阻 接觸電阻的影響 可用于小電阻測試 導體電阻檢測 電橋平衡原理 將電橋兩對比率臂 R1 R2和R 1 R 2 采用雙十進的電阻箱 兩個比率相同的十進電阻的轉臂連接在一轉軸上 因此在轉臂的任一位置都能保證滿足R1 R2 R 1 R 2這一條件 由于這種橋式電路具有兩對電阻臂 因此稱作雙臂電橋 導體電阻檢測 測量范圍GB T3048 4規定雙臂電橋的測量范圍應控制在1 及以下 單臂電橋的測量范圍是100 及以上 1 99 9 試件采用單臂電橋或雙臂電橋都可以 導體電阻檢測 測量方法 四端測量夾具四端夾具的外側一對為電流電極 內側一對為電位電極 電極與試樣接觸的寬度應不大于試樣測量長度的0 5 每一端的電位電極與電流電極夾頭間距不應小于被測試樣斷面周長的1 5倍 以保證試樣中電流密度的均勻分布 注意 電位電極之間的距離是1米 它代表了被測試樣的長度 導體電阻檢測 測量方法 標準電阻 直流電源 檢流計一般情況下選擇0 01 0 001 的標準電阻 無論是哪個等級的標準電阻 都必須進行計量檢定 它直接影響到測量的準確性 另外標準電阻的保存也應注意 長期暴露在空氣中會影響其阻值 QJ57型等便攜式的電橋 可以用外接直流電源 也可以用安裝在本體內部的干電池 對于QJ19或QJ36型等電橋測試裝置必須配備直流電源 檢流計靈敏度要高 一般選擇AC15 6型檢流計 導體電阻檢測 測量方法 樣品制作 取樣GB3048規定要求從被試電線電纜上切取長度不小于1米的試樣 或以成盤 圈 的電線電纜作為試樣 去除試樣導體外表面的絕緣 護套或其他覆蓋物 也可以只去除試樣兩端與測量系統相連接部的覆蓋物 露出導體 夾具兩電位夾頭之間的距離為1米時 樣品只要截取1 4米即可 導體電阻檢測 測量方法 樣品制作 注意事項對于短樣 嚴格講不能全部去除試樣導體外表面的絕緣 護套或其它覆蓋物 只能去除試樣兩端和測量系統相連接部位的覆蓋物 露出導體 兩端大約300mm長的覆蓋物被剝除 兩電位電極之間大約留有700 800mm長樣品的外護層不能剝除 在剝除覆蓋物的時候 不能損傷導體 特別是小截面導體和多股絞合的柔軟導體 如果不小心很容易損傷導體 導體電阻檢測 測量方法 樣品制作 大截面鋁導體對于大截面鋁導體 在制作樣品時應注意其特殊性 規定在進行型式試驗和抽樣試驗時 推薦采用試樣長度 截面95 185mm2取3m 截面240mm2及以上取5m 有爭議時 截面185mm2及以下取5m 截面240mm2及以上取10m 在測量大截面鋁導體時 不僅取樣時有區別 而且在樣品端部也應采取一定的措施 推薦鋁絞線的電流引入端子采用標稱截面與試樣相同的鋁壓接頭 鋁鼻子 并按常規壓接工具壓接 以保證壓接后的導體與接頭融為一體 其電位電極應采用直徑0 7 1 0mm的軟銅絲在絞線外緊密繞兩圈后打結 以防松動 導體電阻檢測 測量方法 樣品制作 現場測量生產現場進行導體電阻測量 被測試品兩端處理同短樣是一致的 由于試品較長 被測電阻較大 一般采用單臂電橋的連接方式進行測量 導體電阻檢測 測量方法 樣品制作 端部處理任何試樣在接入測量系統前 應預先清潔其連接部位的導體表面 去除附著物 污穢和油垢 連接處表面的氧化層應盡可能除盡 如果試樣表面有附著物 污穢和油垢 一般用酒精進行清洗 如果表面有輕微氧化層 可用濃度較小的稀鹽酸 體積比5 10 進行處理 但不能過分清洗 特別是大截面的多股軟結構導體 五或六類導體 例如電焊機電纜 導體端部容易氧化 在測量其直流電阻時應引起注意 導體電阻檢測 測量方法 測量步驟1 連接方式用單臂電橋測量時 有兩個夾頭連接被測試樣 用雙臂電橋或其它電阻儀器測量時 用四個夾頭連接被測試樣 2 測量誤差電阻測量誤差 例行試驗應不大于2 仲裁試驗應不大于0 5 試樣長度測量誤差 長度測量應在二電位電極之間的試樣上進行 測量誤差應不超過 0 5 導體電阻檢測 測量方法 夾頭與試樣連接處的注意事項絞合導體的全部單絲應可靠地與測量系統的電流夾頭相連接 所以對于較大截面的試樣應采取壓接接頭的方式 使得每根單絲表面氧化層被壓破 增加電氣接觸能力 電流從接頭上的接線端引入 最大限度地使電流流過每根單絲 對于兩芯及以上成品電線電纜的導體電阻測量 單臂電橋二夾頭或雙臂電橋的一對電位夾頭 夾具的里面一對 應與測量長度的實際標線相連接 這樣保證測得的電阻值是測量長度上的電阻值 在旋動電流電極和電位電極時旋轉力應適中 對于較小截面的試樣 旋轉力不要太大 導體電阻檢測 測量方法 測量與讀數閉合直流電源開關 平衡電橋 檢流計的指針指向零 讀取讀數 記錄至少四位有效數 當試樣的電阻小于0 1 時 應將圖2 4或圖2 5中開關St換向 用相反方向電流再測量一次 讀取讀數 最后取二次讀數的平均值 導體電阻檢測 測量方法 測量時的注意事項1 溫度測量問題GB3048中規定 為使導體溫度與試驗環境溫度達到平衡 試樣應在試驗環境中放置足夠長的時間 一般應放置2小時以上 這樣只要測量環境溫度就能代表導體的溫度 在這里應注意 在整個樣品放置的溫度平衡期間 環境溫度的變化應不大于 1 GB T3956 電纜的導體 中規定溫度校正系數Kt在5 35 即在此溫度區間都可以測量 導體電阻檢測 測量方法 測量環境溫度時 溫度計應離地面至少1米 離試樣應不超過1米 且二者應大致在同一高度 導體電阻檢測 測量方法 計算公式 根據47頁表2 1 可以用下式計算20 時的導體電阻 此溫度系數計算式為近似公式 導體電阻檢測 測量方法 銅或鋁更精確的溫度校正系數公式是 導體電阻檢測 測量方法 測量時施加電流的問題在測量中施加電流大小的問題 應綜合考慮 從測量誤差分析 電流愈大愈好 能減小測量誤差 但電流過大又使導體發熱 對測量有影響 為此標準中規定對于細微導體電阻進行測量時 要防止電流過大而引起導體升溫 推薦采用電流密度 鋁導體應不大于0 5A mm2 銅導體應不大于1 0A mm2 導體電阻檢測 測量方法 大截面鋁導體測量問題使用電工鋁和單線直徑符合標準規定的鋁單線制成的大截面鋁絞線 其實測值往往大于標準規定 造成誤判 測量時如果絞線與電流夾頭不均勻地接觸 而且各單線表面都包有一層電阻很大的氧化鋁膜 導致測量電流在絞線的各單線中極不均勻地分布 位于絞線外層的某些單線只分配到極少的電流 其電位差當然很低 要使測量正確 不僅要求電流電極能與被測試樣緊密 均勻地接觸 而且要求電位電極也能緊密而且均勻地與被測試樣接觸 導體電阻檢測 測量方法 正確引入電流的方式 采用標稱截面與試樣相同的鋁壓接頭 鋁鼻子 并按常規壓接工具壓接 以保證壓接后的導體與接頭融為一體 使鋁鼻子內的絞線各單絲表面的氧化膜破裂 端頭被壓成緊密接觸的實體 使鋁鼻子與絞線 絞線內的單絲與單絲間的接觸電阻大大減小 電流從鋁鼻子上電流接線端直接引入 于是電流能均勻地分配到各單線中 另外研究表明在絞線兩端電流引入處附近加壓一個鋁環 就能起到均勻電流的作用 如把均流環加到兩電位電極之間 則會加大被測導體的截面 從效果來看 均流環加在電流電極和電位電極之間最有效果 加在兩電流電極之外效果差些 距電流電極越遠 效果越差 導體電阻檢測 測量方法 試樣端頭處理 大截面鋁導體試樣兩端必須壓鋁鼻子 壓接前如果端頭污染或表面嚴重氧化 應用5 的稀鹽酸加少量洗潔精浸泡5分鐘 再用清水將端頭內的酸洗凈 鋁鼻子必須與絞線緊密配合 對扇形線芯更需周密 以保證壓接后的導體能融為一體 電位電極制作最好用 0 7 1 0mm的軟銅線在絞線外緊密繞兩圈 它與鋁鼻子端的距離不得小于試樣周長的1 5倍 導體電阻檢測 測量方法 結果計算或 20 溫度系數 銅導體為0 00393 鋁導體為0 00403 數字修約我們從表2 3中可以看出導體電阻的標準要求有效數字位數都是三位 試驗方法標準中規定 計算結果所取有效數字位數應與產品標準規定的一致 為此我們在進行計算和讀數時應采用四位有效數字 然后修約到三位 導體電阻檢測 測量方法 導體標稱截面與電氣有效截面的關系平時我們一直講導體的標稱截面是多少 而當導體直流電阻滿足要求的時候 實際導體的截面積不一定與標稱截面相符合 其實作為導線截面 原則上給定的不是幾何的 而是電氣有效截面 它通過電阻測試而求得 所以應注意 截面值是國家和國際規范 型號縮寫 表和相同額定值所給定的 由于各個導線種類的不同結構和加工影響 其直流電阻與單位長度電阻的額定截面和標準值中得出的值是不相符的 所以在表2 3中為各個導線種類所列單位長度直流電阻對于電纜檢驗和導線截面的測定是決定性的 導體電阻檢測 測量方法 鋁導體與銅導體的比較與銅相比在相同質量時鋁的體積是銅的3 3倍 電阻值相同時的截面是銅的l 6倍 載流量相同時的截面是銅的1 5倍 電阻值相同時的質量則僅為銅的一半 因此鋁芯線的電纜明顯較輕 導體電阻檢測 測量方法 導體結構選擇原則 1 對于電線如用于固定敷設的 只在敷設時因電線彎曲才出現機械負載 所以截面在10mm2以下主要使用單線 截面大于10mm2使用多股導線 如用于連接位置變動的用電器的電線 因為這種電線必須很柔韌 所以所有截面的這種電線均采用細導線 如果要求有特別好的活動性 比如用于焊條夾具的連接線使用極細結構的絞合導線 導體電阻檢測 測量方法 導體結構選擇原則 2 對于細或極細導線 由單根導線扭絞的絞線組成 較大截面的導線為分層絞合而成 對于機械負載性能和柔韌性而言 除單線直徑外 導線的絞合有著特殊的意義 絞合股和絞線的節距越短 活動性和交互彎曲強度越高 絞線各層的單股絞線可以以相同的方向絞合 層相同節距 或者層層更換絞合方向 層交叉節距 金屬導體材料電阻率測量 GB T3048 2標準中規定了具體的試驗方法 它適用于測定實心 非絞合 銅 鋁及其合金金屬導體材料的體積電阻率和質量電阻率 以及測定實心金屬導體材料 均勻截面積 的單位長度電阻 也可適用于測定金屬電阻材料的體積電阻率 質量電阻率和單位長度電阻 適用于0 01 2 0 mm2 m范圍內電阻率測量 體積電阻率 單位長度 單位截面積的導體電阻單位 mm2 m 質量電阻率 單位長度和單位質量導體的電阻單位 g m2 單位長度電阻 金屬導體材料電阻率測量 金屬導體材料電阻率測量 截面積測量如果是較規則的試樣 其截面積可以合理地從線性截面尺寸計算得出 測定尺寸應沿試樣的計量長度以大約相等的間距至少測量五次 計算出算術平均值 平均值的標準偏差與平均值自身的比值應不大于 0 15 截面比較復雜的試樣 當從直接測量并計算出的平均截面積的誤差超過0 15 時 截面積應按下式確定 絕緣電阻檢測 GB T3048 5絕緣電阻 體積電阻 表面電阻測試設備 檢流計比較法 電壓 電流法 成品采用搖表法 平板三電極系統 電極材料條件處理測量 計算 絕緣電阻檢測 成品電纜絕緣電阻測量第一種測量線芯與線芯之間的絕緣電阻 第二種測量絕緣線芯的絕緣電阻 第三種測量電線電纜產品的表面電阻 絕緣電阻檢測 線芯與線芯間的絕緣電阻測量測量都是在空氣中進行樣品制作試樣的有效長度應不小于10米 試樣兩端絕緣外的覆蓋物應小心地剝除 注意不得損傷絕緣表面 盡可能成圈 試樣端部絕緣部分露出護套的長度應不小于100mm 露出的絕緣表面應保持干燥和潔凈 絕緣電阻檢測 接線方式對于單芯樣品 如果有金屬護套 屏蔽層或鎧裝層 導體接測量極 其金屬層接高壓極 如無金屬層 應根據產品標準規定進行測量 如無規定可以采用附加電極的辦法進行測量 例如在試樣的外表面纏繞金屬箔或繞在金屬棒上進行測量 接線方式同前 對于多芯樣品 每根線芯都應進行測量 接線方式為每個導體對其余線芯與金屬套或屏蔽層或鎧裝層 被測線芯接測量極 其他芯與金屬層接高壓極 絕緣電阻檢測 防干擾處理有些產品的成品絕緣電阻很高 往往在測量時會受到外界的干擾 如空間電磁場 靜電感應等的影響 數據很難測準 為此應專門設計一個試驗裝置 消除此影響 方法是這樣 用鐵皮加工一個金屬箱 測量時將樣品放入其中 在箱內底部放上絕緣性能較好的聚四氟乙烯板 樣品放在此板上 測量極和高壓極通過同軸電纜從箱內引出 同軸電纜的屏蔽層與金屬箱相連 金屬箱與測試儀器的接地旋鈕相連后接地 測量時將金屬箱合上 這樣就起到防干擾的作用 必要時在試樣兩端絕緣表面上加保護環 保護環應緊貼絕緣表面 并與測量系統的屏蔽相連接 絕緣電阻檢測 測量環境處理有些產品規定高溫下絕緣電阻要求 例如100 或200 因此應在此高溫下測量絕緣電阻 方法是將樣品放入烘箱中 由烘箱提供高溫環境 在高溫下測量絕緣電阻時應注意 在高溫環境中要放置足夠的時間后才能可以檢測 一般至少要放置1小時以上 無論是測量極用引接線還是高壓極用引接線都必須考慮耐高溫問題 以免影響測量結果 烘箱要求足夠的容積 以保證樣品的端部與烘箱壁之間有足夠的距離 絕緣電阻檢測 電阻測量樣品與測試儀器連接好后 根據儀器的操作說明進行設備操作 測量時充電時間應充分 以達到基本穩定 除在產品標準中另有規定者外 充電時間為1分鐘 然后測量讀數 如果在同一個試樣上進行重復測量 應使試樣短路 放電時間應不少于試樣充電時間的四倍 結果計算Rt Rx L計算結果所取有效數字位數應與產品標準規定一致 絕緣電阻檢測 絕緣線芯的絕緣電阻測量測量絕緣線芯的絕緣電阻 往往都是將電纜外護套剝除 對每一根絕緣線芯進行絕緣電阻測量 而且都是將樣品放入水中 樣品的導體作為一個電極 水作為第二電極 同時又能提供溫度環境 水的溫度由產品標準規定 絕緣電阻或絕緣電阻常數 都是用此方法進行測量 兩者是一致的 絕緣電阻檢測 樣品制作除產品標準另有規定者外 試樣的有效長度應不小于10米 試樣兩端絕緣外的覆蓋物應小心地剝除 注意不得損傷絕緣表面 盡可能成圈 試樣端部絕緣部分露出護套的長度應不小于150mm 必要時在試樣兩端絕緣表面上加保護環 保護環應緊貼絕緣表面 接線方式浸入水中時 試樣兩上端露出水面的長度應不小于250mm 導體接測量極 水接高壓極 如有保護環 應與測量系統的屏蔽 或地 相連接 絕緣電阻檢測 電阻測量樣品放入恒溫水浴中 要有足夠的時間 一般是當恒溫水浴的溫度達到規定溫度后二小時方能開始測量 要恒溫二小時以上 樣品的端部應避免受到水蒸汽的影響 樣品與測試儀器連接好后 根據儀器的操作說明進行設備操作 測量時充電時間應充分 以達到基本穩定 除在產品標準中另有規定者外 充電時間為1分鐘 然后測量讀數 如果在同一個試樣上進行重復測量 應使試樣短路 放電時間應不少于試樣充電時間的四倍 絕緣電阻檢測 結果計算根據線芯間絕緣電阻計算公式可以計算絕緣電阻 應注意此時的長度為樣品浸在水中的有效長度 如果標準規定的是絕緣電阻常數 按下式計算 計算結果所取有效數字位數應與產品標準規定一致 絕緣電阻檢測 影響絕緣電阻大小的因素 1 材料本身的原因當絕緣材料內部含有雜質時 使絕緣內部增加了導電的離子 絕緣電阻肯定會下降 因此絕緣材料在生產 運輸等過程中盡量減少雜質的進入 2 材料的存儲原因當材料存儲不當 使絕緣材料受潮 受潮后由于水分的滲入 同樣也使絕緣內部增加了導電的離子 絕緣電阻隨含水量的增加而明顯下降 此種情況也出現在成品電纜中 例如電纜端頭密封措施不夠 長期暴露在空氣中 空氣中潮氣也會進入到電纜內部 甚至絕緣體內和絕緣表面 當用搖表測量絕緣電阻時 其值也會下降 絕緣電阻檢測 3 結構偏離要求造成的原因絕緣結構的絕緣電阻大小不僅與絕緣材料有關 而且與絕緣結構有關 如果在生產過程中 造成絕緣平均值偏薄或某處偏薄 那么整個絕緣結構的絕緣電阻會偏小 例如電線在生產過程中 由于設備控制等原因造成絕緣偏心 其絕緣電阻會下降 絕緣電阻檢測 4 測試技術造成的原因保護電極 保護環 的使用在測量材料的體積電阻時 在測量極和高壓極之間使用了保護電極 保護電極的作用是將試樣的表面電流截住使之流回電源而不經過測量儀器 這樣測得的電流僅是通過試樣的體積電流 在測量成品電線電纜絕緣電阻時 要根據具體情況決定是否要施加保護電極 如果測得的絕緣電阻較小或對測得的結果有疑義時 應該使用保護電極 保護電極應緊貼絕緣表面 使用銅箔或鋁箔或較細的銅絲進行制作 測量時保護電極與測量系統的屏蔽 或接地點 相連接 絕緣電阻檢測 極化電荷的影響在直流電場中介質與電極的分界面上積蓄有極化電荷 同時在電極上也增加了相應的自由電荷 當外電場去除后 極化電荷逐漸消失 但往往需要很長時間才能完全消失 這時若將試樣電極兩端短接 電極上的電荷隨極化電荷的消失而慢慢減少 因此如因試樣帶有剩余電荷而造成測量結果有明顯差異時 必須先進行充分放電 對于這類試樣 無論是第一次測量還是重復測量 均需充分放電 絕緣電阻檢測 外來電勢的影響在絕緣電阻測試線路中 很難避免存在各種外來電勢 如熱電勢 接觸電勢 電解電勢及其他感應電勢等 這些電勢數值一般都不大 但在高阻測量中 它們就可能造成不可忽略的誤差 由于外來電勢的影響隨各種情況而改變 因此必須經常檢查 檢查方法 接好試樣和所有接線 開關都置于測量時的相應位置 只是不加直流高壓電源 將儀器靈敏度調到最高 若指示器指針沒有偏轉 則為正常 由于有些外來電勢是在測量過程中產生的 因此在測量完畢后 還要再進行一次檢查 絕緣電阻檢測 溫度的影響無論是測量常溫下的絕緣電阻還是測量工作溫度下的絕緣電阻 在測量之前都要確認測量時試樣的溫度 試樣內部的溫度 要與要求的溫度一致 即達到溫度平衡 因此試樣放置在測試溫度環境中的時間要足夠長 一般二小時左右 充電時間的影響在GB T3048中規定除產品標準中另有規定者外 充電時間為1分鐘 對于有些材料1分鐘可能不一定滿足要求 無論何種絕緣材料當加上直流電壓后 就會有三種電流通過 即瞬時充電電流Ic 吸收電流Ip及泄漏電流Ig 但隨時間逐漸下降 最后趨向一個穩定值Ig 我們最終測量的是泄漏電流Ig 它代表的是絕緣電阻電流 所以只有當電流達到穩態時 測得的絕緣電阻才是真實值 如果過早地開始測量 測得的電流值偏大 對應的絕緣電阻值偏小 絕緣電阻檢測 絕緣電阻與溫度的關系在GB T3048標準中提到絕緣電阻溫度校正系數由專門的文獻給定 其實這是一個比較復雜的問題 與絕緣材料密切相關 根據目前現有的技術資料所查 至今尚未見到可作為標準依據的相關規定 但是經過眾多科技工作者的實踐經驗的積累 己經掌握了部分絕緣材料的溫度換算系數規律 但不能作為標準要求 因為同一種絕緣材料 其配方略有變動 絕緣電阻隨溫度之間的關系就會發生變化 P71表2 10是成盤電纜絕緣電阻溫度換算系數 只能作為參考 交流耐壓測試 GB T3048 8 電線電纜電性能試驗方法交流電壓試驗 標準中規定了交流電壓試驗的試驗設備 試樣準備 試驗步驟 試驗結果等 相電壓電纜設計用的導體對地或金屬屏蔽之間的額定工頻電壓叫相電壓 通常用U0表示 線電壓電纜設計用的導體間的額定工頻電壓叫線電壓 通常用U表示 交流耐壓測試 線路電壓在正常平衡線路上 電纜絕緣承受相電壓 對于中性點接地系統 它等于 對于中心點非有效接地系統 經消弧線圈接地 一般限制消弧線圈上壓降不超過相電壓的15 因此它的最大工作相電壓為 以最大工作電壓為15kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜為例中 中性點接地系統最大工作相電壓為 中性點經消弧線圈接地 最大工作相電壓為 交流耐壓測試 電線電纜產品交流電壓試驗試驗電壓的產生在電線電纜行業中所使用的試驗電源有二種方式產生 一種是用一般的調壓器和升壓變壓器產生所需的試驗電壓 此種方式適合于試驗電壓不高 容量較小的試驗 例如變壓器的最高輸出電壓50kV 最大輸出電流15A 可用于1kV及以下產品的例行試驗 另一種方式就是大家比較熟悉的串聯諧振方式產生試驗電壓 交流耐壓測試 交流耐壓測試 試驗水槽作用 提供第二電極 對于低電壓電線電纜在進行抽樣試驗或型式試驗時 只要使用較小的水槽即可 容積能使樣品完全浸入水中為準 最好是用金屬容器為宜 對于單芯電纜 例如架空絕緣電纜 要進行例行試驗 必須要有較大的水槽才能滿足要求 因此往往在例行試驗室內建一個較大的地坑作為單芯電纜例行試驗的第二電極 水槽 水槽的三維尺寸要能使電纜盤中所有電纜能浸入水中 交流耐壓測試 試驗終端進行耐電壓試驗時是否要使用終端 取決于試驗電壓的高低 一般情況下試驗電壓小于30kV的試驗不需要試驗終端 是由于此電壓在空氣中電纜端部有電暈放電 但不會引起表面滑閃 對于試驗電壓高于此值 建議在試驗時使用終端 塑料絕緣電力電纜的試驗終端 對于電壓等級6 35kV的塑料絕緣電纜 試驗終端一般采用油杯終端 杯中的介質可以用硅油 變壓器油或氟里昂 牌號F113 對于電壓等級大于35kV的塑料絕緣電纜 試驗終端一般采用脫離子水終端 中級電線電纜檢驗工職業技能培訓電性能 交流耐壓測試 脫離子水電纜終端根據經驗 試驗電壓達到100kV以上時 就得使用脫離子水電纜終端 因為水在終端高電場和高電壓下工作 要發生離解和發熱 所以為了控制水的電導率不變 就需要將水通過處理裝置 用離子交換樹脂作脫離子處理 用換熱器進行冷卻 然后由泵進行往復循環 為了使電纜線芯和金屬屏蔽對水密封 在終端絕緣長度上靠近線芯和金屬屏蔽處有兩個軸向的硅橡膠圈結構 交流耐壓測試 試樣準備試樣的端部處理應根據試驗電壓的高低決定 總的原則是試樣終端部分的長度和做終端頭的方法 應保證在規定的試驗電壓下不發生沿表面閃絡放電或內部擊穿 低壓電線電纜如電壓等級1 8 3kV及以下的產品無論是型式試驗 抽樣試驗還是例行試驗都不需要使用附加的試驗終端 只要保證試樣端部線芯與線芯之間或與金屬層之間有足夠的間距即可 1 8 3kV以上電壓等級的塑料絕緣電纜產品 無論是型式試驗 抽樣試驗還是例行試驗都應使用附加的試驗終端 26 35kV及以下的塑料絕緣電纜產品使用油杯試驗終端 26 35kV及以上的塑料絕緣電纜產品使用脫離子水試驗終端 當試樣放在在水槽內試驗時 試樣兩個端部伸出水面的長度不得小于200mm 且應保證在規定的試驗電壓下不發生沿其表面閃絡放電 交流耐壓測試 接線方式 除非產品標準規定者外 接線方式按90頁表2 16進行 接線時應注意 必須保證試樣每一線芯與其相鄰線芯之間至少經受一次產品標準規定的工頻電壓試驗 試驗溫度 試驗時 試樣的溫度與周圍溫度之差不超過3 交流耐壓測試 升壓方式電壓應從較低值 不應超過產品標準規定試驗電壓值的40 開始 緩慢平穩地升至試驗電壓 并維持規定時間 降低電壓 直至規定試驗電壓值的40 然后再切斷電源 不允許在高壓下突然切斷電源 以免出現過電壓 對于串聯諧振電源系統 升壓方式是 首先給定一個初始電壓 然后調節電抗器 使回路諧振 如果諧振后輸出電壓還沒有達到規定值 再調節輸入電壓 試樣在施加所規定的試驗電壓和持續時間內無任何擊穿現象 交流耐壓測試 擠包絕緣電纜工頻交流試驗電壓 交流耐壓測試 注意事項 1 試驗回路應有快速保護裝置 以保證當試樣擊穿或試樣端部或終端發生沿表面閃絡放電或內部擊穿時能迅速切除試驗電源 2 試區周圍應有金屬接地柵欄 進出口門連鎖 要有信號指示燈和 高電壓危險 警告牌安全措施 3 實驗區域內應有接地極 接地電阻應小于4 所有接地系統應可靠接地 4 油杯試驗終端內的油要經常更換 由于半導電材料有溶解于油的趨勢 如果油使用次數多了會發黑 會影響局部放電的檢測 重者引起油杯中介質的擊穿 直流耐壓測試 在生產和科學研究中 有不少電氣設備是在直流電壓下運行的 如 包括直流電纜 對于這些設備應當測定其直流電壓下的絕緣強度 還有一些雖然不屬于直流電氣設備 但由于其電容量很大 如長電纜 工頻試驗變壓器的容量不能滿足要求而又沒有補償電抗器時 也可采用在直流電壓下測定其絕緣強度以替代工頻下的絕緣強度試驗 但由于直流和工頻下擊穿的機理不同 在做耐電壓試驗時所加的直流試驗電壓較工頻試驗電壓高得多 一般取2 4倍 GB T3048 14 電線電纜電性能試驗方法直流電壓試驗 直流耐壓測試 試樣準備對于電力電纜附件產品 除相應的產品標準規定外 與其相連接的電纜長度一般不小于5米 對于特殊電線產品 截取的試樣長度取決于產品標準的規定 如產品標準沒有規定 一般應取有效長度10米以上的樣品 對于通信電纜產品 產品標準中明確規定是成盤電纜進行耐電壓試驗 無論是何種樣品 試驗前必須把電纜終端頭表面擦凈以減少泄漏電流并防止其表面閃絡放電 在溫度較高的環境條件進行直流高壓試驗 更應注意濕度對終端頭的影響 直流耐壓測試 接線方式 試驗溫度 升壓方式同交流測試 但應注意 測試完成要對電纜放電 試驗結果試樣在施加所規定的試驗電壓和持續時間內無任何擊穿現象 或者試驗回路電流不隨時間而增大 則認為該試樣通過耐受直流電壓試驗 如果在試驗期間內出現電流急劇增加 甚至直流高壓發生器的線路開關跳閘 或試樣不可能再次耐受所規定的試驗電壓 則可認為試樣己擊穿 直流耐壓測試 教訓 對于長電纜 敷設好后的長線路 由于電纜電容量大 用工頻交流進行試驗 設備容量有限無法滿足試驗要求 往往供電部門采用直流耐壓進行開通前的現場驗收試驗 對于目前使用相當普遍的交聯電力電纜 由于交聯聚乙烯材料的特殊介電性能 當加上直流電壓后 在絕緣內部易形成空間電荷 交聯聚乙烯絕緣高電阻特點使得此空間電荷不易消失 由于空間電荷的存在 在絕緣內部某些區域產生一個附加的電場 當重新外加電壓后 有可能產生電場的疊加 有可能導致電纜的擊穿 因此現在已建議在110kV及以上交聯聚乙烯電力電纜上不要使用直流進行耐電壓試驗 實踐已表明對交聯聚乙烯絕緣電力電纜頻繁的進行直流耐壓試驗 會影響其壽命 擊穿電壓下降 直流耐壓測試 泄漏電流的大小主要取決于下列因數 1 電纜的長度 電纜越長 其泄漏電流越大 2 環境溫度的影響 在絕緣電阻檢測章節我們己經講到絕緣電阻與溫度的關系 在電纜敷設現場一定要調查環境溫度 特別是電纜沿線的環境溫度 溫度越高 泄漏電流越大 3 電纜終端的影響 如果終端己經做好 試驗時要將終端用酒精擦干凈 干燥后再試驗 如果電纜還沒有安裝終端 在試驗之前一定要對電纜的端部進行處理 減少漏電流的影響和表面閃絡放電 4 環境濕度的影響 對于環境濕度較大的場合 不宜進行耐直流電壓的試驗 濕度越大 電纜端部的泄漏電流越大 直流耐壓測試 注意事項1 試驗回路應有快速保護裝置 以保證當試樣擊穿或試樣端部或終端發生沿表面閃絡放電或內部擊穿時能迅速切除試驗電源 2 試區周圍應有金屬接地柵欄 進出口門連鎖 要有信號指示燈和 高電壓危險 警告牌安全措施 3 實驗區域內應有接地極 接地電阻應小于4 所有接地系統應可靠接地 4 直流高壓端 包括直流高壓發生器 測量裝置和試樣 與周圍接地之間應保持足夠的安全距離 以防止空氣放電的發生 5 與直流高壓端 包括直流高壓發生器 測量裝置和試樣 鄰近的容易感應電荷的設備均應可靠接地 6 試驗結束后或每次更換接線時 對高壓設備和試樣均應使用接地放電棒進行可靠的放電 局部放電檢測 GB T3048 12 電線電纜電性能試驗方法局部放電試驗 在電場作用下 電纜絕緣的部分區域中發生放電短路現象稱為局部放電 局部放電可以發生在絕緣結構內部氣隙 導體屏蔽與絕緣的交界面 導體 電極 的邊緣 毛刺 或絕緣與絕緣屏蔽的交界面上 但在電極之間不形成通道 局部放電檢測 局部放電發生過程在電壓作用下 如果絕緣內部氣隙中電場強度達到氣體的擊穿場強 氣隙就開始放電 放電結果產生大量正負離子 這些正負離子在電場作用下各自向氣隙上下壁移動 建立反向電場 使氣隙中的總電場強度下降 放電熄滅 這樣的放電持續時間很短 因此放電時氣隙上的電壓下降幾乎是瞬間的 局部放電檢測 施加交流電壓如果對含有氣隙的電纜絕緣加上交流電壓 當電壓大到足夠使氣隙擊穿時 由于電壓的大小與方向是變動的 放電將反復出現 放電集中在外施電壓上升或下降最陡的區域 當外施電壓增加時 放電次數增加 施加直流電壓在直流電壓作用下 與交流情況不同 電壓的大小與方向不變 一旦氣隙被擊穿 空間電荷建立反電場 放電就熄滅 直到空間電荷通過氣隙表面泄漏 使反電場減弱到一定程度 才能開始第二次放電 因此在直流電壓下 即使外施電壓達到絕緣內部氣隙放電的強度 其放電次數甚少 對介質影響不大 局部放電檢測 局部放電產生的危害通常介質在局部放電的作用下能引起電氣性能的老化 電老化 以至擊穿 它對絕緣的嚴重影響是不容忽視的 其危害大致有以下幾方面的作用 電的作用即帶電粒子 電子 離子等 的直接轟擊作用 局部放電會產生大量的帶電粒子 對于固體介質來說 這些粒子在電場作用下加速運動轟擊介質表面 使介質發生老化 由于加速運動電子的轟擊作用能使高分子固體介質的分子主鍵斷裂而分解成低分子 同時又使介質溫度升高發生熱降解外 還在介質表面形成凹坑且不斷加深 最后導致介質擊穿 局部放電檢測 熱的作用在靠近介質表面的5 10 17米的局部體積中因發生一次局部放電 在10 7秒內能使介質溫度升為170 有時因放電作用甚至達到1000 的高溫 因此有可能引起介質的熱熔解或化學分解 除熱的作用之外 局部放電產生的光作用 主要在紫外線范圍 還能使塑料有機介質發生光老化 龜裂等現象 機械破壞作用 局部放電檢測 化學作用由于局部放電產生的受激分子或因二次生成物的作用 介質受到的侵蝕可能比電 熱的作用結果更大 金屬電極附近的放電比介質內部氣隙放電的危害大得多 前者的侵蝕能力為后者的10倍左右 原來聚乙烯介質在放電作用下 還會在空氣或氧氣中生成含羰基 CO 的由表及里的氧化層 產生H2O CO 和CO2等分解物 如果有潮氣 則生成二元酸 草酸COOHCOOH 這種分解揮發速度與放電量成正比 但在純氮或氬氣中幾乎不老化 在局部放電作用下發生這些化學反應的結果是 所生成的氧離子 受激的氧分子或氧原子對暴露在外的介質表面作用 發生氧化使聚乙烯分解出H2O CO等 表現為重量減輕 因為這些活性氧的壽命很短 所以僅限于對直接暴露表面的作用 而二次生成的臭氧O3 NO則與聚乙烯反應生成羰基化合物 特別是O3與空氣和水分作用所產生的硝酸和亞硝酸等硝基化合物 不僅對介質有強烈的腐蝕破壞作用 而且對金屬材料如銅導體 能在其表面形成銅綠及硝酸銅粉末等不良后果 局部放電檢測 測試設備千伏安容量能滿足被試電纜長度要求的高壓電源 高壓電壓表 測量回路 放電量校正器 雙脈沖發生器 全屏蔽室 雙屏蔽隔離變壓器 線路濾波器 高壓濾波器等 如有必要 還包括終端阻抗或反射抑制器 試驗設備所有部件的噪聲水平應足夠低 以得到所要求的靈敏度 局部放電檢測 全屏蔽室典型的布置方案是將試區與生產線放在同一車間中 以減少周轉 在這種環境中進行局部放電檢測會遇到許多相當強的電磁干擾 如各擠塑機頭的晶閘管加熱裝置 各種大功率電機 行車 弧光燈和繼電保護裝置等等 各種干擾可能形成空間電磁波直接輻射到測試回路中 或通過變壓器感應耦合從電源進線進入 也可能通過靜電耦合到水泥地鋼筋網上 經鋼筋直接傳導到試區地下 再耦合到測試回路中 局部放電檢測 經過對干擾的研究 現在世界各國已有了在工廠環境條件下能可靠地進行局部放電檢測的商品化設備系統 其特點是試驗區與工廠地坪相互絕緣隔離 單點接地 電磁屏蔽 電源濾波以及設備無放電等 全屏蔽室就是一種措施 屏蔽室用鋼板制成 主要作用是將空間電磁波屏蔽 防止輻射干擾 局部放電檢測 試驗區進線電纜采用特殊結構 要求一定長度 起到濾波作用 線路濾波器主要功能也是抑制電源網絡來的干擾 雙屏蔽隔離變壓器防止電源來的干擾波通過一次和二次繞組之間的雜散電容侵入 試驗電源一般采用串聯諧振電源 高壓濾波器 局部放電檢測 試驗終端油杯型終端 脫離子水終端局部放電檢測儀器檢測儀器應包括合適的放大器 示波器 另外可根據需要增加儀器指示局部放電的存在并測出視在電荷 雙脈沖發生器校核局部放電測試回路的特性 終端阻抗 特性阻抗 或反射抑制器為了抑制電纜遠端 遠離檢測器的電纜終端 開路情況下的脈沖反射 可在遠端連接終端阻抗 其阻抗值應與電纜試樣的特性阻抗相等 其實在一般情況下不用此終端阻抗 如試驗時無終端阻抗 為了避免脈沖迭加的影響 可采用反射抑制器 即一種電子開關 在大多數情況下 能閉鎖檢測器的輸入 隔斷電纜遠離開關情況下的反射脈沖 但是當局部放電的部位處于遠離或其附近時則有一些正迭加就難以避免 局部放電檢測 試樣制備端部處理也就是將端部導電層剝除 剝除的方法可根據電壓等級高低采用不同方法和工具 可剝離型半導電層試樣 用一種剝切鉗 這是一種帶刀具的鉗狀工具 鉗頭夾緊在電纜上 鉗頭部固定有一切入深度為1mm的小刀 可在屏蔽層上割切一周縫隙 沿著切縫可以剝下屏蔽層 對于非可剝離型半導電層試樣 用一種扳手狀剝切器 上面有可調深度的傾斜切削刀具 隨著剝切器沿電纜軸向螺旋形旋轉扳動 逐漸將半導電屏蔽層均勻切削掉 留下光滑的絕緣表面 然后用小刀或剝切鉗將半導電屏蔽邊緣修齊另外還有一種簡易的工具 就是用玻璃片作為工具削切半導電層 也是可行的 局部放電檢測 試驗步驟根據試驗要求進行連線 裝上試驗終端和終端內介質 然后根據檢測回路和標定方式進行檢測回路的標定 有些儀器是在不加壓的情況下進行標定 有些儀器是在高壓下標定 如果是在不帶電壓下標定 那么先進行標定 然后再進行加壓測量 如果是在高壓下標定 加電壓到規定值 然后標定 再進行局部放電測量 局部放電檢測 靈敏度試驗回路的靈敏度是指存在背景干擾條件下 儀器能檢測出的最小放電量qmin qmin 2khn式中 k 標定系數 刻度系數 計算得出 pC mm 如果是指針表頭的儀器有