淺談電纜導體直流電阻試驗檢測的優化措施*

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,其性能指標嚴重影響到電力系統的損耗與正常運行。而電纜的導體直流電阻是其非常重要的性能指標,關系到供配電系統的電能損耗、電纜載流量以及系統的穩定性[1]。因此,對電纜導體直流電阻參數實行科學而又嚴謹的試驗檢測,并且最大限度地降低測量誤差,可在使用方進行電纜的質量評定時為其提供準確的依據,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的問題,分析了電纜導體直流電阻測量誤差產生的原因,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;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

測試樣品的質量將直接影響到電纜導體直流電阻的測試結果,樣品的質量主要受制于其材質、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象。在樣品的處理方式方面,主要體現在長度、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 測試環境

測試環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。現階段大多數試驗檢測機構主要依靠空調和除濕機工作來改變環境的溫度和濕度,以滿足試驗檢測環境要求,但是要保持溫濕度的恒定需要考慮檢流計滑動、試樣溫度隨環境溫度變化滯后等因素。

3 保證測試結果準確的措施

根據上一節影響電阻試驗檢測示值的因素,結合全面質量管理理論,以下從人員、設備、制樣、方法、環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,測試人員須嚴格執行相關規范標準,并規范培訓學習,做好專業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

基于2.2節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,或將電流直接經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圈后打結,以避免松脫,再把軟細銅絲接入電橋測試。

3.3 規范制樣流程

試樣的制備流程如下:①要截取規范GB/T 3048.4-2007中規定的長度,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;與此同時規定在達到系統靈敏度時,測試電流應盡可能地選擇小的電流,以避免系統發熱。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 合理控制測試環境

對試驗檢測環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,為規避環境溫度變動可能導致測量結果的波動,應該在環境溫度真正穩定之后再進行測試。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、環境五個方面提出了試驗檢測的保證和改進措施。