隨著我國經濟的發展和社會的進步◕▩•，電纜在社會生活和經濟生活中的作用越來越不可或缺·↟◕◕•。但是◕▩•，由於訊號電纜◕·▩、控制電纜◕·▩、橡套電纜◕·▩、電氣裝備用電線電纜等產品中導體線芯數較多◕·▩、線徑較細◕·▩、絕緣層較薄等,因此它們極易發生線芯斷路(斷芯)故障◕▩•，給社會經濟的發展和群眾生活帶來損失·↟◕◕•。因此◕▩•，當發生故障時◕▩•，如何對斷芯故障點及時◕·▩、準確◕·▩、高效地定位,就成為必須解決的難題·↟◕◕•。
一.斷芯故障點的定位方法
斷芯故障示意圖
1.電容法
電纜中兩根導電線芯相當於兩個電極,導電線芯間的絕緣相當於電容器極板間的介質·↟◕◕•。電容法是根據同種規格電纜芯線分佈電容的大小與電纜長度成正比的原理進行測量的·↟◕◕•。在測試多芯電纜時,應先將被測線芯(故障線芯)以外的所有線芯及遮蔽層在電纜的測試端短接(這是為避免任一線芯因在電纜中的位置變化而造成的電容不均勻的現象),作為公共端·↟◕◕•。測試時電容表的黑線(負極)接公共端,紅線(正極)接被測線芯·↟◕◕•。兩端頭測量引出線應儘量短,以免影響測試精度·↟◕◕•。測試過程中,先把公共端中與故障線芯同規格並且完好的線芯抽出,選擇合格檔位精度的電容表,一般精確到小數點後三位有效數為宜,測量並記錄其電容值CL,此時近端和遠端測得的電容值應一樣或非常接近;之後儘量在同檔量程內分別對故障線芯兩端的近端和遠端電容值進行測量·↟◕◕•。
(1)當只有一處斷芯或多處斷芯但距離非常近使◕▩•，故障點位置的計算式為:
Lab=CabCab+CbcL(1)
式中L為電纜長度,C為電容◕▩•，a◕·▩、b◕·▩、c為斷芯點·↟◕◕•。此時,Cab+Cbc的值應略大於完好絕緣芯電容值CL,如果小於CL則表示有兩處以上的斷芯·↟◕◕•。根據實際測量經驗,在一個斷點的情況下,測量兩端電容可分別得到兩端到故障點的距離,若兩者之和與實際電纜長度有出入,可作進一步校正·↟◕◕•。如果大於實際電纜長度,則將大於部分按兩端電容比進行分配,分別扣除兩端到故障點的距離;如果小於實際電纜長度,則將小於部分按兩端電容比進行分配,分別增加兩端到故障點的距離·↟◕◕•。這樣最終能獲得更為精確的實際斷芯故障點位置·↟◕◕•。
(2)當電纜有多處斷芯,斷芯故障點位置的計算式為:
Lab=CabCab+Cbc+CcdL(2)
由於在兩個以上斷點的情況下,式中Cbc不能直接測量,因此只能根據之前測得的完好線芯的電容值CL除以實際線路長度L,計算出該線芯每米單位電容C0,然後將在斷芯上測量到的兩端電容值除以單位電容值就可輕鬆獲得兩端各自到斷芯故障點的距離·↟◕◕•。採用此方法,即使是多個斷芯故障,都可一一解決·↟◕◕•。在兩條線芯或線芯全斷的情況下,也可以根據工藝尺寸大致推算出該電纜電容或直接找到相同批次中的相同規格型號的電纜,測得單位電容值再進行測算定位·↟◕◕•。
2◕·▩、感應電壓法
感應電壓法的原理是利用交流電磁感應進行測量,一般適合無金屬遮蔽或金屬鎧裝電纜,以及成纜後的半成品的測量·↟◕◕•。先將電纜的遠端斷芯及其它完好線芯接地,保證電纜儘量離接地體(如地面◕·▩、裝置等)遠一些;近端在斷芯的線芯上,接交流220 V的相線(火線),不接地線·↟◕◕•。測試時應保證線路不短路,線路保護開關措施得當,近端◕·▩、遠端都有人監護·↟◕◕•。當帶聲光反饋資訊的感應電筆從斷芯處經過時,其聲光訊號會發生明顯變化,從而可以精確地查找出斷芯故障點位置·↟◕◕•。感應電壓法的關鍵在於應選用非接觸式感應電筆,且其探測的空間靈敏度優於1 cm為佳·↟◕◕•。
3.低壓脈衝(波)反射法
低壓脈衝反射法的原理是向電纜內注入低壓脈衝,該脈衝沿電纜傳播到阻抗不匹配點(如短路點◕·▩、故障點◕·▩、中間接頭等)時,脈衝產生反射,並回傳到測量儀器·↟◕◕•。發射脈衝與反射脈衝的時間差Δt乘以脈衝在電纜內傳播的速度(行波速度)為測量儀器與電纜斷芯故障點距離的2倍·↟◕◕•。
低壓脈衝反射法的關鍵在於應依據不同電纜線芯所用的絕緣材料選用合適的波速度,同時要考慮絕緣材料的高頻衰減程度(聚乙烯衰減小,橡膠稍差一些,聚氯乙烯衰減大)·↟◕◕•。根據已知的電纜長度,透過測量好的線芯,計算並校正出與斷芯相同規格線芯的波速度,然後透過波形計算出發射脈衝與反射脈衝的時間差,最後乘以波速度的一半即得斷芯故障點的距離·↟◕◕•。
4.脈衝定位結合電橋定位法
脈衝定位結合電橋定位法是一種破壞性的定位檢測方法,原理是利用斷芯處兩端間距不遠,透過加大電壓,使斷芯處發生空氣間隙擊穿放電發出聲音來檢測或出現的拉電弧將相鄰區域的絕緣燒灼,進而產生短路擊穿,再透過電橋法故障定位儀精確定位斷芯故障點·↟◕◕•。雖然脈衝定位結合電橋定位法原則上適合所有電纜斷芯故障點的定位,但它更適合有金屬遮蔽或金屬鎧裝電纜斷芯故障點的定位·↟◕◕•。檢測時將脈衝儀器的負極性的高壓電極接在斷芯的前端,斷芯電纜遠端必須接地,把其它線芯懸空絕緣分開;增加脈衝電壓,使斷芯處的空氣間隙擊穿放電,在此期間可能聽到放電音,放電處即為斷線點的精確位置,放電音量的大小視試驗裝置升壓的強度以及斷芯處兩端的間距而定·↟◕◕•。如果沒有脈衝放電聲音或聲音很小不易分辨,則表明斷線處兩端間距很小,產生了拉電弧·↟◕◕•。此時可以改用恆流源方式,輸出電流為30~50 mA,根據線芯的絕緣材料種類保持適當時間,一般約3~5 min,使斷芯處附近的絕緣及相鄰好的線芯的絕緣燒糊和燒灼·↟◕◕•。
二◕·▩、斷芯故障定位檢測方法的組合
1.對於無金屬遮蔽或金屬鎧裝的成品電線電纜,以及半成品電纜,可採用電容法或波反射法粗定故障區域並結合感應電壓法精確定位斷芯故障點·↟◕◕•。如現場無感應電筆,則對於線徑較細的線纜,可用最原始的手工檢測法,遠端短接斷芯線芯與好的線芯,近端分別另外接入萬用表的電阻檔,透過對粗定斷芯故障區域線纜逐段的推擠◕·▩、搓扭,發現斷芯點·↟◕◕•。此種組合法的最大優勢在於既不破壞電纜的整體功能,又能透過區域性的修復避免損失·↟◕◕•。
2.對於僅需快速定位斷芯的故障點和有金屬遮蔽或金屬鎧裝的斷芯線纜,可以直接使用脈衝法與電橋法組合檢測·↟◕◕•。此種組合法是對其它不能快速定位斷芯故障點的檢測方法的補充,最大缺點是一種破壞性的查詢方法,在增加脈衝電壓的區域會造成其它相鄰線芯的絕緣損傷·↟◕◕•。此種組合法只能適合分斷或分斷後
3.電容法和感應法相結合╃↟▩◕₪：這種方法是使用於纜芯的斷芯◕▩•，這就要求纜芯外沒有包覆金屬層且沒有擠包護層·↟◕◕•。在查詢的時候先用電容找出電纜斷線的大致位置◕▩•，然後用感應電壓法在精確的查詢斷線點◕▩•，這種方法是很簡單快捷的◕▩•，也是目前使用最多的一種方法·↟◕◕•。感應電壓法是在電纜的斷芯的一端接650V的交流電壓◕▩•，另一端及其它芯子接地◕▩•，然後用可發以光訊號的感應筆進行測試◕▩•，測試時當感應筆從斷芯處滑過時◕▩•，訊號會發生變化◕▩•，這樣可以精確地查詢到電纜斷線點的·↟◕◕•。
4.恆流源和電橋法相結合:這種方法是用於完成的電纜或已包覆金屬層的纜芯·↟◕◕•。使用是查詢的方法是先用恆流源將阻燃電纜的斷芯處的絕緣燒糊◕·▩、擊穿◕▩•，然後在用電橋法故障定位儀精確的定位故障點◕▩•，也是經常使用的一種方法·↟◕◕•。
