電纜故障點(diǎn)的四種實(shí)用測(cè)定方法
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1、電纜故障的種類與判斷
無論是高壓電纜或低壓電纜,在施工安裝、運(yùn)行過程中經(jīng)常因短路、過負(fù)荷運(yùn)行、緣老化或外力作用等原因造成故障。電纜故障可概括為接地、短路、斷線三類,其故障類型主要有以下幾方面:
①三芯電纜芯或兩芯接地。
②二相芯線間短路。
③三相芯線完全短路。
④相芯線斷線或多相斷線。
對(duì)于直接短路或斷線故障用萬用表可直接測(cè)量判斷,對(duì)于非直接短路和接地故障,用兆歐表搖測(cè)芯線間緣電阻或芯線對(duì)地緣電阻,根據(jù)其阻值可判定故障類型。
故障類型確定后,查找故障點(diǎn)并不是件容易的事情,下面根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),介紹幾種查找故障點(diǎn)的方法,供參考。
2、電纜故障點(diǎn)的查找方法
(1)測(cè)聲法:
所謂測(cè)聲法就是根據(jù)故障電纜放電的聲音進(jìn)行查找,該方法對(duì)于高壓電纜芯線對(duì)緣層閃絡(luò)放電較為有效。此方法所用設(shè)備為直流耐壓試驗(yàn)機(jī)。電路接線如圖1所示,其中SYB為高壓試驗(yàn)變壓器,C為高壓電容器,ZL為高壓整流硅堆,R為限流電阻,Q為放電球間隙,L為電纜芯線。
當(dāng)電容器C充電到定電壓值時(shí),球間隙對(duì)電纜故障芯線放電,在故障處電纜芯線對(duì)緣層放電產(chǎn)生“滋、滋”的火花放電聲,對(duì)于明敷設(shè)電纜憑聽覺可直接查找,若為地埋電纜,則先要確定并標(biāo)明電纜走向,再在雜噪聲音小的時(shí)候,借助耳聾助聽器或醫(yī)用聽診器等音頻放大設(shè)備進(jìn)行查找。查找時(shí),將拾音器貼近地面,沿電纜走向慢慢移動(dòng),當(dāng)聽到“滋、滋”放電聲大時(shí),該處即為故障點(diǎn)。使用該方法定要注意可靠,在試驗(yàn)設(shè)備端和電纜末端應(yīng)設(shè)專人監(jiān)視。
(2)電橋法:
電橋法就是用雙臂電橋測(cè)出電纜芯線的直流電阻值,再準(zhǔn)確測(cè)量電纜實(shí)際長(zhǎng)度,按照電纜長(zhǎng)度與電阻的正比例關(guān)系,計(jì)算出故障點(diǎn)。該方法對(duì)于電纜芯線間直接短路或短路點(diǎn)接觸電阻小于1Ω的故障,判斷誤差般不大于3m,對(duì)于故障點(diǎn)接觸電阻大于1Ω的故障,可采用加高電壓燒穿的方法使電阻降至1Ω以下,再按此方法測(cè)量。
先測(cè)出芯線a與b之間的電阻R1,則R1=2Rx+R,其中Rx為a相或b相至故障點(diǎn)的相電阻值,R為短接點(diǎn)的接觸電阻。再就電纜的另端測(cè)出a′與b′芯線間的直流電阻值R2,則R2=2R(L-X)+R,式中R(L-X)為a′相或b′相芯線至故障點(diǎn)的相電阻值,測(cè)完R1與R2后,再按圖3所示電路將b′與c′短接,測(cè)出b、c兩相芯線間的直流電阻值,則該阻值的1/2為每相芯線的電阻值,用RL表示,RL=Rx+R(L-X),由此可得出故障點(diǎn)的接觸電阻值:R=R1+R2-2RL,因此,故障點(diǎn)兩側(cè)芯線的電阻值可用下式表示:Rx=(R1-R)/2,R(L-X)=(R2-R)/2。Rx、R(L-X)、RL三個(gè)數(shù)值確定后,按比例公式即可求出故障點(diǎn)距電纜端頭的距離X或(L-X):X=(RX/RL)L,(L-X)=(R(L-X)/RL)L,式中L為電纜的總長(zhǎng)度。
采用電橋法時(shí)應(yīng)保證測(cè)量精度,電橋連接線要盡量短,線徑要足夠大,與電纜芯線連接要采用壓接或焊接,計(jì)算過程中小數(shù)位數(shù)要所有保留。
(3)電容電流測(cè)定法:
電纜在運(yùn)行中,芯線之間、芯線對(duì)地都存在電容,該電容是均勻分布的,電容量與電纜長(zhǎng)度呈線性比例關(guān)系,電容電流測(cè)定法就是根據(jù)這原理進(jìn)行測(cè)定的,對(duì)于電纜芯線斷線故障的測(cè)定非常準(zhǔn)確。測(cè)量電路如圖4所示,使用設(shè)備為1~2kVA單相調(diào)壓器臺(tái),0~30V、0.5級(jí)交流電壓表只,0~100mA、0.5級(jí)交流毫安表只。
測(cè)量步驟:
①先在電纜端分別測(cè)出每相芯線的電容電流(應(yīng)保持施加電壓相等)Ia、Ib、Ic的數(shù)值。
②在電纜的末端再測(cè)量每相芯線的電容電流Ia′、Ib′、Ic′的數(shù)值,以核對(duì)完好芯線與斷線芯線的電容之比,初步可判斷出斷線距離近似點(diǎn)。
③根據(jù)電容量計(jì)算公式C=1/2πfU可知,在電壓U、頻率f不變時(shí)C與I成正比。因?yàn)楣ゎl電壓的f(頻率)不變,測(cè)量時(shí)只要保證施加電壓不變,電容電流之比即為電容量之比。設(shè)電纜全長(zhǎng)為L(zhǎng),芯線斷線點(diǎn)距離為X,則Ia/Ic=L/X,X=(Ic/Ia)L。
測(cè)量過程中,只要保證電壓不變,電流表讀數(shù)準(zhǔn)確,電纜總長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確,其測(cè)定誤差比較小。
(4)零電位法:
零電位法也就是電位比較法,它適應(yīng)于長(zhǎng)度較短的電纜芯線對(duì)地故障,應(yīng)用此方法測(cè)量簡(jiǎn)便準(zhǔn)確,不需要精密儀器和復(fù)雜計(jì)算,其接線如圖5所示,測(cè)量原理如下:將電纜故障芯線與等長(zhǎng)的比較導(dǎo)線并聯(lián),在兩端加電壓E時(shí),相當(dāng)于在兩個(gè)并聯(lián)的均勻電阻絲兩端接了電源,此時(shí),條電阻絲上的任何點(diǎn)和另?xiàng)l電阻絲上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的電位差必然為零。反之,電位差為零的兩點(diǎn)必然是對(duì)應(yīng)點(diǎn)。因?yàn)槲⒎淼呢?fù)接地,與電纜故障點(diǎn)等電位,所以,當(dāng)微伏表的正在比較導(dǎo)線上移動(dòng)至指示值為零時(shí)的點(diǎn)與故障點(diǎn)等電位,即故障點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。
測(cè)量步驟如下:
①先在b和c相芯線上接上電池E,再在地面上敷設(shè)根與故障電纜長(zhǎng)度相等的比較導(dǎo)線S,該導(dǎo)線要用裸銅線或裸鋁線,其截面應(yīng)相等,不能有中間接頭。
②將微伏表的負(fù)接地,正接根較長(zhǎng)的軟導(dǎo)線,導(dǎo)線另端要求在敷設(shè)的比較導(dǎo)線上滑動(dòng)時(shí)能充分接觸。
③合上閘刀開關(guān)K,將軟導(dǎo)線的端頭在比較導(dǎo)線上滑動(dòng),當(dāng)微伏表指示為零時(shí)的位置即為電纜故障點(diǎn)的位置。
無論是高壓電纜或低壓電纜,在施工安裝、運(yùn)行過程中經(jīng)常因短路、過負(fù)荷運(yùn)行、緣老化或外力作用等原因造成故障。電纜故障可概括為接地、短路、斷線三類,其故障類型主要有以下幾方面:
①三芯電纜芯或兩芯接地。
②二相芯線間短路。
③三相芯線完全短路。
④相芯線斷線或多相斷線。
對(duì)于直接短路或斷線故障用萬用表可直接測(cè)量判斷,對(duì)于非直接短路和接地故障,用兆歐表搖測(cè)芯線間緣電阻或芯線對(duì)地緣電阻,根據(jù)其阻值可判定故障類型。
故障類型確定后,查找故障點(diǎn)并不是件容易的事情,下面根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),介紹幾種查找故障點(diǎn)的方法,供參考。
2、電纜故障點(diǎn)的查找方法
(1)測(cè)聲法:
所謂測(cè)聲法就是根據(jù)故障電纜放電的聲音進(jìn)行查找,該方法對(duì)于高壓電纜芯線對(duì)緣層閃絡(luò)放電較為有效。此方法所用設(shè)備為直流耐壓試驗(yàn)機(jī)。電路接線如圖1所示,其中SYB為高壓試驗(yàn)變壓器,C為高壓電容器,ZL為高壓整流硅堆,R為限流電阻,Q為放電球間隙,L為電纜芯線。
當(dāng)電容器C充電到定電壓值時(shí),球間隙對(duì)電纜故障芯線放電,在故障處電纜芯線對(duì)緣層放電產(chǎn)生“滋、滋”的火花放電聲,對(duì)于明敷設(shè)電纜憑聽覺可直接查找,若為地埋電纜,則先要確定并標(biāo)明電纜走向,再在雜噪聲音小的時(shí)候,借助耳聾助聽器或醫(yī)用聽診器等音頻放大設(shè)備進(jìn)行查找。查找時(shí),將拾音器貼近地面,沿電纜走向慢慢移動(dòng),當(dāng)聽到“滋、滋”放電聲大時(shí),該處即為故障點(diǎn)。使用該方法定要注意可靠,在試驗(yàn)設(shè)備端和電纜末端應(yīng)設(shè)專人監(jiān)視。
(2)電橋法:
電橋法就是用雙臂電橋測(cè)出電纜芯線的直流電阻值,再準(zhǔn)確測(cè)量電纜實(shí)際長(zhǎng)度,按照電纜長(zhǎng)度與電阻的正比例關(guān)系,計(jì)算出故障點(diǎn)。該方法對(duì)于電纜芯線間直接短路或短路點(diǎn)接觸電阻小于1Ω的故障,判斷誤差般不大于3m,對(duì)于故障點(diǎn)接觸電阻大于1Ω的故障,可采用加高電壓燒穿的方法使電阻降至1Ω以下,再按此方法測(cè)量。
先測(cè)出芯線a與b之間的電阻R1,則R1=2Rx+R,其中Rx為a相或b相至故障點(diǎn)的相電阻值,R為短接點(diǎn)的接觸電阻。再就電纜的另端測(cè)出a′與b′芯線間的直流電阻值R2,則R2=2R(L-X)+R,式中R(L-X)為a′相或b′相芯線至故障點(diǎn)的相電阻值,測(cè)完R1與R2后,再按圖3所示電路將b′與c′短接,測(cè)出b、c兩相芯線間的直流電阻值,則該阻值的1/2為每相芯線的電阻值,用RL表示,RL=Rx+R(L-X),由此可得出故障點(diǎn)的接觸電阻值:R=R1+R2-2RL,因此,故障點(diǎn)兩側(cè)芯線的電阻值可用下式表示:Rx=(R1-R)/2,R(L-X)=(R2-R)/2。Rx、R(L-X)、RL三個(gè)數(shù)值確定后,按比例公式即可求出故障點(diǎn)距電纜端頭的距離X或(L-X):X=(RX/RL)L,(L-X)=(R(L-X)/RL)L,式中L為電纜的總長(zhǎng)度。
采用電橋法時(shí)應(yīng)保證測(cè)量精度,電橋連接線要盡量短,線徑要足夠大,與電纜芯線連接要采用壓接或焊接,計(jì)算過程中小數(shù)位數(shù)要所有保留。
(3)電容電流測(cè)定法:
電纜在運(yùn)行中,芯線之間、芯線對(duì)地都存在電容,該電容是均勻分布的,電容量與電纜長(zhǎng)度呈線性比例關(guān)系,電容電流測(cè)定法就是根據(jù)這原理進(jìn)行測(cè)定的,對(duì)于電纜芯線斷線故障的測(cè)定非常準(zhǔn)確。測(cè)量電路如圖4所示,使用設(shè)備為1~2kVA單相調(diào)壓器臺(tái),0~30V、0.5級(jí)交流電壓表只,0~100mA、0.5級(jí)交流毫安表只。
測(cè)量步驟:
①先在電纜端分別測(cè)出每相芯線的電容電流(應(yīng)保持施加電壓相等)Ia、Ib、Ic的數(shù)值。
②在電纜的末端再測(cè)量每相芯線的電容電流Ia′、Ib′、Ic′的數(shù)值,以核對(duì)完好芯線與斷線芯線的電容之比,初步可判斷出斷線距離近似點(diǎn)。
③根據(jù)電容量計(jì)算公式C=1/2πfU可知,在電壓U、頻率f不變時(shí)C與I成正比。因?yàn)楣ゎl電壓的f(頻率)不變,測(cè)量時(shí)只要保證施加電壓不變,電容電流之比即為電容量之比。設(shè)電纜全長(zhǎng)為L(zhǎng),芯線斷線點(diǎn)距離為X,則Ia/Ic=L/X,X=(Ic/Ia)L。
測(cè)量過程中,只要保證電壓不變,電流表讀數(shù)準(zhǔn)確,電纜總長(zhǎng)度測(cè)量準(zhǔn)確,其測(cè)定誤差比較小。
(4)零電位法:
零電位法也就是電位比較法,它適應(yīng)于長(zhǎng)度較短的電纜芯線對(duì)地故障,應(yīng)用此方法測(cè)量簡(jiǎn)便準(zhǔn)確,不需要精密儀器和復(fù)雜計(jì)算,其接線如圖5所示,測(cè)量原理如下:將電纜故障芯線與等長(zhǎng)的比較導(dǎo)線并聯(lián),在兩端加電壓E時(shí),相當(dāng)于在兩個(gè)并聯(lián)的均勻電阻絲兩端接了電源,此時(shí),條電阻絲上的任何點(diǎn)和另?xiàng)l電阻絲上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的電位差必然為零。反之,電位差為零的兩點(diǎn)必然是對(duì)應(yīng)點(diǎn)。因?yàn)槲⒎淼呢?fù)接地,與電纜故障點(diǎn)等電位,所以,當(dāng)微伏表的正在比較導(dǎo)線上移動(dòng)至指示值為零時(shí)的點(diǎn)與故障點(diǎn)等電位,即故障點(diǎn)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。
測(cè)量步驟如下:
①先在b和c相芯線上接上電池E,再在地面上敷設(shè)根與故障電纜長(zhǎng)度相等的比較導(dǎo)線S,該導(dǎo)線要用裸銅線或裸鋁線,其截面應(yīng)相等,不能有中間接頭。
②將微伏表的負(fù)接地,正接根較長(zhǎng)的軟導(dǎo)線,導(dǎo)線另端要求在敷設(shè)的比較導(dǎo)線上滑動(dòng)時(shí)能充分接觸。
③合上閘刀開關(guān)K,將軟導(dǎo)線的端頭在比較導(dǎo)線上滑動(dòng),當(dāng)微伏表指示為零時(shí)的位置即為電纜故障點(diǎn)的位置。
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