電纜制造過(guò)程中產(chǎn)品故障_缺陷_檢測(cè)和定位的特點(diǎn)及方法_圖文

1、電纜制造過(guò)程中產(chǎn)品故障(缺陷檢測(cè)和定位的特點(diǎn)及方法甘興忠(遠(yuǎn)東電纜有限公司,江蘇宜興214257摘要:介紹了電纜制造過(guò)程中產(chǎn)品主要故障(缺陷的種類,以及檢測(cè)和定位的特點(diǎn)、方法及設(shè)備的選用。關(guān)鍵詞:電線電纜;產(chǎn)品故障(缺陷;分類;檢測(cè)和定位;設(shè)備選用中圖分類號(hào):T M206文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):167226901(20080120010204Character isti cs of and M ethod for D etecti on and L oca ti on of Faults (D efectson the Cable dur i n g the Producti onG AN X

2、ing 2zhong(Far 2East Cable Co .,L td .,Yixing 214257,China Abstract:The classificati on of the main faults (defects on the cable during the p r oducti on is p resented,as are the characteristics of and method f or fault detecti on and l ocati on as well as selecti on of test apparatus .Key words:wir

3、e and cable;faults (defects on the cable;classificati on;detecti on and l ocati on;selecti on of test apparatus . 收稿日期:2007209210作者簡(jiǎn)介:甘興忠(1965-,男,高級(jí)工程師.作者地址:江蘇宜興市高滕鎮(zhèn)遠(yuǎn)東路8號(hào)214257.0引言電纜故障(缺陷定位技術(shù)因電纜的制造和應(yīng)用而興起,隨電子技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展,至今已有百年的歷史,思路依舊但面目更新。定位儀器品種繁多,價(jià)格差異很大,我們應(yīng)根據(jù)需要,抓住特點(diǎn),在設(shè)備投資、使用范圍、使用方便等幾方面取得平衡。本文主要討論電纜制造過(guò)程

4、中產(chǎn)品電氣故障檢測(cè)和定位的特點(diǎn)、方法及設(shè)備的選用。1電纜制造過(guò)程中產(chǎn)品故障檢測(cè)和定位的特點(diǎn)1.1電纜主要電氣故障的種類及定位步驟電纜主要電氣故障有四類,即擊穿(低阻、高阻及閃絡(luò)型擊穿、斷線(芯、沒(méi)有擊穿但絕緣電阻偏低(簡(jiǎn)稱低阻和局部放電量超標(biāo),前兩種在產(chǎn)品的半成品檢測(cè)中出現(xiàn),后兩種一般只在出廠試驗(yàn)中出現(xiàn),局部放電量超標(biāo)故障的定位可通過(guò)局部放電測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行,本文不作討論。電纜故障定位一般分四步進(jìn)行:判斷故障類型、選擇合適的方法及相應(yīng)的儀器、粗測(cè)定位(電橋法,波反射法、精確定點(diǎn)(聲測(cè)法,音頻法,跨步電壓法,并根據(jù)故障點(diǎn)類型以及不同的場(chǎng)合,例如在廠內(nèi)還是在線路施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)和定位,來(lái)決定定位方法及

5、相應(yīng)的儀器設(shè)備。1.2電纜制造中電纜故障檢測(cè)和定位的特點(diǎn)電纜制造中產(chǎn)品故障的檢測(cè)和定位要求與施工現(xiàn)場(chǎng)的售后服務(wù)中線路故障檢測(cè)定位的要求不同。廠內(nèi)檢測(cè)和定位時(shí),電纜在盤(pán)上,可以復(fù)繞;希望控制放電能量,保留缺陷點(diǎn)的原狀,便于分析原因;且電線電纜品種多,希望一臺(tái)低成本設(shè)備能解決所有問(wèn)題。施工現(xiàn)場(chǎng)售后服務(wù)則需要一臺(tái)(套綜合型設(shè)備,放電能量大,可以對(duì)埋地電纜進(jìn)行故障的檢測(cè)和定位,且設(shè)備要小型化,便于攜帶、托運(yùn)及搬運(yùn),最好使用220V 輸入電源。通常,小型電纜廠的設(shè)備選用以廠內(nèi)使用為主,大中型電纜廠則需要能兼顧敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)和定位服務(wù)。1.3從電纜廠內(nèi)檢測(cè)試驗(yàn)角度看幾類電纜故障的特點(diǎn)從廠內(nèi)電纜檢測(cè)和試驗(yàn)

6、角度來(lái)看,電纜常見(jiàn)故障分低阻、高阻及閃絡(luò)型擊穿、斷線(芯、絕緣及護(hù)套絕緣電阻低于標(biāo)準(zhǔn)要求等。(1低阻擊穿。工廠內(nèi)碰傷電纜,或在試驗(yàn)中擊穿,形成大電流短路,導(dǎo)致導(dǎo)電線芯及金屬屏蔽層短接,電阻很低,俗稱“死接地”。按波反射法分,通常絕緣電阻為300以下才能稱低阻短路,可使用電橋法、低壓脈沖法粗測(cè)定位。這些方法的難點(diǎn)在于精測(cè)定點(diǎn),因?yàn)檫@時(shí)由脈沖引起的聲音很小,因此宜采用大電容脈沖源,或用護(hù)套定位的跨步電壓定點(diǎn)法,音頻巡測(cè)法作為輔助手段。(2高阻擊穿。又可分為可變型高阻擊穿和線性高阻擊穿等兩種?？勺冃透咦钃舸┖w大部分電纜擊穿,該擊穿點(diǎn)的電阻與電壓有關(guān),從幾千歐到幾百兆歐不等,但隨著電壓上升,電流急增

7、,等效電阻下降很快,因此,選用高壓電橋、波反射法都是可靠的定位方法。精確定位可使用脈沖聲測(cè)法也不難解決。線性高阻擊穿比較少見(jiàn),但很棘手,如終端或中間接頭內(nèi)部進(jìn)水,三芯低壓電纜中兩絕緣線芯在相鄰位置處破損,其導(dǎo)電通道被水或水蒸汽充滿,相當(dāng)于相間或相對(duì)地串有水電阻,隨著電壓升高電流呈線性上升,電阻幾乎不下降,甚至電纜可長(zhǎng)期運(yùn)行,但絕緣電阻低于標(biāo)準(zhǔn)要求。這類故障的定位只能采用高壓電橋,定位相對(duì)比較容易,只要在附件位置重點(diǎn)查找即可;若線性高阻擊穿在電纜上,則需要高壓燒穿源將之變?yōu)榭勺兏咦瓒搪泛笤龠M(jìn)行定位。(3閃絡(luò)型擊穿。電纜發(fā)生故障后,故障點(diǎn)的絕緣電阻很高,尚能承受相當(dāng)高的電壓,這類故障往往發(fā)生在電纜

8、直流耐壓試驗(yàn)中。這時(shí)可使用高壓電。在脈沖作用下,聲音很大,定點(diǎn)亦不難。(4對(duì)于聚氯乙烯絕緣電纜或無(wú)金屬屏蔽的電纜,如架空電纜,由于波的傳播特性不好(衰減很大,無(wú)論電阻高低,都應(yīng)采用電橋法定位。(5斷線(芯。電力電纜截面較大,斷線故障十分少見(jiàn),控制電纜等電氣裝備電纜往往同時(shí)短路,波反射法是首選,精確定位則可用脈沖聲測(cè)法、音頻探測(cè)法。(6高壓電纜護(hù)層故障點(diǎn)引起電纜護(hù)層缺陷的原因大致有:生產(chǎn)、搬運(yùn)或敷設(shè)過(guò)程中劃傷塑料外護(hù)套,或護(hù)套上固有的沙眼或裂紋,引起絕緣電阻偏低,是高壓電纜中經(jīng)常碰到的問(wèn)題。(7絕緣電阻偏低。橡皮絕緣電纜出廠例行試驗(yàn)中,與其它電纜明顯不同之處在于都要測(cè)量絕緣電阻,如線芯截面為4m

9、m2及以下的乙丙橡皮絕緣氯丁護(hù)套船用電纜(CEFDA型或S A型,其20的絕緣電阻標(biāo)準(zhǔn)要求很高,約為1000Mkm及以上,因此,對(duì)原材料及制造工藝的要求都是相當(dāng)嚴(yán)格的,但還是經(jīng)常遇到耐壓試驗(yàn)通過(guò)而絕緣電阻偏低、不合格;近來(lái),許多高阻燃電纜,因?yàn)樘畛浜畾溲趸X,氫氧化鎂,或繞包石棉布,絕緣電阻也出現(xiàn)偏低、不合格的現(xiàn)象,但耐壓也很高,這些都需要在高達(dá)60k V的電壓下,采用電橋法檢測(cè)和定位。1.4電纜故障檢測(cè)和定位設(shè)備的配置電纜故障定位設(shè)備的配置有三個(gè)層次,即單件定位儀、多件組合的便攜式儀器和配備功能齊全的電纜試驗(yàn)儀器的定位車。目前,電纜行業(yè)進(jìn)入微利時(shí)代,產(chǎn)品的檢測(cè)和定位的頻次也不高,一般選擇前

10、兩種配置即可。下文介紹電橋法的測(cè)試原理,以及幾種適合于電纜廠使用的定位儀器的組合。2M urray電橋故障檢測(cè)和定位的原理及改進(jìn)2.1利用M urray電橋?qū)舸c(diǎn)檢測(cè)和定位的原理這是一種經(jīng)典的測(cè)試方法,方便而精確,它的測(cè)量依據(jù)是導(dǎo)電線芯(或屏蔽層的電阻均勻,并與長(zhǎng)度成正比,它的測(cè)試原理如下。圖1中的三芯鋼帶鎧裝電力電纜其長(zhǎng)度為L(zhǎng),B 相導(dǎo)電線芯對(duì)鋼帶在L1處擊穿。借助于A相導(dǎo)電線芯作為輔助線。使用低阻值連接線短接N、Y兩端線芯。L1段電纜導(dǎo)電線芯電阻為R1,L2段電纜及A相電纜線芯的電阻R2,與定位電橋連接后構(gòu)成Murray電橋回路,其電路原理如圖2所示 。圖1 電橋定位法線路接線圖圖2電橋

11、定位的電路原理圖圖2中r為比例電位器總的電阻值,即r=r1+ r2,平衡后:r1r2=R1R2=L1L+L2比例電位器由10圈刻度盤(pán)調(diào)節(jié),電阻比例P可由刻度盤(pán)讀取:11P=L12L=r1r式中,2L遠(yuǎn)大于L1;r遠(yuǎn)大小r1,因此,r1/r之值(即P值很小,不利于儀器刻度盤(pán)上的讀數(shù),為此將r1/ r×1000,并將讀得的P值×1/1000,即P值的單位即為“”,因此上式可改寫(xiě)為:P=L12L×1000=r1r×1000( L1=2×P×L(m由此可見(jiàn),只要電橋有一定的靈敏度并能平衡,電橋法定位簡(jiǎn)單而精確。2.2對(duì)電橋法的改進(jìn)采用開(kāi)關(guān)電源

12、技術(shù)作為高壓恒流源,并解決了電源對(duì)電橋高靈敏放大的干擾難題,形成了GZ D系列電橋,其技術(shù)特點(diǎn)如下:(1設(shè)備采用開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成高壓恒流源,電壓高,電流穩(wěn)定、體積小、重量輕。(2采用高靈敏度放大器及檢流計(jì)指示平衡,與比例電位器構(gòu)成平衡電橋,整體置于高電位;面板上的操作鈕處于地電位,通過(guò)絕緣桿操作電橋。(3特別設(shè)計(jì)的雙芯高壓橡皮測(cè)量電纜,銅線編織屏蔽層可靠接地,使用安全;四線電阻測(cè)量法避免了引線電阻造成的誤差。(4高壓恒流源和電橋集成在一個(gè)便攜式鋁合金箱內(nèi),設(shè)備操作方便。(5與波反射法相比,電橋平衡法沒(méi)有盲區(qū),特別適用于判斷短電纜及靠近端頭的擊穿點(diǎn);適用于波特性不好的聚氯乙烯電纜、架空電纜、高壓電纜

13、護(hù)套缺陷點(diǎn)的定位。(6高壓恒流源有很強(qiáng)的恒流燃弧能力,特別適用于難以燒成低阻的線性高阻擊穿點(diǎn),如電纜中間接頭的線性高阻擊穿,閃絡(luò)型擊穿點(diǎn),擊穿后恒流源能維持電弧,有穩(wěn)定電流通過(guò)電橋,電橋有足夠的靈敏度;尚未擊穿,但電阻偏低的缺陷點(diǎn),如用兆歐表發(fā)現(xiàn)電纜阻值較低,但運(yùn)行電壓下不擊穿的絕緣缺陷點(diǎn)。3適合電纜制造廠使用的二種組合定位儀器的應(yīng)用電橋法是很好的粗測(cè)定位方法,但仍需高壓脈沖在擊穿點(diǎn)處發(fā)聲,進(jìn)而精確定位。結(jié)合多年實(shí)際應(yīng)用,我公司選用二種儀器組合,分別用于廠內(nèi)產(chǎn)品故障的檢測(cè)定位及售后服務(wù)。3.1廠內(nèi)使用的產(chǎn)品故障的檢測(cè)和定位設(shè)備廠內(nèi)使用的產(chǎn)品故障檢測(cè)和定位設(shè)備由GZ D21C定位儀及HDX22巡

14、測(cè)儀組成,在生產(chǎn)廠內(nèi),對(duì)各種電線電纜的三類故障(或缺陷,即擊穿(低阻,高阻及閃絡(luò)型擊穿、斷線(芯、沒(méi)有擊穿但絕緣電阻偏低點(diǎn),通過(guò)粗測(cè)及精測(cè)二個(gè)步驟,都可準(zhǔn)確定位.其特點(diǎn)如下:(1利用Murray電橋原理,由高壓恒流源和電橋完成擊穿點(diǎn)粗測(cè)定位,粗測(cè)定位精度為±(0.2% L+1m,用于不同電壓等級(jí)交聯(lián)電纜,以及橡皮、聚氯乙烯等絕緣電力電纜的高阻及閃絡(luò)型擊穿點(diǎn)定位,特別有效。當(dāng)然也能用于各種電氣裝備電纜,甚至市話電纜、照明電線、控制電纜的擊穿點(diǎn)定位。(2用于能通過(guò)耐壓,但絕緣電阻偏低的橡皮電纜(如船用電纜、礦用電纜、油礦電纜及通用橡套軟電線缺陷點(diǎn)的定位。(3用精密數(shù)字電容表進(jìn)行各種電線電

15、纜斷線點(diǎn)的粗測(cè)定位,電容自動(dòng)放電,放電頻率及能量穩(wěn)定,用頻率可調(diào)的高壓脈沖電源及HDX22巡測(cè)儀精測(cè)定點(diǎn),誤差小于10c m。(4定位過(guò)程對(duì)缺陷點(diǎn)狀態(tài)改變很少,便于解剖分析缺陷原因,性能可靠、操作簡(jiǎn)單,主要技術(shù)指標(biāo)為:粗測(cè)定位精度為±(0.2%L+1m,精測(cè)定點(diǎn)誤差小于10c m,儀器的重量44kg,體積43c m×33c m×60c m,工作電源工頻220V±10%。3.2用于售后服務(wù)的定位設(shè)備用于售后服務(wù)的定位儀器由五件產(chǎn)品構(gòu)成,即HDT DR2200電纜故障波反射法定位儀、ZGH240k V/ 500mA電纜故障燒穿源、GZ D2400A電纜故障定

16、位電橋、HDM215/8電纜故障定位電源、HDL21A聲磁同步定點(diǎn)儀,攜帶方便,可同時(shí)放在中型轎車中。該組合能用于電線電纜各種故障點(diǎn)定位,最適宜的范圍是:各種中低壓電力電纜、低壓配電、控制電纜、電器裝備電纜,當(dāng)然也可用于通訊電纜,甚至照明電線的故障定位。該組合同時(shí)具備波反射及電橋定位方法,燒穿源能很快降低擊穿點(diǎn)電阻,對(duì)于35kV中間接頭及短線路高壓電纜之類的疑難故障,都能很快解決。對(duì)于一個(gè)熟練的定位人員,利用該組合,幾乎能立即解決所有定位問(wèn)題。其特點(diǎn)如下:(1低壓脈沖法:單獨(dú)使用,利用低壓脈沖法對(duì)電纜的開(kāi)路及低阻接地故障定位,也可用于測(cè)量或核定電纜長(zhǎng)度。(2脈沖電流法:利用HDM215/8電纜

17、故障定位電源對(duì)故障電纜施加沖擊或直流,通過(guò)磁藕合取樣,脈沖電流法定位。(下轉(zhuǎn)第35頁(yè)21燥,控制的溫度為110,時(shí)間為6h。表2擠塑機(jī)各區(qū)段溫度的控制范圍(單位:一區(qū)二區(qū)三區(qū)法蘭機(jī)頭280290280290290300295315300320第二,為防止絕緣驟冷產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,影響絕緣品質(zhì),導(dǎo)體需進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度為80150。第三,擠出模具的濾網(wǎng)目數(shù)不大于100目。3聚醚酰亞胺應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)分析3.1與耐高溫的氟塑料相比聚醚酰亞胺以目前的市場(chǎng)價(jià)為70元/kg,其密度為1.17g/c m3。與耐高溫的氟塑料相比較,生產(chǎn)同樣的標(biāo)稱厚度,氟塑料的密度為2.2g/c m3,市場(chǎng)價(jià)格為110元/kg,因此,聚

18、醚酰亞胺的制造成本只是氟塑料的三分之一。3.2與90的乙丙橡膠材料相比乙丙橡膠密度為0.92g/c m3,市場(chǎng)價(jià)格為36元/kg,生產(chǎn)同樣的絕緣厚度,用聚醚酰亞胺的制造成本是乙丙橡膠的2.5倍。從加工角度考慮,乙丙橡膠從制料到擠出比較復(fù)雜,增加人工和水、電、汽等費(fèi)用,廢品率較高,而聚醚酰亞胺只需在高溫?cái)D塑機(jī)上直接擠出。且乙丙橡膠的耐熱級(jí)別只有90,因此,在耐熱等級(jí)較高的環(huán)境,乙丙橡膠應(yīng)用存在局限。因此,綜合分析來(lái)看,用聚醚酰亞胺材料來(lái)生產(chǎn)1E級(jí)電纜可以與耐高溫氟塑料、硅橡膠以及一般耐溫等級(jí)的乙丙橡膠材料相媲美,而且經(jīng)濟(jì)效益明顯。4結(jié)束語(yǔ)聚醚酰亞胺是一種全新的工程塑料,可廣泛應(yīng)用于航海、軍事、鐵路、隧道等各領(lǐng)域,它所具有的無(wú)鹵、無(wú)毒、阻燃、低腐蝕、優(yōu)良的耐輻射性能更適用核電站環(huán)境,是一種理想的1E級(jí)K1類電纜制造用材料,可用于1E級(jí)K1類電纜的絕緣和護(hù)套。我公司已對(duì)該材料進(jìn)行了初步的試用,進(jìn)一步說(shuō)明該材料易加工,性能好,但還需進(jìn)一步做耐輻射試驗(yàn)和加速熱老化試驗(yàn)等。在這里提出該材料,目的是想在同行中拋磚引玉,讓