电缆制造过程中产品故障_缺陷_检测和定位的特点及方法_图文

1、电缆制造过程中产品故障(缺陷检测和定位的特点及方法甘兴忠(远东电缆有限公司,江苏宜兴214257摘要:介绍了电缆制造过程中产品主要故障(缺陷的种类,以及检测和定位的特点、方法及设备的选用。关键词:电线电缆;产品故障(缺陷;分类;检测和定位;设备选用中图分类号:T M206文献标识码:B文章编号: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作者简介:甘兴忠(1965-,男,高级工程师.作者地址:江苏宜兴市高滕镇远东路8号214257.0引言电缆故障(缺陷定位技术因电缆的制造和应用而兴起,随电子技术进步而发展,至今已有百年的历史,思路依旧但面目更新。定位仪器品种繁多,价格差异很大,我们应根据需要,抓住特点,在设备投资、使用范围、使用方便等几方面取得平衡。本文主要讨论电缆制造过程

4、中产品电气故障检测和定位的特点、方法及设备的选用。1电缆制造过程中产品故障检测和定位的特点1.1电缆主要电气故障的种类及定位步骤电缆主要电气故障有四类,即击穿(低阻、高阻及闪络型击穿、断线(芯、没有击穿但绝缘电阻偏低(简称低阻和局部放电量超标,前两种在产品的半成品检测中出现,后两种一般只在出厂试验中出现,局部放电量超标故障的定位可通过局部放电测量系统进行,本文不作讨论。电缆故障定位一般分四步进行:判断故障类型、选择合适的方法及相应的仪器、粗测定位(电桥法,波反射法、精确定点(声测法,音频法,跨步电压法,并根据故障点类型以及不同的场合,例如在厂内还是在线路施工现场进行检测和定位,来决定定位方法及

5、相应的仪器设备。1.2电缆制造中电缆故障检测和定位的特点电缆制造中产品故障的检测和定位要求与施工现场的售后服务中线路故障检测定位的要求不同。厂内检测和定位时,电缆在盘上,可以复绕;希望控制放电能量,保留缺陷点的原状,便于分析原因;且电线电缆品种多,希望一台低成本设备能解决所有问题。施工现场售后服务则需要一台(套综合型设备,放电能量大,可以对埋地电缆进行故障的检测和定位,且设备要小型化,便于携带、托运及搬运,最好使用220V 输入电源。通常,小型电缆厂的设备选用以厂内使用为主,大中型电缆厂则需要能兼顾敷设现场故障检测和定位服务。1.3从电缆厂内检测试验角度看几类电缆故障的特点从厂内电缆检测和试验

6、角度来看,电缆常见故障分低阻、高阻及闪络型击穿、断线(芯、绝缘及护套绝缘电阻低于标准要求等。(1低阻击穿。工厂内碰伤电缆,或在试验中击穿,形成大电流短路,导致导电线芯及金属屏蔽层短接,电阻很低,俗称“死接地”。按波反射法分,通常绝缘电阻为300以下才能称低阻短路,可使用电桥法、低压脉冲法粗测定位。这些方法的难点在于精测定点,因为这时由脉冲引起的声音很小,因此宜采用大电容脉冲源,或用护套定位的跨步电压定点法,音频巡测法作为辅助手段。(2高阻击穿。又可分为可变型高阻击穿和线性高阻击穿等两种。可变型高阻击穿涵盖大部分电缆击穿,该击穿点的电阻与电压有关,从几千欧到几百兆欧不等,但随着电压上升,电流急增

7、,等效电阻下降很快,因此,选用高压电桥、波反射法都是可靠的定位方法。精确定位可使用脉冲声测法也不难解决。线性高阻击穿比较少见,但很棘手,如终端或中间接头内部进水,三芯低压电缆中两绝缘线芯在相邻位置处破损,其导电通道被水或水蒸汽充满,相当于相间或相对地串有水电阻,随着电压升高电流呈线性上升,电阻几乎不下降,甚至电缆可长期运行,但绝缘电阻低于标准要求。这类故障的定位只能采用高压电桥,定位相对比较容易,只要在附件位置重点查找即可;若线性高阻击穿在电缆上,则需要高压烧穿源将之变为可变高阻短路后再进行定位。(3闪络型击穿。电缆发生故障后,故障点的绝缘电阻很高,尚能承受相当高的电压,这类故障往往发生在电缆

8、直流耐压试验中。这时可使用高压电。在脉冲作用下,声音很大,定点亦不难。(4对于聚氯乙烯绝缘电缆或无金属屏蔽的电缆,如架空电缆,由于波的传播特性不好(衰减很大,无论电阻高低,都应采用电桥法定位。(5断线(芯。电力电缆截面较大,断线故障十分少见,控制电缆等电气装备电缆往往同时短路,波反射法是首选,精确定位则可用脉冲声测法、音频探测法。(6高压电缆护层故障点引起电缆护层缺陷的原因大致有:生产、搬运或敷设过程中划伤塑料外护套,或护套上固有的沙眼或裂纹,引起绝缘电阻偏低,是高压电缆中经常碰到的问题。(7绝缘电阻偏低。橡皮绝缘电缆出厂例行试验中,与其它电缆明显不同之处在于都要测量绝缘电阻,如线芯截面为4m

9、m2及以下的乙丙橡皮绝缘氯丁护套船用电缆(CEFDA型或S A型,其20的绝缘电阻标准要求很高,约为1000Mkm及以上,因此,对原材料及制造工艺的要求都是相当严格的,但还是经常遇到耐压试验通过而绝缘电阻偏低、不合格;近来,许多高阻燃电缆,因为填充含水氢氧化铝,氢氧化镁,或绕包石棉布,绝缘电阻也出现偏低、不合格的现象,但耐压也很高,这些都需要在高达60k V的电压下,采用电桥法检测和定位。1.4电缆故障检测和定位设备的配置电缆故障定位设备的配置有三个层次,即单件定位仪、多件组合的便携式仪器和配备功能齐全的电缆试验仪器的定位车。目前,电缆行业进入微利时代,产品的检测和定位的频次也不高,一般选择前

10、两种配置即可。下文介绍电桥法的测试原理,以及几种适合于电缆厂使用的定位仪器的组合。2M urray电桥故障检测和定位的原理及改进2.1利用M urray电桥对击穿点检测和定位的原理这是一种经典的测试方法,方便而精确,它的测量依据是导电线芯(或屏蔽层的电阻均匀,并与长度成正比,它的测试原理如下。图1中的三芯钢带铠装电力电缆其长度为L,B 相导电线芯对钢带在L1处击穿。借助于A相导电线芯作为辅助线。使用低阻值连接线短接N、Y两端线芯。L1段电缆导电线芯电阻为R1,L2段电缆及A相电缆线芯的电阻R2,与定位电桥连接后构成Murray电桥回路,其电路原理如图2所示 。图1 电桥定位法线路接线图图2电桥

11、定位的电路原理图图2中r为比例电位器总的电阻值,即r=r1+ r2,平衡后:r1r2=R1R2=L1L+L2比例电位器由10圈刻度盘调节,电阻比例P可由刻度盘读取:11P=L12L=r1r式中,2L远大于L1;r远大小r1,因此,r1/r之值(即P值很小,不利于仪器刻度盘上的读数,为此将r1/ r×1000,并将读得的P值×1/1000,即P值的单位即为“”,因此上式可改写为:P=L12L×1000=r1r×1000( L1=2×P×L(m由此可见,只要电桥有一定的灵敏度并能平衡,电桥法定位简单而精确。2.2对电桥法的改进采用开关电源

12、技术作为高压恒流源,并解决了电源对电桥高灵敏放大的干扰难题,形成了GZ D系列电桥,其技术特点如下:(1设备采用开关电源构成高压恒流源,电压高,电流稳定、体积小、重量轻。(2采用高灵敏度放大器及检流计指示平衡,与比例电位器构成平衡电桥,整体置于高电位;面板上的操作钮处于地电位,通过绝缘杆操作电桥。(3特别设计的双芯高压橡皮测量电缆,铜线编织屏蔽层可靠接地,使用安全;四线电阻测量法避免了引线电阻造成的误差。(4高压恒流源和电桥集成在一个便携式铝合金箱内,设备操作方便。(5与波反射法相比,电桥平衡法没有盲区,特别适用于判断短电缆及靠近端头的击穿点;适用于波特性不好的聚氯乙烯电缆、架空电缆、高压电缆

13、护套缺陷点的定位。(6高压恒流源有很强的恒流燃弧能力,特别适用于难以烧成低阻的线性高阻击穿点,如电缆中间接头的线性高阻击穿,闪络型击穿点,击穿后恒流源能维持电弧,有稳定电流通过电桥,电桥有足够的灵敏度;尚未击穿,但电阻偏低的缺陷点,如用兆欧表发现电缆阻值较低,但运行电压下不击穿的绝缘缺陷点。3适合电缆制造厂使用的二种组合定位仪器的应用电桥法是很好的粗测定位方法,但仍需高压脉冲在击穿点处发声,进而精确定位。结合多年实际应用,我公司选用二种仪器组合,分别用于厂内产品故障的检测定位及售后服务。3.1厂内使用的产品故障的检测和定位设备厂内使用的产品故障检测和定位设备由GZ D21C定位仪及HDX22巡

14、测仪组成,在生产厂内,对各种电线电缆的三类故障(或缺陷,即击穿(低阻,高阻及闪络型击穿、断线(芯、没有击穿但绝缘电阻偏低点,通过粗测及精测二个步骤,都可准确定位.其特点如下:(1利用Murray电桥原理,由高压恒流源和电桥完成击穿点粗测定位,粗测定位精度为±(0.2% L+1m,用于不同电压等级交联电缆,以及橡皮、聚氯乙烯等绝缘电力电缆的高阻及闪络型击穿点定位,特别有效。当然也能用于各种电气装备电缆,甚至市话电缆、照明电线、控制电缆的击穿点定位。(2用于能通过耐压,但绝缘电阻偏低的橡皮电缆(如船用电缆、矿用电缆、油矿电缆及通用橡套软电线缺陷点的定位。(3用精密数字电容表进行各种电线电

15、缆断线点的粗测定位,电容自动放电,放电频率及能量稳定,用频率可调的高压脉冲电源及HDX22巡测仪精测定点,误差小于10c m。(4定位过程对缺陷点状态改变很少,便于解剖分析缺陷原因,性能可靠、操作简单,主要技术指标为:粗测定位精度为±(0.2%L+1m,精测定点误差小于10c m,仪器的重量44kg,体积43c m×33c m×60c m,工作电源工频220V±10%。3.2用于售后服务的定位设备用于售后服务的定位仪器由五件产品构成,即HDT DR2200电缆故障波反射法定位仪、ZGH240k V/ 500mA电缆故障烧穿源、GZ D2400A电缆故障定

16、位电桥、HDM215/8电缆故障定位电源、HDL21A声磁同步定点仪,携带方便,可同时放在中型轿车中。该组合能用于电线电缆各种故障点定位,最适宜的范围是:各种中低压电力电缆、低压配电、控制电缆、电器装备电缆,当然也可用于通讯电缆,甚至照明电线的故障定位。该组合同时具备波反射及电桥定位方法,烧穿源能很快降低击穿点电阻,对于35kV中间接头及短线路高压电缆之类的疑难故障,都能很快解决。对于一个熟练的定位人员,利用该组合,几乎能立即解决所有定位问题。其特点如下:(1低压脉冲法:单独使用,利用低压脉冲法对电缆的开路及低阻接地故障定位,也可用于测量或核定电缆长度。(2脉冲电流法:利用HDM215/8电缆

17、故障定位电源对故障电缆施加冲击或直流,通过磁藕合取样,脉冲电流法定位。(下转第35页21燥,控制的温度为110,时间为6h。表2挤塑机各区段温度的控制范围(单位:一区二区三区法兰机头280290280290290300295315300320第二,为防止绝缘骤冷产生内应力,影响绝缘品质,导体需进行预热,预热温度为80150。第三,挤出模具的滤网目数不大于100目。3聚醚酰亚胺应用的经济分析3.1与耐高温的氟塑料相比聚醚酰亚胺以目前的市场价为70元/kg,其密度为1.17g/c m3。与耐高温的氟塑料相比较,生产同样的标称厚度,氟塑料的密度为2.2g/c m3,市场价格为110元/kg,因此,聚

18、醚酰亚胺的制造成本只是氟塑料的三分之一。3.2与90的乙丙橡胶材料相比乙丙橡胶密度为0.92g/c m3,市场价格为36元/kg,生产同样的绝缘厚度,用聚醚酰亚胺的制造成本是乙丙橡胶的2.5倍。从加工角度考虑,乙丙橡胶从制料到挤出比较复杂,增加人工和水、电、汽等费用,废品率较高,而聚醚酰亚胺只需在高温挤塑机上直接挤出。且乙丙橡胶的耐热级别只有90,因此,在耐热等级较高的环境,乙丙橡胶应用存在局限。因此,综合分析来看,用聚醚酰亚胺材料来生产1E级电缆可以与耐高温氟塑料、硅橡胶以及一般耐温等级的乙丙橡胶材料相媲美,而且经济效益明显。4结束语聚醚酰亚胺是一种全新的工程塑料,可广泛应用于航海、军事、铁路、隧道等各领域,它所具有的无卤、无毒、阻燃、低腐蚀、优良的耐辐射性能更适用核电站环境,是一种理想的1E级K1类电缆制造用材料,可用于1E级K1类电缆的绝缘和护套。我公司已对该材料进行了初步的试用,进一步说明该材料易加工,性能好,但还需进一步做耐辐射试验和加速热老化试验等。在这里提出该材料,目的是想在同行中抛砖引玉,让