电缆断线和短路故障处理方法

王小新

(加西亚电子电器有限公司，浙江 乐清325603)

0 引言

电缆断线故障(导体不接续)和短路故障(导体之间相连接或导体与钢带相连接或导体与屏蔽之间相连接)的出现，会导致电缆不能正常运行。电缆制造企业若生产工艺不完善、过程控制不严、原材料不稳定，就会使产品发生断线和短路故障。如不能及时处理或处理不当，则不仅会严重影响产品交货期而且造成产品报废，给企业造成较大的经济损失。

目前国内外处理电缆断线和短路故障的方法较多，主要有电桥法和脉冲法，其主要检测设备大多较昂贵且技术很难掌握。因此，对电缆制造企业来说，用较少的投入就能及时准确地处理电缆断线故障和短路故障就显得非常重要。

本文将利用数字电容表，根据电缆绝缘线芯电容与长度成正比关系原理，粗测电缆导体断线处位置，再利用数字万用表交流毫伏档及220V交流电源根据电磁感应原理，精确找出电缆断线处位置;利用数字万用表直流毫安档根据电阻单臂电桥原理测量出电缆短路故障处位置。

1 电缆断线故障处理方法

此方法适用于2芯及以上电缆的单芯实心导体断线故障。检测设备主要有数字电容表(具有200 pF、200 nF、200μF量程)、数字万用表(具有交流电压200 mV量程)及220 V频率为50 Hz的交流电信号源。测试原理采用电容法和电磁感应法。

1.1 电容法粗测

根据在电缆导体结构和绝缘结构均匀的情况下电缆电容与电缆长度成正比例。

设断点处距离端部为X，电缆总长度为L。

用数字电容表按图1测出电缆两端故障与相邻好线之间4个电容值(C1、C2、C11、C22)。图2为电缆断线理想状态下的电容示意图。

图1 电缆电容测试示意图

图2 电缆断线理想状态下电容示意图

按式(1)计算出CX、CY，从图2可知CX、CY分别为断点两端理想情况下的电容。按公式(2)计算出X。

将电缆复绕至X值处。屏蔽电缆或铠装电缆的导体断线在X处分段处理，重复电容法粗测对故障段电缆进行测量直到找到导体断线位置，非屏蔽(铠装)电缆导体断线的故障位置采用电磁感应法作进一步精确定位。

1.2 电磁感应法精测

经过电容法粗测后用电磁感应法作进一步精确定位，220 V工频交流电火线接入故障导体，在断线处的电缆外表会产生感应电压，电压的大小与接入火线断点距离有关，距离越近感应电压越大，距离越远感应电压越小，在断点处外感应电压会明显变化。

将220 V频率为50 Hz的交流电源按图3进行接线，火线接电缆一端的故障导体，地线接电缆一端的其余导体且保护接地，电缆另一端所有导体相连接。

图3 电缆断线电磁感应法检测接线图

将数字万用表旋至交流电压毫伏档，数字万用表红表笔沿着电缆表面测量感应电压。观察数字万用表感应电压读数变化情况，无断线处电缆外表感应电压一般在200 mV左右，在断点处(远离电源信号)电缆外表感应电压一般为0～10 mV，当数字万用表读数有明显变化时即为导体断点位置。

电磁感应法检测注意事项:

(1)火线接电缆一端的故障导体，地线接电缆一端的其余导体且保护接地，电缆另一端所有导体相连接，不得搞错;

(2)220 V交流电压接入电缆要做适当防护，不要让外人接近以免发生高压危险;

(3)处理现场除信号源外应无其它较强干扰信号;

(4)本方法不适用屏蔽电缆或铠装电缆的导体断线故障定位。

1.3 计算公式推导

设断点距A端电容为CX，距B端电容为CY，断点处电容为CO，C1、C2、C11、C22为电缆两端测得的4个电容值，各电容分别标示在图4上。

图4 电缆断线电容分布等效图

由图4得:

解由式(3)～式(6)组成的三元一次方程组得:

根据电缆电容公式

式中，ε为介电常数;L为电缆长度;D为绝缘后外径;d为导体外径。

可得:

式(8)除以式(7)得:CX/C=X/L

又因为CX+CY=C，所以X=CX×L/(CX+CY)。

2 电缆短路故障处理方法

此方法适用于电缆导体之间的短路故障和电缆导体对铠装钢带或屏蔽铜带之间的短路故障(短路处接触电阻在300Ω以下)。主要检测设备和工具有数字万用表(具有200 mA直流电流档)、9 V电池、10 m长1.00～1.50 mm铜线、民用剪刀。测试原理采用电阻电桥法。

2.1 电阻电桥法

设短路点距A端距离为X，电缆总长度为L。

接线按图5进行。

将民用剪刀接触铜线，观察数字万用表200 mA直流电流档读数，并移动民用剪刀直到数字万用表读数为0.0时在铜线表面作记号，测量记号距A端铜线长度L1，记号距B端铜线长度为L2。

按式(9)计算出X。

图5 电阻电桥法短路故障测试接线图

将电缆复绕至计算出的X值处。将数字万用表200Ω电阻档按图6接入短路故障线中，在X值处附近用小木锤敲打电缆外表面，当数字万用表电阻数据有变化时即为短路点处(根据电缆短路处接触电阻在外力作用下会发生变化)。

图6 短路故障位置查找示意图

电阻电桥法检测注意事项:

(1)10 m长1.00～1.50 mm铜线线径应均匀，外表光洁无毛刺、无受伤;

(2)接数字万用表故障线导体尺寸要尽可能均匀一致;

(3)对绝缘不良故障，可采用高压试验烧穿至完全短路，然后采用该方法进行短路故障处理。

2.2 计算公式的推导

画出图5的等效电阻电桥电路图见图7。

图7 单臂电阻电桥原理图

设通过RX、RY、R1、R2电阻的电流分别为IX、IY、I1、I2。

当检流计G中电流为0时，则有:

式(10)除以式(11)得:

根据电缆导体电阻与导体材料电阻率、电缆长度及导体截面积的关系式R=ρ×L/S得:

把RX、RY、R1、R2代入式(14)得:

化简整理得:

3结束语

电缆断线故障处理所用的电容法是根据电缆导体结构和绝缘结构均匀的情况下电缆电容与电缆长度成正比例关系，计算出理想下断处两端电容，完全避免了断处电容引起的误差。电缆短路故障处理是利用电阻电桥法原理，外接入标准导线作为标准电阻，数字万用表直流毫安档作为电桥检流计来进行故障定位。这些断线和短路故障处理设备简单，投入费用少，检测设备小、易携带、好操作，电缆断线及短路故障准确度可达到100%，完全可以解决电缆企业所出现的2芯及以上电缆的单芯实心导体断线故障、电缆导体之间的短路故障、电缆导体对铠装钢带或屏蔽铜带之间的短路故障。该实用技术可以在电缆行业中推广使用。

［1］沈祖培.对称电缆断线故障定位的分析及计算［J］.电线电缆，1999(5):38-40.