大截面铝导体电阻测量智能夹具

姚远，程欣，付驰威，刘源，蔡家虎，张弘

（湖北省产品质量检验研究院，湖北武汉，436070）

0 引言

由于铝材质表面氧化形成致密氧化铝，会造成铝绞合导体与测试夹具以及铝绞合导体单丝之间接触电阻提高，进行导体电阻测量时按照传统的测量方法会产生较大的波动。国家标准GB/T 3048.4中要求测量时加大样品长度用以抵消测量误差。具体要求为：“导体截面积（95~185）mm2，取3m；导体截面积240mm2及以上取5m。有争议时导体截面积（95~185）mm2，取5m；导体截面积240mm2及以上取10m。”

国家标准中给出的导体电阻计算的公式如下：

式中：R20为20℃时每千米长度的导体电阻值（Ω/km）；

Ri为温度ti时Li长度的电缆导体电阻测量值（Ω）；

α20为导体材料20℃的导体电阻温度系数。

由公式可以看出电缆长度Li测量的准确性对最终检测数据影响巨大。在传统的测量方法中Li为测试夹具电位电极间的距离，可视为恒量。传统夹具电位极之间的距离均为1m，显然无法满足大截面铝导体电阻测量的需要。

日常测量工作中主要采用将长导体弯曲的方式固定两端，测量电阻后，在电位端处做上明显标记。随后将样品解开、拉直手动测量标记间的距离Li带入计算。众所周知大截面电缆均通过绞合成型，并弯曲成盘放置，加上大截面导体自身重量，导致绞力、弯曲力、重力同时作用于导体，使导体产生弯曲变形。为克服导体弯曲应力人工消耗大，费时费力，测量精度也难以保证。因此需要设计一套可以满足国家标准中对不同截面、不同长度的大截面铝导体样品测试的智能夹具，配合自动精确测量系统使用，用于提高检验工作的精度和效率。

1 智能夹具的硬件构成

为了满足国家标准要求中不同长度样品的需求，又实现操作简便智能化的双层特点，设计的大截面铝导体电阻测量智能夹具需要实现以下几个功能:（1）适合多种长度样品；（2）样品长度的精确测量；（3）克服样品弯曲应力；（4）导体截面积自动判断。

本设计中智能夹具分为固定夹具和移动夹具两个部分，两个夹具均安装在小车上便于移动。实际使用时将固定式夹具通过锚链锁定，通过调整移动夹具位置实现针对不同长度样品的适应性。

夹具硬件均采用SolidWorks软件3D建模设计，能快捷完整的生成工程图纸。固定式夹具结构如图1所示。

图1 固定夹具

固定式夹具主要有一根垂直方向的螺杆可控制支撑板上下移动。同时考虑到不同型号的铝鼻子厚度可能存在差异，通过进行XX装置微调确保电流、电位端与导体中心线水平，避免电缆承受横向拉力时电位端受到磨损。

图2 移动夹具

移动夹具上安装有步进驱动电移台行程达300mm、控制精度0.5mm、最大可输出4000N拉力。该横向拉力用以克服样品的弯曲应力，使两夹具间导体样品尽可能绷紧拉直，该拉力应不能导致样品发生形变。但不同截面导体发生形变力值大小不一，需要对拉力进行监控后反馈控制。在电移台与电缆挂钩之间安装一分辨率为1N的拉力传感器，可准确的测量导体承受的实时拉力并反馈至控制系统。

移动夹具的电流端上安装有分辨力0.01mm、精度±0.2%的弹簧电子尺，电流端闭合时可精确测量夹持铝鼻子的外径，将数据反馈至控制系统。

当电移台工作时，带动底板上电流端、电位端、激光测距仪等部件整体后移，当检测人员观察到激光安平仪发出的水平光线不会被下垂的导体遮挡时认为导体基本绷直。此时通过与电位端垂直的分辨力1mm、精度±1mm的激光测距仪测量两电位端的距离，反馈至控制系统。

2 智能夹具的控制系统设计

智能夹具是否智能，其控制流程设计非常重要。其控制流程如图3所示。

通过监测样品上压接铝鼻子外径，判断导体标称截面积，控制拉力上限，最终测试结果与标准电阻值比较判定是否合格。具体参数对应表如表1所示。

表1 铝鼻外径、导体截面积、导体标准值对应表

铝鼻外径范围参数从大量日常检测工作中使用铝鼻子外径参数总结而来。拉力预设上限前期通过引用标准GB/T 12527-2008中导体拉断力的参数10%作为设计值。最终的预设上限将通过以下两组试验数据综合分析后写入控制系统。

（1）使用卧式拉力试验机对各截面积、不同长度样品进行大量的试验，采集各类导体屈服力。（2）样机组装完毕后，将各截面积、不同长度样品安装上去验证将导体拉紧绷直时需要拉力。导体标称截面积对应导体电阻值引用标准GB/T3956-2008中相应条款。

图3 控制流程图

3 结束语

本文针对大截面铝导体电阻测量设计了一种智能夹具，该夹具使用方便，具备自动判断样品截面积、自动测量导体长度等功能，自动化程度高，满足标准要求。但如何让夹具更聪明，检测更精确。还需要强化以下两个方面。

（1）尚不具备自动判断导体是否已经绷直的功能。设计中加入了激光安平仪辅助人员判断导体是否拉直，激光束是否存在遮挡还是需要人工判断，尚无法形成有效反馈，实现自动控制。采用针对不同类型、不同截面的导体均设置一个拉力限值，当拉力到达该力值时默认导体已经绷紧的方案，又存在不同企业生产的同类型同截面电缆之间差异性的问题，需要进行大量的试验分析数据。

（2）可能会因为不同厂家同型号铝鼻子尺寸存在差异或使用液压钳压接铝鼻子产生的形变，导致判断导体截面积时出现偏差。一方面可通过大量的实验收集更多的数据让设定值更精确，使其更智能，另一方面通过上位机软件实现最终测量数据与该截面附近档位导体电阻标准值比较出现跨越档位情况时发出警报，确认样品截面积。

该智能夹具是质监总局科技计划项目——大截面铝导体导体电阻自动精确测量装置中的组成部分。配合测试仪及控制软件实现大截面铝导体导体电阻自动精确测量，用于提高检验工作的精度和效率。

参考文献

[1]GB/T 3048.4-2007,电线电缆电性能试验方法(第4部分):导体直流电阻试验[S].

[2]GB/T 12527-2008,额定电压1kv及以下架空绝缘电缆[S].[3]GB/T 3956-2008,电缆的导体[S].

[4]黄晋.如何准确测量大截面铝导体电缆直流电阻[J].装备制造技术,2013,(第4期).