基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法_张恒玮.pdf

43 电工电气电工电气 (2023 No.3)作者简介：张恒玮(1987)，男，工程师，本科，从事电线电缆检测及其研究工作。张恒玮，黄玉兰，潘仁勇，刘涛，毛开裕，蒋东旭(尚纬股份有限公司，四川 乐山 614001)摘 要：针对传统电缆分割导体直流电阻测试方法中测试结果准确度较低、分散性较大的问题，提出一种基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法。该方法利用液压装置和铜管对电缆分割导体进行紧压定型，可有效减少股块或单线之间导体的接触电阻，提升直流电阻测试结果的准确性。实际测试结果表明，相比于传统方法，因为该方法能有效降低股块和单线之间导体的接触电阻，所以能提升测试结果的准确性，为电缆分割导体直流电阻测试提供了新的思路。关键词：分割导体；V 型夹具；导体直流电阻；试样处理；压管法中图分类号：TM934.12 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2023)03-0043-04 Abstract:The traditional cable segmental conductor DC resistance test method has disadvantages of low accuracy and large dispersion,so a new test method based on pressure tube method is proposed.It uses hydraulic equipments and copper tubes to compact and shape the cable segmental conductor,which can effectively reduce conductor contact resistance of strands or wires and increase the accuracy of DC resistance test results.The actual experiment shows that this method is able to decrease conductor contact resistance of strands or wires to improve the accuracy of the test results,providing a new idea for DC resistance test of cable segmental conductors.Key words:segmental conductor;V-clamp;conductor DC resistance;sample treatment;pressure tube methodZHANG Heng-wei,HUANG Yu-lan,PAN Ren-yong,LIU Tao,MAO Kai-yu,JIANG Dong-xu（Sunway Co.,Ltd,Leshan 614001,China）Test Method of Cable Segmental Conductors DC ResistanceBased on Pressure Tube Method基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法0 引言导体直流电阻是衡量电缆导体输电性能一项重要指标。实验室对于直流电阻的测试，行业内主要采用的是 V 型夹具和四端法的组合，这种方法也得到了行业内的普遍认可。在测试分割导体时，该方法具有了一定的局限性。对分割导体进行直流电阻的测试，需要事先去除股块之间的绝缘纸，接着对股块进行还原和试验。受股块间和单线间接触电阻等因素的影响，往往出现电阻测量不准确的情况。因此，对试样的处理已成为解决分割导体直流电阻测试的一项重要手段。金金元等人1采用端面输电手段，实现了测试电流在导体单线中均匀分布。但其在电流输入装置和分割导体截面契合的过程需要反复调整，契合程度较难保证。另外，该套装置的商业化进程较慢，并且仪器费用高昂，试验成本高。黄万里等人2在电流夹的位置增加了一套液压装置，利用液压设备产生的巨大压力以及定型模具使单线之间充分接触，以消除接触电阻带来的影响。同样，该方法在模具和试样的契合上存在一定的难点，模具过大或过小均会导致分割导体股块间和单线间的接触电阻增加。此外，行业内在用的检测方法还有电流均匀环法和分股电阻测试法。电流均匀环法是采用软铜丝在绞线外紧密缠绕 2 圈后拧紧，以使测试电流经铜丝均匀分布到每一股块及其单线中的方法。分股电阻测试法则是将分割导体的每一股块分离后单独测试，然后利用电阻的并联原理对导体电阻进行复原。本文依据 GB/T 3048.42007电线电缆电性能试验方法 第 4 部分：导体直流电阻试验3标准，基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法检验与测试44电工电气电工电气 (2023 No.3)提出了一种基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法，该方法利用液压装置和铜管对电缆分割导体进行紧压定型，可有效减小股块和单线之间导体的接触电阻，提升直流电阻测试结果的准确性。以一标称横截面为 1 000 mm2的电缆分割导体为试样，分别采用传统方法与本文方法对其开展直流电阻测试，并对测试结果进行分析，证明了本文方法的有效性与优越性。1 基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法压管法是结合测量大截面铝导体直流电阻的“压接法”原理，利用液压装置产生的巨大压力，以及内径与分割导体外径相当的铜管对试样电流夹处进行紧压定型处理，从而减小股块之间和导体单线之间接触电阻影响的一种方法。该方法用到的液压夹具为高压电缆生产企业制作牵引头的必备装置，铜管设计壁厚为 3 mm，系铜棒经车床加工而成，可以供不同规格的分割导体使用。其压管法原理见图 1。利用液压夹具的六边形模具，在上、下模具合模的同时，试样从等角度的6 个方向均匀受力，铜管本身的形状特性和机械性能，以及液压夹具的压接工艺，确保了分割导体在去除外应力后自身的圆整和紧实。传统 V 型夹具和四端法测电阻依据的是直流压降法原理，如图 2 所示，沿导体轴向输入一恒定电流，待测电阻可以通过测量两电位电极之间的电压降与电流的比值得到，再换算成单位长度的电阻即可。因引接线本身及接点处不可避免的会存在电阻，在测试微小电阻时这种影响不可忽略。双臂电桥通过在单臂电桥回路中增加两个桥臂电阻，并在桥体中采用同轴联动的方式，极大地降低了引接线电阻和接触电阻的影响。因此，本次测试在 V 型夹具和四端法组合的基础上，采用双臂电桥进行验证。2 试验设置在 V 型夹具和四端法直接测量直流电阻的基础上，还采用了电流均匀环和分股电阻测量两种传统测试手段。为充分验证每一方法的测试效果，试验采用不同电流夹夹紧力和旋转试样的方式进行(电流均匀环法除外)。电流均匀环法测量时，根据GB/T 3048.42007 第 4.4.2 条3推荐采用直径为1.0 mm 的软铜线在分割导体外紧密缠绕 2 圈后拧紧引出。分股电阻测量时需注意，导体拆分后破坏了分割导体原本的结构，再次测量电阻时的测试位置可能存在偏差，并联计算后的电阻是股块错位之后得到的结论。所以在试验前需对电位电极测量处进行标记，以免带来较大的测试误差。因为电线电缆产品生产过程中的分割导体是连续生产的，所以连续取样时相邻试样之间的直流电阻差异可以忽略，可以将其视作导电性能一致的样品进行重复测试。从一标称横截面为 1 000 mm2的分割导体试样上连续地截取 2 根长约 2 m 的试样。其中，试样 1 依次按照直接测量、电流均匀环、分股电阻测量的方法进行试验，试样 2 按照压管法进行处理后同样进行 20 直流电阻测试。由于试样温度在测试时间内可能存在波动，对试验结果带来影响。因此，在每一测试方法进行前均将试样在(201)的实验室内放置 24 h，并采用 PC36C 电桥的温度转换系数功能(20=0.004-1)将试样直流电阻换算至标准要求的 20 直流电阻值。为保证测试电流在两电位夹之间的均匀分布，试样制备时应注意：在去除股块间绝缘纸及随后的还原过程中，需用喉箍对导体进行固定，导体和喉箍之间应垫一层绝缘纸，以避免导体损伤等可能影响测试结果的因素产生。样品压管内端位置距离电图1 压管法原理图液压装置液压装置底座(可使下模升降)固定装置分割导体铜管模具图2 直流压降法原理图双臂电桥(PC36C)C1 P1 P2 C2被测试样测量夹具电位夹电位夹电流夹电流夹基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法45 电工电气电工电气 (2023 No.3)位夹的距离还应满足GB/T 3048.42007第3.4条3规定的大于 1.5 倍导体断面周长的要求，压管要求如图 3 所示。3 试验结果分析相关测试数据见表 1，其中，电流夹夹紧力的区分依据：较紧为正常的夹紧力度，该种情况下可以拉直试样；较松为在正常夹紧力度基础上减小，以使试样在拉直的情况下有一定的松动；紧为同一试验人员手动拧紧电流夹的最大力度。试验照片见图4。根据产品标准GB/T 39562008 电缆的导体4要求，1 000 mm2导体的 20 直流电阻(每千米)应不大于 0.017 6。3.1 传统测试方法试验结果分析从表 1 的数据可知，传统试验方法测量分割导体直流电阻的测试结果之间存在较大偏差。电流夹夹紧力对直接测量的影响最大，测试数据随着夹紧力的增大表现出集中现象。这是由于电流夹夹头不同夹紧力下的股块之间、导体单线之间接触情况存在差异，由此引起的差异性接触电阻导致测试电流未能均匀的分布在每一单线中。同时，人为施加的夹紧力不足以使股块间和单线间的接触电阻降至最低，且受股块与电流夹夹具的接触位置不同的影响，试样在不同夹紧力下的形变不一，影响程度不同。再者，由于 V 型夹具形状特性，不能确保夹头与每个股块充分接触，接触电阻较大1。电流均匀环下，缠绕的铜丝虽然解决了 V 型夹具与导体接触不完全的情况，但手工拧紧铜丝带来的合力并不能使股块间尤其是股块内导体单线实现紧密接触，接触电阻的影响未能得到根本改善。三种方法中，分股测量的测试结果在传统方法中最为集中，该方法下 V 型夹具与导体接触不完全的情况得到了一定程度的改善，同时分股测量消除了股块间接触电阻的影响，但在试样制备以及对导体进行拆分的过程中，不可避免的会引起股块内单线的松动，导致单线间的接触电阻影响仍然存在。换算成20 直流电阻后在每千米 0.017 3和 0.017 4之间。从产品的角度来看，该结果可以较好地判定其是否合格，但对于准确测量其直流电阻，仍需要解决单线间接触电阻带来的影响。3.2 压管法试验结果分析由表 1 可得，压管法的测试结果在每千米0.017 25和 0.017 3小范围内变化，且不受电喉箍绝缘纸大于1.5倍导体断面周长图3 压管要求a)直接测量图4 不同处理方法下的试验图b)电流均匀环c)分股测量d)压管法基于压管法的电缆分割导体直流电阻测试方法表1 不同处理方式下的实测20导体直流电阻电流夹夹紧力试样位置20 导体直流电阻(每千米)直接测量 压管法分股测量电流均匀环较松初始901802700.016 50.018 20.018 00.014 00.017 250.017 300.017 250.017 25中心导体：1.135 0股块1#：0.089 0股块2#：0.088 0股块3#：0.089 3股块4#：0.088 0股块5#：0.087 2换算值：0.017 4较紧初始901802700.017 00.017 00.018 20.014 50.017 300.017 300.017 250.017 25中心导体：1.135 0股块1#：0.088 7股块2#：0.087 3股块3#：0.088 1股块4#：0.088 5股块5#：0.088 8换算值：0.017 40.017 050.017 600.017 100.017 80紧初始901802700.017 60.016 50.016 90.016 90.017 250.017 300.017 250.017 25