多芯低压橡套电缆绝缘缺陷的检测方法

摘要：介绍一种经济有效的多芯低压橡套电缆绝缘缺陷的检测方法，该方法同样可以推广应用于其它种类的多芯电缆绝缘故障测试。

关键词：多芯橡套电缆绝缘缺陷经济有效检测方法

中图分类号：TM21文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）004-044-02

1概述

电线电缆企业，多芯橡套电缆生产工艺相对复杂繁琐，生产过程中容易对单芯绝缘造成损伤或者其他人为失误造成的缺陷，挤上外护套，很难发现里面单芯绝缘的缺陷，进而造成电缆的质量隐患，影响电缆的安全正常使用。

2故障原因分析

多芯橡套电缆绝缘缺陷，常见的几种原因如下：

(1)绝缘厚度不够：主要是由于挤出过程中偏芯，或者导体外径变化引起。诸如导体退扭形成灯笼状，或者铜导体的跳丝、断丝，形成毛刺，进而造成绝缘厚度不够。

(2)机械损伤：单根线芯搬运过程中发生碰撞；或者多芯绞合时，过线导轮、瓷套损坏造成刮伤。

(3)员工操作失误：多芯电缆绞合时，单芯两段之间接头，未标识或未及时处理，外护套挤出后，也未能发现。造成单股线芯的接头位置没有绝缘。

3检测分析方法

针对上述三种现象，分析如下：

第一种现象，绝缘厚度不足。由于产品正常挤出时，是要求进行3~6KV工频火花实验仪器正常情况下，可以保证单芯绝缘的厚度，和耐压级别需要。

第二种现象，机械损伤。这种故障，一旦绞合过程没有发现，挤上外护套，很难发现。为此在多芯电缆挤上外护套之前，进行一遍火花试验，可以杜绝上述故障。节省时间提高效率也可以在在绞合过程中加一道火花试验。这是一种十分经济且有效的方法。目前大多数，电缆企业在绞合这道工序上，是没有这道火花试验的。

第三种现象，员工误操作以及事后发现上述第一种现象、第二种现象中处理故障的试验仪器损坏，未能有效检出绝缘故障。我们知道有绝缘缺陷但不确定位置或者因仪器失效而电缆已经成形，不确定是否存在绝缘缺陷时，这种现象比较复杂。这也是本文分析解决的重点。

目前针对低压电缆绝缘故障的测试仪器，市面有很多。例如高低压电桥、红外投影以及在线的X射线成像等等。我们现场实践下来，没能解决低压多芯橡套电缆绝缘缺陷这种问题。高低压电桥，单芯绝缘故障的位置未能与相邻线芯之间形成回路之前，根本测不到数据。红外投影，一般多芯电缆长度从几百到上千米不等且线直径大小不等，需要保证线芯截面360度和所有长度范围内都有投影且一一筛选，这对于电缆企业来讲是非常不现实的。X射线成像，目前市场上的产品，只能检测到单根电缆的多层绝缘厚度，多芯复合电缆的单芯绝缘是否存在缺陷，还未能检测。

针对这种特殊情况，可以采取边试验边分析的方法进行。人为制造一根有故障的试验电缆，参考电缆电缆性能试验要求，逐一分析如下：说明：（试验电缆为5芯——3*25+2*10mm2；定义3芯为A、B、C；其它两芯：D、E。人为在A芯D芯不同长度位置分别制造绝缘缺陷一处）。

如图2所示，电气学上可以分析的主要有三个元素：电压、电阻、电流。电压与电缆性能相结合时，即为产品的耐压试验；电阻即为电缆芯间的绝缘电阻；电流可以理解为高电压时，芯线之间的泄露电流。参考这几个方向，分析试验如下：

绝缘电阻：由于A芯绝缘故障，A、B/A、E两芯之间绝缘电阻R1/R2，理论上分析应该小于正常电缆R3/R4。利用绝缘电阻测试仪/兆欧表，现场测量，数据不符合上述分析观点。由于线芯生产过程中存在合理的工艺偏差，绝缘层有厚薄之分，干扰测量结果。因此直接从绝缘电阻上区分故障，不能实现。

耐压性能：由于芯线绝缘故障，芯线之间耐压性能会变差。期望尝试通过耐压试验，区分电缆故障。

第一次试验：截取有故障的电缆2M左右，两端隔离，中间故障位置浸水，通过对芯线施加电压，期望造成导体对绝缘以及护套的击穿，进而通过水介质释放电能。试验从常规交流电压2.5KV开始，未能击穿。最终做破坏性试验交流40KV任然未能击穿，试验失败。

第二次试验，由于导体是多股铜线复合而成，施加交流电时，电缆的长度也会影响测量数据。多股铜线复合成的导体，实际运行时存在一定的电容特性。为了规避由于电缆长度对试验数据的影响决定采用直流电压测试，又考虑到最大限度减小对电缆的损伤，借鉴高压电缆的传统检测方法——冲闪法进行试验。即利用高压变压器、高压硅堆（高压整流桥）、脉冲电容、球隙等，形成可设置电压高低和频率的规则脉冲。取故障样线205M，试验电压根据该款电缆出厂耐压交流2.5KV，换算成直流电压6KV开始。利用示波器，采集显示波形。每隔1KV 冲闪30次作为一个试验条件，最终在18.5KV时，顺利击穿故障点。由于试验电压已经超出电缆设计电压，因此重新对试验电缆的首段、中段、末段，绝缘材料的性能重新采样，做实验。经检测绝缘材料的拉伸、绝缘性能、老化试验等任符合设计要求。考虑到该方法的科学与严谨，同时现实生产过程中的可操做性。重复该试验取故障样线1200M一根。现场试验，检测结果300M左右，找到故障点一；但是800M左右的故障未能检出。分析原因，电缆过长，脉冲释放过程消耗过快，没能保证故障点的电压，实际正常生产过程中电缆长度在1200M/段，因此也没能有效区分故障电缆。

第三次试验，借鉴图2表达的芯线之间绝缘关系，尝试监测芯线间泄露电流，达到区分故障电缆的目的。为了得到一个产品耐压的标准，取良品芯样线20M，铺设在铁板上，铁板接地，直流电压2.5KV开始升压8KV时，明显存在泄露火花。推算两芯之间，形成明显泄露电流上限直流电源16KV。为了相互印证，取故障样线，36M、60M、360M、840M各一根。逐一监测电流，最终所得数据与电缆长度呈非线性关系。同一根电缆，故障与非故障线芯间泄露电流是不一样，但是几根电缆之间，因绝缘厚度的工艺误差，影响结果，没有规律可循。没能其有效区分故障电缆。但发现可用现象：故障电缆随着电压的升高，泄漏电流变大，而非故障电缆线芯间泄露电流，变化较小。

第四次试验，参考上述一到三次试验，归纳总结。尝试利用直流电压做耐压试验，故障线芯与另一根完好的线芯之间绝缘电阻小于与两根完好的线芯绝缘电阻。施加电压时，会较早的形成泄露火花（即电弧），随着时间的增加，绝缘层碳化，电阻会越来越小。随着电流的增加，最终形成明显的通路。以此区分故障电缆。试验结果：840M故障电缆，测试直流16KV电压，耐压时间22min，故障线芯击穿，非故障线芯未击穿；360M故障电缆，故障线芯14KV，耐压时间15min，出现击穿，非故障线芯16KV，25min未击穿；735M故障线芯16KV，耐压时间13min，击穿，非故障线芯16KV，耐压时间25min未击穿。针对这些样线，首段、中段、末段，测试绝缘各项性能，未出现较大变化，并满足电缆初始设计要求。考虑到实际生产情况，另准备两根1250M电缆，人为制作芯线绝缘故障4处，未标明故障芯线，实施试验。暂定条件直流耐压16KV，耐压时间25min。检验结果十分顺利分辨出故障线芯。再次检测上述两根样线绝缘各项性能，对比试验前后各项指标，未有大幅度的改变，满足电缆设计要求。故障点分离后，取出其中合格部分，另取一根未试验过的合格品，两根电缆，同时试用到用电设备上，迄今6个多月，未出现性能上的差异。至此我们的检测方法初步成型。

利用上述试验条件，对公司内部成品110KM（86盘）成品，进行复检。出现击穿7盘，故障原因：绝缘厚度不足1盘，机械损伤4盘，人为误操作2盘。没有出现非故障线芯之间击穿。

对于已经击穿电缆、故障位置的定位。可以利用电桥或者万用表初步定位。

如图3所示，(R1+R3)/（R2+R4）与电缆故障点前后的长度成正比。初步定位以后，可以在电缆的一端接上万用表，在初定位置范围内，扭动故障电缆。万用表电阻档显示值波动最大的地方即为故障点。此方法定位也是比较准确有效的。

4检验方法总结

该方法需要的实验仪器：耐压测试设备（带一次侧电流显示与保护装置）、高压硅堆（整流桥）、万用表、电流表、连接线。（上述设备的量程选择，应根据电缆线径的大小而定，原则上，导体直径越大，选择试验仪器的量程应越大）

检验步骤：

(1)确定单芯绝缘的明显泄露电流的电压值。（可以取3~4组值，选取最大值的两倍作为该电缆芯间电压的上限）

(2)试验5~10组故障电缆，做上述耐压试验，电压选择为上限电压，直至击穿故障点为止。

(3)试验5~10组故障电缆，选取上述故障电缆中击穿最长的时间适当增加2~5分钟以后，定义为耐压试验时间，并验证是否有效区分。

(4)对耐压试验以后的产品绝缘电性能，作分析实验。验证上述两条，选择合理的耐压时间与电压值。

(5)归纳总结耐压值与耐压时间，针对需要检测的产品实施检验。

优点：

(1)检验仪器简单——耐压设备一般电缆厂都有配备。只需要参考电线规格的大小，选用就可以了，不需要额外投资。高压硅堆、电流表、连接线——价格十分便宜。万用表——一般电气维修都会有，无需另购。整套检验设备配置，非常经济。

(2)操作简单，可以有效区分故障，并找出故障。

缺点：

(1)初始数据（电压、耐压时间）需要一步一步积累，耗时较长。

(2)每一根都要检测相邻两根耐压，工作量相对比较大。（实际操作时，为了解决这一缺点，可以采用3+2的测量方法。如图1中，选择A、C、E为正，那么B、D为负。第二次测量选择A、B、D为正，E、C为负。两次涵盖所有芯线间电压实验，相对缩短了检验工作时间和减小了工作量）

综上所述，在没有专用仪器研制出来之前，这是一个非常值得借鉴的多芯橡套电缆绝缘故障检测的方法。

参考文献：

[1]《电线电缆手册》编委会.电线电缆手册[M].机械工业出版社,2008.

[2]《电气工程师手册》编辑委员会.电气工程师手册[M].中国电力出版社,2008.