高壓電纜故障電橋發(fā)展與現(xiàn)狀1、描述

1.1簡介

高壓電纜故障定位電橋是基于MURRAY電橋原理而設(shè)計，適用于敷設(shè)后各種電線電纜的擊穿點(diǎn)及沒有擊穿但絕緣電阻值偏低的缺陷點(diǎn)的定位，也是高壓電纜護(hù)套故障定位*有效的方法。當(dāng)然，也 可用于電纜廠內(nèi)各種線纜缺陷點(diǎn)的定位。

設(shè)備采用開關(guān)電源構(gòu)成高壓恒流源，空載電壓15kV，短路電流30mA。采用高靈敏度放大器及檢流計指 示平衡，與比例電位器構(gòu)成平衡電橋，整體置于高電位。測量電纜為特別設(shè)計的雙芯高壓橡皮電纜，四 端電阻測量法避免了引線電阻引入的誤差，電纜通過編織屏蔽層可靠接地，面板上操作鈕處于地電位， 通過絕緣桿操作電橋。高壓恒流源和電橋集成在一個便攜式鋁合金箱內(nèi)。因此，該設(shè)備電壓高、重量輕、 操作方便、使用**。

1.2功能

具有三種功能：

1、直流耐壓試驗

可輸出    0～15kV 直流電壓，可用于電纜直流耐壓試驗。

2、燒穿故障點(diǎn)

燒穿及降低高阻及閃絡(luò)型故障點(diǎn)的電阻。

3、故障預(yù)定位

利用電橋原理進(jìn)行預(yù)定位，四端電阻測量法避免了引線電阻引入的誤差。

1.3適用用戶

高壓電纜外護(hù)套故障測距儀特別適用于：

1、敷設(shè)后電纜的高阻擊穿點(diǎn)，特別是難以燒成低阻的線性高阻擊穿點(diǎn)如電纜中間接頭的線性高阻擊穿。

2、閃絡(luò)型擊穿點(diǎn)，擊穿后恒流源能維持電弧，有穩(wěn)定電流通過電橋，電橋有足夠的靈敏度。

3、電橋法僅僅要求線芯電阻的均勻性。因此，PVC聚氯乙烯絕緣電纜（波特性不好），沒有良導(dǎo)體回流的電纜，超高壓電纜金屬護(hù)套缺陷點(diǎn)，僅有鋼鎧裝的電纜的故障定位，只能用電橋法定位。

4、尚未擊穿，但電阻偏低的缺陷點(diǎn)，如用兆歐表發(fā)現(xiàn)電纜阻值較低，但運(yùn)行電壓下不擊穿的絕緣缺陷點(diǎn)。

由于上述特點(diǎn)高壓電纜故障定位電橋為下述幾類用戶所青睞：

1、從事專業(yè)定位的電纜修試隊伍：如大中型供電局及大型用電企業(yè)的電纜修試班。絕大部分的電纜擊穿點(diǎn)均可用高壓電纜故障定位電橋迅速找到大致的擊穿位置。與波反射法及定點(diǎn)儀配合使用，各取所長，使定位更快更可靠。

2、小型用戶：如小型供電局及中型用電企業(yè)。電纜不多，一般走向清楚，不太長，故障次數(shù)有限，若配齊一套波反射法定位儀，價格高，對使用人員的素質(zhì)和經(jīng)驗要求較高，不是*佳選擇。選用高壓電纜故障定位電橋價格較低，操作方便，能應(yīng)付日常需要，是較好的選擇。

3、電纜生產(chǎn)廠：在廠內(nèi)，可用作各種線纜擊穿點(diǎn)的定位，選配數(shù)字電容表，可找出斷線點(diǎn)。該設(shè)備重量輕，便于攜帶至現(xiàn)場為電纜用戶作定位服務(wù)。

1.4技術(shù)指標(biāo)

 直流輸出      0～15kV

 短路電流      30mA

 定位比例精度  （0.2%L+1）m

 重量         10kg

 體積         38cm_36cm_27cm 

 工作電源      工頻220V       ?15％

1.5供貨清單

高壓電纜故障電橋發(fā)展與現(xiàn)狀2、面板說明

1、接地柱：為儀器外殼及電橋電氣**接地點(diǎn)，通過專用接地線與地相連，使用過程中務(wù)必可靠接地，以確保人身**。

2、保險絲：5A（5_20）。

3、電源插座：AC220V_15%。

4、測量電纜首端：紅色測量夾頭。

5、測量電纜末端：黑色測量夾頭。

6、輸出電流表：單位mA。

7、輸出電壓表：單位kV。

8、電源指示：電源開關(guān)打開時，指示燈亮。否則應(yīng)檢查電源和保險絲。

9、工作指示：電壓調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底，零位合閘后，指示燈亮，方可輸出高壓。

10、電源開關(guān)：左為開，右為關(guān)。

11、電壓預(yù)置：顯示輸出電壓范圍，同時選擇了顯示量程。

12、高壓調(diào)節(jié)：高壓調(diào)節(jié)電位器帶零位開關(guān)，逆時針調(diào)節(jié)到底能聽到咔嗒一聲，完成零位合閘，順時針調(diào)節(jié)為升壓，逆時針調(diào)節(jié)為降壓。

13、檢流計：指示平衡情況。

14、電池開關(guān)/靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕：有三個用途：（1）檢流計電池的開關(guān)。（2）在“關(guān)”位置時，短路比例電位器，斷開檢流計，防止沖擊電流損壞電橋。（3）調(diào)節(jié)檢流計靈敏度。順時針旋轉(zhuǎn)，靈敏度由 小到大。在調(diào)節(jié)過程中，應(yīng)逐步提高靈敏度，使指針偏轉(zhuǎn)對‰旋鈕的微小調(diào)節(jié)敏感。

15、定位千分比調(diào)節(jié)：為電橋電阻調(diào)節(jié)旋鈕，外圈數(shù)字對應(yīng)為100‰，內(nèi)圈對應(yīng)為10‰、1‰。讀數(shù)P‰=外圈數(shù)字＋內(nèi)圈數(shù)字，如圖2（a）讀數(shù)應(yīng)為720‰，圖2（b）讀數(shù)應(yīng)為315‰。

16、檢流計調(diào)零：調(diào)節(jié)表頭電氣零位。內(nèi)置放大器、連接線接觸電勢、熱電勢、空間電場都可能使指針偏離零位。應(yīng)在連線完成，電源打開未升壓時調(diào)零，可消除上述干擾。

17、更換電池：打開電池開關(guān)后，若調(diào)零時檢流計不動作，可能是電池電量不足，應(yīng)更換9V方塊電池。方法如下：先關(guān)閉電源，并對測量電纜可靠放電，儀器側(cè)放，打開底部小門，擰開高壓橋體下部的 尼龍蓋，拉出電池，更換。應(yīng)注意，電橋工作時電池處于高電位，因此，換好的電池及電池連接線 一定要放回原位，擰好尼龍蓋。

高壓電纜故障電橋發(fā)展與現(xiàn)狀3、操作說明

3.1定位原理

利用Murray電橋?qū)舸c(diǎn)定位是經(jīng)典的辦法，方便而準(zhǔn)確。電橋法的依據(jù)是線芯（或屏蔽層）電阻均 勻，與長度成比例。下圖3為一典型用法。

鋼帶鎧裝三芯電力電纜，長度為L，B相線芯對鋼帶在L1處擊穿。借助于A相作為輔助線，使用低阻值連線短路N、Y 兩端。L     1段電纜線芯電阻為R1，L2段電纜及A相電纜線芯的電阻為R2。與定位電橋構(gòu)成Murray電橋回路。其電路原理如圖4。 

比例臂電阻與10圈刻度盤相連，電阻比例P可由刻度盤讀取，因此：

由此可見，只要電橋有一定的靈敏度并能平衡，電橋法定位簡單而精準(zhǔn)。

3.2測量步驟

故障線芯AB，輔助線芯CD，線芯截面相同，長度均為L，測量端距離故障點(diǎn)為Lx。 測量夾紅、黑夾子分別接至電纜線芯A、C兩端，在遠(yuǎn)端通過專用C型夾短路線短路D、B兩端。

1、用萬用表，搖表或其它耐壓設(shè)備確認(rèn)電纜擊穿狀態(tài)，記錄各芯的對地絕緣電阻或擊穿殘壓等數(shù)值。

2、記錄待測電纜長度、型號、截面等參數(shù)，沿電纜敷設(shè)路徑巡視，在遠(yuǎn)端短路故障電纜及輔助電纜出線端子，留一人在遠(yuǎn)端監(jiān)護(hù)，以免高壓傷人。

3、接線。儀器接地端可靠接至定位現(xiàn)場接地體。測量首端（紅夾）接在故障電纜線芯，首端電纜上金屬鱷魚夾子跟儀器接地端相連，應(yīng)與被測電纜鋼帶（或銅屏蔽）可靠連接，測量末端（黑夾）接輔 助電纜線芯。接地棒接在儀器接地端。內(nèi)置的高壓源輸出“－”極性高壓，通過比例電位器，經(jīng)二 根測量電纜，加在電纜線芯上，流過擊穿點(diǎn)，經(jīng)鋼帶和金屬鱷魚夾流入儀器接地端。可見，金屬鱷 魚夾與鋼帶（或銅屏蔽）可靠相連很重要，否則沒有電流回路，無法定位。 

4、電源接在AC220V。儀器內(nèi)電源插座接地點(diǎn)懸空，因此，不要求電源線可靠接地。

5、電橋調(diào)零。電池開關(guān)置“開”，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”鈕，（若指針偏左，順時針旋轉(zhuǎn)，指針偏右，逆時針旋轉(zhuǎn)）。使檢流計指零。此后電池開關(guān)及時置“關(guān)”。確認(rèn)電池開關(guān)置“關(guān)”！在“關(guān)”位置時，不但關(guān) 閉檢流計放大器電池，同時短路比例電位器，斷開檢流計?？杀苊馍龎喝蓟‰A段的脈沖電流損壞電 橋。因此，在電流穩(wěn)定前，電池開關(guān)必須處于“關(guān)”位置。

6、選擇適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?。對于低電壓電纜，選“5kV”檔，可防止誤操作使電壓過高。

7、升壓。打開“電源開關(guān)”，電源指示燈亮?！案邏赫{(diào)節(jié)”鈕逆時針到底，零位啟動，工作指示燈亮。

8、順時針緩慢旋轉(zhuǎn)“高壓調(diào)節(jié)”鈕，觀察電壓表及電流表，直到電流表超過10mA。若電流不穩(wěn)定，可繼續(xù)升高電壓，保持一段時間，形成穩(wěn)定電弧或?qū)щ妳^(qū)，使測試過程的電流穩(wěn)定。

9、平衡調(diào)節(jié)。順時針旋轉(zhuǎn)“電池開關(guān)/靈敏度”鈕，逐檔增大靈敏度，至檢流計有明顯偏轉(zhuǎn)但不過度，旋轉(zhuǎn)“‰”刻度盤，使檢流計指零（若指針偏左，順時針旋轉(zhuǎn)，指針偏右，逆時針旋轉(zhuǎn)）。逐檔提高 靈敏度，使指針偏轉(zhuǎn)對“‰”旋鈕的微小調(diào)節(jié)敏感即可。

10、記下此時“‰”刻度盤的讀數(shù)P1‰，應(yīng)有P1≤500。

11、降電壓，關(guān)閉“電源開關(guān)”，放電，并經(jīng)另一人確認(rèn)。將測量鉗交換位置，（回流接地C形夾不必更換位置）。重復(fù)步驟（4）至（10）得到另一讀數(shù)P2，應(yīng)有P1+P2=1000。該過程能避免讀數(shù)及測量鉗使用上的錯誤，P1+P2不必追求完全等于1000。在990及1010之間均屬正常。在高壓合閘，無電流輸出，當(dāng)前靈敏度檔重復(fù)調(diào)零能得到更為準(zhǔn)確的比例。

12、計算故障點(diǎn)的位置

Lx = 2 _ L _ P1‰

應(yīng)特別注意公式中的“2”，因為輔助電纜使參與計算的電纜延長了一倍。

高壓電纜故障電橋發(fā)展與現(xiàn)狀、使用經(jīng)驗

4.1測量鉗的正確使用

在預(yù)定位故障點(diǎn)時，測量鉗的紅黑夾子分別接至比例電位器及檢流計，相當(dāng)于雙臂電橋的P、C端，顯然 不能直接短路，鋁芯表面有氧化層，應(yīng)砂光處理。

4.2使用該設(shè)備完成耐壓試驗

該設(shè)備可以用于耐壓試驗，與一般耐壓設(shè)備不同，它不能過流跳閘，應(yīng)觀察電壓及電流表的讀數(shù)判斷絕 緣狀況。接線應(yīng)注意：兩個測量鉗同時輸出高壓，應(yīng)同時接至電纜線芯，金屬屏蔽或其它線芯接儀器地。

4.3如何使電流穩(wěn)定

電橋在穩(wěn)定電流下才能平衡。升壓前，靈敏度檔應(yīng)位于“關(guān)”位置，短路電橋，防止沖擊電流損壞檢流 計放大板。開始升壓時，高阻擊穿點(diǎn)往往有爬電，使電流波動，保持*大電流幾分鐘，電流將趨于穩(wěn)定。 某些閃絡(luò)型故障，需要更長時間，故障點(diǎn)經(jīng)頻頻放電，形成電弧后，電流達(dá)到穩(wěn)定。使用脈沖源和定位 電橋同時加壓，可提高燒穿功率，縮短電流穩(wěn)定時間。

4.4電橋的靈敏度選擇

充分理解影響靈敏度的因素對測試有幫助：

1、通過電橋的電流越大，靈敏度越高。

2、電纜導(dǎo)體電阻越大，電橋獲得的靈敏度越高，即細(xì)而長的電纜靈敏度較高，粗而短的電纜靈敏度較 低。對于截面大，長度短的電纜，應(yīng)盡可能增大電流，選用較高的靈敏度檔位。

3、對于相間擊穿的定位，選擇截面較小的線芯為橋臂，靈敏度較高。

4.5輔助線芯截面不同時的換算

可以采用不同截面的線芯作為輔助電纜，計算時，應(yīng)將輔助電纜折算至故障電纜的長度。如故障截面為 Sx，輔助電纜為S，則上述公式變?yōu)椋?/span>

X = P1‰×（1+Sx/S）×L

可以直觀理解為：輔助電纜愈細(xì)，電阻愈大，相當(dāng)于更長的故障電纜。

 4.6成盤電纜的定位

高壓電纜故障定位電橋為敷設(shè)現(xiàn)場定位而設(shè)計，當(dāng)然也可以用于出廠試驗中的缺陷點(diǎn)定位。區(qū)別是測量鉗夾在電纜的兩端，不必使用低阻短路線，沒有輔助電纜參與平衡，計算公式不能有“2”， 如下：

X = L× P1‰

4.7銅帶，鋼帶能作為橋臂嗎

電橋定位的精度有賴于導(dǎo)體電阻均勻，電纜廠不一定焊接銅帶、鋼帶搭接頭。銅帶接觸電阻小，對定位 精度影響很小。鋼帶應(yīng)小心，可能會引入較大誤差，應(yīng)該心中有數(shù)，盡量避免利用鋼帶定位。

4.8架空電纜的定位

架空電纜通常為單芯，僅有絕緣層，浸水耐壓試驗發(fā)現(xiàn)的缺陷點(diǎn)同樣可以定位，與其它成盤電纜唯壹不 同在于，接地極為水。可將儀器地接至水池的接地點(diǎn)，或用銅帶放在水中，作為接地極。

4.9多點(diǎn)缺陷點(diǎn)定位

這里，有必要區(qū)分缺陷點(diǎn)是低阻點(diǎn)還是擊穿點(diǎn)。理論上，定位比例指向多個漏電流構(gòu)成的重心，因此電 橋法不能定位多個故障點(diǎn)。運(yùn)行電纜上，故障過電壓浪涌偶爾能造成電纜多處弱點(diǎn)依次擊穿，導(dǎo)致多點(diǎn) 擊穿。但多個擊穿點(diǎn)情況很難一致，隨著直流電壓上升，*弱的點(diǎn)先擊穿，流過絕大多數(shù)電流，根據(jù)比 例計算的位置十分靠近該點(diǎn)。剔除該點(diǎn)，再找下一點(diǎn)。實(shí)際中碰到兩個以上點(diǎn)同時流過較大電流的機(jī)會 很少，可以說，碰到多點(diǎn)擊穿導(dǎo)致定位不準(zhǔn)的幾率，比中大獎更小，因此，不必?fù)?dān)心電橋難以定位多點(diǎn) 擊穿。沒有擊穿的低阻點(diǎn)，隨電壓升高，大部分轉(zhuǎn)化為擊穿點(diǎn)。特殊的低阻點(diǎn)，如成批材料絕緣不佳， 定位比例總是在 50％左右，值得警惕。

4.10相間擊穿定位

與前文例子的區(qū)別僅僅為，電流應(yīng)通過另一線芯流回電橋，因此，相間擊穿的另一線芯應(yīng)接至電橋地。 實(shí)際中可能是：相間擊穿及相與屏蔽擊穿共存，不妨將其它線芯及屏蔽都接地，結(jié)果大多為：相間擊穿 及相與屏蔽擊穿是同一點(diǎn)。                                        

4.11無良好絕緣輔助線芯的處理

如4.10條中類似，可能所有相間及屏蔽都擊穿了，找不到輔助電纜相。方法是：用萬用表挑一相絕緣電 阻較大的為輔助電纜，道理與多點(diǎn)擊穿類似，不難想通。如都燒成一體，為金屬性短路，只能利用平行 敷設(shè)的其它電纜了，還不行，只能放臨時輔助電纜?？紤]到該套儀器中其它方法可用，*終束手無策的 機(jī)會并不多 ,從提高定 位技術(shù)的角度講，我們很希望碰到定不出來的故障，可惜至今還沒有這樣的挑戰(zhàn)。

4.12單芯電纜絕緣缺陷點(diǎn)定位

單芯電纜通常為35kV及以上的高壓電纜，定位接線如下圖6。

與多芯電纜*大的不同是，外界干擾影響電橋平衡的可能性加大，短接M、X及N、Y點(diǎn)的金屬護(hù)套很有 效，參考第4.14條。高壓電纜間距較大，應(yīng)選配大長度短接線。

4.13高壓電纜護(hù)套缺陷點(diǎn)定位

高壓電纜外護(hù)套故障測距儀是定位電纜護(hù)套缺陷點(diǎn)*有效的方法，接線如圖7。詳細(xì)內(nèi)容請參考本公司的 相關(guān)資料。

4.14 干擾類型及排除方法

對大截面電纜精準(zhǔn)定位，需要高靈敏度的檢流計，本儀器消除了高壓源對電橋檢流計的干擾，大大衰減 了外界干擾訊信號。但仍可能有一些干擾影響電橋平衡。單芯電纜定位的工頻干擾。故障電纜附近，通常有其它線路在運(yùn)行，流過工頻大電流。故障電纜芯與輔 助電纜包含的面積愈大，磁場感應(yīng)干擾也愈大。多芯電纜由于包含的面積小，加上金屬護(hù)層的屏蔽作用， 不影響平衡。但是定位高壓電纜，可能干擾太大，無法平衡。以高壓電纜護(hù)套缺陷點(diǎn)定位為例，改善方 法為：將故障相及輔助相的線芯兩端接地，或在兩端將線芯彼此短接，形成反相磁場，效果明顯。

4.15斷芯電纜定位

不能定位斷芯故障是高壓電橋法*大的不足。好在完全的斷路在電力電纜中不多見，完全斷路可以選配 數(shù)字電容表解決，方法見第4.16條。斷線故障定位*好用HDTDR波反射法定位儀。 運(yùn)行故障中，大電流燒熔線芯及金屬屏蔽層，斷芯不完全，往往伴隨著短路，電橋法可以定位。小截面 鋁芯電纜，制造中已部分拉斷線芯，但內(nèi)半導(dǎo)電層還貫通，半導(dǎo)電層作為電橋電阻的一部分，使定位比 例不正確。定位比例接近0‰或999‰。

用萬用表測量線芯電阻，可以判斷是否為斷芯故障。斷芯時，定位比例不正確。波反射法是更好的方法。 繞包的銅帶或鋼帶不易斷路，可嘗試用金屬屏蔽作為橋臂定位。

高壓電纜故障電橋發(fā)展與現(xiàn)狀5、簡單異常情況及處理

1若換好電池后檢流計仍不能調(diào)零，可能放大模塊損壞，應(yīng)更換放大模塊。

2調(diào)不到零位，可能的情況為：

■遠(yuǎn)端沒有短路或夾錯了電纜。

■夾頭接觸不好。一個夾子的兩個鉗口分別引入電流及電位信號，任何一側(cè)接觸不好，都會影響平衡，表現(xiàn)為電位器旋至起點(diǎn)或終點(diǎn)時偏轉(zhuǎn)*小，但無法平衡。檢查電橋測試夾，若出線桿接 觸不佳應(yīng)磨掉出線桿氧化層。

■測量電纜斷路，應(yīng)維修。

■靈敏度太高，不易找到平衡點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)靈敏度檔級，盡量使檢流計指針在_25格內(nèi)。

■故障在終端內(nèi)。此時能平衡的比例應(yīng)為小于1‰或大于999‰，已超出了比例電位器的范圍，平衡過程中表現(xiàn)為：比例至1‰或999‰時，指針趨于零位，但不能平衡。交換測量鉗，比例電位 器調(diào)至另一端時，指針趨于零位，仍不能平衡。線芯在故障點(diǎn)處斷線時，也有類似表現(xiàn)：因為 斷線點(diǎn)電阻比線芯高很多，形成電橋平衡點(diǎn)在端部的表象。

3若測量中懷疑電橋有誤差，可通過隨機(jī)所配電橋檢驗?zāi)K來檢驗電橋本身的精度。

如圖8，電橋紅、黑夾子及地（或接地夾）按圖上標(biāo)識接線，儀器本身必須可靠接地，檢驗?zāi)K有兩 條線路，上面一條為*低靈敏度1擋條件下測量線路，電橋顯示讀數(shù)應(yīng)該為33.3%；下面一條為*高 靈敏度5檔條件下測量線路，電橋顯示讀數(shù)應(yīng)和測試盒面板示數(shù)一致；若檢驗發(fā)現(xiàn)無明顯偏差，說明 電橋本身沒問題。

發(fā)展與現(xiàn)狀

高壓電橋的工作原理可分阻抗比電橋(西林電橋和不平衡電橋)和電流比較型電橋兩大類?，F(xiàn)將不平衡電橋、西林電橋、電流比較器電橋和自動電橋等四種電橋的發(fā)展趨勢作如下的綜述。

40年代國外生產(chǎn)的高電壓不平衡電橋(例如曾在我國使用20多年的M型介質(zhì)試驗器)現(xiàn)場使用操作簡捷方便，精度可滿足一般工業(yè)測量的要求，深受電力部門現(xiàn)場單位的歡迎，己基本淘汰。70年代美國Doble公司生產(chǎn)了改進(jìn)的新型號。美國Biddle公司670025型的儀器能將損失角值的測量結(jié)果用數(shù)字顯示出，且僅需操作電容旋鈕，達(dá)到了所謂半自動測量的水平，儀器采用相敏指針式的檢流計，內(nèi)部裝有2 kV帶屏蔽的電源變壓器，可以測量接地或不接地的試品，并具有扼制外界電場干擾的附加電路，能在一定程度上減小對測量的影響，各種儀器的測量精度見附表。并采用指針式檢流計，適合于科研和試驗室使用。