CN2035097U - 电缆短路点测试仪 - Google Patents

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CN2035097U
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CN 88206131
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陶时澍
玄荣三
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Jixi No4 Radio Factory
Harbin Institute of Technology
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Jixi No4 Radio Factory
Harbin Institute of Technology
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

综合采煤机组采用屏蔽电缆供电，电缆均为四芯线，由于井下工作条件较差，电缆经常受到煤矿砸伤而发生相间短路，造成停产，井下电缆长度一般在几十米到几百米，寻找短路故障是煤矿工人的一项艰苦的工作，目前电缆故障点测试仪器多为通讯和电力部门设计而制造的，对带有屏蔽的煤矿用电缆不适用，本仪器是为测量煤矿用屏蔽电缆短路故障点而设计的仪器，当电缆每根芯线电阻在0.2欧～1000欧时，测量误差±1％±2％，本仪器采用电池供电，也适用于冶炼、石油等采用粗电缆的部门使用。

Description

本实用新型属于电工仪器仪表制造领域。
现在在煤矿用于综合采煤机组和其它动力设备中用的动力电源线大多是四芯到七芯屏蔽电缆，四芯电缆的截面图如图1所示，图中A、B、C、D是四相芯线，F是每根芯线外面的导电屏蔽层，E是包在外面的绝缘橡胶。它的特点是线径粗，一般是50mm2～100mm2，电阻小，不同的线径的电缆每千米长的电阻如表1所示，电缆运行时A、B、C是三相电源，D相接屏蔽层，并接大地，实践中电缆常常受到煤块砸伤对地短路（A、B、C相中某相对屏蔽层短路），造成故障、影响生产。一般矿井下所用电缆长度一般在50－400米之间，每根芯线的电阻只有0.01－0.2欧，且有屏蔽层，现有的用于通讯，电力等部门测量电缆故障的仪器均不能用
表1 部份铜芯电缆的电阻值
导线断面积mm2 每千米电阻Ω/KM 导线断面积mm2 每千米电阻Ω/KM
0.20.30.4101625 89.967.346.91.781.180.716 35507595100 0.5280.3840.2700.1970.158
于煤矿电缆短路点的检测。现用于检测电缆短路和断路故障仪器的原理，归纳起来有三种方法：电阻法、感应法、回波法，其工作原理分述如下：
电阻法：用电阻法测量电缆对地短路（漏电）故障的原理电路如图2所示，图中a、b和c、d是两根电缆，在M点对地短路，为测量短路点到c点的长度，设CM和Md段电缆的电阻为rX和rZ，ab段电缆的电阻为r1，一般情况下，两根电缆是均匀的，所以rX＋rZ＝r1。图2中R1，R2是两个已知的电阻，G是检流计，E是直流供电电源。测量时把b和d两点短接，这实际上是惠斯登电桥，调节R1电桥平衡时，
rX＝ (R2)/(R1) （r1＋r2）
＝ (R2)/(R1) （2r1－rX）
rX＝ (K)/(1＋K) 2r1
式中K＝ (R2)/(R1)
设ab和cM段的长度分别为L和Lx，则式可写成
Lx＝2L (K)/(1＋K)
由上面的分析可见，用电阻法测量短路点的条件是电缆的总长度必须已知，电缆的电阻需均匀。用该法测量短路点时电缆的电阻r必须大于1欧，否则由于接触电阻和联接导线电阻的影响而使测量误差大大增加。
感应法：用感应法测量短路点的电路如图3，在对地短路的电缆cd的一端对地加上高频电源，沿导线流有交流电流i，在CM段导线外面将产生交流电磁场。用一个探测器沿导线移动，当探测器超过M点处，则不再有感应信号。
此种方法不受电缆截面积的限制，也不受电缆长度的限制，但是目前在煤矿中采用的是屏蔽电缆。所以该法不适用。以该原理生产的仪器共三件，即信号源、探测头和探测器。
回波法：用回波法测量短路的原理电路，如图4所示。在对地短路的电缆cd上加一个入射脉冲波e，该脉冲波遇到短路点M将反射回来，入射波e和反射波e′的时间差代表了电缆短路点的位置。
该方法同样不受电缆截面积的限制，对屏蔽电缆原理上也能用。它只要求电缆的特征阻抗是常数。但是，由于电脉冲在电缆中传播的速度每秒钟是250万到300万公里，当电缆的长度在1公里时只有10－8秒左右，可见，小于1公里的电缆很难应用。这种方法适用于测量长电缆。目前，用该法生产的仪器测量距离是300公里，灵敏是1公里，即小于1公里的距离仪器没反应。这对长度只有几百米的煤矿用电缆也不适用。国产的测量电缆故障的几种主要仪器及其技术指标如表2所示。
本实用新型就是为解上述各仪器中的不足而设计制造的。
Figure 882061313_IMG2
本仪器采用分压法测量短路点，测量原理电路如图5所示。图中A、B、C和D是四芯电缆的四根芯线，电缆长是L、D相屏蔽并接大地。设C相在M点与屏蔽短路，测量时把电缆a′与c′和b′与c′短接，在bc处接恒流源，测量出ac两点电压U1和cd两点电压U2，则 (U1)/(U2) ＝ (L)/(Lx) Lx＝ (L)/(U1) U2
上述方法是采用四端钮测量原理，因此，引线电阻、接触电阻均不产生测量误差，可以测量小到0.001欧以下的电阻，因此可以测截面积大的导线的短路点，电缆的屏蔽层不影响测量，如果短路点M处的有1KΩ的电阻（即没完全短路）也不影响测量。采用附加导线的办法，也可以测两芯、三芯等的电缆的短路点。
电缆短路点测试仪器的结构分两大部分，原理方框图与电路图，如图6所示。由供电源部分给电缆供电，用数字电压表测量U1和U2，可以算出短路点距离Lx来。仪器电路图如图7所示，该仪器的电源E1和由Q4、R15、BG4、R16和R17组成的电源电压指示器相并联，再给数字电压表供电。数字电压表输入端按有R1C1组成的低通滤波器，灵敏度调节电阻R2、R3、R4，与开关K2－1相接。电源E2与Q5、R18、BG5、BG6、R19组成限流保护电路相串联，与Q1、R5、R6、BG4、R7组成的电压显示器并联，与Q2、Q3、R8、BG2、R9、BG3、R10组成的恒压、恒流供电指示器并联，给稳压电流IC供电。IC的输出接采样电阻R11、R12、R13、R14再接开关K2－2、K2－3和K2－4。图中3 1/2 位数字电压表是用大规模集成电路制成。用来测量电压。R1C1可防止交流干扰，使读数稳定。R2、R3和R4用来调节灵敏度，使被测电缆的电阻在0.002欧到1000欧范围变化时以保证测量误差在规定的范围之内。发光二极管θ1用以判断工作电源E2（蓄电池）的电压是否合格，发光二极管θ2和θ3用来判断被测电缆电阻阻值范围，以便采用合适的供电办法，达到最佳的测量效果。IC是组成供电电源的集成电路，联动开关根据发光二极管的状态来切换电源的供电方法。BG4和发光二极管θ4用来判断数字仪表电源E1的电压是否合格。BG5、BG6用来限制电源E2的短路电流，达到防爆的目的。
当被测电缆每根芯线的电阻在0.1Ω～1000Ω范围内，测量误差不大于
±1％± 1/1000 L＝1％
当被测电缆每根芯线电阻在0.92Ω～0.1Ω的范围内，测量的误差不大于
±1％± 1/200 L≈1.5％
当被测电缆每根芯线电阻在0.01Ω～0.02Ω是测量误差不大于
±1％± 1/100 L≈±2％
式中L被测电缆的总长度。
上述被测量电阻的范围对应不同截面的电缆长度列于表3。
由表中给出的参数与QF1A型电缆探伤仪（上海沪光仪器厂生产）相比，当被测电阻是0.1Ω时，QF1A测量的相对误差可达±10％，而本仪器误差仅为±1％，为被测电阻在0.01Ω～0.02Ω，QF1A的测量误差超过100％，而本仪器仅为±1％～±2％，可见，本仪器在测量粗电缆时有不可比拟的优越性。
煤矿中综合采煤机组每停产1小时少采煤300吨，损失1.5万元。每台采煤机每月致少发生五次电缆短路事故，每次事故排除时间按4小时计算，每月经济损失可达30万元，每个中型煤矿按5台采机计算，每年损失1800万元之巨。采用此仪器，寻找短路
Figure 882061313_IMG3
点可降到20分钟，一个5台采煤机组的煤矿每年可减少损失1750万元，全国有几百个煤矿，可见收到的经济效益相当可观。
在井下寻找短路点，在没有测试设备的条件下是相当困难的。工人要在黑暗潮湿的井下沿电缆线摸索，很费时间。使用此仪器，可以把短路点限制在±1％～±2％的范围内（每百米电缆在±1米～±2米范围内），可以大大减轻工人的劳动强度。也可在石油、化工、冶炼等部门应用。本仪器成本大约在300－400，重量不大于2.5公斤。
表4 在实验室实验数据
线路总长 测出短路点 实际短路点 相对误差 注
1 23 13.63 13.77 -0.6%
2 23 13.72 13.77 -0.2% 改变极性
3 23 13.67 13.77 －0.4% 改变位置
4 23 9.23 9.14 －0.4%
5 23 9.23 9.21 －0.08% 改变极性
6 23 9.23 9.18 －0.2% 改变位置
表5 在煤矿现场实验数据
电缆截面 总长度 测量出短路点 实际短路点 相对误差
75mm 86.3米 23.70米 23.45米 －0.3％
35 6.15米 3.505米 3.50米 －0.14％

Claims (1)

1、电缆短路点测试仪，E1与由Q、R15、BG4、R16、R17组成的电源指示器相并联，u0的输入端接有R1C1，R2、R3、R4与K2-1相接，E2与由Q5、R18、BG5、BG6、R19组成的限流保护电路相串联、与Q1、R5、R6、BG4、R7组成的电压显示器并联、与Q2、Q3、R8、BG2、R9、BG3、R10组成的恒压、恒流并联，IC的输出接R17、R12、R13、R14，再与K2-2、K2-3、K2-4连接。
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