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及沒有擊穿但絕緣電阻值偏低的缺陷點的定位，也是高壓電纜護套故障定位*有效的方法。當然，也 可用于電纜廠內(nèi)各種線纜缺陷點的定位。
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
燒穿及降低高阻及閃絡(luò)型故障點的電阻。
3、故障預(yù)定位
利用電橋原理進行預(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
高壓電纜外護套故障測距儀特別適用于：
1、敷設(shè)后電纜的高阻擊穿點，特別是難以燒成低阻的線性高阻擊穿點如電纜中間接頭的線性高阻擊穿。
2、閃絡(luò)型擊穿點，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，超高壓電纜金屬護套缺陷點，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，如用兆歐表發(fā)現(xiàn)電纜阻值較低，但運行電壓下不擊穿的絕緣缺陷點。
由于上述特點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的定位，選配數(shù)字電容表，可找出斷線點。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
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，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定位是經(jīng)典的辦法，方便而準確。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。
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，測量端距離故障點為Lx。 測量夾紅、黑夾子分別接至電纜線芯A、C兩端，在遠端通過專用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，在遠端短路故障電纜及輔助電纜出線端子，留一人在遠端監(jiān)護，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，經(jīng)鋼帶和金屬鱷魚夾流入儀器接地端?？梢姡饘禀{ 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。可避免升壓燃弧階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?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。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，當前靈敏度檔重復(fù)調(diào)零能得到更為準確的比例。
12、計算故障點的位置
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)定位故障點時，測量鉗的紅黑夾子分別接至比例電位器及檢流計，相當于雙臂電橋的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，故障點經(jīng)頻頻放電，形成電弧后，電流達到穩(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，電阻愈大，相當于更長的故障電纜。
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，當然也可以用于出廠試驗中的缺陷點定位。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)的缺陷點同樣可以定位，與其它成盤電纜唯壹不 同在于，接地極為水?？蓪x器地接至水池的接地點，或用銅帶放在水中，作為接地極。
4.9多點缺陷點定位
這里，有必要區(qū)分缺陷點是低阻點還是擊穿點。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。運行電纜上，故障過電壓浪涌偶爾能造成電纜多處弱點依次擊穿，導(dǎo)致多點 擊穿。但多個擊穿點情況很難一致，隨著直流電壓上升，*弱的點先擊穿，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。剔除該點，再找下一點。實際中碰到兩個以上點同時流過較大電流的機會 很少，可以說，碰到多點擊穿導(dǎo)致定位不準的幾率，比中大獎更小，因此，不必擔心電橋難以定位多點 擊穿。沒有擊穿的低阻點，隨電壓升高，大部分轉(zhuǎn)化為擊穿點。特殊的低阻點，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。
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點的金屬護套很有 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高壓電纜護套缺陷點定位
高壓電纜外護套故障測距儀是定位電纜護套缺陷點*有效的方法，接線如圖7。詳細內(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。以高壓電纜護套缺陷點定位為例，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)為電位器旋至起點或終點時偏轉(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，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。線芯在故障點處斷線時，也有類似表現(xiàn)：因為 斷線點電阻比線芯高很多，形成電橋平衡點在端部的表象。
3若測量中懷疑電橋有誤差，可通過隨機所配電橋檢驗?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。