随着我国经济的发展和社会的进步，电缆在社会生活和经济生活中的作用越来越不可或缺。但是，由于信号电缆、控制电缆、橡套电缆、电气装备用电线电缆等产品中导体线芯数较多、线径较细、绝缘层较薄等,因此它们极易发生线芯断路(断芯)故障，给社会经济的发展和群众生活带来损失。因此，当发生故障时，如何对断芯故障点及时、准确、高效地定位,就成为必须解决的难题。
一.断芯故障点的定位方法
断芯故障示意图
1.电容法
电缆中两根导电线芯相当于两个电极,导电线芯间的绝缘相当于电容器极板间的介质。电容法是根据同种规格电缆芯线分布电容的大小与电缆长度成正比的原理进行测量的。在测试多芯电缆时,应先将被测线芯(故障线芯)以外的所有线芯及屏蔽层在电缆的测试端短接(这是为避免任一线芯因在电缆中的位置变化而造成的电容不均匀的现象),作为公共端。测试时电容表的黑线(负极)接公共端,红线(正极)接被测线芯。两端头测量引出线应尽量短,以免影响测试精度。测试过程中,先把公共端中与故障线芯同规格并且完好的线芯抽出,选择合格档位精度的电容表,一般精确到小数点后三位有效数为宜,测量并记录其电容值CL,此时近端和远端测得的电容值应一样或非常接近;之后尽量在同档量程内分别对故障线芯两端的近端和远端电容值进行测量。
(1)当只有一处断芯或多处断芯但距离非常近使，故障点位置的计算式为:
Lab=CabCab+CbcL(1)
式中L为电缆长度,C为电容，a、b、c为断芯点。此时,Cab+Cbc的值应略大于完好绝缘芯电容值CL,如果小于CL则表示有两处以上的断芯。根据实际测量经验,在一个断点的情况下,测量两端电容可分别得到两端到故障点的距离,若两者之和与实际电缆长度有出入,可作进一步校正。如果大于实际电缆长度,则将大于部分按两端电容比进行分配,分别扣除两端到故障点的距离;如果小于实际电缆长度,则将小于部分按两端电容比进行分配,分别增加两端到故障点的距离。这样最终能获得更为精确的实际断芯故障点位置。
(2)当电缆有多处断芯,断芯故障点位置的计算式为:
Lab=CabCab+Cbc+CcdL(2)
由于在两个以上断点的情况下,式中Cbc不能直接测量,因此只能根据之前测得的完好线芯的电容值CL除以实际线路长度L,计算出该线芯每米单位电容C0,然后将在断芯上测量到的两端电容值除以单位电容值就可轻松获得两端各自到断芯故障点的距离。采用此方法,即使是多个断芯故障,都可一一解决。在两条线芯或线芯全断的情况下,也可以根据工艺尺寸大致推算出该电缆电容或直接找到相同批次中的相同规格型号的电缆,测得单位电容值再进行测算定位。
2、感应电压法
感应电压法的原理是利用交流电磁感应进行测量,一般适合无金属屏蔽或金属铠装电缆,以及成缆后的半成品的测量。先将电缆的远端断芯及其它完好线芯接地,保证电缆尽量离接地体(如地面、设备等)远一些;近端在断芯的线芯上,接交流220 V的相线(火线),不接地线。测试时应保证线路不短路,线路保护开关措施得当,近端、远端都有人监护。当带声光反馈信息的感应电笔从断芯处经过时,其声光信号会发生明显变化,从而可以精确地查找出断芯故障点位置。感应电压法的关键在于应选用非接触式感应电笔,且其探测的空间灵敏度优于1 cm为佳。
3.低压脉冲(波)反射法
低压脉冲反射法的原理是向电缆内注入低压脉冲,该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点(如短路点、故障点、中间接头等)时,脉冲产生反射,并回传到测量仪器。发射脉冲与反射脉冲的时间差Δt乘以脉冲在电缆内传播的速度(行波速度)为测量仪器与电缆断芯故障点距离的2倍。
低压脉冲反射法的关键在于应依据不同电缆线芯所用的绝缘材料选用合适的波速度,同时要考虑绝缘材料的高频衰减程度(聚乙烯衰减小,橡胶稍差一些,聚氯乙烯衰减大)。根据已知的电缆长度,通过测量好的线芯,计算并校正出与断芯相同规格线芯的波速度,然后通过波形计算出发射脉冲与反射脉冲的时间差,最后乘以波速度的一半即得断芯故障点的距离。
4.脉冲定位结合电桥定位法
脉冲定位结合电桥定位法是一种破坏性的定位检测方法,原理是利用断芯处两端间距不远,通过加大电压,使断芯处发生空气间隙击穿放电发出声音来检测或出现的拉电弧将相邻区域的绝缘烧灼,进而产生短路击穿,再通过电桥法故障定位仪精确定位断芯故障点。虽然脉冲定位结合电桥定位法原则上适合所有电缆断芯故障点的定位,但它更适合有金属屏蔽或金属铠装电缆断芯故障点的定位。检测时将脉冲仪器的负极性的高压电极接在断芯的前端,断芯电缆远端必须接地,把其它线芯悬空绝缘分开;增加脉冲电压,使断芯处的空气间隙击穿放电,在此期间可能听到放电音,放电处即为断线点的精确位置,放电音量的大小视试验设备升压的强度以及断芯处两端的间距而定。如果没有脉冲放电声音或声音很小不易分辨,则表明断线处两端间距很小,产生了拉电弧。此时可以改用恒流源方式,输出电流为30~50 mA,根据线芯的绝缘材料种类保持适当时间,一般约3~5 min,使断芯处附近的绝缘及相邻好的线芯的绝缘烧糊和烧灼。
二、断芯故障定位检测方法的组合
1.对于无金属屏蔽或金属铠装的成品电线电缆,以及半成品电缆,可采用电容法或波反射法粗定故障区域并结合感应电压法精确定位断芯故障点。如现场无感应电笔,则对于线径较细的线缆,可用最原始的手工检测法,远端短接断芯线芯与好的线芯,近端分别另外接入万用表的电阻档,通过对粗定断芯故障区域线缆逐段的推挤、搓扭,发现断芯点。此种组合法的最大优势在于既不破坏电缆的整体功能,又能通过局部的修复避免损失。
2.对于仅需快速定位断芯的故障点和有金属屏蔽或金属铠装的断芯线缆,可以直接使用脉冲法与电桥法组合检测。此种组合法是对其它不能快速定位断芯故障点的检测方法的补充,最大缺点是一种破坏性的查找方法,在增加脉冲电压的区域会造成其它相邻线芯的绝缘损伤。此种组合法只能适合分断或分断后
3.电容法和感应法相结合：这种方法是使用于缆芯的断芯，这就要求缆芯外没有包覆金属层且没有挤包护层。在查找的时候先用电容找出电缆断线的大致位置，然后用感应电压法在精确的查找断线点，这种方法是很简单快捷的，也是目前使用最多的一种方法。感应电压法是在电缆的断芯的一端接650V的交流电压，另一端及其它芯子接地，然后用可发以光信号的感应笔进行测试，测试时当感应笔从断芯处滑过时，信号会发生变化，这样可以精确地查找到电缆断线点的。
4.恒流源和电桥法相结合:这种方法是用于完成的电缆或已包覆金属层的缆芯。使用是查找的方法是先用恒流源将阻燃电缆的断芯处的绝缘烧糊、击穿，然后在用电桥法故障定位仪精确的定位故障点，也是经常使用的一种方法。
