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、控制電纜、橡套電纜、电气装备用電線電纜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.斷芯故障點的定位方法
斷芯故障示意圖
1.電容法
電纜中兩根導電線芯相當于兩個電極,導電線芯間的絕緣相當于電容器極板間的介質。電容法是根據同種規格電纜芯線分布電容的大小與電纜長度成正比的原理進行測量的。在測試多芯電纜時,應先將被測線芯(故障線芯)以外的所有線芯及屏蔽層在電纜的測試端短接(這是爲避免任一線芯因在電纜中的位置變化而造成的電容不均勻的現象),作爲公共端。測試時電容表的黑線(負極)接公共端,紅線(正極)接被測線芯。兩端頭測量引出線應盡量短,以免影響測試精度。測試過程中,先把公共端中與故障線芯同規格並且完好的線芯抽出,選擇合格檔位精度的電容表,一般精確到小數點後三位有效數爲宜,測量並記錄其電容值CL,此時近端和遠端測得的電容值應一樣或非常接近;之後盡量在同檔量程內分別對故障線芯兩端的近端和遠端電容值進行測量。
(1)當只有一處斷芯或多處斷芯但距離非常近使，故障點位置的計算式爲:
Lab=CabCab+CbcL(1)
式中L爲電纜長度,C爲電容，a、b、c爲斷芯點。此時,Cab+Cbc的值應略大于完好絕緣芯電容值CL,如果小于CL則表示有兩處以上的斷芯。根據實際測量經驗,在一個斷點的情況下,測量兩端電容可分別得到兩端到故障點的距離,若兩者之和與實際電纜長度有出入,可作進一步校正。如果大于實際電纜長度,則將大于部分按兩端電容比進行分配,分別扣除兩端到故障點的距離;如果小于實際電纜長度,則將小于部分按兩端電容比進行分配,分別增加兩端到故障點的距離。這樣最終能獲得更爲精確的實際斷芯故障點位置。
(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、感應電壓法
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.低壓脈沖(波)反射法
低壓脈沖反射法的原理是向電纜內注入低壓脈沖,該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(如短路點、故障點、中間接頭等)時,脈沖産生反射,並回傳到測量儀器。發射脈沖與反射脈沖的時間差Δt乘以脈沖在電纜內傳播的速度(行波速度)爲測量儀器與電纜斷芯故障點距離的2倍。
低壓脈沖反射法的關鍵在于應依據不同電纜線芯所用的絕緣材料選用合適的波速度,同時要考慮絕緣材料的高頻衰減程度(聚乙烯衰減小,橡膠稍差一些,聚氯乙烯衰減大)。根據已知的電纜長度,通過測量好的線芯,計算並校正出與斷芯相同規格線芯的波速度,然後通過波形計算出發射脈沖與反射脈沖的時間差,最後乘以波速度的一半即得斷芯故障點的距離。
4.脈沖定位結合電橋定位法
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、斷芯故障定位檢測方法的組合
1.对于无金属屏蔽或金属铠装的成品電線電纜,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.對于僅需快速定位斷芯的故障點和有金屬屏蔽或金屬铠裝的斷芯線纜,可以直接使用脈沖法與電橋法組合檢測。此種組合法是對其它不能快速定位斷芯故障點的檢測方法的補充,最大缺點是一種破壞性的查找方法,在增加脈沖電壓的區域會造成其它相鄰線芯的絕緣損傷。此種組合法只能適合分斷或分斷後
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。
