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大截面絞合導(dǎo)體直流電阻測試策略分析

0 引 言

大截面裸絞線,如:鋼芯鋁絞線、鋁絞線、鋁合金絞線等,由于其結(jié)構(gòu)易于松散,在直流電阻測試過程中,極易產(chǎn)生測量誤差[1-3]。而大截面電纜的銅導(dǎo)體,其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜:通常由3個或3個以上緊密絞合的扇區(qū)組成,每個扇區(qū)之間用紙分隔,每個扇區(qū)內(nèi)有若干根緊壓絞合的圓銅線,每根銅線之間用紙分隔。這種分隔結(jié)構(gòu),使得其直流電阻難以準(zhǔn)確測量[4-6]。

為準(zhǔn)確測量大截面絞合導(dǎo)體的直流電阻,本文以大截面電纜的銅導(dǎo)體為例,從試樣制備、設(shè)備選取、測試電流等角度分析影響測試結(jié)果的各個因素,以期提高大截面絞合導(dǎo)體直流電阻的測量精度。

1 試樣制備

為準(zhǔn)確測量大截面銅電纜導(dǎo)體的直流電阻,嚴格按照GB/T 3048.4-2007[7]的要求,進行試樣制備。

(1)從某1000mm2的待測試樣上截取一段1.5m長試樣,去除兩端護套、絕緣和覆蓋物,露出導(dǎo)體,在剝離護套和絕緣等覆蓋物時,盡可能避免導(dǎo)體損傷。

(2)用砂紙打磨夾持部位氧化層后,用酒精充分清洗試樣夾持部位,去除污穢和附著物。

(3)將試樣端部逐層切割成寶塔狀,或全部散開后,用軟銅絞線充分纏繞每根單絲和每個扇區(qū)后,用低熔點合金澆鑄端頭,并使軟銅絞線露出端頭,作為電流引入端,如圖1所示。

(4)在距離電流引入端內(nèi)側(cè)>1.5D(D為試樣直徑)的位置,緊密纏繞2圈直徑為1mm的銅絲,作為電位端。

試樣制備完成后,將其放置在測試環(huán)境內(nèi)至少24h,使試樣與環(huán)境溫度和測試儀器溫度達到充分平衡。

2 測試過程

2.1 靈敏度分析

圖2所示為直流電阻測試的典型試驗布置,直流電阻測試的本質(zhì)在于測定兩電位端之間的電位差,根據(jù)歐姆定律U=IR,測試電流越大,兩電位端之間的電位差越大,電流和電壓的測試精度和準(zhǔn)度越高[8,9] ,由此計算得到的電阻R精度越高。

根據(jù)GB/T 3048.4-2007相關(guān)規(guī)定,在滿足試驗系統(tǒng)靈敏度要求的前提下,應(yīng)盡量選擇*小的測試電流以防止電流過大而引起的導(dǎo)體升溫。標(biāo)準(zhǔn)認為當(dāng)采用比例為1:1.41的兩個測試電流,分別測試被測試樣的電阻值,如兩者之差不超過0.5%,則認為采用比例為1的電流測量時,試樣未發(fā)生溫升變化。

采用兩臺不同的設(shè)備,分別對同一試樣,在不同測試電流進行直流電阻測試,分析測試設(shè)備和測試電流對測試結(jié)果的影響。

2.2 QJ36B-3數(shù)字電橋測試結(jié)果

查閱設(shè)備計量證書,QJ36B-3數(shù)字電橋在電阻分辨率0.01μΩ時,測量誤差小于0.4%,符合GB/T 3048.4的要求。該設(shè)備操作面板如圖3所示,可見該電橋只有6個測試檔位,試樣與電橋采用螺栓方式連接。

按照設(shè)備操作規(guī)程,調(diào)節(jié)測試檔位,測試試樣的直流電阻,測試結(jié)果見表1。由表1可見,QJ36B-3數(shù)字電橋在不同檔位下測試結(jié)果基本一致,僅在*低測試檔位時,其測試結(jié)果的有效位數(shù)較低。測試后,拆除設(shè)備時發(fā)現(xiàn)與電橋連接的測點綁扎的銅絲位置有明顯發(fā)熱,而導(dǎo)體本身未見發(fā)熱。產(chǎn)生這種情況的原因在于綁扎銅絲的截面積遠遠小于被測試樣,其電阻顯著大于被測試樣。根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,在相同電流、相同時間作用下,綁扎銅絲的發(fā)熱量將顯著高于被測試樣。

2.3 PROMET 600 直流電阻測試儀 (KOCOS)測試結(jié)果

查閱設(shè)備說明書,PROMET 600直流電阻測試儀(KOCOS)電阻測量分辨力可達0.01μΩ,測量誤差小于0.1%,測試電流可達到600A,其操作面板如圖4所示,電位端與電流端的連接方式均為鱷魚鉗夾持。按照操作規(guī)程,調(diào)節(jié)測試電流,在不同測試電流下的電阻測試結(jié)果見表2。

根據(jù)表2測試結(jié)果,繪制測試電流與測得電阻曲線,如圖5所示,由表2及圖5可見,PROMET 600直流電阻測試儀(KOCOS)在100A以下的測試電流進行測量時,試樣電阻快速下降,這表明對于該試樣,100A以下的測試電流,均無法獲得較高測試精度。測試電流為(100~400)A時,測得電阻值隨測試電流增大緩慢減小,并趨于穩(wěn)定,當(dāng)測試電流增大到450A以上時,測得電阻開始隨測試電流增大而增大。

上述結(jié)果表明,在400A以下,隨測試電流增大,測試精度提高;當(dāng)測試電流增大至450A時,導(dǎo)體的發(fā)熱使得試樣電阻開始增加。但增量依然小于0.5%,符合GB/T 3048.4-2007的要求,此時的電流密度為0.45A/mm2。

3 結(jié)果分析

3.1 兩測試設(shè)備結(jié)果比較

對兩臺設(shè)備在相同測試電流下的測試結(jié)果進行比較,見表3。

由表3可見,兩臺 設(shè)備在 相同 測 試 電流情況下,測試 結(jié)果 僅相差 0 . 0 5%,該 差 值 遠 小于 G B /T 3048.4-2007規(guī)定的基準(zhǔn)試驗允許測量誤差(0.15%)。這表明不同的測試設(shè)備,在相同測試電流均可獲得較高精度測試結(jié)果,符合方法標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 測試策略分析

根據(jù)GB/T 3048.4-2007相關(guān)規(guī)定和歐姆定律推知,大電流的測試精度比小電流的測試精度要高,但是大電流會引起導(dǎo)體升溫,從而引起被測試樣電阻增大。根據(jù)上述規(guī)定,可從小至大采用不同檔位的測試電流對被測試樣進行電阻測量,以找出測量精度*高且不引起導(dǎo)體升溫的測試電流。

由表2測試結(jié)果可見,采用PROMET 600直流電阻測試儀(KOCOS)進行本次測量過程中,采用從小至大的測試電流,依次測試試樣的直流電阻,計算并比較兩個相鄰測試結(jié)果的差值,可以快速找出合適的測試電流區(qū)間,即(100~400)A之間,此時的電流密度為(0.1~0.4)A/mm2。

當(dāng)測試電流繼續(xù)增加至450A以上時,試樣的直流電阻開始持續(xù)增加,表明測試電流引起的試樣發(fā)熱,已開始顯著影響測試結(jié)果。這表明針對該試樣的*佳測試電流為400A左右,此電流即為該試樣的*佳測試電流。

4 結(jié) 論

本文分析了大截面絞合導(dǎo)體直流電阻測試過程中試樣制備、試驗設(shè)備、測試電流等影響因素,得出以下結(jié)論。

(1)嚴格遵照標(biāo)準(zhǔn)要求進行試樣制備,按照標(biāo)準(zhǔn)測試流程開展測試,不同設(shè)備均可得到滿意測試結(jié)果。

(2)在設(shè)備可選情況下,盡可能選擇測試電流大的設(shè)備,可以獲得更高測試精度,推薦電流密度為(0.1~0.4)A/mm2。

(3)同一設(shè)備,采用多個不同測試電流開展測量,直至試樣電阻開始增大,此測試電流的前一檔測試電流值可認為是*佳測試電流,在該測試電流下可獲得*佳測試精度。













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