專利名稱：：電纜短路點(diǎn)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型屬于電工儀器儀表制造領(lǐng)域?，F(xiàn)在在煤礦用于綜合采煤機(jī)組和其它動力設(shè)備中用的動力電源線大多是四芯到七芯屏蔽電纜，四芯電纜的截面圖如圖1所示，圖中A、B、C、D是四相芯線，F(xiàn)是每根芯線外面的導(dǎo)電屏蔽層，E是包在外面的絕緣橡膠。它的特點(diǎn)是線徑粗，一般是50mm2～100mm2，電阻小，不同的線徑的電纜每千米長的電阻如表1所示，電纜運(yùn)行時(shí)A、B、C是三相電源，D相接屏蔽層，并接大地，實(shí)踐中電纜常常受到煤塊砸傷對地短路(A、B、C相中某相對屏蔽層短路)，造成故障、影響生產(chǎn)。一般礦井下所用電纜長度一般在50－400米之間，每根芯線的電阻只有0.01－0.2歐，且有屏蔽層，現(xiàn)有的用于通訊，電力等部門測量電纜故障的儀器均不能用表1部份銅芯電纜的電阻值</tables>于煤礦電纜短路點(diǎn)的檢測?，F(xiàn)用于檢測電纜短路和斷路故障儀器的原理，歸納起來有三種方法電阻法、感應(yīng)法、回波法，其工作原理分述如下電阻法用電阻法測量電纜對地短路(漏電)故障的原理電路如圖2所示，圖中a、b和c、d是兩根電纜，在M點(diǎn)對地短路，為測量短路點(diǎn)到c點(diǎn)的長度，設(shè)CM和Md段電纜的電阻為rX和rZ，ab段電纜的電阻為r1，一般情況下，兩根電纜是均勻的，所以rX＋rZ＝r1。圖2中R1，R2是兩個(gè)已知的電阻，G是檢流計(jì)，E是直流供電電源。測量時(shí)把b和d兩點(diǎn)短接，這實(shí)際上是惠斯登電橋，調(diào)節(jié)R1電橋平衡時(shí)，rX＝(R2)/(R1)(r1＋r2)＝(R2)/(R1)(2r1－rX)rX＝(K)/(1＋K)2r1式中K＝(R2)/(R1)設(shè)ab和cM段的長度分別為L和Lx，則式可寫成Lx＝2L(K)/(1＋K)由上面的分析可見，用電阻法測量短路點(diǎn)的條件是電纜的總長度必須已知，電纜的電阻需均勻。用該法測量短路點(diǎn)時(shí)電纜的電阻r必須大于1歐，否則由于接觸電阻和聯(lián)接導(dǎo)線電阻的影響而使測量誤差大大增加。感應(yīng)法用感應(yīng)法測量短路點(diǎn)的電路如圖3，在對地短路的電纜cd的一端對地加上高頻電源，沿導(dǎo)線流有交流電流i，在CM段導(dǎo)線外面將產(chǎn)生交流電磁場。用一個(gè)探測器沿導(dǎo)線移動，當(dāng)探測器超過M點(diǎn)處，則不再有感應(yīng)信號。此種方法不受電纜截面積的限制，也不受電纜長度的限制，但是目前在煤礦中采用的是屏蔽電纜。所以該法不適用。以該原理生產(chǎn)的儀器共三件，即信號源、探測頭和探測器?；夭ǚㄓ没夭ǚy量短路的原理電路，如圖4所示。在對地短路的電纜cd上加一個(gè)入射脈沖波e，該脈沖波遇到短路點(diǎn)M將反射回來，入射波e和反射波e′的時(shí)間差代表了電纜短路點(diǎn)的位置。該方法同樣不受電纜截面積的限制，對屏蔽電纜原理上也能用。它只要求電纜的特征阻抗是常數(shù)。但是，由于電脈沖在電纜中傳播的速度每秒鐘是250萬到300萬公里，當(dāng)電纜的長度在1公里時(shí)只有10－8秒左右，可見，小于1公里的電纜很難應(yīng)用。這種方法適用于測量長電纜。目前，用該法生產(chǎn)的儀器測量距離是300公里，靈敏是1公里，即小于1公里的距離儀器沒反應(yīng)。這對長度只有幾百米的煤礦用電纜也不適用。國產(chǎn)的測量電纜故障的幾種主要儀器及其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。本實(shí)用新型就是為解上述各儀器中的不足而設(shè)計(jì)制造的。本儀器采用分壓法測量短路點(diǎn)，測量原理電路如圖5所示。圖中A、B、C和D是四芯電纜的四根芯線，電纜長是L、D相屏蔽并接大地。設(shè)C相在M點(diǎn)與屏蔽短路，測量時(shí)把電纜a′與c′和b′與c′短接，在bc處接恒流源，測量出ac兩點(diǎn)電壓U1和cd兩點(diǎn)電壓U2，則(U1)/(U2)＝(L)/(Lx)Lx＝(L)/(U1)U2上述方法是采用四端鈕測量原理，因此，引線電阻、接觸電阻均不產(chǎn)生測量誤差，可以測量小到0.001歐以下的電阻，因此可以測截面積大的導(dǎo)線的短路點(diǎn)，電纜的屏蔽層不影響測量，如果短路點(diǎn)M處的有1KΩ的電阻(即沒完全短路)也不影響測量。采用附加導(dǎo)線的辦法，也可以測兩芯、三芯等的電纜的短路點(diǎn)。電纜短路點(diǎn)測試儀器的結(jié)構(gòu)分兩大部分，原理方框圖與電路圖，如圖6所示。由供電源部分給電纜供電，用數(shù)字電壓表測量U1和U2，可以算出短路點(diǎn)距離Lx來。儀器電路圖如圖7所示，該儀器的電源E1和由Q4、R15、BG4、R16和R17組成的電源電壓指示器相并聯(lián)，再給數(shù)字電壓表供電。數(shù)字電壓表輸入端按有R1C1組成的低通濾波器，靈敏度調(diào)節(jié)電阻R2、R3、R4，與開關(guān)K2－1相接。電源E2與Q5、R18、BG5、BG6、R19組成限流保護(hù)電路相串聯(lián)，與Q1、R5、R6、BG4、R7組成的電壓顯示器并聯(lián)，與Q2、Q3、R8、BG2、R9、BG3、R10組成的恒壓、恒流供電指示器并聯(lián)，給穩(wěn)壓電流IC供電。IC的輸出接采樣電阻R11、R12、R13、R14再接開關(guān)K2－2、K2－3和K2－4。圖中31/2位數(shù)字電壓表是用大規(guī)模集成電路制成。用來測量電壓。R1C1可防止交流干擾，使讀數(shù)穩(wěn)定。R2、R3和R4用來調(diào)節(jié)靈敏度，使被測電纜的電阻在0.002歐到1000歐范圍變化時(shí)以保證測量誤差在規(guī)定的范圍之內(nèi)。發(fā)光二極管θ1用以判斷工作電源E2(蓄電池)的電壓是否合格，發(fā)光二極管θ2和θ3用來判斷被測電纜電阻阻值范圍，以便采用合適的供電辦法，達(dá)到最佳的測量效果。IC是組成供電電源的集成電路，聯(lián)動開關(guān)根據(jù)發(fā)光二極管的狀態(tài)來切換電源的供電方法。BG4和發(fā)光二極管θ4用來判斷數(shù)字儀表電源E1的電壓是否合格。BG5、BG6用來限制電源E2的短路電流，達(dá)到防爆的目的。當(dāng)被測電纜每根芯線的電阻在0.1Ω～1000Ω范圍內(nèi)，測量誤差不大于±1％±1/1000L＝1％當(dāng)被測電纜每根芯線電阻在0.92Ω～0.1Ω的范圍內(nèi)，測量的誤差不大于±1％±1/200L≈1.5％當(dāng)被測電纜每根芯線電阻在0.01Ω～0.02Ω是測量誤差不大于±1％±1/100L≈±2％式中L被測電纜的總長度。上述被測量電阻的范圍對應(yīng)不同截面的電纜長度列于表3。由表中給出的參數(shù)與QF1A型電纜探傷儀(上海滬光儀器廠生產(chǎn))相比，當(dāng)被測電阻是0.1Ω時(shí)，QF1A測量的相對誤差可達(dá)±10％，而本儀器誤差僅為±1％，為被測電阻在0.01Ω～0.02Ω，QF1A的測量誤差超過100％，而本儀器僅為±1％～±2％，可見，本儀器在測量粗電纜時(shí)有不可比擬的優(yōu)越性。煤礦中綜合采煤機(jī)組每停產(chǎn)1小時(shí)少采煤300噸，損失1.5萬元。每臺采煤機(jī)每月致少發(fā)生五次電纜短路事故，每次事故排除時(shí)間按4小時(shí)計(jì)算，每月經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)30萬元，每個(gè)中型煤礦按5臺采機(jī)計(jì)算，每年損失1800萬元之巨。采用此儀器，尋找短路點(diǎn)可降到20分鐘，一個(gè)5臺采煤機(jī)組的煤礦每年可減少損失1750萬元，全國有幾百個(gè)煤礦，可見收到的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。在井下尋找短路點(diǎn)，在沒有測試設(shè)備的條件下是相當(dāng)困難的。工人要在黑暗潮濕的井下沿電纜線摸索，很費(fèi)時(shí)間。使用此儀器，可以把短路點(diǎn)限制在±1％～±2％的范圍內(nèi)(每百米電纜在±1米～±2米范圍內(nèi))，可以大大減輕工人的勞動強(qiáng)度。也可在石油、化工、冶煉等部門應(yīng)用。本儀器成本大約在300－400，重量不大于2.5公斤。表4在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</tables>表5在煤礦現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</tables>權(quán)利要求1.電纜短路點(diǎn)測試儀，E1與由Q、R15、BG4、R16、R17組成的電源指示器相并聯(lián)，u0的輸入端接有R1C1，R2、R3、R4與K2-1相接，E2與由Q5、R18、BG5、BG6、R19組成的限流保護(hù)電路相串聯(lián)、與Q1、R5、R6、BG4、R7組成的電壓顯示器并聯(lián)、與Q2、Q3、R8、BG2、R9、BG3、R10組成的恒壓、恒流并聯(lián)，IC的輸出接R17、R12、R13、R14，再與K2-2、K2-3、K2-4連接。專利摘要綜合采煤機(jī)組采用屏蔽電纜供電，電纜均為四芯線，由于井下工作條件較差，電纜經(jīng)常受到煤礦砸傷而發(fā)生相間短路，造成停產(chǎn)，井下電纜長度一般在幾十米到幾百米，尋找短路故障是煤礦工人的一項(xiàng)艱苦的工作，目前電纜故障點(diǎn)測試儀器多為通訊和電力部門設(shè)計(jì)而制造的，對帶有屏蔽的煤礦用電纜不適用，本儀器是為測量煤礦用屏蔽電纜短路故障點(diǎn)而設(shè)計(jì)的儀器，當(dāng)電纜每根芯線電阻在0.2歐～1000歐時(shí)，測量誤差±1％±2％，本儀器采用電池供電，也適用于冶煉、石油等采用粗電纜的部門使用。文檔編號G01R31/08GK2035097SQ8820613公開日1989年3月29日申請日期1988年5月23日優(yōu)先權(quán)日1988年5月23日發(fā)明者陶時(shí)澍,玄榮三申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué),雞西市無線電四廠