GZD-2A电缆故障定位电桥（型号）设备名称
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金杯电工衡阳电缆有限公司
2014年6月14日
我们考察接线电阻和接触电阻是怎样对低值电阻测量结果产生影响的。例如用安培表和毫伏表按欧姆定律R＝V／I测量电阻Rx，电路图如图 1 所示， 考虑到电流表、毫伏表与测量电阻的接触电阻后，等效电路图如图 2 所示。 由于毫伏表内阻Rg远大于接触电阻R i3和R i4,因此他们对于毫伏表的测量影响可忽略不计，此时按照欧姆定律R＝V／I得到的电阻是（Rx+ R i1+ R i2）。当待测电阻Rx小于1W时，就不能忽略接触电阻R i1和R i2对测量的影响了。 因此，为了消除接触电阻对于测量结果的影响，需要将接线方式改成下图 3方式，将低电阻Rx以四端接法方式连接，等效电路如图 4 。此时毫伏表上测得电眼为Rx的电压降，由Rx = V/I即可准测计算出Rx。接于电流测量回路中成为电流头的两端(A、D)，与接于电压测量回路中称电压接头的两端(B、C)是各自分开的，许多低电阻的标准电阻都做成四端钮方式。 根据这个结论，就发展成双臂电桥，线路图和等效电路图 5和图 6所示。标准电阻Rn电流头接触电阻为R in1、R in2，待测电阻Rx的电流头接触电阻为R ix1、R ix2，都连接到双臂
电桥测量回路的电路回路内。标准电阻电压头接触电阻为R n1、R n2，待测电阻Rx电压头接触电阻为R x1、R x2，连接到双臂电桥电压测量回路中，因为它们与较大电阻R1、R2、R3、R相串连，故其影响可忽略。 由图 5 和图 6 ，当电桥平衡时，通过检流计G的电流I G = 0, C和D两点电位相等，根据基尔霍夫定律，可得方程组（1） (1) 解方程组得 (2)
通过联动转换开关，同时调节R1、R2、R3、R，使得 成立，则（2）式中第二项为 R x和标准电阻R n的接触电阻R in1、R ix2均包括在低电阻导线R i内，则有 零，待测电阻 (3) 实际上即使用了联动转换开关，也很难完全做到。为了减小(2)式中第二项 的影响，使用尽量粗的导线以减小电阻R i的阻值(R i<0.001W)，使(2)式第二项尽量小，与第一项比较可以忽略，以满足(3)式。
高压电桥法在电缆故障定位中应用的要点摘要：本文简述了高压电桥定位的原理，与波发射法（TDR）的比较，及二种电桥的特点。介绍了电桥在电缆主绝缘及高压电缆金属护套缺陷点的使用经验。 关键词：电缆故障高压电桥电缆主绝缘高阻定位多点缺陷点定位相间击穿定位 一．概述 供电系统一直认为电缆定位比较困难，有三分仪器，七分找的说法。随着仪表的进步，定位更为方便。实践中，选择合理的仪器及定位经验仍然很重要。 通常，电力电缆故障点定位分四步进行 1.判断故障点类型 2.选择合适方法及相应的仪器 3.粗测定位 4.精确定点 粗测定位方法有电桥法及波反射法二种。目前波反射法定位仪较普及。其缺点为：部分仪器现场连线复杂，有定位盲区。波形不典型时，要求定位人员熟练掌握仪器，并富有经验才能分辩脉冲波形。有几种电缆故障很难用波反射法查找：如，高压电缆护套绝缘缺陷点，钢带铠装低压力缆，PVC 电缆，没有反射波，无法定位。短电缆，无法定位。一些高阻击穿点，在冲击电压下无法击穿，也难以定位。 利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Murray电桥，是传统，经典的电缆故障定位方法，其应用几乎与电缆使用同步，有上百年的历史。定位电桥设备价格低，操作简单，我国过去曾普遍使用。而目前大量应用交联聚乙烯电缆，击穿后难以形成导电区，击穿点电阻很高，甚至能耐高电压，呈闪烙型击穿。
在国内保有量最大的QF2型电桥，额定试验电压只有500V，无法对高阻故障定位。又因为电子技术的进步，波反射法定位得到了普及，使电桥法的应用逐步减少，不为新的电缆用户所知，因此，电桥法几乎被遗忘。 最近，我们采用上海慧东电气设备有限公司研制的GZD型高压电桥，该设备内含高频高压恒流源，解决了电源对电桥高灵敏放大的干扰难题，电源与电桥合为一体。测量电缆为专用的高压电缆，采用四端法电阻测量原理，定位精度高。电桥臵于高压侧，而操作钮安全接地。彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性，使电桥法无盲区、精确、方便的特点得以发挥。本文总结了一些应用GZD型高压电桥定位电缆绝缘及护套缺陷点的经验，供广大同行参考。 二．原理与设备 电桥法的依据是线芯（或屏蔽层）电阻均匀，与长度成比例。下图1为典型用法： 试样为三芯钢带铠装电力电缆，长度L，B相 线芯对钢带在L1处击穿。借助于A相线芯作为辅 助线。使用低阻值连线短路N、Y 两端线芯。L1段 电缆线芯电阻为R1 ，L2段电缆及A相电缆线芯
测量电桥的特性及应用 一、测量电桥的基本特性和温度补偿 在结构强度的实验分析中，构件表面的应变测量主要是使用应变电测法，即将电阻应变计粘贴在构件表面，并正确地接入测量电路，从而得到构件表面的应变。应变电测法的基本测量电路是电桥。测量电桥是由应变计作为桥臂，作用是将应变计的电阻变化转化为电压或电流信号。在测量时，将应变计粘贴在各种被测试件上，组成电桥，并利用电桥的特性提高读数应变的数值，或从复杂的受力构件中测出某一内力分量(如轴力、弯矩等)。 1. 测量电桥的基本特性 设电桥的四个桥臂接上应变计,电阻分别为1234R R R R R ====(见图一)，如果桥臂电阻改变1234R R R R ????、、、,则输出电压为： 0312412344i u R R R R u R R R R ?? ????= --+ ??? (1) 式中：0u 为电桥的桥压，i u 为电桥的输出电压。若四个桥臂上的应变计的灵敏系数均为K ，即 i i R K R ε?=，则输出电压： ()012344 i u u K εεεε=--+ (2) 式中：1234εεεε、、、分别为应变计1234R R R R 、、、所感受的应变值。 应变仪的输出应变为：123404i d u u K εεεεε= =--+ (3) 由式(3)可见，电桥有下列特性： (1) 两相邻桥臂上应变计的应变相减。即应变同号时，输出应变为两邻桥臂应变之 图一 电桥
差；异号时为两相邻桥臂应变之和。 (2) 两相对桥臂上应变计的应变相加。即应变同号时，输出应变为两相对桥臂应变之和；异号时为两相对桥臂应变之差。 应变仪的输出应变实际上就是读数应变，所以合理地、巧妙地利用电桥特性，可以增大读数应变，并且可测出复杂受力杆件中的内力分量。 2. 温度的影响与补偿 在测量时，被测构件和所粘贴的应变计的工作环境是具有一定温度的。当温度发生变化时，应变计将产生热输出t ε。显然，热输出t ε不包含结构因受载而产生的应变，即使结构处在不承载且无约束状态,t ε仍然存在。因此，当结构承受载荷时，这个应变就会与由载荷作用而产生的应变叠加在一起的输出，使测量到的输出应变中包含了因环境温度变化而引起的应变t ε，因而必然对测量结果产生影响。温度引起的应变t ε的大小可以与构件的实际应变相当，例如，当采用镍铬丝的电阻应变计粘贴在钢构件上进行应变测量时，如果温度升高 1℃，t ε即可达 70με 。因此，在应变计电测中，必须消除应变t ε，以排除温度的影响， 这是一个十分重要的问题。测量应变计既传递被测构件的机械应变，又传递环境温度变化引起的应变。根据式（3），如果将两个应变计接入电桥的相邻桥臂，或将四个应变计分别接入电桥的四个桥臂，只要每一个应变计的t ε相等，即要求应变计相同，被测构件材料相同，所处温度场相同，则电桥输出中就消除了t ε的影响。这就是桥路补偿法，或称为温度补偿片法。桥路补偿法可分为两种，下面作简单介绍。 补偿块补偿法 此方法是准备一个其材料与被测构件相同，但不受外力的补偿块，并将它置于构件被测点附近，使补偿片与工作片处于同一温度场中，如图二所示。 在构件被测点处粘贴电阻应变计1R ，称工作应变计（简称工作片），接入电桥的 AB 桥臂，另外在补偿块上粘贴一个与工作应变计规格相同的电阻应变计2R 称温度补偿应变计 （简 图二
利用电桥法测量电容 与在水箱里储水的方式完全一样,电荷也可以被储存在一个被称为电容的装置里。在实际应用中,会出于不同的原因而利用电容器产生短而强的电流脉冲。尽管实际中应用的电容器有各种存在形式,但有一点是相同的,即它们都是由2块导电板或被绝缘体隔开的2块板子构成的。如果这2块板子之间有电势差,那么它们会带上等量异号的电荷,携带的电荷量与电压成正比。这是电容器的典型特征,这个恒定不变的比值即是电容器的电容。本实验的目的是探究电桥法测量电容并验证串、并联电容器的电容计算公式。 1 实验原理 电容器主要是由2块金属板构成的,它们用被称为电介质的一种绝缘材料隔开。这样的结构安排之所以能够储存电荷,是因为如果将电压源与2块板子相连,那么正电荷就会从一块板子流向另一块,同时使那块板子带上负电荷,此过程直到电介质内的磁场足够强以致阻止电流的进一步流动时为止。这时,一定量的电荷(一端为正,另一端为负)被分别储存在2块板子上,电势差等于它们之间的电源电压。电荷与电势差的比值是一个常数,称为电容器的电容,因此,C=Q/V。公式中,C表示电容,单位是法拉;Q 表示电荷,单位是库伦;V表示电势差,单位是伏特。值得注意的是:电容的单位实际上是库伦的平方/牛顿米,但它还是被称为法
拉,一方面是为了纪念迈克尔法拉第,另一方面是为了简洁方便。因为法拉这个单位太大,在现实中应用得很少,所以常常会用到微法拉(1法拉的百万分之一),也会经常用到皮法拉(亦称微微法拉,10-12F)。 当把电容器连接到交流电路中时,交替地充电和放电使电容器看起来像是通上交流电。交流电压和通过的电流之间的线性关系很像欧姆定律中电阻的特性。电压和电流之间的比值Xc被称作电容器的容抗。所以,可以用类似测电阻的方法来测容抗。然而,容抗是与电容有关的,即:Xc=1/(2×π×f×C)。公式中,Xc 表示电容的容抗值,单位是欧姆;C是电容值,单位是前面提到的法拉;f是交流电的频率,单位是转/秒(或赫兹)。所以容抗不同于阻抗,它取决于频率,当频率接近于0时,容抗趋向无穷大。这表明一个事实,即在直流电路中(f=0),电容器实际上是开路的。但是对于特定频率的交流电,电容器在许多方面就像电阻器。因此可以采用类似于惠斯登电桥电路(见图1a)的方法进行电容的测量。所不同的只是用电容器替代桥臂一侧的电阻器,用交流电源(本实验采用信号发生器)替代电池,用一个合适的交流电检测器(该实验使用耳机)替代检流计(图1b)。与惠斯登桥式电路比较,若用C1和C2替代R1和R2,那么用容抗 Xc1=1/(2×π×f×C1),Xc2=1/(2×π×f×C2)分别替代惠斯登桥式电路中对应的电阻,其等式变为 (2×π×f×C2)/(2×π×f×C1)=C2/C1=R3/R4。
电阻电桥基础：第一部分 摘要：利用电桥电路精确测量电阻及其它模拟量的历史已经很久远。本文讲述电桥电路的基础并演示如何在实际环境中利用电桥电路进行精确测量，文章详细介绍了电桥电路应用中的一些关键问题，比如噪声、失调电压和失调电压漂移、共模电压以及激励电压，还介绍了如何连接电桥与高精度模/数转换器(ADC)以及获得最高ADC性能的技巧。 概述 惠斯通电桥在电子学发展的早期用来精确测量电阻值，无需精确的电压基准或高阻仪表。实际应用中，电阻电桥很少按照最初的目的使用，而是广泛用于传感器检测领域。本文分析了电桥电路受欢迎的原因，并讨论在测量电桥输出时的一些关键因素。 注意：本文分两部分，第一部分回顾了基本的电桥架构，并将重点放在低输出信号的电桥电路，比如导线或金属箔应变计。第二部分，应用笔记3545介绍使用硅应变仪的高输出信号电桥。 基本的电桥配置 图1是基本的惠斯通电桥，图中电桥输出Vo是Vo+和Vo-之间的差分电压。使用传感器时，随着待测参数的不同，一个或多个电阻的阻值会发生改变。阻值的改变会引起输出电压的变化，式1给出了输出电压Vo， 它是激励电压和电桥所有电阻的函数。 图1.基本惠斯通电桥框图 式1:Vo=Ve(R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4)) 式1看起来比较复杂，但对于大部分电桥应用可以简化。当Vo+和Vo-等于Ve的1/2时，电桥输出对电阻的改变非常敏感。所有四个电阻采用同样的标称值R，可以大大简化上述公式。待测量引起的阻值变化由R 的增量或dR表示。带dR项的电阻称为“有源”电阻。在下面四种情况下，所有电阻具有同样的标称值R，1个、2个或4个电阻为有源电阻或带有dR项的电阻。推导这些公式时，dR假定为正值。如果实际阻值减小，则用-dR表示。在下列特殊情况下，所有有源电阻具有相同的dR值。
电桥电缆故障测试仪基于MURRAY电桥原理而设计，适用于敷设后各种电线电缆的击穿点(低阻、高阻及闪络型击穿)及没有击穿但绝缘电阻偏低点的定位:如用兆欧表发现电缆阻值较低，但运行电压下不击穿的绝缘缺陷点。当然，也可用于电缆厂内各种线缆的缺陷点定位。粗测电缆故障定位方法有电桥法及波反射法二种。目前波反射法定位仪较普及。其缺点为:部分仪器现场连线复杂，有定位盲区。波形不典型时，要求定位人员熟练掌握仪器，并富有经验才能分辩脉冲波形。有几种电缆故障很难用波反射法查找:如，高压电缆护套绝缘缺陷点，钢带铠装低压力缆，PVC 电缆，没有反射波，无法定位。短电缆，无法定位。一些高阻击穿点，在冲击电压下无法击穿，也难以定位。高压电桥电缆故障测试仪内含高频高压恒流源，解决了电源对电桥高灵敏放大的干扰难题，电源与电桥合为一体。测量电缆为专用的高压电缆，采用四端法电阻测量原理，定位精度高。电桥置于高压侧，而操作钮安全接地。彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性，使电桥法无盲区、精确、方便的特点得以发挥。与波反射法相比，高压电桥电缆故障测试仪特别适用于: 1.敷设后电缆的高阻击穿点，特别是难以烧成低阻的线性高阻击穿点，如电缆中间接头的线性高阻击穿(这种主要是由于电缆接头制作工艺不过关造成的。施加高压时只泄露爬弧不击穿放电)。 2. 高压电桥平衡法没有测试盲区，用于判断短电缆及靠近电缆端头的击穿点。 3. 高压电桥法仅仅要求电缆相线电阻的均匀性即可进行测量。而行波传输特性不好的电缆，如介质损耗很大的PVC低压电缆; ◎设备采用高频高压开关电源构成高压恒流源，电压高，电流稳定，体积小，重量轻。 ◎采用高灵敏度放大器及检流计指示平衡，与比例电位器构成平衡电桥，整体置于高电位。面板上的操作钮处于低电位，通过绝缘杆操作电桥。
惠斯通电桥公式推导详解 惠斯通电桥简介惠斯通电桥（又称单臂电桥）是一种可以精确测量电阻的仪器。通用的惠斯通电桥电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。 当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。 惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。 非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化，例如将电阻应变片（将电阻丝做成栅状粘贴在两层薄纸或塑料薄膜之间构成）粘固在物件上，当物件发生形变时，应变片也随之发生形变，应变片的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R，这时检流计通过的电流Ig也将变化，再根据Ig与△R的关系就可测出△R，然后由△R与固体形变之间的关系计算出物体的形变量。 用这种方法可测量应变、拉力、扭矩、振动频率等。 惠斯通电桥不是惠斯通发明的，在测量电阻及其它电学实验时，经常会用到叫惠斯通电桥的电路，很多人认为这种电桥是惠斯通发明的，其实，这是一个误会，这种电桥是由英国发明家克里斯蒂在1833年发明的，但是由于惠斯通第一个用它来测量电阻，所以人们习惯上就把这种电桥称作了惠斯通电桥。 惠斯通电桥构成惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。电路形式如下图所示。
R C文氏电桥振荡电路
RC文氏电桥振荡器的电路如图1所示，RC串并联网络是正反馈网络，由运算放大器、R3和R4负反馈网络构成放大电路。 C1R1和C2R2支路是正反馈网络，R3R4支路是负反馈网络。C1R1、C2R2、R3、R4正好构成一个桥路，称为文氏桥。 图1 RC文氏电桥振荡器 RC串并联选频网络的选频特性 RC串并联网络的电路如图2所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。 图2 RC串并联网络 RC串并联网络的传递函数为
式（1） 当输入端的电压和电流同相时，电路产生谐振，也就是式（1）是实数，虚部为0。令式（1）的虚部为0，即可求出谐振频率。 谐振频率 对于文氏RC振荡电路，一般都取R=R1 = R2，C=C1 = C2时，于是谐振角频率: 频率特性幅频特性 相频特性 文氏RC振荡电路正反馈网络传递函数的幅度频率特性曲线和相位频率特性曲线如图3所示。
(a) 幅频特性曲线 (b) 相频特性曲线 图3 RC串并联网络的频率响应特性曲线 反馈系数当满足R=R1 = R2，C=C1 = C2条件，且当f=f0时的反馈系数 当满足R=R1 = R2，C=C1 = C2条件，且当f=f0时的反馈系数 此时反馈系数 与频率f0的大小无关，此时的相角 jF=0°。文氏RC振荡电路可以通过双连电位器或双连电容器来调节振荡电路的频率，即保证R=R1 = R2，C=C1 = C2始终同步跟踪变化，于是改变文氏桥RC振荡电路的频率时，不会影响反馈系数和相角，在调节频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。 根据振荡条件丨AF丨＞1，在谐振时，放大电路的电压增益应该Au=3。由图1可知，RC串并联网络的反馈信号加在运算放大器的同相输入端，运算放大器的电压增益由R3和R4确定，是电压串联负反馈，于是应有 振荡的建立和幅度的稳定 振荡的建立 所谓振荡的建立，就是要使电路自激，从而产生持续的振荡输出。由于电路中存在噪声，噪声的频谱分布很广，其中也包括f0及其附近一些频率成分。由于噪声的随机性，有时正有时负，有时大一些有时小一些。为了保证这种微弱的信号，经过放大通过正反馈的选频网络，使输出幅度愈来愈大，振荡电路在起振时应有比振荡稳定时更大一些的电压增益，即丨AF丨＞1，所以Au f＞3，丨AF丨＞1称为起振条件。 通过热敏元件稳定输出幅度 加入R3、R4支路，电路是串联电压负反馈，其放大倍数
电缆故障点的四种实用检测方法 1 电缆故障的种类与判断 无论是高压电缆或低压电缆，在施工安装、运行过程中经常因短路、过负荷运行、绝缘老化或外力作用等原因造成故障。电缆故障可概括为接地、短路、断线三类，其故障类型主要有以下几方面： ①三芯电缆一芯或两芯接地。 ②二相芯线间短路。 ③三相芯线完全短路。 ④一相芯线断线或多相断线。 对于直接短路或断线故障用万用表可直接测量判断，对于非直接短路和接地故障，用兆欧表摇测芯线间绝缘电阻或芯线对地绝缘电阻，根据其阻值可判定故障类型。 故障类型确定后，查找故障点并不是一件容易的事情，下面根据笔者的经验，介绍几种查找故障点的方法，供参考。 2 电缆故障点的查找方法 (1) 测声法： 所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找，该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。此方法所用设备为直流耐压试验机。电路接线如图1所示，其中SYB为高压试验变压器，C为高压电容器，ZL为高压整流硅堆，R为限流电阻，Q为放电球间隙，L为电缆芯线。
当电容器C充电到一定电压值时，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声，对于明敷设电缆凭听觉可直接查找，若为地埋电缆，则首先要确定并标明电缆走向，再在杂噪声音最小的时候，借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时，将拾音器贴近地面，沿电缆走向慢慢移动，当听到“滋、滋”放电声最大时，该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全，在试验设备端和电缆末端应设专人监视。 (2) 电桥法： 电桥法就是用双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算出故障点。该方法对于电缆芯线间直接短路或短路点接触电阻小于1Ω的故障，判断误差一般不大于3m，对于故障点接触电阻大于1Ω的故障，可采用加高电压烧穿的方法使电阻降至1Ω以下，再按此方法测量。
利用电桥法测量电容 The latest revision on November 22, 2020
利用电桥法测量电容 与在水箱里储水的方式完全一样,电荷也可以被储存在一个被称为电容的装置里。在实际应用中,会出于不同的原因而利用电容器产生短而强的电流脉冲。尽管实际中应用的电容器有各种存在形式,但有一点是相同的,即它们都是由2块导电板或被绝缘体隔开的2块板子构成的。如果这2块板子之间有电势差,那么它们会带上等量异号的电荷,携带的电荷量与电压成正比。这是电容器的典型特征,这个恒定不变的比值即是电容器的电容。本实验的目的是探究电桥法测量电容并验证串、并联电容器的电容计算公式。 1 实验原理 电容器主要是由2块金属板构成的,它们用被称为电介质的一种绝缘材料隔开。这样的结构安排之所以能够储存电荷,是因为如果将电压源与2块板子相连,那么正电荷就会从一块板子流向另一块,同时使那块板子带上负电荷,此过程直到电介质内的磁场足够强以致阻止电流的进一步流动时为止。这时,一定量的电荷(一端为正,另一端为负)被分别储存在2块板子上,电势差等于它们之间的电源电压。电荷与电势差的比值是一个常数,称为电容器的电容,因此,C=Q/V。公式中,C表示电容,单位是法拉;Q表示电荷,单位是库伦;V表示电势差,单位是伏特。值得注意的是:电容的单位实际上是库伦的平方/牛顿米,但它还是被称
为法拉,一方面是为了纪念迈克尔法拉第,另一方面是为了简洁方便。因为法拉这个单位太大,在现实中应用得很少,所以常常会用到微法拉(1法拉的百万分之一),也会经常用到皮法拉(亦称微微法拉,10-12F)。 当把电容器连接到交流电路中时,交替地充电和放电使电容器看起来像是通上交流电。交流电压和通过的电流之间的线性关系很像欧姆定律中电阻的特性。电压和电流之间的比值Xc被称作电容器的容抗。所以,可以用类似测电阻的方法来测容抗。然而,容抗是与电容有关的,即:Xc=1/(2×π×f×C)。公式中,Xc表示电容的容抗值,单位是欧姆;C是电容值,单位是前面提到的法拉;f是交流电的频率,单位是转/秒(或赫兹)。所以容抗不同于阻抗,它取决于频率,当频率接近于0时,容抗趋向无穷大。这表明一个事实,即在直流电路中(f=0),电容器实际上是开路的。但是对于特定频率的交流电,电容器在许多方面就像电阻器。因此可以采用类似于惠斯登电桥电路(见图1a)的方法进行电容的测量。所不同的只是用电容器替代桥臂一侧的电阻器,用交流电源(本实验采用信号发生器)替代电池,用一个合适的交流电检测器(该实验使用耳机)替代检流计(图1b)。与惠斯登桥式电路比较,若用C1和C2替代R1和R2,那么用容抗 Xc1=1/(2×π×f×C1),Xc2=1/(2×π×f×C2)分别替代惠斯登桥式电路中对应的电阻,其等式变为 (2×π×f×C2)/(2×π×f×C1)=C2/C1=R3/R4。
电力电缆故障定位分析及预防贺磊 发表时间：2018-05-14T17:19:11.757Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：贺磊 [导读] 摘要：随着社会经济的不断发展，人们对电能的需求也越来越大，所以现代社会对电力的传输质量和安全性就有了更高的要求。（国网江苏省电力公司常州供电公司江苏常州 213003） 摘要：随着社会经济的不断发展，人们对电能的需求也越来越大，所以现代社会对电力的传输质量和安全性就有了更高的要求。但是，电力电缆的复杂性越来越高，电缆出现故障的现象逐渐明显，所以及时对配电网中的故障电缆进行点位一直被研究的课题。因此有效的故障定位方法，准确的找出故障点，对保证电力运输畅通具有重要的意义。 关键词：电力电缆；故障定位；预防 1电力电缆故障分类及故障原因分析 1.1电力电缆故障分类 电力电缆故障的分类方法较多，按其绝缘电阻大小，可分为开路故障、低阻（短路）故障和高阻故障3类。（1）开路故障。若电缆相对地或相间绝缘电阻为无穷大，但工作电压却不能传输到终端；或虽终端有电压，但负载能力较差，开路故障的特例即为断线故障。（2）低阻故障。此类故障较常见的有单相接地、两相或三相短路或接地。故障表现为电缆的相对地或相间绝缘受损但电缆芯线连接良好，其绝缘电阻值低于10Zc（Zc为电缆线路波阻抗，一般不超过40Ω），能用低压脉冲法测量到。（3）高阻故障。与低阻故障相对应，故障表现为电缆相对地或者相间绝缘受损，但是绝缘电阻大于10Zc，不能用低压脉冲法测量到。一般分为闪络性高阻故障和泄漏性高阻故障2类。其中，电缆在一些特殊条件下，绝缘被击穿后又恢复正常的这一类电缆故障被称为闪络性高阻故障；泄漏电流随试验电压的增加而增加，在试验电压升高到额定值或远没达到额定值时，泄漏电流超过允许值，被称为泄漏性高阻故障。 1.2故障原因 造成电缆故障的原因是复杂的。要想对故障点进行快速判断，就需要对电缆的工作环境以及常见原因有所了解，这也是减少电缆故障的一个重要途径。常见的故障原因主要包括外力破坏、电缆质量、电缆中间头制作不达标、管理存在问题、自然现象造成的损伤以及电缆生产质量等。 外力破坏主要是在未经许可、核实的情况下进行的打桩、开挖等施工破坏电缆而导致的接地短路故障。电缆施工质量问题是未能落实安装要求，在施工过程中走形成碰伤或不合理的机械牵引力对电缆形成拉伤，对于移动设备，通常会出现因固定不够而发生变形、摩擦、拉扯和错位而出现绝缘故障。电缆接头故障的原因大致包括以下几个方面：潮湿环境下未对电缆头进行相关防护；中间接头因密封不良而受潮导致的绝缘层劣化；中间接头导体连接管管口不平整而导致的压接不良；不合理的中间接头设置。电缆的管理方面，存在电缆长期超负荷工作而未进行相关维护，长期处于腐蚀环境中，通过热力管线未采取防护措施，这些都导致电缆的绝缘老化、腐蚀以及过热损坏。 2电力电缆故障定位的步骤与方法 2.1故障分析 电力电缆事故发生后，首先要找到电缆敷设时的详细资料，要对故障电缆的基本情况，如电缆型号、长度、走向、敷设方式、有无接头及接头位置、有无预留、预留地点及长度，故障前的运行情况，有无检修历史，路径上有无施工等进行了解与分析。并对故障电缆进行绝缘测试，判断故障类型。如果电缆的长度、路径等不清楚时，则应在定位时探查清楚。 2.2测距 测距的含义就是测量出从故障点到测量端的距离。可以说，在全部定位过程中最重要的一环就是测距，特别是对于长电缆，如果不能将测距这项工作做好，将会大大延长故障定位的时间，给电缆检修维护人员带来巨大的压力。所以，在实际测试中应保证初测的准确性，可采用不同方法进行验证。比如采用行波法测距时，低阻与高阻的分界并不是很确切，因此可在使用行波法后再利用脉冲电流法或电桥法进行验证。 一般而言，行波法是测距的首选方法，低压脉冲法可用来测试电缆的开路、短路、低阻故障，脉冲电流法或二次脉冲法可用来测试高阻故障。如果行波法测距时出现没有反射脉冲或反射脉冲波形比较乱的情况，就可以选用电桥法进行测试。而对单芯高压电缆护层故障，因为大地的衰减系数很大，使用脉冲电流法能测量的范围很小，一般也选用电桥法测距。 2.3精确定位 精准定位是根据初步测距后进行定位，主要包括音频感应法、声磁同步法以及声测法三种。声磁同步法克有限应用于部分低阻故障或会产生冲击放电声的高阻故障，如果不存在放电声的金属性短路、接地则可选用跨步电压法和音频感应法。 ①声测法。高压脉冲作用于故障电缆时会出现击穿放电，会伴随较大的放电声。对于直埋电缆或是打开盖板的沟架式敷设电缆，可通过人耳听声来定位。在较大埋深或封闭性电缆中，可通过振动传感器和声电转换器来对放电点进行查找，该技术也是最基础的精确定位技术，有着较高的可信性，但是受环境噪声影响较大。应用仪器可对故障点的声波信号进行记录，测试人员根据相关数据来对故障点的防电信号进行准确判断。 ②声磁同步法。高压脉冲作用于故障线路产生声音信号同时还会产生放电电流，使电缆周围出现脉冲磁场。该方法是采用仪器来对脉冲磁场信号进行检测，如果磁场信号与声音信号同步，则可将其认作故障点发出，否则为干扰信号。由于声音信号和磁场信号传输速度差，到达地面会存在一定的时间差，通过探头对时间差最小的地方进行查找就能寻找到故障点位置。声磁同步法能排除环境干扰因素，也是当前较为理想的检测方式。 ③音频感应法。该方法是对电缆输入音频电流，通过接收电磁波来实现准确定位。探头移动在电缆上会接收到相同强度和规律的音频声音，而在故障点上方则会出现信号突然加强的情形，越过故障点，信号明显减弱，则可判断信号增强点为故障点。该方法多用于低于10欧的低阻故障。当电缆接地电阻较低特别是金属性接地故障时，因微弱的放电声音，声测法进行定位存在很大难度，所以要采用音频感应法。音频感应法能较好的应用于两相短路并接地故障，三相短路以及三相短路并接地故障。 3电力电缆故障的预防措施 3.1提高电缆生的产质量 在电缆的生产过程中，要严格规范生产秩序，按照国家相关规定提高电缆的生产质量。其次，要加强相关检验部门的检验力度，认真
实验十 电桥法测电阻 电桥是一种精密的电学测量仪器，可用来测量电阻、电容、电感等电学量，并能通过这些量的测量测出某些非电学量，如温度、真空度和压力等，被广泛应用在工业生产的自动控制方面。 【实验目的】 ⒈ 掌握用惠斯登电桥测电阻的原理和特点。 ⒉ 学会QJ19型两用直流电桥的使用。 ⒊ 了解双臂电桥测低电阻的原理和特点。 【实验原理】 直流电桥主要分单臂电桥和双臂电桥。单臂电桥又称惠斯登电桥，一般用来测量102 ～ 106Ω的电阻。双臂电桥又称开尔文电桥，可用来测量10-5～10-2 Ω范围的电阻。实验所用的 QJ19型电桥是单、双臂两用直流电桥。 ⒈ 惠斯登单臂电桥的工作原理 惠斯登电桥的原理电路如图3-10-1所示，四个电阻1R 、2R 、3R 、和x R 称为电桥的四个臂，组成一个四边形ABCD ，对角D 和B 之间接检流计G 构成“桥”，用以比较“桥”两端的电位，当D 和B 两点的电位相等时，检流计G 指零，电桥达到了平衡状态。此时有 2211R I R I =，33R I R I x x = 由于x I I =1，23I I =因此可得 32 1 R R R R X = （3-10-1） （3-10-1）式为惠斯登电桥的平衡条件，根据1R 、2R 和3R 的大小，可以计算出待测电阻x R 的阻值，一般称1R 、2R 为比率臂，3R 为比较臂。 图 3-10-1 惠斯登电桥的原理电路图
⒉ 开尔文双臂电桥的工作原理 在惠斯登电桥电路中，存在着接触电阻和接线电阻，这对低电阻的测量将带来很大的误差。特别是当待测电阻的阻值与接触电阻同数量级时，测量便无法进行。在此情形下，为了获得准确的测量结果，必须采用开尔文双臂电桥进行测量。开尔文双臂电桥的电路结构如图3-10-2所示，x R 为待测电阻，S R 为低值标准电阻，1R 、2R 、内R 和外R 均为阻值较大的电阻，Y 表示联接x R 和 S R 的接线电阻（其中包括这一接线与x R 和S R 的接触电阻）它与x R ，S R 同数量级，是引 起测量误差的重要因素，必须设法消除它的影响。对图中以7、2、4为顶点的△形电路变换成Y 型电路后，就可把双臂电桥变成一个惠斯登电桥，根据惠斯登电桥的平衡条件，不难得到开尔文电桥的平衡方程。 )(2 1221R R R R r R R r R R R R R S X 内外内外-++?+= (3-10-2) 不难看出，如果在电桥结构上能够做到内R =外R 和1R =2R (3-10-2)式右边的第二项为零，此时平衡方程就变成如下形式： S R R R R 1 2外= （3-10-3） 实际上不可能完全做到内R =外R ，1R =2R ，但只要把r 值做得很小，(3-10-2)式右边的第二项便为二阶无限小量，此时就可以认为(3-10-3)式成立。 ⒊ 电桥的灵敏度 (3-10-1)式和(3-10-3)式是在电桥平衡条件下推导出来的，在实验中测试者是依据检流计G 的指针有无偏转来判断电桥是否平衡的。然而，检流计的灵敏度是有限的。例如，选用电流灵敏度为1格/1微安的检流计做为指零仪，当通过检流计的电流小于10-7 安培时，指针 图3-10-2双臂电桥的电路结构图
实验四直流电桥的原理和应用 【背景知识】 直流电桥是一种精密的电阻测量仪器，具有重要的应用价值。按电桥的测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。平衡电桥是把待测电阻与标准电阻进行比较，通过调节电桥平衡，从而测得待测电阻值，如单臂直流电桥（惠斯登电桥）、双臂直流电桥（开尔文电桥）；非平衡电桥则是通过测量电桥输出（电压、电流、功率等）并进行运算处理，得到待测电阻值。直流电桥还可用于测量引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等，在检测技术、传感器技术中的应用非常广泛。平衡电桥只能用于测量具有相对稳定状态的物理量，而在实际工程和科学实验中，很多物理量是连续变化的，只能采用非平衡电桥才能测量。 【实验目的】 本实验采用FQJ 型教学用非平衡直流电桥，该仪器集单臂、非平衡电桥于一体，通过本实验能掌握以下内容： (1)直流单臂电桥（惠斯通电桥）测量电阻的基本原理和操作方法； (2)非平衡直流电桥电压输出方法测量电阻的基本原理和操作方法； (3)根据不同待测电阻选择不同桥式和桥臂电阻的初步方法。 【实验原理】 1.平衡电桥 单臂直流电桥是平衡电桥，又称惠斯通电桥，其电路见图4.4.1。其中1R 、2R 、3R 、4R 构成一电桥，A 、 C 两端加一恒定桥压S U ，B 、 D 之间有一检流计PA ， 当电桥平衡时，B 、D 两点为等电位，PA 中无电流流 过，此时有AB AD U U ，41I I ，32I I ，于是有3421R R R R （4.4.1） 图4.4.1惠斯通电桥
如果R 4为待测电阻R X ，R 3为标准比较电阻，则有 1332X R R R K R R & &（4.4.2） 其中21/R R K ，称其为比率（一般惠斯登电桥的K 有001.0、01.0、1.0、1、10、100、1000等。本电桥的比率K 可以任选）。根据待测电阻大小，选择K 后，只要调节3R ，使电桥平衡，检流计为0，就可以根据（4.4.2）式得到待测电阻X R 之值。 2.非平衡电桥 非平衡电桥原理如图4.4.2所示：B 、D 之间为一 负载电阻g R ，只要测量电桥输出g U 、g I ， 就可得到x R 值。根据电桥各臂电阻关系可将非平衡电桥分为三类： （1）等臂电桥：4321R R R R ； （2）输出对称电桥（卧式电桥）：R R R 41， R R R 32，且R R ；（3）电源对称电桥（立式电桥）：R R R 21，R R R 43，且R R 。 当负载电阻! g R ，即电桥输出处于开路状态时，0 g I ，仅有电压输出，在此用0U 表示，根据分压原理，ABC 半桥的电压降为S U ，通过1R 、4R 两臂及2R 、3R 两臂的电流为： 14231423,S S U U I I I I R R R R ##，（4.4.3） 则输出电压0U 为 ?%?%324134014231423()BC DC S S S R R R R R R U U U U U U R R R R R R R R &?& ? &?& &###&#（4.4.4） 当满足条件1324R R R R & &（4.4.5） 时，电桥输出00 U ，即电桥处于平衡状态。（4.4.5）式称为电桥的平衡条件。为了测量的准确性，在测量的起始点，电桥必须调至平衡，称为预调平衡。这样可使输出只与某一臂 电阻变化有关。 图4.4.2非平衡电桥
电缆故障的判断和测试方法 无论是高压电缆或低压电缆，在施工安装、运行过程中经常因短路、过负荷运行、绝缘老化或外力作用等原因造成故障。本文介绍了供用电企业中电缆的各种故障类型、故障测试方法,简单介绍了如何解决在煤矿现场实际测试中所遇到的问题。 标签：电缆、故障判断、测试方法。 一、电缆故障的种类与判断 电力电缆由于机械损伤、绝缘老化、施工质量低、过电压、绝缘油流失等都会发生故障。实践证明，多数供电事故都发生在电力的分配网络发生故障最多、最难排查的又属于电力电缆。因此，科学掌握电缆故障的测试方法对供用电企业来说是很重要的。根据故障性质可分为低电阻接地或短路故障、高电阻接地或短路故障、断线故障、断线并接地故障和闪络性故障。无论是高压电缆或低压电缆，在施工安装、运行过程中经常因短路、过负荷运行、绝缘老化或外力损坏等原因造成故障。电缆故障分为接地、短路、断线三类。三芯电缆故障类型主要有以下几方面：一芯或两芯接触；二相芯线间短路；三相芯线完全短路；一相芯线断线或多相断线。 对于直接短路或断线故障用万用表可直接测量判断，对于非直接短路和接地故障，用兆欧表遥测芯线间绝缘电阻或芯线对地绝缘电阻，根据其阻值可判定故障类型： （1）当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于100KΩ时，为低电阻接地故障。 （2）当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于正常值很多，但高于100KΩ时，为高电阻接地故障。 （3）当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻较高或正常，应进行导体连续性试验，检查是否有断线，若有即为断线故障。 （4）当摇测电缆一芯或几芯导体不连续，再经过一芯或几芯对地绝缘电阻摇测后，判断为低阻或高阻接地线，为断线并接地故障。 （5）闪络性故障多发生于预防性耐压试验，发生部位大多在电缆终端和中间接头。闪络有时会连续多次发生，每次间隔几秒到几分钟。 二、电缆故障的测试方法 过去电缆故障的查找方法有测声法、电桥法、电容电流测定法和零电位法。
（所属实验室：大学物理实验中心 217分室） 、实验基本介绍 电桥是一种比较式仪器，是很重要的电磁学基本测量仪器之一。电桥按其结构特点可分 为交流电桥和直流电桥，也可分为单臂电桥和双臂电桥；按工作状态可分为平衡电桥和非平 衡电桥。惠斯登电桥称为单臂电桥，是最常用的直流电桥，主要用于低电阻的测量。 、实验仪器介绍 实验仪器：QJ23型直流电阻电桥，万用电表，电阻若干只。 【QJ23型箱式惠斯登电桥】 实验中R x 的误差主要取决于R s ，而不是R 1/R 2的比值。从图2可知，比较臂R s 由四只可 变的标准电阻相互串联，其总阻值可达 9999 。所以该电桥可测量1~9999000范围内的电 阻，基本量程为100~99990 。 实验名称 惠斯登电桥测电阻 1 i 灵敏度旋钮 如图1所示。箱式直流电桥具有便于携带、 准确度高和使用方便等特点。其电路原理图 如图2所示。R i 、R 2为比例臂，R s 为比较臂, K ）的比值。例如将倍率 改变b 点的位置就可以改变 R 1/R 2 （即比例系 开关 b 置于“ 102 ”时，便有 R i R 2 O. 999 8.902 81.00 9 409.09 409.09 81.00 9 100 8.902 0.999 I 倍率选择 调零旋钮 图1 QJ23型直流电阻电桥、指针万用表、待测电阻 q If 臣:P 尹；:gZm 壬竺二二二…厂 Q T <■ ? 丄 0币
图3为QJ23型箱式电桥面板示意图。面板中下部有四个标有“ 1.理解直流电桥的构成和工作原理; 2.掌握万用电表的使用和电桥的调节方法; 3.用直流电桥测定电阻的阻值。 3.2实验原理 惠斯登电桥的原理如图4所示。图中R1、R2、R s是已知其阻值的标准电阻，它们与待测电阻R x构成一个四边形, 每一边都称为电桥的臂。R1、R2称为比例臂，R s称为比较臂，R x称为待测臂。在A、B两端接直流电源E;在C、D 两点间接检流计G，结构像桥一样，故称为电桥。当C、D 1000”、“ 100”、“ 10” 和“ 1 ”的旋钮, 是用来调节比较臂R s的，调节范围为0~9999 使用与读取方法同电阻箱。 面板右下角的“ R x”接线柱是用来联接被测电阻 的; 左侧上方的“+E-”用于联接外部电源；“内、G、 外”为检流计选择端钮，当“ G”和“内”用短路片联 接时，则在“ G”和“外”之间需外接检流计；在“ G” 和“外”短路时，则箱式电桥内附的检流计接入了电路。 面板右上角为倍率“ K”选择开关。 面板左下角的“ B”“ G”按钮，从图2可以看出, 前者用于接通电源，后者用于接通检流计支路。在使用 10 I 时，“B”、“G”两个电健要同时使用，但需先按下“B”， 再按下“ G” ；断开时则先松开“G” ，再松开“ B” 以保护检流计。 所以使用箱式电桥时，先将倍率K（R1/R2）确定, 然后调节R S使电桥平衡，由公式（3）便可计算出测O? A 量结果。 三、实验内容预习 3.1实验目的◎ ◎ ◎ ◎o o O QQ 3.2.1惠斯登电桥测量电阻的原理 C —-- IV* 弘畑触 10 . 沖 K I --------- 首 8 WHfl Jxff 100x9 IE d r C ￡ 图4
10kV电缆故障定位技术与应用 发表时间：2018-06-07T10:31:59.853Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：任杰[导读] 摘要：在配电系统中，电缆敷设于地下，故障后难以查找，电缆故障点定位常常决定了抢修复电的时间。 （广州供电局有限公司天河供电局广州 510000）摘要：在配电系统中，电缆敷设于地下，故障后难以查找，电缆故障点定位常常决定了抢修复电的时间。因此，为保障配电网稳定可靠运行，运维人员需要具备电缆故障定位的基本技能。本文总结了10kV电缆常见故障类型，归类分析了电缆故障定位的各种技术，并给出实际应用的建议步骤，便于配网运维人员对电缆故障点定位技术的理解和掌握。 关键词：配网；电缆；故障；定位。 一、前言 配电网电缆多埋于地下，一旦发生故障，寻找起来十分困难。电力电缆故障点的迅速、准确定位，能够提高供电可靠性，减少故障修复费用及停电损失。 近年来，电力电缆故障的定位技术有了较大的发展，如出现了故障测距的脉冲电流法、路径探测的脉冲磁场法以及利用磁场与声音信号时间差寻找故障点位置的方法等。电缆故障定位是一项技术性比较强的工作，电缆故障情况及埋设环境比较复杂、变化多，运维人员应熟悉电缆的埋设走向与环境，确切地判断出电缆故障性质，选择合适的仪器与测量方法，按照一定的程序工作，可较为高效地定位电缆故障点。 二、常见故障类型配网电缆的故障类型较多，可按以下3种方式进行分类： 1、按故障点位置分类（1）电缆本体故障；（2）电缆附件故障。 2、按故障形式分类（1）接地故障。指电缆线芯与屏蔽层之间的绝缘被击穿，有电缆单芯或多芯接地。（2）短路故障。线芯之间的绝缘被击穿，有电缆两芯或多芯短路，常见于油纸电缆。（3）断线故障。电缆单芯或多芯被故障电流烧断或外力破坏，形成完全或不完全断线。（4）闪络性故障。这种故障大多数在预防性试验中发生，并多数出现在电缆中间接头或终端。当所加电压达到某一数值时击穿，电压低至某一值时绝缘又恢复。（5）综合性故障。同时具有前述2 种或以上性质的故障 3、按故障阻值分类（1）高阻故障。是指故障阻值大于10kΩ的电缆故障。高阻故障通常出现在电缆接头位置或者穿管位置，定位比较困难，对仪器要求较高。其中闪络性故障是高阻故障的特殊情况，通常会在试验过程中形成。（2）低阻故障。主要是指故障阻值小于10kΩ的故障。低阻故障通常出在电缆本体，比较容易定位，但若阻值接近零时，就比较难进行故障精确定位。 三、故障定位技术电缆故障定位的核心是故障定位技术，把各种技术合理地配合使用，可以高效地找到故障点。在故障定位时可以按照固定的步骤进行，这样增加故障点定位的准确性，节约故障定位的时间。故障定位方法分为故障点初步定位方法和故障点精确定位方法。（一）故障点初步定位方法故障点初步定位方法是采用定位技术把故障点确定在一个范围内，根据不同定位技术的误差，故障点确定的范围大小也有不同。 1、波反射法 波反射法也叫脉冲反射法，采用这一原理进行电缆故障测试，目前在国内外已得到非常广泛的应用。根据技术的发展波反射法出现了三种有代表性的测量方法。（1）脉冲电流法脉冲电流法是第一代波反射法技术的代表，通过仪器向电缆发出一个脉冲，根据脉冲在仪器与故障点之间来回反射，从而测量出仪器到故障点的距离。 图1 电桥法接线图（2）二次脉冲法