于文川，任博純

（河北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，石家莊 050227）

0 引言

電線電纜導(dǎo)體的作用是傳輸電流，其損耗主要是由導(dǎo)體材料的電導(dǎo)系數(shù)來(lái)決定，為了統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和有利于對(duì)比，一般將直流電阻作為判斷導(dǎo)體是否合格的重要依據(jù)。直流電阻越大，導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越弱；直流電阻越小，導(dǎo)體導(dǎo)電能力越強(qiáng)。大量的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：無(wú)論是大截面還是小截面，絞合銅導(dǎo)體的直流電阻測(cè)量數(shù)據(jù)都比較穩(wěn)定；但是大截面鋁導(dǎo)體的直流電阻測(cè)量容易受到測(cè)量工具及人員操作的影響，測(cè)量數(shù)據(jù)不易穩(wěn)定[1]。

影響大截面導(dǎo)體直流電阻測(cè)試的因素有：生產(chǎn)制造過(guò)程中的因素、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度與導(dǎo)體溫度的不一致的因素、端部處理不當(dāng)?shù)囊蛩兀ㄌ貏e對(duì)于大截面鋁導(dǎo)體端部處理）、測(cè)試設(shè)備和測(cè)試人員操作的因素；測(cè)試時(shí)對(duì)導(dǎo)體夾緊力松緊也會(huì)導(dǎo)致電阻的不精確性，較松會(huì)使導(dǎo)體與夾具接觸不到位；夾緊力尤其對(duì)大截面鋁導(dǎo)體影響很大[2]。

因此，要采取措施來(lái)防止此種情況發(fā)生，尤其對(duì)于大截面鋁導(dǎo)體來(lái)說(shuō)夾具的設(shè)計(jì)十分重要。

1 大截面鋁導(dǎo)體直流電阻的測(cè)量

1.1 測(cè)量環(huán)境條件

型式試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件需滿足GB/T 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》中的規(guī)定：

1）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度需滿足：溫度15℃～25℃，空氣濕度不大于85%；

2）試樣放置和試驗(yàn)過(guò)程中，環(huán)境溫度的變化不超過(guò)±1℃。

1.2 測(cè)量試樣要求

GB/T 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法 第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》中第4.4節(jié)中對(duì)大截面鋁導(dǎo)體試樣有明確要求，型式試驗(yàn)推薦采用試樣長(zhǎng)度為：導(dǎo)體截面在95～185mm2，取3m；導(dǎo)體截面240mm2及以上，取5m。有爭(zhēng)議時(shí)，導(dǎo)體截面185mm2及以下，取5m；導(dǎo)體截面240mm2及以上，取10m。

另外，測(cè)量時(shí)，大截面鋁導(dǎo)體試樣電流引入端通常采用鋁壓接頭（鋁鼻子），以使壓接后的導(dǎo)體與接頭融為一體，電位電極采用直徑約1.0mm的軟銅絲在絞線外緊密纏繞1～2圈后打結(jié)引出，防止試樣端部松動(dòng)。

1.3 測(cè)量不確定度數(shù)學(xué)模型

GB/T 3048.4-2007《電線電纜電性能試驗(yàn)方法第4部分：導(dǎo)體直流電阻試驗(yàn)》中第6.2節(jié)中，型式試驗(yàn)時(shí)，溫度為20℃時(shí)導(dǎo)體直流電阻計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：

R20為20℃時(shí)每公里長(zhǎng)度電阻值，單位為歐每千米（Ω/km）；

Rx為t℃時(shí)L長(zhǎng)電纜的實(shí)際測(cè)量電阻值，單位為歐（Ω）；

α20為導(dǎo)體材料20℃時(shí)電阻溫度系數(shù)，單位為每攝氏度（1/℃）；

t為測(cè)量時(shí)的導(dǎo)體溫度（環(huán)境溫度），單位為攝氏度（℃）；

L為試樣的測(cè)量長(zhǎng)度（成品電纜的長(zhǎng)度，而不是單根絕緣線芯的長(zhǎng)度），單位為米（m）；

注：按照式(1)的定義，t應(yīng)為導(dǎo)體溫度。測(cè)量時(shí)采用環(huán)境溫度代替導(dǎo)體溫度。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，R20測(cè)量結(jié)果的不確定度主要包括以下兩部分：

1）以觀測(cè)的隨機(jī)產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)定的測(cè)量不確定度，利用A類不確定度進(jìn)行表示；

2）測(cè)量系統(tǒng)、試樣長(zhǎng)度、環(huán)境溫濕度等方面產(chǎn)生的不確定度，通過(guò)B類不確定度評(píng)定方法進(jìn)行確定。

因此，式(1)中測(cè)量結(jié)果R20可以表述為式(2)：

式中：

R20為20℃時(shí)導(dǎo)體電阻測(cè)量值的平均值；

R20(ΔRi)為統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即為測(cè)量的A類不確定度uA；

R20(Δti)為測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生的不確定度，B類不確定度的一個(gè)分量uB1；

R20(ΔLi)為試樣長(zhǎng)度引起的不確定度，B類不確定度的一個(gè)分量uB2。

實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量環(huán)境中環(huán)境溫度ti為需要記錄的變量，使用電橋可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)Ri進(jìn)行記錄，使用測(cè)量系統(tǒng)中的測(cè)量夾具電流端電極和電位端電極固定，因此，試樣長(zhǎng)度Li可視為恒定常數(shù)，故由試樣長(zhǎng)度引起的不確定度uB1=R20(ΔLi)=0。

故，導(dǎo)體直流電阻的不確定度可表示為uR20=uA+uB1。

2 傳統(tǒng)導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)的直流電阻測(cè)量設(shè)備大多為直流單雙臂電橋（數(shù)顯式和指針式），配合使用相應(yīng)的四端子導(dǎo)體電橋夾具進(jìn)行直流電阻測(cè)量。但其在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中存在很多不足之處[3]：

1）在測(cè)試過(guò)程中，電極與試樣表面為點(diǎn)接觸，導(dǎo)致電極與試樣間接觸電阻過(guò)大，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；此外，接觸刀口會(huì)因長(zhǎng)期使用而發(fā)生磨損；

2）導(dǎo)體測(cè)量過(guò)程中，尤其是大截面導(dǎo)體測(cè)量由于夾緊試樣過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)由于受力不均導(dǎo)致的導(dǎo)體松散，影響電阻測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

因此，針對(duì)大截面導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具的改良和研發(fā)，成為直流電阻測(cè)量系統(tǒng)制造廠家的面臨解決的首要問(wèn)題。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由電位端子、合抱式卡片夾頭、液壓模塊等構(gòu)成。各模塊方案設(shè)計(jì)如下。

3.1 電位端子

將傳統(tǒng)式對(duì)插式結(jié)構(gòu)的電位端子改進(jìn)成“V型”上頂式結(jié)構(gòu)，將“V型”電位片套裝在雙柱上，雙柱上和高強(qiáng)度彈簧向上頂住“V型”電位片，測(cè)量時(shí)可使端子與導(dǎo)體接觸牢固，力度一致，解決了兩電位端錯(cuò)位不準(zhǔn)確的問(wèn)題；雙柱式結(jié)構(gòu)底部固定在箱體內(nèi)部，并在兩個(gè)電位端子處設(shè)計(jì)了量尺固定卡槽，確保左右兩個(gè)電位端子間的距離為一米，有效解決了測(cè)量長(zhǎng)度不準(zhǔn)確對(duì)導(dǎo)體直流電阻的影響。并在兩個(gè)電位端處設(shè)計(jì)了量尺固定卡槽，確保了電位端一米的間距準(zhǔn)確。

圖1 一種大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)試夾具整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 合抱式卡片夾頭及液壓模塊

液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)在了夾頭下方的箱體內(nèi)部，保證了儀器的美觀性和安全性。左右配裝了兩臺(tái)10T液壓系統(tǒng)，分別控制夾頭的升降，根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)及多次試驗(yàn)分析，將夾頭對(duì)導(dǎo)體的夾持力定設(shè)定在最佳狀態(tài)（認(rèn)為等效為壓線鼻子狀態(tài)最佳），尤其對(duì)大截面鋁導(dǎo)體的電阻測(cè)量有非常顯著的效果，夾頭為全包圍合抱式棱形銅片結(jié)構(gòu)，左右開(kāi)合范圍直徑10mm～40mm，力度一致，解決了人為加力的大小不一的問(wèn)題。能滿足最大截面1200mm2導(dǎo)體電阻測(cè)量。

表1 測(cè)量對(duì)比結(jié)果

圖2 合抱式卡片夾頭

4 系統(tǒng)測(cè)試方案及結(jié)果

根據(jù)上述大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)量環(huán)境條件及對(duì)測(cè)量試樣的要求，本文中，選取大截面鋁導(dǎo)體（95mm2以上），對(duì)使用傳統(tǒng)夾具和使用本文中大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，使用傳統(tǒng)夾具測(cè)量試樣有效長(zhǎng)度以5m為基數(shù)，測(cè)量時(shí)采用鋁壓接頭（即鋁鼻子）；使用本文設(shè)計(jì)的大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具時(shí)，測(cè)量試樣有效長(zhǎng)度取1m，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1中對(duì)比結(jié)果，可以看出，使用本文提出的大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具，與傳統(tǒng)夾具測(cè)量結(jié)果相比，測(cè)量誤差不超過(guò)±0.5%。與此同時(shí)，測(cè)量試樣長(zhǎng)度由5m縮短為1m，使用本文中提出的測(cè)量夾具具有的合抱式卡片夾頭，可以取代使用傳統(tǒng)測(cè)量夾具測(cè)量時(shí)采用鋁壓接頭（即鋁鼻子）方式，在保證測(cè)量精確的同時(shí)，大大提高了工作效率。

5 結(jié)論

本文提出了一種大截面鋁導(dǎo)體直流電阻測(cè)試夾具，將傳統(tǒng)的電線電纜導(dǎo)體直流電阻測(cè)量夾具左右對(duì)插式結(jié)構(gòu)改進(jìn)成單片V型上頂式結(jié)構(gòu)，將電位端的鉗口式接觸方式為單點(diǎn)式接觸，減少測(cè)量長(zhǎng)度誤差；改進(jìn)人手夾持模式為自動(dòng)夾持，提高設(shè)備自動(dòng)化水平和檢測(cè)效率；合抱式夾具增大了與導(dǎo)體的接觸面積，從而減小了夾具與被測(cè)導(dǎo)體的接觸電阻，降低了導(dǎo)體電阻測(cè)量誤差；取代使用傳統(tǒng)測(cè)量夾具測(cè)量時(shí)采用鋁壓接頭（即鋁鼻子）方式，在保證測(cè)量精確的同時(shí)，大大提高了工作效率。同時(shí)，可以取代使用傳統(tǒng)測(cè)量夾具測(cè)量時(shí)采用鋁壓接頭（即鋁鼻子）方式，在保證測(cè)量精確的同時(shí)，大大提高了工作效率。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該測(cè)試夾具能夠獲得良好的測(cè)量效果，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。