黃思婷

健研檢測集團(tuán)有限公司 物理設(shè)備部，福建廈門，361000

0 引言

導(dǎo)體直流電阻作為電纜產(chǎn)品的一個(gè)參數(shù)，它的合格與否將直接關(guān)系整個(gè)電力系統(tǒng)的質(zhì)量。一般情況下，導(dǎo)體直流電阻越小越好。如果導(dǎo)體直流電阻過大，那么將加劇電力系統(tǒng)的能源消耗。從產(chǎn)品用戶方面來看，導(dǎo)體直流電阻越大，損耗越大，終端設(shè)備接收到的電能就越低，所浪費(fèi)的電量就越多。從生產(chǎn)企業(yè)方面來看，導(dǎo)體直流電阻不合格的原因包括：一是銅材料生產(chǎn)廠家使用了銅材料雜質(zhì)含量過高的銅導(dǎo)體，或者存儲(chǔ)不當(dāng)造成了銅材料的氧化，而電線電纜生產(chǎn)企業(yè)在銅材料進(jìn)廠時(shí)，未進(jìn)行原材料進(jìn)貨檢驗(yàn)；二是企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本而偷工減料，故意減小導(dǎo)體截面積；三是企業(yè)生產(chǎn)過程中的工藝問題，如絞線時(shí)張力太緊導(dǎo)致導(dǎo)體截面變細(xì)、拉絲工藝退火不合理等情況[1]。由此可見，導(dǎo)體直流電阻數(shù)據(jù)的正確與否直接影響企業(yè)的質(zhì)量控制，電阻數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的情況下，企業(yè)可以通過調(diào)整生產(chǎn)工藝，在降本增效的同時(shí)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，即導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著電纜產(chǎn)品的質(zhì)量。

電線電纜導(dǎo)體直流電阻檢測受設(shè)備類型、試樣處理情況、環(huán)境溫度和濕度、夾具試驗(yàn)方法等因素的影響，在檢測過程中會(huì)產(chǎn)生誤差[2]。本文結(jié)合《額定電壓450∕750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜——第2部分：試驗(yàn)方法》（GB/T5023.2—2008）和《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)》（GB/T 3048.4—2007），選取4mm2聚氯乙烯絕緣銅芯電線（參考阻值為4.372Ω/km）詳細(xì)分析導(dǎo)體直流電阻測試中系統(tǒng)各分量對(duì)最終結(jié)果的影響。

1 測試系統(tǒng)設(shè)備的影響

1.1 測試原理

導(dǎo)體直流電阻測試分為電橋法與四線法，其中電橋法又分為單臂電橋和雙臂電橋。

1.1.1 單臂電橋

根據(jù)圖1的原理圖，當(dāng)電橋平衡時(shí)，I1×RX=I2×R1，I1×R0=I2×R2。兩式相除可以得出。單臂電橋測量法已消除了電流表內(nèi)接電阻和外接電阻帶來的測量系統(tǒng)誤差，但導(dǎo)線本身的電阻與接線處的接觸電阻對(duì)測量結(jié)果仍然會(huì)有影響。當(dāng)測量0.1Ω以下的低電阻時(shí)附件的電阻是不能忽略的。

圖1 單臂電橋原理圖

1.1.2 雙臂電橋

根據(jù)圖2的原理圖，Rx為被測試電阻，Rn為已知的可調(diào)電阻。Rx和Rn各有兩對(duì)端鈕，C1和C2、Cn1和Cn2即為兩者的電流端，P1和P2、Pn1和Pn2則為電位端。接線時(shí)必須保證被測試電阻Rx只在電位端P1和P2之間，電流端需在電位端外側(cè)，以便減少和排除接線電阻和接觸電阻對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生的影響。可調(diào)電阻Rn的電流端Cn2與被測試電阻Rx的電流端C2用電阻為r的粗導(dǎo)線連接起來。如圖2所示，R1、R'1、R2和R'2是橋臂電阻，它們的阻值都在10Ω以上，且為同軸電阻，即調(diào)節(jié)R1或R'2時(shí)，R'1和R2也會(huì)隨之一起變化。當(dāng)，接入被測試電阻RX后，調(diào)節(jié)各橋臂電阻使得電橋可以平衡。此時(shí)，因?yàn)镮g＝0，可知被測試電阻，這樣消除了r對(duì)測量結(jié)果的影響。

圖2 雙臂電橋原理圖

雙臂電橋減小附加電阻影響的關(guān)鍵在于4端連接，從圖2中可以看出，4端連接是電流端和電位端分接，把各連接部分的導(dǎo)線電阻分別引入檢流計(jì)回路或電源支路中。因檢流計(jì)回路電阻為大電阻，引入檢流計(jì)回路的附加電阻可忽略不計(jì)；而引入電源支路的導(dǎo)線電阻和接觸電阻只影響工作電流，不影響電橋平衡，即都不影響RX測量值。

1.2 四線法

四線法是將恒流源IS電流流入被測電阻RX的兩根電流線和電壓表測量端的兩根電壓線分開，使得電壓表測量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓。如圖3所示，四線法比二線測量法多了兩根饋線，電壓測量端并不和恒流源端直接相連，而是直接連到待測電阻兩端。所以，恒流源與被測電阻RX和饋線尺RL1、RL2構(gòu)成一個(gè)回路。送至電壓測量端的電壓只有RX兩端的電壓，饋線RL1、RL2電壓沒有送至電壓測量端，因此，饋線電阻RL3和RL4對(duì)測量結(jié)果影響極小。由于電壓表的輸入阻抗遠(yuǎn)大于饋線電阻RL1和RL2，饋線電阻RL3和RL4對(duì)測量結(jié)果影響同樣很小。通過已知電流和測得的電阻兩端的電壓即可得到RX。

圖3 四線法原理圖

1.3 數(shù)據(jù)分析

通過之前敘述的三種方法，可以得出各自方法下的測量結(jié)果。依據(jù)《能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南》（CNAS-GL02：2018）中附錄C測量結(jié)果的評(píng)定的要求，本次數(shù)據(jù)分析采用專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法的規(guī)定，按下式計(jì)算PA值：，式中：XL代表實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果，XR代表被測物品的參考值，δ代表規(guī)定的允許差。若|PA|≤1，則測量結(jié)果滿意，值越小代表偏離越小；若|PA|＞1，則測量結(jié)果有誤。

由表2可以看出，四線法測出的數(shù)據(jù)所偏離的程度最小，其|PA|為0.61，因此導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)優(yōu)先選用四線法。

表1 不同方法下的數(shù)據(jù)測量結(jié)果

表2 不同方法下的數(shù)據(jù)偏離結(jié)果

2 測試系統(tǒng)溫度的影響

2.1 標(biāo)準(zhǔn)要求

試樣應(yīng)在溫度為15℃～25℃和空氣濕度不大于85%的試驗(yàn)環(huán)境中放置足夠長的時(shí)間，在試樣放置和試驗(yàn)過程中，環(huán)境溫度的變化應(yīng)不超過±1℃。應(yīng)使用最小刻度為0.1℃的溫度計(jì)測量環(huán)境溫度，溫度計(jì)距離地面應(yīng)不少于1m，距離墻面應(yīng)不少于10cm，距離試樣應(yīng)不超過1m，且二者應(yīng)大致在同一高度，并應(yīng)避免受到熱輻射和空氣對(duì)流的影響。

2.2 控制措施

在保證待測樣品的質(zhì)量、測試設(shè)備、夾具、通過電流等條件不變的情況下，測試系統(tǒng)所在環(huán)境的溫度對(duì)測試結(jié)果有著重要影響。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，測試系統(tǒng)溫度變化下，導(dǎo)體直流電阻測試結(jié)果也隨之變化，如圖4所示。因此，想要得到精確的導(dǎo)體直流電阻數(shù)值，就要精準(zhǔn)控制測試系統(tǒng)所在環(huán)境的溫度，以降低溫度對(duì)試驗(yàn)示值的影響。同時(shí)，樣品必須提前在恒溫恒濕的空間內(nèi)放置4小時(shí)，并保證檢測試驗(yàn)時(shí)溫度穩(wěn)定，以防止由于溫度發(fā)生誤判的情況[3]。

圖4 導(dǎo)體直流電阻示值與溫度的關(guān)系曲線

根據(jù)要求，測試系統(tǒng)的環(huán)境溫度為15℃～25℃，且變化應(yīng)不超過±1℃。因此，在測試系統(tǒng)E所在區(qū)域進(jìn)行溫度監(jiān)控，如圖5所示。

圖5 導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)溫度測點(diǎn)示意圖

2.3 數(shù)據(jù)分析

通過靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，可得出溫度的平均值及波動(dòng)度。通過導(dǎo)體直流電阻公式可知，當(dāng)，當(dāng)所監(jiān)控的溫度越接近實(shí)際溫度時(shí)，測量結(jié)果越準(zhǔn)確。

由圖6及圖7的測點(diǎn)數(shù)據(jù)與曲線圖可以看出，測試系統(tǒng)的環(huán)境溫度波動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖6 導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)環(huán)境溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

圖7 導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)環(huán)境溫度監(jiān)控曲線

3 測試人員的影響

導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)依靠人員去操作，人員的因素應(yīng)該第一時(shí)間被重視。測試人員對(duì)自己的定位，以及人員自己的質(zhì)量意識(shí)是非常重要的，人員是否經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)、對(duì)測試系統(tǒng)原理是否了解、操作流程與數(shù)據(jù)處理是否合規(guī)，決定了導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)的可信度。作為整個(gè)測試系統(tǒng)的關(guān)鍵一環(huán)，人員需要具備以下四點(diǎn)：即“正、明、管、學(xué)”。

“正”指的是測試系統(tǒng)人員的自身素質(zhì)，需要清正廉明，這是最基本的要求，后三項(xiàng)要求建立在此基礎(chǔ)上。人員自身素質(zhì)不高，不僅對(duì)測試結(jié)果有影響，而且嚴(yán)重?fù)p害公司利益，情節(jié)嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致公司發(fā)生信用危機(jī)。“明”指的是測試系統(tǒng)人員擁有明確的檢測意識(shí)，清楚了解相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的方法、評(píng)定指標(biāo)、結(jié)果處理以及質(zhì)量控制等?；鶎訂T工的質(zhì)量意識(shí)提升是整個(gè)測試系統(tǒng)的關(guān)鍵之一，也是質(zhì)量管理事半功倍的關(guān)鍵?！肮堋敝傅氖菧y試系統(tǒng)人員要對(duì)所分管的儀器設(shè)備進(jìn)行管理。設(shè)備的精度、準(zhǔn)確度直接影響測試結(jié)果的不確定度，因此儀器設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)以及校準(zhǔn)檢定顯得尤為重要?！皩W(xué)”指的是測試系統(tǒng)人員要持續(xù)學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)?，F(xiàn)如今科技飛速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，導(dǎo)致檢測檢驗(yàn)技術(shù)也不斷更新，因此測試系統(tǒng)的人員為了提高檢測質(zhì)量，就要積極持續(xù)學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，拓寬眼界。

4 試樣預(yù)處理的影響

設(shè)備材料入場后避免不了堆積的現(xiàn)象，電線電纜絞合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線芯將會(huì)直接暴露在空氣中，長時(shí)間容易導(dǎo)致氧化發(fā)生，導(dǎo)線芯氧化產(chǎn)生的電阻率會(huì)超過導(dǎo)體值[4]。由此，在對(duì)電纜類產(chǎn)品接入導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)前，需要用浸濕水的棉布擦拭所送檢的樣品表面，去除附著物、污穢和油垢[5]。而被試樣品與測試系統(tǒng)相連接部位的覆蓋物也應(yīng)小心去除，防止損傷導(dǎo)體本身。

5 結(jié)語

系統(tǒng)中的設(shè)備、溫度及人員是導(dǎo)體直流電阻測試系統(tǒng)的主要影響因素，必須引起足夠的重視。本文通過比對(duì)分析發(fā)現(xiàn)，采用高精度設(shè)備可以大大消除測試系統(tǒng)的誤差，并且結(jié)合環(huán)境監(jiān)控與人員培訓(xùn)，正確處理樣品，就可準(zhǔn)確可靠地開展導(dǎo)體直流電阻測試，提高結(jié)果的可信度，保證測試系統(tǒng)位于有效的質(zhì)量控制之中。