1、本科毕业论文（20 届）温度对电缆导电线芯直流电阻测量的影响及解决办法所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -温度对电缆导电线芯直流电阻测量的影响及解决办法摘要电线电缆行业是我国经济建设重要的配套产业，广泛应用于国民经济各个领域，但电线电缆材料仅凭借外观是无法辨别其质量优劣的，不能判定其是否达到使用要求，劣质产品充斥市场，严重危害人民的生命健康和国家的财产安全。因此，加强电线电缆的质量检测尤为重要。电缆导电线芯的直流电阻是判断电缆质量的一项重要指标，经过多年的研究和试验，在影响电缆直流电阻的各种因素中，只有温
2、度这一因素还没有彻底解决，温度对直流电阻测量的影响是不可忽略的，在电缆绞合完成后，由于挤压会在线芯内部产生温升，造成线芯内部和外部的温度不平衡，产生误差。在测量线芯的直流电阻后，一般会用线芯的表皮温度和当时的阻值进行换算，得到标准状况下的直流电阻。为了减小由线芯内外温度不平衡所带来的误差，测量时应让绞合后的线芯充分冷却，但是，如果冷却的时间过长，会影响到实际生产的效率，所以，应找到线芯冷却过程中内外温度平衡最早的时间，这样才能避免时间不必要的浪费，提高效率。在研究中采用模拟现场的试验方法，把线芯加热到一定的温度后，在有风和无风情况下对其直流电阻进行连续的测量，记录直流电阻和线芯表皮温度随时间的
3、变化，统计分析数据，找到使线芯内外温度一致的最短时间。 通过实验发现，在有风的情况下，线芯冷却的较快，内外温度一致的时间大大缩短。在有风机辅助散热的情况下，经过 4 分钟线芯内外温度就基本平衡了，线芯的表皮温度就可以代替线芯的平均温度参与测量。综上所述，在电缆线芯绞合完成后，用风机辅助其散热，经过 4 分钟后开始测量其直流电阻比较准确。关键字：电缆线芯;温度;直流电阻;散热哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Temperature on electric cable wire core dc resistance measurement of the impact and the solut
4、ionsAbstractCable industry is an important supporting our countrys economic construction industry， widely used in the compilation of economic fields， but wire cable material only with appearance is not recognize its quality， cant determine whether the request to use， the market is flooded with infer
5、ior product， serious harm peoples health and the state property security. Therefore， strengthening the quality detection of the cable is particularly important. Cable conductive wire core dc resistance is the judgment of the cable quality is an important index， after years of research and test， in t
6、he influence of various factors cable dc resistance， only one factor that temperature has not completely solved， temperature on the influence of the dc resistance measurement cant be neglected， in cable stranded inner finish， because extrusion temperature rise will produce online core inside， causin
7、g the wire core internal and external temperature balance， produce error.In the measurement of the wire core dc resistance， usually with the skin temperature at that time and the core of the resistance to the conversion， and get the dc resistance standard conditions. In order to reduce the wire core
8、 inside and outside temperature from unbalanced error， when measuring the haul-off unit should be made of wire core sufficient cooling， but， if the cooling of the time is too long， can affect the actual production efficiency， so， should find wire core cooling process inside and outside temperature b
9、alance of the earliest time， to avoid unnecessary waste time， improve efficiency.Through the experiments have found that， in the wind， wire core cooling fast， inside and outside temperature consistent such a short time. In a fan under the condition of the auxiliary cooling， after four minutes wire c
10、ore inside and outside temperature basic balance， wire core skin temperature can instead of wire core of the average temperature in the measurement.To sum up， on the cable stranded inner core finish， with fan aided the heat dissipation， after four minutes after the start measuring its dc resistance
11、is accurate.Key words: cable core ；temperature ；dc resistance；heat dissipation哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 电缆导电线芯直流电阻的测量方法 .21.3 影响电缆导电线芯直流电阻测量的因素 .61.4 本文主要工作 .8第 2 章 温度影响来源及试验设备 .92.1 DZ-3 型线缆导电线芯直流电阻测量仪 .92.2 DZ-3 型线缆导电线芯直流电阻测量仪的主要技术参数 .112.3 DZ-3 型线缆导电线芯直流电阻测量仪
12、的工作原理 .122.4 直流电阻测量标准 .142.5 温度对直流电阻测量实验的影响 .162.6 绞线工艺对直流电阻实验的影响 .172.7 本章小结 .19第 3 章 电缆导电线芯直流电阻测量试验 .203.1 试验方案的确定 .203.2 试验电路及试验设备 .213.3 实验步骤 .223.4 直流电阻实验的实验结果及数据 .223.5 数据分析处理 .253.6 本章小结 .25结论 .26致谢 .27参考文献 .28附录 .29哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景随着经济的发展，电力电缆因其敷设隐蔽能满足城市市容和环境的要求，越来越广泛地应用在城市
13、电网中。目前电力电缆已被广泛应用，且使用量不断增加。随着现代城市发展需要，已逐渐取代架空线路。电缆是通信与传输电能的重要媒介，深入研究电缆的性能有利于提高电力系统运行的安全性，确保电力系统安全可靠的运行，同时，也能减少材料与电能的浪费。如何防止因部分电缆厂家偷工减料，造成电缆导体不合格，形成潜在运行隐患确保电力系统安全可靠运行，严把电缆质量关，消除电力设备安全隐患，保证地区供电的安全、可靠、优质是我们研究的重点之一。电缆是国民经济各部门不可缺少的重要配套产品，从超高压输电线路到各种微电机，人们生产和生活的各个环节都离不开电线电缆，随着社会经济的快速发展，国家对电线、电缆的标准要求越来越严格。但
14、由于电线、电缆的生产厂家较多，目前围内电线、电缆的质量水平明显低于国外，且劣质的电线、电缆充斥市场。目前市场上的电线、电缆，其不合格项目涉及标准要求的各个方面主要是电性能试验，特别是直流电阻和绝缘电阻；另外其外形尺寸和标志的不合格率亦很高。电线电缆电性能试验方法的标准，是电缆行业产品设计、制造和检验的基础标准之一。我国最早发布 GB76465“电线电缆导电线芯电阻试验方法(直流电桥法)”；1983 年首次发布 GBT 30482“ 金属导体材料电阻率试验”，并将 GB76465 修改为 GBT30484“导体直流电阻试验” 。这两个分标准均与涉及的测试技术密切相关，其制订的基础都是来自于国际标
15、准 IEc60468：1974， “金属材料导电率的试验方法”，其关键都是直流电阻试验。可见直流电阻的重要性 1。电缆的直流电阻是判断电缆是否合格的重要参数， 一般要求导线电阻小，以减少线路损耗。金属导体材料直流电阻的测量已有比较成熟的试验方法，但在应用到电线电缆产品时，由于导电线芯大多是绞线，特别是大截面积绞线结构时，沿用一般的直流电阻测量方法，常不易得到正确的测量数值，故在探讨通用的试验要求外，还将进一步分析影响测量正确性的因素。哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -1.2 电缆导电线芯直流电阻的测量方法导电线芯直流电阻是电气装备用电线电缆电性能很重要的指标之一。一般情况下要求导线电阻小比较
16、好，这样可以减少线路中的损耗。个别的特殊产品要求电阻在某一范围内(如高压阻尼点火线)，也有的产品没有严格的电阻要求( 矿工帽灯线、爆破线等)。导线的电阻在标准中规定为直流电阻不大于某一个值或直流电阻率不大于规定值。常用的测量电阻的方法主要有、比较法、比例运算法、电桥法、恒流源法、脉冲电流法和比率法等。1）比较法比较法测量原理图如图 1.2.1 所示。同时调节 和 控制回路中的电1R2流 和 ，使它们在 和 上产生相同的电压将，即零点指示器的指针1I20Rx指在零位置，则得未知电阻值 。021IX图 1.1 比较法测电阻原理电路该方法需要人工调整测量电流，测试过程复杂，效率低。准确度也比较差。测
17、量准确度容易受零点指示器准确度及人为因素影响，一般测量准确度不高，分辨率只能达到 10m，而且不能实现数字化测量 2。2）比例运算法比例运算法测量电阻的原理如图 1.2.2。被测电阻 接入运算放大器的xR反馈回路，标准电阻 接入放大器的反相输入端。若忽略电源 的内阻sRsE影响，放大器的输出电压可以表示为： sxEV0即：0Rsx哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -值与 成正比，如果选择 （n 为整数） ，则可直接用0VxRsER10/值表示 ，用开关 k 接通不同的电阻 则可改变量限。图 1.2 比例运算法原理图 1为了提高测量的准确度，减小误差，应选择高增益，低温漂，高输入阻抗的运算放大器
18、；同时保证的基准电源 和标准电阻 准确度和稳定sEsR性。如果测量的电阻很小，必须考虑接触电阻影响，可采用四端钮接法进行测量，测量原理如图 1.2.3。图 1.3 四端钮法测量原理图由于受放大器参数的影响，使用该测量方法仅适用于中值电阻的测量，不适合于微电阻和高阻值电阻的测量。3） 直流电桥法直流电桥法测量电阻的方法是最常用的方法之一，目前仍在广泛使用。直流电桥分单臂电桥和双臂电桥，测量微电阻时，必须采用双臂电桥。双臂电桥测量原理电路如图 1.2.4。图中 、 、 、 是桥臂电阻；r 是R34R哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -跨线电阻，它的数值很小，可以通过大电流。 和 分别是被测电阻和x
19、Rn标准电阻，而且是四端钮结构电阻。 、 、 和 是电位端；1P234、 、 和 是电流端。1C234图 1.4 双臂电桥测量原理图由图可以知道，测量电阻可以表示为： 434343 RrRnxn43式中 为误差项。直流电桥测量能够保证比较高的准确度，这也是这种方法一直被使用的主要原因。但该方法接线复杂，操作不方便 3 。4） 恒流源法恒流法测量电阻的原理如图 1.2.5。当恒流源流经被测电阻 时，在xR电阻 上产生电压降。该电压降被放大器放大后，经过 A/D 转换器进行xR模数转换，转换的结果送入单片机处理后，送显示器进行结果显示 4。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -图 1.5 恒流源法测
20、量电阻原理恒流源法测量电阻测量电路简单，且容易实现数字化测量。但是，高精度的恒流源制作困难，而且成本高，是影响测量精度的主要因素。5） 脉冲电流法脉冲电流法测量电阻的原理如图 1.2.6 所示。电流幅值大小可以由参数设定电路调整。小电阻两端的压降信号可由放大器根据信号的强弱放大到相应的倍数。A/D 转换接口读入压降值。但电流源要工作在较大电流下，电流开启时间必须严格控制。一旦出现开启时间过长，就可能造成测试装置的损坏或被测电阻的损坏。同时，数据采集时序要求严格，应在电流源开启时间内，开启放大器，在放大器倍率调整稳定后，A/D 转换器进行采样。如果时序不合适就会影响精度。当用较大电流测试或测量较
21、大电阻时，误差将会下降 5。图 1.6 脉冲电流法原理图脉冲电流法与恒流源法比较，测量使用的电流源脉冲宽度可控，从而减少被测量电阻的功率，降低电阻发热对阻值的影响。6）比率法比率法测量电阻的原理如图 1.2.7。它是基于用标准电阻 标定测量电0R阻 的一种方法。把标准电阻和被测量电阻串联起来，施加一直流电压，xR回路中流过相同的电流 I，此时在 和 上形成压降 和 则得：0Rx0Ux哈尔滨理工大学学士学位论文- 6 -0RUX根据以上关系，可算计算出被测电阻大小 6。显然，该方法原理上消除测量电流的影响，降低的对直流电源的要求。但测量电流大小会影响在标准电阻和被测量电阻上的电压降落，从而影响测
22、量精度。对微电阻测量时，可以提高测量电流来提高测量准确度。而且，该方法容易实现数字化测量。图 1.7 比较法测量电阻原理电路本课题研究的是大截面电缆线芯直流电阻的测量，被测量的电阻量非常小，能够准确测量时，分辨能力要求不低于 10-7。对比以上方法，选择比率法进行测量比较合适。利用比率法测量原理，本文进行了直流电阻测量试验研究工作。1.3 影响电缆导电线芯直流电阻测量的因素1.接触电阻对测量结果的影响由于绞合结构导电线芯的单线表面氧化，而且氧化层的电阻率大于金属导体本身的电阻率(特别是氧化铝)，因此在测量导体电阻时，被测试样同连接线( 或夹具 )之间就存在氧化层接触电阻。接触电阻的大小随氧化层的性质和厚度而变化，与被测试样同连接夹具之间的接触面积松紧程度有关。接触电阻不仅存在于导体和连接线(夹具)之间，同时也存在于绞合线芯的每根单线之间。在数值一上它是不稳定的，随着夹紧位置和加紧力而变化。大截面铝绞线的电阻最不易测准，一方面是氧化铝的电阻较高，截面愈大，单线根数愈多，单线之间的总接触电阻也就愈大；另一方面，大
