王卫东 2013.05

1. 王卫东 2013.05 电线电缆职业技能培训 第二章 电性能检测

2. 第一节 导体电阻检测 • 一、成品电线电缆导体电阻测量 • 成品电线电缆的导体电阻测量方法标准：GB/T 3048.4—2007《电线电缆电性能试验方法 导体直流电阻试验》 （原标准为GB/T 3048.4—1994）。

3. 导体电阻检测 • 导体电阻测量方法的演变，以及每种测量方法存在的问题 • 伏安法----（电流表）外接法：电流表指示值包含了电压表的分流，测量值小于真值； （电流表）内接法：电压表指示值包含了电流表的压降，测量值大于真值。

4. 导体电阻检测 • 电桥法----单臂（惠斯登）电桥 • 消除了内接、外接法的系统误差，但导线电阻、接触电阻会影响测量结果，0.1Ω以下时，影响不能忽略。

5. 导体电阻检测 • 电桥平衡原理：四个桥臂分别为电阻R1、R2、R0和Rx ，对角A和C之间连接电源E和限流电阻RV，对角B和D之间连接检流计G。调节R0使B、D两点的电位相等，这时检流计指零，即“桥”上无电流通过，电桥达到了平衡：

6. 导体电阻检测 • 双臂（开尔文）电桥： • 消除了导线电阻、接触电阻的影响，可用于小电阻测试。

7. 导体电阻检测 • 电桥平衡原理：将电桥两对比率臂（R1／R2和R′1／R′2）采用双十进的电阻箱，两个比率相同的十进电阻的转臂连接在一转轴上，因此在转臂的任一位置都能保证满足R1／R2= R′1／R′2这一条件。由于这种桥式电路具有两对电阻臂，因此称作双臂电桥。

8. 导体电阻检测 • 测量范围 • GB/T 3048.4规定 • 双臂电桥的测量范围应控制在1Ω及以下 ； • 单臂电桥的测量范围是100Ω及以上； • 1～ 99. 9Ω试件采用单臂电桥或双臂电桥都可以。

9. 导体电阻检测—测量方法 • 四端测量夹具 • 四端夹具的外侧一对为电流电极，内侧一对为电位电极。电极与试样接触的宽度应不大于试样测量长度的0.5%，每一端的电位电极与电流电极夹头间距不应小于被测试样断面周长的1. 5倍。以保证试样中电流密度的均匀分布。 注意：电位电极之间的距离是1米，它代表了被测试样的长度。

10. 导体电阻检测—测量方法 • 标准电阻、直流电源、检流计 • 一般情况下选择0.01、0.001Ω的标准电阻，无论是哪个等级的标准电阻，都必须进行计量检定，它直接影响到测量的准确性，另外标准电阻的保存也应注意，长期暴露在空气中会影响其阻值。 • QJ57型等便携式的电桥，可以用外接直流电源，也可以用安装在本体内部的干电池；对于QJ19或 QJ36型等电桥测试装置必须配备直流电源。 • 检流计灵敏度要高，一般选择AC15／6型检流计。

11. 导体电阻检测—测量方法 • 样品制作—取样 • GB3048规定要求从被试电线电缆上切取长度不小于1米的试样，或以成盘（圈）的电线电缆作为试样。去除试样导体外表面的绝缘、护套或其他覆盖物，也可以只去除试样两端与测量系统相连接部的覆盖物，露出导体。 • 夹具两电位夹头之间的距离为1米时，样品只要截取1.4米即可。

12. 导体电阻检测—测量方法 • 样品制作—注意事项 • 对于短样，严格讲不能全部去除试样导体外表面的绝缘、护套或其它覆盖物，只能去除试样两端和测量系统相连接部位的覆盖物，露出导体，两端大约300mm长的覆盖物被剥除，两电位电极之间大约留有700～800mm长样品的外护层不能剥除。 • 在剥除覆盖物的时候，不能损伤导体。特别是小截面导体和多股绞合的柔软导体，如果不小心很容易损伤导体。

13. 导体电阻检测—测量方法 • 样品制作—大截面铝导体 • 对于大截面铝导体，在制作样品时应注意其特殊性。规定在进行型式试验和抽样试验时，推荐采用试样长度：截面95～185mm2取3m，截面240mm2及以上取5m。有争议时，截面185mm2及以下取5m，截面240mm2及以上取10m。 • 在测量大截面铝导体时，不仅取样时有区别，而且在样品端部也应采取一定的措施。推荐铝绞线的电流引入端子采用标称截面与试样相同的铝压接头（铝鼻子），并按常规压接工具压接，以保证压接后的导体与接头融为一体。其电位电极应采用直径0.7～1.0mm的软铜丝在绞线外紧密绕两圈后打结，以防松动。

14. 导体电阻检测—测量方法 • 样品制作—现场测量 • 生产现场进行导体电阻测量，被测试品两端处理同短样是一致的，由于试品较长，被测电阻较大，一般采用单臂电桥的连接方式进行测量。

15. 导体电阻检测—测量方法 • 样品制作—端部处理 • 任何试样在接入测量系统前，应预先清洁其连接部位的导体表面，去除附着物、污秽和油垢。连接处表面的氧化层应尽可能除尽。 • 如果试样表面有附着物、污秽和油垢，一般用酒精进行清洗；如果表面有轻微氧化层，可用浓度较小的稀盐酸（体积比5～10%）进行处理，但不能过分清洗，特别是大截面的多股软结构导体（五或六类导体），例如电焊机电缆，导体端部容易氧化，在测量其直流电阻时应引起注意。

16. 导体电阻检测—测量方法 • 测量步骤 • 1）连接方式 • 用单臂电桥测量时，有两个夹头连接被测试样。用双臂电桥或其它电阻仪器测量时，用四个夹头连接被测试样。 • 2）测量误差 • 电阻测量误差：例行试验应不大于2%，仲裁试验应不大于0.5%。 • 试样长度测量误差：长度测量应在二电位电极之间的试样上进行，测量误差应不超过±0.5%。

17. 导体电阻检测—测量方法 • 夹头与试样连接处的注意事项 • 绞合导体的全部单丝应可靠地与测量系统的电流夹头相连接，所以对于较大截面的试样应采取压接接头的方式，使得每根单丝表面氧化层被压破，增加电气接触能力，电流从接头上的接线端引入，最大限度地使电流流过每根单丝。 • 对于两芯及以上成品电线电缆的导体电阻测量，单臂电桥二夹头或双臂电桥的一对电位夹头(夹具的里面一对)应与测量长度的实际标线相连接，这样保证测得的电阻值是测量长度上的电阻值。 • 在旋动电流电极和电位电极时旋转力应适中，对于较小截面的试样，旋转力不要太大。

18. 导体电阻检测—测量方法 • 测量与读数 • 闭合直流电源开关，平衡电桥(检流计的指针指向零)，读取读数，记录至少四位有效数。当试样的电阻小于0.1Ω时，应将图2-4或图2-5中开关St换向，用相反方向电流再测量一次，读取读数，最后取二次读数的平均值。

19. 导体电阻检测—测量方法 • 测量时的注意事项 • 1）温度测量问题 • GB3048中规定：为使导体温度与试验环境温度达到平衡，试样应在试验环境中放置足够长的时间，一般应放置2小时以上，这样只要测量环境温度就能代表导体的温度。 • 在这里应注意，在整个样品放置的温度平衡期间，环境温度的变化应不大于±1℃。GB/T3956《电缆的导体》中规定温度校正系数Kt在5～35℃，即在此温度区间都可以测量。

20. 导体电阻检测—测量方法 • 测量环境温度时，温度计应离地面至少1米，离试样应不超过1米，且二者应大致在同一高度。

21. 导体电阻检测—测量方法 • 计算公式 根据47页表2-1，可以用下式计算20℃时的导体电阻： 此温度系数计算式为近似公式

22. 导体电阻检测—测量方法 • 铜或铝更精确的温度校正系数公式是：

23. 导体电阻检测—测量方法 • 测量时施加电流的问题 • 在测量中施加电流大小的问题，应综合考虑。从测量误差分析，电流愈大愈好，能减小测量误差。但电流过大又使导体发热，对测量有影响。为此标准中规定对于细微导体电阻进行测量时，要防止电流过大而引起导体升温，推荐采用电流密度，铝导体应不大于0. 5A/mm2,铜导体应不大于1.0A/mm2。

24. 导体电阻检测—测量方法 • 大截面铝导体测量问题 • 使用电工铝和单线直径符合标准规定的铝单线制成的大截面铝绞线，其实测值往往大于标准规定，造成误判。 • 测量时如果绞线与电流夹头不均匀地接触，而且各单线表面都包有一层电阻很大的氧化铝膜，导致测量电流在绞线的各单线中极不均匀地分布，位于绞线外层的某些单线只分配到极少的电流，其电位差当然很低。要使测量正确，不仅要求电流电极能与被测试样紧密、均匀地接触，而且要求电位电极也能紧密而且均匀地与被测试样接触。

25. 导体电阻检测—测量方法 • 正确引入电流的方式：采用标称截面与试样相同的铝压接头(铝鼻子)，并按常规压接工具压接，以保证压接后的导体与接头融为一体，使铝鼻子内的绞线各单丝表面的氧化膜破裂，端头被压成紧密接触的实体，使铝鼻子与绞线、绞线内的单丝与单丝间的接触电阻大大减小，电流从铝鼻子上电流接线端直接引入，于是电流能均匀地分配到各单线中。另外研究表明在绞线两端电流引入处附近加压一个铝环，就能起到均匀电流的作用。如把均流环加到两电位电极之间，则会加大被测导体的截面，从效果来看，均流环加在电流电极和电位电极之间最有效果，加在两电流电极之外效果差些，距电流电极越远，效果越差。

26. 导体电阻检测—测量方法 • 试样端头处理：大截面铝导体试样两端必须压铝鼻子，压接前如果端头污染或表面严重氧化，应用5%的稀盐酸加少量洗洁精浸泡5分钟，再用清水将端头内的酸洗净。铝鼻子必须与绞线紧密配合，对扇形线芯更需周密，以保证压接后的导体能融为一体。电位电极制作最好用Φ0.7～1.0mm的软铜线在绞线外紧密绕两圈。它与铝鼻子端的距离不得小于试样周长的1.5倍。

27. 导体电阻检测—测量方法 • 结果计算 或 α20—温度系数，铜导体为0.00393/℃， 铝导体为0.00403/℃ 数字修约 我们从表2-3中可以看出导体电阻的标准要求有效数字位数都是三位，试验方法标准中规定，计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定的一致，为此我们在进行计算和读数时应采用四位有效数字，然后修约到三位。

28. 导体电阻检测—测量方法 • 导体标称截面与电气有效截面的关系 • 平时我们一直讲导体的标称截面是多少，而当导体直流电阻满足要求的时候，实际导体的截面积不一定与标称截面相符合，其实作为导线截面,原则上给定的不是几何的，而是电气有效截面，它通过电阻测试而求得。所以应注意，截面值是国家和国际规范、型号缩写、表和相同额定值所给定的。由于各个导线种类的不同结构和加工影响，其直流电阻与单位长度电阻的额定截面和标准值中得出的值是不相符的。所以在表2-3中为各个导线种类所列单位长度直流电阻对于电缆检验和导线截面的测定是决定性的。

29. 导体电阻检测—测量方法 • 铝导体与铜导体的比较 • 与铜相比在相同质量时铝的体积是铜的3. 3倍，电阻值相同时的截面是铜的l.6倍，载流量相同时的截面是铜的1.5倍。电阻值相同时的质量则仅为铜的一半。因此铝芯线的电缆明显较轻。

30. 导体电阻检测—测量方法 • 导体结构选择原则 • (1)对于电线如用于固定敷设的，只在敷设时因电线弯曲才出现机械负载，所以截面在10mm2以下主要使用单线，截面大于10mm2使用多股导线。如用于连接位置变动的用电器的电线，因为这种电线必须很柔韧，所以所有截面的这种电线均采用细导线。如果要求有特别好的活动性，比如用于焊条夹具的连接线使用极细结构的绞合导线。

31. 导体电阻检测—测量方法 • 导体结构选择原则 • (2)对于细或极细导线，由单根导线扭绞的绞线组成。较大截面的导线为分层绞合而成。对于机械负载性能和柔韧性而言，除单线直径外，导线的绞合有着特殊的意义。绞合股和绞线的节距越短，活动性和交互弯曲强度越高。绞线各层的单股绞线可以以相同的方向绞合(层相同节距)或者层层更换绞合方向(层交叉节距)。

32. 金属导体材料电阻率测量 • GB/T3048.2标准中规定了具体的试验方法，它适用于测定实心(非绞合)铜、铝及其合金金属导体材料的体积电阻率和质量电阻率，以及测定实心金属导体材料(均匀截面积)的单位长度电阻，也可适用于测定金属电阻材料的体积电阻率、质量电阻率和单位长度电阻。 • 适用于0.01～2.0 Ω·mm2/m范围内电阻率测量。

33. 金属导体材料电阻率测量 • 体积电阻率：单位长度、单位截面积的导体电阻 • 单位：Ω mm2/m • 质量电阻率：单位长度和单位质量导体的电阻 • 单位：Ω g/m2 • 单位长度电阻：

34. 金属导体材料电阻率测量 • 截面积测量 • 如果是较规则的试样，其截面积可以合理地从线性截面尺寸计算得出。测定尺寸应沿试样的计量长度以大约相等的间距至少测量五次，计算出算术平均值。平均值的标准偏差与平均值自身的比值应不大于±0.15%。 • 截面比较复杂的试样，当从直接测量并计算出的平均截面积的误差超过0.15%时，截面积应按下式确定：

35. 绝缘电阻检测 • GB／T3048.5 • 绝缘电阻、体积电阻、表面电阻 • 测试设备：检流计比较法、电压-电流法，成品采用摇表法。 • 平板三电极系统、电极材料 • 条件处理 • 测量、计算

36. 绝缘电阻检测 • 成品电缆绝缘电阻测量 • 第一种测量线芯与线芯之间的绝缘电阻； • 第二种测量绝缘线芯的绝缘电阻； • 第三种测量电线电缆产品的表面电阻。

37. 绝缘电阻检测 • 线芯与线芯间的绝缘电阻测量 • 测量都是在空气中进行 • 样品制作 试样的有效长度应不小于10米，试样两端绝缘外的覆盖物应小心地剥除，注意不得损伤绝缘表面，尽可能成圈，试样端部绝缘部分露出护套的长度应不小于100mm，露出的绝缘表面应保持干燥和洁净。

38. 绝缘电阻检测 • 接线方式 • 对于单芯样品：如果有金属护套、屏蔽层或铠装层，导体接测量极，其金属层接高压极：如无金属层，应根据产品标准规定进行测量，如无规定可以采用附加电极的办法进行测量，例如在试样的外表面缠绕金属箔或绕在金属棒上进行测量，接线方式同前。 • 对于多芯样品：每根线芯都应进行测量，接线方式为每个导体对其余线芯与金属套或屏蔽层或铠装层，被测线芯接测量极，其他芯与金属层接高压极。

39. 绝缘电阻检测 • 防干扰处理 • 有些产品的成品绝缘电阻很高，往往在测量时会受到外界的干扰，如空间电磁场、静电感应等的影响，数据很难测准，为此应专门设计一个试验装置，消除此影响。方法是这样，用铁皮加工一个金属箱，测量时将样品放入其中，在箱内底部放上绝缘性能较好的聚四氟乙烯板，样品放在此板上，测量极和高压极通过同轴电缆从箱内引出，同轴电缆的屏蔽层与金属箱相连，金属箱与测试仪器的接地旋钮相连后接地。测量时将金属箱合上，这样就起到防干扰的作用。 • 必要时在试样两端绝缘表面上加保护环。保护环应紧贴绝缘表面，并与测量系统的屏蔽相连接。

40. 绝缘电阻检测 • 测量环境处理 • 有些产品规定高温下绝缘电阻要求，例如100℃或200℃，因此应在此高温下测量绝缘电阻。 • 方法是将样品放入烘箱中，由烘箱提供高温环境。在高温下测量绝缘电阻时应注意：在高温环境中要放置足够的时间后才能可以检测，一般至少要放置1小时以上。无论是测量极用引接线还是高压极用引接线都必须考虑耐高温问题，以免影响测量结果。烘箱要求足够的容积，以保证样品的端部与烘箱壁之间有足够的距离。

41. 绝缘电阻检测 • 电阻测量 • 样品与测试仪器连接好后，根据仪器的操作说明进行设备操作。测量时充电时间应充分，以达到基本稳定。除在产品标准中另有规定者外，充电时间为1分钟，然后测量读数。 • 如果在同一个试样上进行重复测量，应使试样短路，放电时间应不少于试样充电时间的四倍。 • 结果计算 • Rt=Rx·L • 计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定一致。

42. 绝缘电阻检测 • 绝缘线芯的绝缘电阻测量 • 测量绝缘线芯的绝缘电阻，往往都是将电缆外护套剥除，对每一根绝缘线芯进行绝缘电阻测量，而且都是将样品放入水中，样品的导体作为一个电极，水作为第二电极，同时又能提供温度环境，水的温度由产品标准规定。 • 绝缘电阻或绝缘电阻常数，都是用此方法进行测量 ，两者是一致的。

43. 绝缘电阻检测 • 样品制作 • 除产品标准另有规定者外，试样的有效长度应不小于10米，试样两端绝缘外的覆盖物应小心地剥除，注意不得损伤绝缘表面，尽可能成圈。试样端部绝缘部分露出护套的长度应不小于150mm。 • 必要时在试样两端绝缘表面上加保护环，保护环应紧贴绝缘表面。 • 接线方式 • 浸入水中时，试样两上端露出水面的长度应不小于250mm。导体接测量极，水接高压极。如有保护环，应与测量系统的屏蔽(或地)相连接。

44. 绝缘电阻检测 • 电阻测量 • 样品放入恒温水浴中，要有足够的时间，一般是当恒温水浴的温度达到规定温度后二小时方能开始测量(要恒温二小时以上)。样品的端部应避免受到水蒸汽的影响。 • 样品与测试仪器连接好后，根据仪器的操作说明进行设备操作。测量时充电时间应充分，以达到基本稳定。除在产品标准中另有规定者外，充电时间为1分钟，然后测量读数。如果在同一个试样上进行重复测量，应使试样短路，放电时间应不少于试样充电时间的四倍。

45. 绝缘电阻检测 • 结果计算 • 根据线芯间绝缘电阻计算公式可以计算绝缘电阻。应注意此时的长度为样品浸在水中的有效长度。 • 如果标准规定的是绝缘电阻常数，按下式计算 计算结果所取有效数字位数应与产品标准规定一致。

46. 绝缘电阻检测 • 影响绝缘电阻大小的因素 • (1)材料本身的原因 • 当绝缘材料内部含有杂质时，使绝缘内部增加了导电的离子，绝缘电阻肯定会下降，因此绝缘材料在生产、运输等过程中尽量减少杂质的进入。 • (2)材料的存储原因 • 当材料存储不当，使绝缘材料受潮，受潮后由于水分的渗入，同样也使绝缘内部增加了导电的离子，绝缘电阻随含水量的增加而明显下降。此种情况也出现在成品电缆中，例如电缆端头密封措施不够，长期暴露在空气中，空气中潮气也会进入到电缆内部，甚至绝缘体内和绝缘表面，当用摇表测量绝缘电阻时，其值也会下降。

47. 绝缘电阻检测 • (3)结构偏离要求造成的原因 • 绝缘结构的绝缘电阻大小不仅与绝缘材料有关，而且与绝缘结构有关，如果在生产过程中，造成绝缘平均值偏薄或某处偏薄，那么整个绝缘结构的绝缘电阻会偏小。例如电线在生产过程中，由于设备控制等原因造成绝缘偏心，其绝缘电阻会下降。

48. 绝缘电阻检测 • (4)测试技术造成的原因 • 保护电极(保护环)的使用 在测量材料的体积电阻时，在测量极和高压极之间使用了保护电极，保护电极的作用是将试样的表面电流截住使之流回电源而不经过测量仪器，这样测得的电流仅是通过试样的体积电流。在测量成品电线电缆绝缘电阻时，要根据具体情况决定是否要施加保护电极，如果测得的绝缘电阻较小或对测得的结果有疑义时，应该使用保护电极，保护电极应紧贴绝缘表面，使用铜箔或铝箔或较细的铜丝进行制作，测量时保护电极与测量系统的屏蔽(或接地点)相连接。

49. 绝缘电阻检测 • 极化电荷的影响 在直流电场中介质与电极的分界面上积蓄有极化电荷，同时在电极上也增加了相应的自由电荷，当外电场去除后，极化电荷逐渐消失，但往往需要很长时间才能完全消失。这时若将试样电极两端短接，电极上的电荷随极化电荷的消失而慢慢减少。因此如因试样带有剩余电荷而造成测量结果有明显差异时，必须先进行充分放电。对于这类试样，无论是第一次测量还是重复测量，均需充分放电。

50. 绝缘电阻检测 • 外来电势的影响 在绝缘电阻测试线路中，很难避免存在各种外来电势，如热电势、接触电势、电解电势及其他感应电势等。这些电势数值一般都不大，但在高阻测量中，它们就可能造成不可忽略的误差。由于外来电势的影响随各种情况而改变，因此必须经常检查。 • 检查方法：接好试样和所有接线，开关都置于测量时的相应位置，只是不加直流高压电源，将仪器灵敏度调到最高，若指示器指针没有偏转，则为正常。由于有些外来电势是在测量过程中产生的，因此在测量完毕后，还要再进行一次检查。