Измерение электрического сопротивления жил контрольных кабелей с помощью мостов постоянного тока

Аннотация

Н.Н. Покотило

Дата поступления статьи: 28.11.2013

Повреждаемость контрольных кабелей в электроустановках явление довольно распространенное. Для предотвращения замены кабеля большой длины на исправный существует способ его ремонта, предварительно требующий определения места повреждения. В этом случае необходимо применять ряд методов позволяющих определить место замыкания жил или место их обрыва. В данном случае зная удельное сопротивление жил контрольного кабеля можно определить с помощью мостов постоянного тока. Методика и способы измерений сопротивления жил контрольного кабеля рассматриваются далее в приведенной статье.

Ключевые слова: Мост постоянного тока, магазины сопротивлений, чувствительность моста

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Измерения электрического сопротивления токопроводящих жил контрольных кабелей производиться с помощью приборов постоянного тока. Это характерно простой способ измерения при которой достигается высокая точность [1,2].
Погрешность температуры изделия при измерениях должна составлять ±2 0С не более. Перед измерением электрического сопротивления и его элементов, контрольные кабели имеющий большой размер, должны быть выдержаны при температуре, в условиях которой проводят измерения, несколько часов, а барабаны с кабелем - несколько суток [3].
Если температура Т при измерениях отличается от 20 0С, то после измерений производится пересчет сопротивления на температуру 20 0С:
                                        (1)
где  – среднее значение коэффициента температуры при измерении сопротивления.

Пользуясь таблицей стандартов, можно определить значение сопротивления которое следует ожидать. Это следует выполнить перед измерением или осуществив предварительный расчёт [4]

где  k – коэффициент влияния скрутки в жиле проводов (в пределах 1,02 -1,03) ;  S – сечение токопроводящей жилы;  l – длина измеряемой жилы кабеля;  p – удельное сопротивление материала.  
         На схеме Рис.1, c применением двухзажимного моста, измерения могут проводиться в том случае, когда сопротивление образца превысит значение свыше  2 Ом. Схема четырёхзажимного одинарного моста применяется при сопротивлениях 10-0,15 Ом (рис.2).    Применение двойного моста эффективно при снижении сопротивления образца ниже 0,15 Ом. Если же, его сопротивление будет ниже100 Ом, то наиболее эффективно уместно применение схемы двойного моста (рис.3).

Провода, подводимые к точкам 1 и 2 двухзажимного моста при этом служат для подключения образца . Поскольку подводимые провода обладают сопротивлением, то это влияние учитывается 1и 2, и компенсируется дополнительным сопротивлением [5,6].
         Выполнение измерений согласно рис.2, сопротивления соединительных проводников R₄ и R₄’ также являются  добавочными к сопротивлениям R₁ и R₃, превосходящие по величине сопротивления проводников R₄ и R₄’.
         Однако, переходное сопротивление в точках 1 и 2 также может быть учтено при использовании всех способов измерений. Точки 1 и 2 являются токовыми зажимами и поэтому выполняя измерения по схеме двойного моста (рис.3), переходное сопротивление в этих точках не учитывается, так как не входит в участок который измеряется и заключен между зажимами 3 и 4. По сравнению с сопротивлениями R₂ и  R₄ переходные сопротивления значительно не большие в точках 3 и 4 и поэтому в результаты измерений вносят  погрешность. Целесообразно применение этой схемы, подключив образцовое сопротивление R₀.
         Для соответствующих измерений приборы должны обладать классом точности не ниже 1,2 [7].
         Для расчета сопротивления образца применяются формулы:

Рис.1. Схема с мостом при двухзажимном присоединении образца

Рис.2. Схема с мостом при четырехзажимном присоединении образца

Рис.3. Схема с двойным мостом

Рис.4. Схема измерений для определения расстояния до места повреждения в кабеле: 1,2,3 – жилы кабеля; 4 – оболочка кабеля; Р  – индикатор равновесия(гальванометр).

При этом должна соблюдаться высокая чувствительность схемы, чтобы при измерении сопротивления жилы плеча (R₂ , R₄ или R₃) на 1,5% соответствовало отклонению на одно деление шкалы указателя индикатора Р [8,9,10].  C помощью переключателя, измерения выполняются при обеих направлениях тока.
Чтобы рассчитать сопротивление образца необходимо воспользоваться формулами (3) и (4).  Если выполняется условие  R₁ = R₃ и R₂= R₄ ,  то для этого условия справедлива формула (4).                 
Измерения выполняются с соответствующими допусками несколько выше погрешности формулы с уменьшением провода R5 .  В этом случае сопротивления R₂ и R₄   должны быть равны и выполнены в виде декадных магазинов сопротивлений. Ступенчатое изменение сопротивленийR₁ и R₃  позволяют расширить диапазоны измерений.
Чувствительность индикатора равновесия Р двойных мостов должна быть высокой, так как чувствительность двойного моста, по сравнению с мостами рис.1 и рис.2 , намного ниже. Равенство значений или хотя бы близость сопротивлений R0 и Rx определяет наибольшую чувствительность двойного моста. Чувствительность также повышается, если при измерениях увеличить силу тока, но это может привести к перегреву жил кабеля. Поэтому его значение не должно превышать десятикратный номинал нагрузки для соответствующего контрольного кабеля.
Переключатель К, при проведении измерений, необходимо включать выполнив другие переключения в соответствующей схеме. Его также необходимо выключать в первую очередь при отключении прибора. 
В области контактов имеется также дополнительное сопротивление, которое необходимо уменьшать, измеряя сопротивление жил многопроволочных кабелей, для чего необходимо к наконечникам припаивать каждую проволоку [11,12,13].    

Список используемой литературы:

1. «Электрические измерения». В.С. Попов, С-Петербург, «Академия», 2008 г., С.263.
2. «Электрические измерения». В.А. Панфилов, 7-е издание , «Академия», 2008г., С.162.
3. «Кабельные изделия». В.И. Алиев, Справочник, 2-е издание, 2004г., С.76.
4. Кривошеев Н.В. Муханов А.В., Муханов В.В. Контроль твёрдой фазы пылегазового потока. «Инженерный вестник Дона», 2012 г. №4,ч.2.
5. «Электротехника и электроника». В.В.Кононенко, В.В. Муханов и др., Ростов-на-Дону, «Феникс»,2010г., С.63.
6. «Справочник по электротехнике и электронике». С.А. Покотило, Ростов-на-Дону, «Феникс», 2012г., С.212.
7. «Средства измерений». В.Ю. Шишмарев, 4-е издание, «Академия», 2010г., С.117.
8. «КИП и технические измерения». В.В.Кононенко, В.Ф. Планидин. Методические указания к лабораторным работам, РГСУ, 2004г., С.9.
9. «Кабели, провода и материалы для кабельной индустрии». В.Ю. Кузнецов, О.В. Крехова, 3-е издание, НПК «Эллипс», 2006г., С.304.
10. J.C.Vasquez, J.M.Guerrero, J. Miret, M. Castilla «Hierarshical control of intelligent microgrds», IEEE Ind. Electron.Mag.,vol. 4, pp.23-29  2010.
11. «Приборы и методы измерения электрических величин». Э.Г. Атамалян, «ДРОФА», 2005г., С.186.
12. F. Katireal, R. Iravani, N. Hatziargyriou and A. Dimeas « Vicrogrids management»,  IEEE  Power  Energy Mag., vol. 6, pp.54 -65 2008.
13. «Теоретические основы электротехники». С.А. Башарин, В.В. Федоров, 2004г., С.304.
14. Страхова H.В., Муханов В.В., Муханов А.В. Метод непрерывного контроля скорости воздушного потока в вентиляционных системах. «Инженерный вестник Дона», 2012 г., №3.