книги / Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов

Испытанию подвергаются образцы изоляции и кабелей после изготовления и после определенного времени старения при повышенной температуре, а также при различных воз­ действиях окружающей среды.

При исследованиях образцов на различных машинах получа­ ют зависимости относительного удлинения от растягивающего напряжения, времени действия напряжения. Если имеется приспособление для нагревания образцов в процессе их рас­ тяжения, то можно исследовать термомеханические харак­ теристики материалов (см. § 10.1).

1.3. ИСПЫТАНИЯ ПРИ ИЗГИБАХ И ПЕРЕМОТКЕ

При однократных и многократных изгибах изолированных проводов и кабелей возможны растрескивания изоляции и пе­ реломы проводов в жилах. Оценку состояния образцов после изгибов проводят либо визуальным осмотром, либо по резуль­ татам испытания электрических и механических свойств. Ис­ пытания изгибами проводят также после воздействия тем­ пературы и других эксплуатационных факторов. Методы ис­ пытаний регламентированы ГОСТ: 7006—72, 12182—80, 14340—69, 15634.3—70, 16962—71, 17491—80, 19711—74, 22220—76, 25018—81, 20.57.406—81.

Для проверки стойкости к навиванию и перемотке применя­ ют приспособления, принцип работы которых показан на рис. Ь2. Кабель или провод наматывается сначала на один цилиндр, а затем перематывается на другой при натяжении, необходимом для плотного прилегания витков к цилиндрам. Цикл испытания заключается в двукратной перемотке образца

сцилиндра на цилиндр таким образом, что та часть изоляции, которая растягивалась в первом случае, сжимается во втором. Разрушение образца вблизи места закрепления образцов не учитывается. После изгибов кабели подвергаются испытаниям, установленным в стандарте.

Проверка стойкости к многократным изгибам производится

спомощью устройства, показанного на рис. 1.3. Цикл ис­ пытания заключается в изгибании образца на заданный угол по роликам вправо и влево от исходного положения. Ис­ пытания могут проводиться под электрическим напряжением

Рис. 1.2. Устройство для испытания изгибом при навивании и перемотке:

1— сменный стержень; 2— приспособление крепления концов испытываемого образца; 3 - образец

11

1

и токовой нагрузкой. Для круглых образцов применяются ролики с желобками круглой формы, а для образцов с плоской поверхностью— с желобками прямоугольного сечения.

При проверке стойкости к многократным изгибам используется также приспособление, показанное на рис. 1.4. Испытание заключа­ ется в перемещении образца по роликам при движении каретки из крайнего исходного положения в одном направлении, а затем в противоположном направлении. По жиле провода пропускается ток нагрузки. К жиле может быть приложено испытательное электрическое напряжение. Здесь в отличие от устройства на рис. 1.3, испытывается участок провода значительной длины. Это можно использовать для исследования влияния изгибов, например, на волновое сопротивление гибкого радиочастотного кабеля.

Для проверки стойкости к кручению и изгибу с кручением используется установка, показанная на рис. 1.5. Испытуемый образец одним концом крепится во вращающемся зажиме, а другим концом— в зажиме, движущемся возвратно-посту­ пательно. Цикл испытания заключается в закручивании образца на заданный угол, сближении зажимов, растягивании образца

Рис. 1.5. Установка для испытания, стойкости к изгибу и осевым кручени­ ям:

1— образец; 2 — вращающийся зажим; 3 —

зажим с возвратно-поступательным движе­ нием

12

Если образец только растягивается с определенным усилием с помощью зажима, то кабель будет подвергаться только испытанию на стойкость к осевым кручениям.

Повреждение образца может быть обнаружено визуальным осмотром при его разборке по увеличению электрического сопротивления жил, по снижению электрической прочности изоляции.

При испытаниях кабелей с пластмассовой и резиновой изоляцией на морозостойкость образцы после выдержки в хо­ лодильной камере подвергаются либо перемотке (при диаметре менее 9 мм) на установке, показанной на рис. 1.2, либо изгибом (при диаметре более 9 мм) на установке, показанной на рис. 1.3. Проводится испытание из трех циклов. Образец считается выдержавшим испытания, если на изоляции не появляются трещины.

Изоляция обмоточных проводов с проволокой диаметром менее 0,35 мм испытывается на пластичность на разрывной

Изоляция проводов с проволокой диаметром более 0,35 мм испытывается на эластичность путем навивания образцов на стержень установленного диаметра D. Максимальное относи­

Образец должен быть навит десятью плотно прилегающими друг к другу и к стержню витками. Навивание должно быть проведено под натяжением 5 Н/мм2 для алюминиевой проволо­ ки и 10 Н/мм2 для медной проволоки и для проволоки из сплавов сопротивления. Регламентируется скорость навивания проволоки.

После навивания образец должен быть снят со стержня. Поверхность образца после навивания или растяжения должна быть осмотрена без применения увеличительного прибора. При арбитражной проверке может быть применена лупа четырехкратного увеличения. На поверхности образца после испытания не должно быть трещин (разрывов изоляции до проволоки) и отслаивания изоляции.

Эластичность изоляции проверяется также после выдержки проводов в ненавитом состоянии в термостате. Время выдерж­

13

изогнут на стержне в трех местах с углом обхвата стержня 180°. Провода прямоугольного сечения изгибают по большой стороне.

Навивание эмалированных проводов на стержень при ис­ пытаниях изоляции на стойкость к тепловому удару производится так же, как при испытаниях на эластичность. После навивания образец снимают со стержня и помещают в термостат на 1 ч при регламентированной температуре. После испытания на изоляции не должно быть трещин. При этом испытании изоляция подвергается одновременному воздействию механического напря­ жения и температуры в течение установленного времени.

1.4.СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ИС­

ПЫТАНИЙ

Механическая прочность обмоточных проводов испытыва­ ется в соответствии с ГОСТ: 14340.10— 69; 15634.2— 70. Прочность изоляции определяется путем ее истирания стальной

провода 2, прижимается к нему грузом Р, создающим усилие, и совершает возвратно-поступательное движение в горизон­ тальной плоскости. Скорость иглы 60 ±3 двойных ходов иглы

фиксирующего конец испытаний (5+1) мА, время его сраба­ тывания 0,1—0,15 с. Иглу периодически необходимо заменять. Число двойных ходов иглы до замыкания электрической цепи характеризует механическую прочность покрытия.

Зажимы провода позволяют поворачивать его вокруг оси провода на углы 120 и 240°. Испытания изоляции проводятся

14

йена так, что повреждение изоляции фиксируется в том случае, если игла соскабливает изоляцию на длине 3 мм.

Для качественного определения адгезии изоляции применя­ ют два метода (ГОСТ 14340.2—69). Провода диаметром 0,05— 0,96 мм испытываются растяжением ударной нагрузкой. Об­ разец провода длиной 250 мм закрепляется в зажимах прибора

ис помощью рычага рывком разрывается. При действии ударной нагрузки возникает различная деформация в металле

иизоляции, которая приводит к воникновению тангенциальных усилий между изоляцией и металлом и при недостаточной силе адгезии возникает растрескивание и отслаивание изоляции.

По второму методу производится закручивание провода при его определенном натяжении на длине 50 мм со скоростью

60— 100 об/мин. При недостаточной адгезии при заданном числе оборотов закручивания происходит нарушение изоляции (растрескивание, отслаивание).

Механические свойства обмоточных проводов определяются также их упругостью. Согласно методу, рекомендованному МЭК, образец провода диаметром 0,05— 1,6 мм, длиной 1 м навивают пятью витками вокруг цилиндрического стержня с винтовой канавкой под определенным натяжением, затем провод освобождается от груза. При этом провод частично самостоятельно раскручивается. Фиксируется угол, на который раскручивается незакрепленный конец провода.

Для оценки пластичности эмалевой изоляции при повышен­ ной температуре применяется метод продавливания изоляции при перекрещивании двух проводов (ГОСТ 14340.11—69).

Место перекрещивания под прямым углом изолированных про­ водов прижимается керамическим стержнем к металлической пла­ стине с заданным усилием. Температура, измеренная вблизи точки пересечения образцов, не должна отличаться от заданной более чем на ±2° С. Минимальное время выдержки до продавливания при заданной температуре составляет 2 мин. Момент продавлива­ ния фиксируется по электрическому замыканию между проводами. Напряжение между проводами 100 В, ток срабатывания реле 5 мА.

При испытании кабелей на стойкость к раздавливанию (ГОСТ 12182.6—80) образец укладывается между матрицами сжимающего пресса или устройства так, чтобы продольная ось матрицы и ось образца были взаимно перпендикулярны. Усилие сжатия регламентировано. После приложения раздавливающего усилия или в процессе сжатия степень разрушения изоляции контролируется путем приложения электрического напряжения между жилами.

Металлические оболочки диаметром более 15 мм испыты­ вают на растяжение путем разбивки на конусе (ГОСТ 12174— 76). Отрезок оболочки длиной 150 мм насаживают с помощью специального пресса или ручным способом на металлический

15

конус. Оболочка не должна разрываться при растяжении до указанных в технических условиях значений.

Ряд изделий подвергают испытаниям на стойкость к вибрациям. При этом регламентируются частота вибраций и максимальное ускорение при вибрации. Вибростенды конструируют, основываясь на электродинамическом принципе. Для установки нормируется диапазон частот, амплитуда колебаний и предельные нагрузки (по массе образца). При испытаниях на стойкость к вибрациям очень важно точно указывать условия крепления образцов на испытатель­ ном стенде. Если образец жестко закреплен, то будет испытана стойкость к вибрациям внутренней конструкции кабеля или изделия из проводов (например, обмотки). При нежестком закреплении образцов возможна консольная вибрация отдельных витков образца или отдельных его участков. В этом случае результаты испытания могут целиком зависеть от способов крепления.

Г ЛА В А ВТОРАЯ

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЕЙ

2.1.ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

спомощью мостов постоянного ТОКА

Измерения электрического сопротивления металлических элементов конструкции кабеля производятся по ГОСТ 7229— 76 при постоянном токе. При этом измерения отличаются просто­ той и повышенной точностью.

Температура изделия при измерениях обычно должна быть определена с погрешностью не более ± 2° С. Кабели большого диаметра перед измерением электрического сопротивления его элементов должны быть выдержаны при температуре, в услови­

то после измерений производится пересчет сопротивления на температуру 20° С:

где ТКр— средний температурный коэффициент сопротивления. Предварительно перед измерениями необходимо определить ожидаемое значение сопротивления по таблицам стандартов

или путем предварительного расчета

16

одинарного моста (рис. 2.2). Если сопротивление образца менее 0,1 Ом, то применяют только двойной мост. При сопротив­ лении менее 100 Ом применяют схему двойного моста (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема с двойным мостом

В схеме двухзажимного моста образец подключается к про­ водам в точках 1 и 2. Подводящие провода подключаются к прибору в точках 3 и 4. Сопротивление подводящих проводов можно учесть, если его измерить при замыкании зажимов 1 и 2. Для компенсации сопротивления подводящих проводов можно использовать дополнительное регулируемое сопротивление.

При измерении по схеме рис. 2.2 сопротивления Я4 и R \ двух соединительных проводников входят в сопротивления плеч моста и добавляются к сопротивлениям R 1 и R 3, которые много больше сопротивлений R4 и R'4.

Однако все способы измерения сопротивления не могут учесть влияния контактных сопротивлений в точках 1 и 2. При измерениях по схеме двойного моста (рис. 2.3) контактные сопротивления в точках 1 и 2 (токовые зажимы) не входят в измеряемый участок сопротивления, который расположен между потенциальными зажимами 3 и 4. Контактные со­ противления в точках 3 и 4 малы по сравнению с сопротив­ лениями R2 и R4 и поэтому вносят значительную погрешность в результаты измерений. Такая же схема применена и для подключения образцового сопротивления R0.

Класс точности применяемых приборов должен быть не ниже 1,5. Чувствительность схемы должна быть такой, чтобы изменению сопротивления плеча (R 2, R4 или R 3) на 1,5% соответствовало отклонение указателя индикатора равновесия Р на одно деление шкалы. Измерения проводятся при двух направлениях тока, изменяемого с помощью переключателя.

Для расчета сопротивления образца применяются формулы (2.3)

(2.4)

Формула (2.4) справедлива только при выполнении условий R1 =R3 и R2 — Ra. Поскольку эти условия выполняются с опре-

18

деленными допусками, то погрешность формулы тем меньше, чем меньше сопротивление соединительного провода Rs. Со­ противления 7?2 = JR4 выполнены в виде декадных магазинов сопротивлений. Для расширения диапазона измерений со­ противления R ± и R 3 изменяются ступенями.

Чувствительность двойного моста ниже, чем мостов по схемам рис. 2.1 и 2.2, поэтому индикатор равновесия Р (галь­ ванометр) двойных мостов должен обладать наибольшей чувствительностью. Чувствительность двойного моста наиболь­ шая, когда значения сопротивлений R0 и Rx близки. При увеличении тока при измерениях чувствительность повышается, однако во избежание дополнительного подогревания жилы током последний должен быть по крайней мере в 10 раз меньше допустимого тока нагрузки для данного кабеля.

При измерениях переключатель К включается только после проведения всех других переключений в схеме. При отключении прибора он включается в первую очередь.

При измерении сопротивления многопроволочных жил для уменьшения дополнительного сопротивления в области кон­ тактов, обусловленного неравномерным растеканием тока, каждая проволока должна быть припаяна к наконечникам.

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ В КАБЕЛЕ

С ПОМОЩЬЮ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЖИЛ

Этот метод применяется, если повреждение состоит в том, что в определенном месте кабеля одна из жил замыкается на другую жилу или оболочку через переходное сопротивление Ra и если это сопротивление не превышает 104 Ом.

Жилу 5, изоляция которой повреждена, замыкают на дальнем конце кабеля на жилу 2 такого же сечения (рис. 2.4). Предполо­ жим, в месте повреждения жила 3 соединяется с оболочкой 4 (или

Рис. 2.4. Схема измерений для определения расстояния до места повреждения в кабеле:

1, 2, 3 — жилы кабеля; 4— оболочка кабеля; Р— индикатор равновесия (гальванометр)

19

другой жилой) через сопротивление Rn. Клеммы моста подклю­ чаются к точкам А и С схемы, приведенной на рис. 2.4. Источник питания подключается или непосредственно к -оболочке, или к жиле 4 или заземляется, если оболочка 4 заземлена.

Поскольку сопротивления отрезков Lx и Ьу пропорциональ­ ны длине соответствующих участков жил, то из условия равновесия моста можно записать

При правильных измерениях должно получаться равенство Lx+Ly=2L. Следует при возможности произвести также из­ мерения с противоположного конца кабеля Б.

Приувеличении Rn чувствительность метода снижается. Для уменьшения Rn можно провести дополнительное прожига­ ние места повреждения методом дополнительного испытания на пробой напряжением (см. гл. 5).

Параметры мостов для измерения электрических сопротив­

20