高压电缆故障电桥发展与现状1、描述
1.1简介
高压电缆故障定位电桥是基于MURRAY电桥原理而设计，适用于敷设后各种电线电缆的击穿点及没有击穿但绝缘电阻值偏低的缺陷点的定位，也是高压电缆护套故障定位*有效的方法。当然，也 可用于电缆厂内各种线缆缺陷点的定位。
设备采用开关电源构成高压恒流源，空载电压15kV，短路电流30mA。采用高灵敏度放大器及检流计指 示平衡，与比例电位器构成平衡电桥，整体置于高电位。测量电缆为特别设计的双芯高压橡皮电缆，四 端电阻测量法避免了引线电阻引入的误差，电缆通过编织屏蔽层可靠接地，面板上操作钮处于地电位， 通过绝缘杆操作电桥。高压恒流源和电桥集成在一个便携式铝合金箱内。因此，该设备电压高、重量轻、 操作方便、使用**。
1.2功能
具有三种功能：
1、直流耐压试验
可输出 0～15kV 直流电压，可用于电缆直流耐压试验。
2、烧穿故障点
烧穿及降低高阻及闪络型故障点的电阻。
3、故障预定位
利用电桥原理进行预定位，四端电阻测量法避免了引线电阻引入的误差。
1.3适用用户
高压电缆外护套故障测距仪特别适用于：
1、敷设后电缆的高阻击穿点，特别是难以烧成低阻的线性高阻击穿点如电缆中间接头的线性高阻击穿。
2、闪络型击穿点，击穿后恒流源能维持电弧，有稳定电流通过电桥，电桥有足够的灵敏度。
3、电桥法仅仅要求线芯电阻的均匀性。因此，PVC聚氯乙烯绝缘电缆（波特性不好），没有良导体回流的电缆，超高压电缆金属护套缺陷点，仅有钢铠装的电缆的故障定位，只能用电桥法定位。
4、尚未击穿，但电阻偏低的缺陷点，如用兆欧表发现电缆阻值较低，但运行电压下不击穿的绝缘缺陷点。
由于上述特点高压电缆故障定位电桥为下述几类用户所青睐：
1、从事专业定位的电缆修试队伍：如大中型供电局及大型用电企业的电缆修试班。绝大部分的电缆击穿点均可用高压电缆故障定位电桥迅速找到大致的击穿位置。与波反射法及定点仪配合使用，各取所长，使定位更快更可靠。
2、小型用户：如小型供电局及中型用电企业。电缆不多，一般走向清楚，不太长，故障次数有限，若配齐一套波反射法定位仪，价格高，对使用人员的素质和经验要求较高，不是*佳选择。选用高压电缆故障定位电桥价格较低，操作方便，能应付日常需要，是较好的选择。
3、电缆生产厂：在厂内，可用作各种线缆击穿点的定位，选配数字电容表，可找出断线点。该设备重量轻，便于携带至现场为电缆用户作定位服务。
1.4技术指标
直流输出 0～15kV
短路电流 30mA
定位比例精度 （0.2%L+1）m
重量 10kg
体积 38cm_36cm_27cm
工作电源 工频220V 15％
1.5供货清单
高压电缆故障电桥发展与现状2、面板说明
1、接地柱：为仪器外壳及电桥电气**接地点，通过专用接地线与地相连，使用过程中务必可靠接地，以确保人身**。
2、保险丝：5A（5_20）。
3、电源插座：AC220V_15%。
4、测量电缆首端：红色测量夹头。
5、测量电缆末端：黑色测量夹头。
6、输出电流表：单位mA。
7、输出电压表：单位kV。
8、电源指示：电源开关打开时，指示灯亮。否则应检查电源和保险丝。
9、工作指示：电压调节旋钮逆时针旋转到底，零位合闸后，指示灯亮，方可输出高压。
10、电源开关：左为开，右为关。
11、电压预置：显示输出电压范围，同时选择了显示量程。
12、高压调节：高压调节电位器带零位开关，逆时针调节到底能听到咔嗒一声，完成零位合闸，顺时针调节为升压，逆时针调节为降压。
13、检流计：指示平衡情况。
14、电池开关/灵敏度调节旋钮：有三个用途：（1）检流计电池的开关。（2）在“关”位置时，短路比例电位器，断开检流计，防止冲击电流损坏电桥。（3）调节检流计灵敏度。顺时针旋转，灵敏度由 小到大。在调节过程中，应逐步提高灵敏度，使指针偏转对‰旋钮的微小调节敏感。
15、定位千分比调节：为电桥电阻调节旋钮，外圈数字对应为100‰，内圈对应为10‰、1‰。读数P‰=外圈数字＋内圈数字，如图2（a）读数应为720‰，图2（b）读数应为315‰。
16、检流计调零：调节表头电气零位。内置放大器、连接线接触电势、热电势、空间电场都可能使指针偏离零位。应在连线完成，电源打开未升压时调零，可消除上述干扰。
17、更换电池：打开电池开关后，若调零时检流计不动作，可能是电池电量不足，应更换9V方块电池。方法如下：先关闭电源，并对测量电缆可靠放电，仪器侧放，打开底部小门，拧开高压桥体下部的 尼龙盖，拉出电池，更换。应注意，电桥工作时电池处于高电位，因此，换好的电池及电池连接线 一定要放回原位，拧好尼龙盖。
高压电缆故障电桥发展与现状3、操作说明
3.1定位原理
利用Murray电桥对击穿点定位是经典的办法，方便而准确。电桥法的依据是线芯（或屏蔽层）电阻均 匀，与长度成比例。下图3为一典型用法。
钢带铠装三芯电力电缆，长度为L，B相线芯对钢带在L1处击穿。借助于A相作为辅助线，使用低阻值连线短路N、Y 两端。L 1段电缆线芯电阻为R1，L2段电缆及A相电缆线芯的电阻为R2。与定位电桥构成Murray电桥回路。其电路原理如图4。
比例臂电阻与10圈刻度盘相连，电阻比例P可由刻度盘读取，因此：
由此可见，只要电桥有一定的灵敏度并能平衡，电桥法定位简单而精准。
3.2测量步骤
故障线芯AB，辅助线芯CD，线芯截面相同，长度均为L，测量端距离故障点为Lx。 测量夹红、黑夹子分别接至电缆线芯A、C两端，在远端通过专用C型夹短路线短路D、B两端。
1、用万用表，摇表或其它耐压设备确认电缆击穿状态，记录各芯的对地绝缘电阻或击穿残压等数值。
2、记录待测电缆长度、型号、截面等参数，沿电缆敷设路径巡视，在远端短路故障电缆及辅助电缆出线端子，留一人在远端监护，以免高压伤人。
3、接线。仪器接地端可靠接至定位现场接地体。测量首端（红夹）接在故障电缆线芯，首端电缆上金属鳄鱼夹子跟仪器接地端相连，应与被测电缆钢带（或铜屏蔽）可靠连接，测量末端（黑夹）接辅 助电缆线芯。接地棒接在仪器接地端。内置的高压源输出“－”极性高压，通过比例电位器，经二 根测量电缆，加在电缆线芯上，流过击穿点，经钢带和金属鳄鱼夹流入仪器接地端。可见，金属鳄 鱼夹与钢带（或铜屏蔽）可靠相连很重要，否则没有电流回路，无法定位。
4、电源接在AC220V。仪器内电源插座接地点悬空，因此，不要求电源线可靠接地。
5、电桥调零。电池开关置“开”，旋转“调零”钮，（若指针偏左，顺时针旋转，指针偏右，逆时针旋转）。使检流计指零。此后电池开关及时置“关”。确认电池开关置“关”！在“关”位置时，不但关 闭检流计放大器电池，同时短路比例电位器，断开检流计。可避免升压燃弧阶段的脉冲电流损坏电 桥。因此，在电流稳定前，电池开关必须处于“关”位置。
6、选择适当的电压范围。对于低电压电缆，选“5kV”档，可防止误操作使电压过高。
7、升压。打开“电源开关”，电源指示灯亮。“高压调节”钮逆时针到底，零位启动，工作指示灯亮。
8、顺时针缓慢旋转“高压调节”钮，观察电压表及电流表，直到电流表超过10mA。若电流不稳定，可继续升高电压，保持一段时间，形成稳定电弧或导电区，使测试过程的电流稳定。
9、平衡调节。顺时针旋转“电池开关/灵敏度”钮，逐档增大灵敏度，至检流计有明显偏转但不过度，旋转“‰”刻度盘，使检流计指零（若指针偏左，顺时针旋转，指针偏右，逆时针旋转）。逐档提高 灵敏度，使指针偏转对“‰”旋钮的微小调节敏感即可。
10、记下此时“‰”刻度盘的读数P1‰，应有P1≤500。
11、降电压，关闭“电源开关”，放电，并经另一人确认。将测量钳交换位置，（回流接地C形夹不必更换位置）。重复步骤（4）至（10）得到另一读数P2，应有P1+P2=1000。该过程能避免读数及测量钳使用上的错误，P1+P2不必追求完全等于1000。在990及1010之间均属正常。在高压合闸，无电流输出，当前灵敏度档重复调零能得到更为准确的比例。
12、计算故障点的位置
Lx = 2 _ L _ P1‰
应特别注意公式中的“2”，因为辅助电缆使参与计算的电缆延长了一倍。
高压电缆故障电桥发展与现状、使用经验
4.1测量钳的正确使用
在预定位故障点时，测量钳的红黑夹子分别接至比例电位器及检流计，相当于双臂电桥的P、C端，显然 不能直接短路，铝芯表面有氧化层，应砂光处理。
4.2使用该设备完成耐压试验
该设备可以用于耐压试验，与一般耐压设备不同，它不能过流跳闸，应观察电压及电流表的读数判断绝 缘状况。接线应注意：两个测量钳同时输出高压，应同时接至电缆线芯，金属屏蔽或其它线芯接仪器地。
4.3如何使电流稳定
电桥在稳定电流下才能平衡。升压前，灵敏度档应位于“关”位置，短路电桥，防止冲击电流损坏检流 计放大板。开始升压时，高阻击穿点往往有爬电，使电流波动，保持*大电流几分钟，电流将趋于稳定。 某些闪络型故障，需要更长时间，故障点经频频放电，形成电弧后，电流达到稳定。使用脉冲源和定位 电桥同时加压，可提高烧穿功率，缩短电流稳定时间。
4.4电桥的灵敏度选择
充分理解影响灵敏度的因素对测试有帮助：
1、通过电桥的电流越大，灵敏度越高。
2、电缆导体电阻越大，电桥获得的灵敏度越高，即细而长的电缆灵敏度较高，粗而短的电缆灵敏度较 低。对于截面大，长度短的电缆，应尽可能增大电流，选用较高的灵敏度档位。
3、对于相间击穿的定位，选择截面较小的线芯为桥臂，灵敏度较高。
4.5辅助线芯截面不同时的换算
可以采用不同截面的线芯作为辅助电缆，计算时，应将辅助电缆折算至故障电缆的长度。如故障截面为 Sx，辅助电缆为S，则上述公式变为：
X = P1‰×（1+Sx/S）×L
可以直观理解为：辅助电缆愈细，电阻愈大，相当于更长的故障电缆。
4.6成盘电缆的定位
高压电缆故障定位电桥为敷设现场定位而设计，当然也可以用于出厂试验中的缺陷点定位。区别是测量钳夹在电缆的两端，不必使用低阻短路线，没有辅助电缆参与平衡，计算公式不能有“2”， 如下：
X = L× P1‰
4.7铜带，钢带能作为桥臂吗
电桥定位的精度有赖于导体电阻均匀，电缆厂不一定焊接铜带、钢带搭接头。铜带接触电阻小，对定位 精度影响很小。钢带应小心，可能会引入较大误差，应该心中有数，尽量避免利用钢带定位。
4.8架空电缆的定位
架空电缆通常为单芯，仅有绝缘层，浸水耐压试验发现的缺陷点同样可以定位，与其它成盘电缆唯壹不 同在于，接地极为水。可将仪器地接至水池的接地点，或用铜带放在水中，作为接地极。
4.9多点缺陷点定位
这里，有必要区分缺陷点是低阻点还是击穿点。理论上，定位比例指向多个漏电流构成的重心，因此电 桥法不能定位多个故障点。运行电缆上，故障过电压浪涌偶尔能造成电缆多处弱点依次击穿，导致多点 击穿。但多个击穿点情况很难一致，随着直流电压上升，*弱的点先击穿，流过绝大多数电流，根据比 例计算的位置十分靠近该点。剔除该点，再找下一点。实际中碰到两个以上点同时流过较大电流的机会 很少，可以说，碰到多点击穿导致定位不准的几率，比中大奖更小，因此，不必担心电桥难以定位多点 击穿。没有击穿的低阻点，随电压升高，大部分转化为击穿点。特殊的低阻点，如成批材料绝缘不佳， 定位比例总是在 50％左右，值得警惕。
4.10相间击穿定位
与前文例子的区别仅仅为，电流应通过另一线芯流回电桥，因此，相间击穿的另一线芯应接至电桥地。 实际中可能是：相间击穿及相与屏蔽击穿共存，不妨将其它线芯及屏蔽都接地，结果大多为：相间击穿 及相与屏蔽击穿是同一点。
4.11无良好绝缘辅助线芯的处理
如4.10条中类似，可能所有相间及屏蔽都击穿了，找不到辅助电缆相。方法是：用万用表挑一相绝缘电 阻较大的为辅助电缆，道理与多点击穿类似，不难想通。如都烧成一体，为金属性短路，只能利用平行 敷设的其它电缆了，还不行，只能放临时辅助电缆。考虑到该套仪器中其它方法可用，*终束手无策的 机会并不多 ,从提高定 位技术的角度讲，我们很希望碰到定不出来的故障，可惜至今还没有这样的挑战。
4.12单芯电缆绝缘缺陷点定位
单芯电缆通常为35kV及以上的高压电缆，定位接线如下图6。
与多芯电缆*大的不同是，外界干扰影响电桥平衡的可能性加大，短接M、X及N、Y点的金属护套很有 效，参考第4.14条。高压电缆间距较大，应选配大长度短接线。
4.13高压电缆护套缺陷点定位
高压电缆外护套故障测距仪是定位电缆护套缺陷点*有效的方法，接线如图7。详细内容请参考本公司的 相关资料。
4.14 干扰类型及排除方法
对大截面电缆精准定位，需要高灵敏度的检流计，本仪器消除了高压源对电桥检流计的干扰，大大衰减 了外界干扰讯信号。但仍可能有一些干扰影响电桥平衡。单芯电缆定位的工频干扰。故障电缆附近，通常有其它线路在运行，流过工频大电流。故障电缆芯与辅 助电缆包含的面积愈大，磁场感应干扰也愈大。多芯电缆由于包含的面积小，加上金属护层的屏蔽作用， 不影响平衡。但是定位高压电缆，可能干扰太大，无法平衡。以高压电缆护套缺陷点定位为例，改善方 法为：将故障相及辅助相的线芯两端接地，或在两端将线芯彼此短接，形成反相磁场，效果明显。
4.15断芯电缆定位
不能定位断芯故障是高压电桥法*大的不足。好在完全的断路在电力电缆中不多见，完全断路可以选配 数字电容表解决，方法见第4.16条。断线故障定位*好用HDTDR波反射法定位仪。 运行故障中，大电流烧熔线芯及金属屏蔽层，断芯不完全，往往伴随着短路，电桥法可以定位。小截面 铝芯电缆，制造中已部分拉断线芯，但内半导电层还贯通，半导电层作为电桥电阻的一部分，使定位比 例不正确。定位比例接近0‰或999‰。
用万用表测量线芯电阻，可以判断是否为断芯故障。断芯时，定位比例不正确。波反射法是更好的方法。 绕包的铜带或钢带不易断路，可尝试用金属屏蔽作为桥臂定位。
高压电缆故障电桥发展与现状5、简单异常情况及处理
1若换好电池后检流计仍不能调零，可能放大模块损坏，应更换放大模块。
2调不到零位，可能的情况为：
■远端没有短路或夹错了电缆。
■夹头接触不好。一个夹子的两个钳口分别引入电流及电位信号，任何一侧接触不好，都会影响平衡，表现为电位器旋至起点或终点时偏转*小，但无法平衡。检查电桥测试夹，若出线杆接 触不佳应磨掉出线杆氧化层。
■测量电缆断路，应维修。
■灵敏度太高，不易找到平衡点，应根据需要调节灵敏度档级，尽量使检流计指针在_25格内。
■故障在终端内。此时能平衡的比例应为小于1‰或大于999‰，已超出了比例电位器的范围，平衡过程中表现为：比例至1‰或999‰时，指针趋于零位，但不能平衡。交换测量钳，比例电位 器调至另一端时，指针趋于零位，仍不能平衡。线芯在故障点处断线时，也有类似表现：因为 断线点电阻比线芯高很多，形成电桥平衡点在端部的表象。
3若测量中怀疑电桥有误差，可通过随机所配电桥检验模块来检验电桥本身的精度。
如图8，电桥红、黑夹子及地（或接地夹）按图上标识接线，仪器本身必须可靠接地，检验模块有两 条线路，上面一条为*低灵敏度1挡条件下测量线路，电桥显示读数应该为33.3%；下面一条为*高 灵敏度5档条件下测量线路，电桥显示读数应和测试盒面板示数一致；若检验发现无明显偏差，说明 电桥本身没问题。
发展与现状
高压电桥的工作原理可分阻抗比电桥(西林电桥和不平衡电桥)和电流比较型电桥两大类。现将不平衡电桥、西林电桥、电流比较器电桥和自动电桥等四种电桥的发展趋势作如下的综述。
40年代国外生产的高电压不平衡电桥(例如曾在我国使用20多年的M型介质试验器)现场使用操作简捷方便，精度可满足一般工业测量的要求，深受电力部门现场单位的欢迎，己基本淘汰。70年代美国Doble公司生产了改进的新型号。美国Biddle公司670025型的仪器能将损失角值的测量结果用数字显示出，且仅需操作电容旋钮，达到了所谓半自动测量的水平，仪器采用相敏指针式的检流计，内部装有2 kV带屏蔽的电源变压器，可以测量接地或不接地的试品，并具有扼制外界电场干扰的附加电路，能在一定程度上减小对测量的影响，各种仪器的测量精度见附表。并采用指针式检流计，适合于科研和试验室使用。