一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置及方法，属于交流电阻测试领域。

背景技术

交流输电时，趋肤效应的存在使得电缆导体内部电流密度分布不均匀，呈现出导体表面电流密度大、中心电流密度小的现象，导体截面越大趋肤效应越明显，趋肤效应减低了导体的有效截面，增大了导体电阻。电缆导体交流电阻与电缆单丝绞合方式、单丝之间的绝缘、电缆导体的分割情况都有密切的关系，准确测量电缆导体的交流电阻是电缆结构设计和优化的基础。

目前国外内公开了多种交流电阻的测试方法，其中应用最多的是电测法，通过测试导体两点之间的电压、电流、电压与电流相位差计算交流电阻。

目前电缆通常采用铜导体或者铝导体，其电阻值仅有几微欧或者几十微欧每米，因此测试电压信号非常小，通常为毫伏级，这种情况下测试回路与待测导体耦合感应产生的干扰不容忽视，因此现在需要一种能够消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试方案。

发明内容

本发明提供了一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置及方法，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置，包括电流源、第一电压探头、第一电压测试线、第二电压探头、第二电压测试线、电流探头、处理器和显示器；

电流源用以给电缆导体通电；

第一电压探头测量电缆导体A点的电压，并通过第一电压测试线将所测电压传输给处理器；

第二电压探头测量电缆导体B点的电压，并通过第二电压测试线将所测电流传输给处理器；

第一电压测试线、第二电压测试线和电缆导体整体分布呈预先确定的日字形；预先确定的日字形中，上侧面积的磁通量等于下侧面积的磁通量；

处理器接收所测电压和电流，根据所测电压和电流，计算电缆导体交流电阻，并将电缆导体交流电阻发送给显示器显示。

还包括温度探头，温度探头用以测量电缆导体温度，并将所测温度发送给处理器，处理器将所测温度发送给显示器显示。

A点和B点沿所在电缆导体中点对称，A点和B点处均绕一周导线，第一电压探头和第二电压探头分别连接A点的导线和B点的导线。

第一电压测试线和第二电压测试线的输出端沿着电缆导体垂直方向异向绞合，异向绞合后的测试线连接处理器。

电流探头安装于B点与靠近B点的电缆导体端部之间的中点。

温度探头安装于A点与靠近A点的电缆导体端部之间的中点。

一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试方法，采用消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置测试电缆导体交流电阻，包括：

给待测的电缆导体通电，测量电缆导体的电流、A点电压和B点电压；

根据电缆导体的电流、A点电压和B点电压，计算电缆导体的交流电阻。

计算电缆导体的交流电阻公式为：

其中，R

预先确定日字形的过程为：

电流源给标准电缆导体通电，第一电压探头测量标准电缆导体A点的电压，第二电压探头测量标准电缆导体B点的电压，第一电压测试线、第二电压测试线和标准电缆导体整体分布呈任意的日字形；其中，标准电缆导体为已知交流电阻值的电缆导体；

根据标准电缆导体的电流、A点电压和B点电压，计算标准电缆导体的交流电阻；

若计算出的标准电缆导体交流电阻不等于已知的标准电缆导体交流电阻值，调整日字形中上、下侧的面积，直到计算出的标准电缆导体交流电阻等于已知的标准电缆导体交流电阻值，此时的日字形为最终确定的日字形。

本发明所达到的有益效果：本发明将第一电压测试线、第二电压测试线和电缆导体的分布设置成日字形，并且上侧面积的磁通量等于下侧面积的磁通量，从而消除耦合干扰，通过测量的电流和电压，测试消除耦合干扰下的电缆导体交流电阻，测试精度准确，为电缆结构设计和优化提供了基础。

附图说明

图1为消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种消除耦合干扰的电缆导体交流电阻测试装置，包括电流源1、第一电压探头3、第一电压测试线、第二电压探头4、第二电压测试线、电流探头5、温度探头6、温度采集模块7、电流采集模块9、电压采集模块8、处理器10和显示器2。

电流源1连接电缆导体的两端，用以给电缆导体通电，电流源1输出电流0-3000A、频率45-60Hz、输出电流精度优于0.5％、电流纹波系数小于0.5％。与电缆导体的连接导线为软铜线或者编织铜线，连接导线截面50-3000mm

电缆导体上标记有距离为L的A点和B点，L为1-6m，一般为2m，这两个点为电压测量点，A点和B点沿电缆导体中点对称，A点和B点分别距离靠近的电缆导体端部0.5-1m，一般为1.5m。A点和B点均绕一周导线，具体采用细铜线，直径小于0.5mm，一般为0.4mm，使A点电缆截面圆周等电位，B点电缆截面圆周等电位。

第一电压探头3和第二电压探头4均为电压差分探头，可以对差分信号的放大倍数进行调节、抑制测试线路中差分信号的共模成分，降低背景噪声，提高信噪比，第一电压探头3和第二电压探头4分别连接电缆导体的A点细铜线和B点细铜线，分别测量A点电压和B点电压。

第一电压探头3通过第一电压测试线连接电压采集模块8，电压采集模块8连接处理器10，可将测量的A点电压传输给处理器10；第二电压探头4通过第二电压测试线连接电压采集模块8，可将测量的B点电压传输给处理器10。

第一电压测试线、第二电压测试线和电缆导体整体分布呈预先确定的日字形；图中，AB侧为电缆导体、第一电压测试线沿A→F→G→E→D方向顺序布置，第二电压测试线沿B→G→F→C→D方向顺序布置，两个电缆导体在FG侧相交，第一电压测试线和第二电压测试线的输出端沿着电缆导体垂直方向异向绞合，具体在D处绞合，绞合长度200-400mm，异向绞合后的测试线连接电压采集模块8。

只要调整FG与BA的距离，即可调整上侧面积(即AFGB的面积)和下侧面积(即FCEG的面积)，当上侧面积的磁通量等于下侧面积的磁通量，上侧和下侧内产生的干扰电动势大小相等方向相反，即可消除测试环路导线与待测导体耦合感应产生的干扰电动势，即消除耦合干扰。

电流探头5采用罗氏线圈或电流互感器，电流探头5安装于B点与靠近B点的电缆导体端部之间的中点，经信号线接入电流采集模块9，电流采集模块9中将采集的电流转换成数字信号，之后进入处理器10。罗氏线圈没有磁饱和限制、没有二次侧开路危险、可开口的线圈方便接入；电流互感器具有更高的测试精度。

温度探头6可以是热电阻或者T型热电偶，温度探头6安装于A点与靠近A点的电缆导体端部之间的中点，用以测量电缆导体温度，经信号线接入温度采集模块7，温度采集模块7中将所测温度转换成数字信号，之后进入处理器10。

温度采集模块7、电流采集模块9、电压采集模块8、处理器10和显示器2均集成在一个终端中，温度采集模块7、电流采集模块9、电压采集模块8和显示器2均连接处理器10。处理器10接收所测电压和电流，根据所测电压和电流，计算电缆导体交流电阻，并将电缆导体交流电阻发送给显示器2显示；接收所测温度，将所测温度发送给显示器2显示。

上述装置在进行交流电阻测试之前，需要先确定日字形，即确定日字形上侧和下侧面积，使电压测试线的分布能消除耦合干扰，具体过程如下：

1)电流源1给标准电缆导体通电，第一电压探头3测量标准电缆导体A点的电压，第二电压探头4测量标准电缆导体B点的电压，第一电压测试线、第二电压测试线和标准电缆导体整体分布呈任意的日字形；其中，标准电缆导体为已知交流电阻值的电缆导体。

上述连接如图1，A点和B点距离为2m，A和B两点距离末端1.5m，标准电缆导体与电流源1之间的距离2m，标准电缆导体与电流源1之间采用软铜线连接，截面为100mm

2)根据标准电缆导体的电流、A点电压和B点电压，计算标准电缆导体的交流电阻

3)若计算出的标准电缆导体交流电阻R

断开电流源1，将标准电缆导体替换为待测的电缆导体，进行交流电阻测试，具体如下：

S1)给待测的电缆导体通电，测量电缆导体的电流、A点电压和B点电压；

S2)根据电缆导体的电流、A点电压和B点电压，计算电缆导体的交流电阻，其中，计算电缆导体的交流电阻公式为：

其中，R

本发明将第一电压测试线、第二电压测试线和电缆导体的分布设置成日字形，并且上侧面积的磁通量等于下侧面积的磁通量，从而消除耦合干扰，通过测量的电流和电压，测试消除耦合干扰下的电缆导体交流电阻，测试精度准确，为电缆结构设计和优化提供了基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。