CN112798903B - 一种双屏蔽电缆故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双屏蔽电缆故障检测方法，通过在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源，与二极管负极连接的接地线或监视线连接于电源正极；然后测量待检测双屏蔽电缆另一端监视线或接地线的电流，根据电源电压与检测电流相除得到的电阻与短路设定阈值即可快速得到接地线与监视线的短路情况，然后采用反向加载电流，根据同时检测监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值即可得到监视线和接地线的回路电阻，判断待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线是否存在断线故障，本发明方法简单，采用二极管与输入电源分别连接待检测双屏蔽电缆的两端，通过不同电流方向，即可得到待检测双屏蔽电缆的故障类型，方法简单，快速便捷。

Description

一种双屏蔽电缆故障检测方法

技术领域

本发明属于屏蔽电缆检测技术领域，具体涉及一种双屏蔽电缆故障检测方法。

背景技术

矿用电缆由于其特殊的使用环境，对电缆的安全性以及高可靠性有着更为严苛的要求，而双屏蔽电缆就很好的解决了这一问题。国标JB/T8739-2015中对双屏蔽橡套电缆的监视线和地线间的绝缘监视保护也给出了详细要求。但是现有的检测手段一般采用加终端电阻或二极管等无源器件辅助检测，而不管是终端电阻还是二极管都存在一个弊端，那就是无法准确判断事故发生后为回路电阻故障，还是绝缘电阻故障，甚至单一故障也无法做出准确判断，对事故处置与救援造成了严重阻碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双屏蔽电缆故障检测方法，以克服现有技术的不足，本申请能准确判断系统故障类型和故障发生位置，为矿井救援以及设备安全提供了有力的保障。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双屏蔽电缆故障检测方法，包括以下步骤：

S1，在待检测双屏蔽电缆一端的接地线与监视线之间接二极管；在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源，与二极管负极连接的接地线或监视线连接于电源正极；

S2，测量待检测双屏蔽电缆另一端监视线或接地线的电流，若电源电压与检测电流相除得到的电阻小于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆压损短路或漏电，进行报警；若电源电压与检测电流相除得到的电阻大于等于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电；

S3，若待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电，则检测得到的电阻值为接地线与监视线之间的绝缘电阻，在待检测双屏蔽电缆另一端的监视线和接地线上加载与步骤s2反向电流，同时检测监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值，监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值之差除以流经二极管的电流，即可得到监视线和接地线的回路电阻，如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，则进行报警，否则监视线和接地线正常。

进一步的，在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源采用交变方波恒流源。

进一步的，交变方波恒流源信号带有死区时间的方波恒流源。

进一步的，交变方波恒流源的电压为±24V，限制电流为恒流2～10mA；正负半周单次脉冲同为：t＝40mS，死区时间：ts＝10mS。

进一步的，通过在接地线或监视线上串联取样电阻，检测取样电阻两端电压即可得到流经接地线或监视线上的电流大小。

进一步的，二极管的正极连接监视线一端，二极管的负极连接接地线一端：在接地线另一端输入正向电流，二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD；

检测监视线与接地线之间的电压Uin’，IPL’为反向注入电流信号，二极管正向压降UD，

则：

Uin’＝RD*(IPL’-IK’)

即：RD＝Uin’/(IPL’-IK’)

二极管漏电流IK’可忽略不计，则绝缘电阻为：

RD≈Uin’/IPL’

若监视线与接地线之间破损短路，导致监视线与接电线之间的绝缘性降低，绝缘电阻值减小，从而可判断监视线与接地线之间发生短路故障。

进一步的，二极管的正极连接监视线一端，二极管的负极连接接地线一端：在监视线另一端输入正向电流，二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD；

检测监视线与接地线之间的电压Uin，IPL为正向注入电流信号，二极管正向压降UD≈0.7V，绝缘电阻RD阻值在上述求得；

则有：IPL＝ID+IK；

ID＝Uin/RD

IK＝(Uin-UD)/RK

即：IPL＝Uin/RD+(Uin-UD)/RK

RK＝(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)

ID为流经绝缘电阻RD的电流，IK为流经二极管的电流；UD为二极管两端电压；

则回路电阻为：RK≈(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)；

如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，则进行报警，否则监视线和接地线正常。

进一步的，根据步骤2)得到的绝缘电阻值，结合待检测双屏蔽电缆材料电阻率和横截面，根据导体电阻公式，即可得到短路发生的位置距检测端的位置。

进一步的，短路发生的位置距检测端的位置：

即：L＝RD*S/ρ，RD绝缘电阻，S为截面积，ρ为待检测双屏蔽电缆材料电阻率。

进一步的，短路设定阈值为3K，断路设定阈值为1.5K。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种双屏蔽电缆故障检测方法，通过在待检测双屏蔽电缆一端的接地线与监视线之间接二极管；在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源，与二极管负极连接的接地线或监视线连接于电源正极；然后测量待检测双屏蔽电缆另一端监视线或接地线的电流，根据电源电压与检测电流相除得到的电阻与短路设定阈值即可快速得到接地线与监视线的短路情况，然后采用反向加载电流，根据同时检测监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值，即可得到监视线和接地线的回路电阻，如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，本发明方法简单，采用二极管与输入电源分别连接待检测双屏蔽电缆的两端，通过不同电流方向，即可得到待检测双屏蔽电缆的故障类型，方法简单，快速便捷。

进一步的，交变方波恒流源信号带有死区时间的方波恒流源，能够反向快速响应持续监测，提高检测精度。

进一步的，本发明能够根据监视线上发生故障时能够准确判断出是回路故障还是绝缘故障，并计算出故障点在整段线路上发生的大致位置。

附图说明

图1是本发明实施例中待检测双屏蔽电缆截面图。

图2是本发明实施例中交变方波恒流源信号波形结构示意图。

图3是本发明实施例中线缆检测正半周电流回路分析示意图。

图4是本发明实施例中线缆检测负半周电流回路分析示意图。

图中，1、电缆主线；2、检测线；3、接地线；4、外护层；5、线芯；6、绝缘层；7、监视线；8、内护层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，待检测双屏蔽电缆监视线结构，包括电缆主线1和检测线2，电缆主线1和检测线2外圈设有外屏蔽层(接地线)3，外屏蔽层(接地线)3的外侧包裹有外护层4，电缆主线1包括线芯5，线芯5外侧由内之外依次包过有绝缘层6、分相屏蔽层7(监视线)和内护层8。

一种双屏蔽电缆故障检测方法，包括以下步骤：

S1，在待检测双屏蔽电缆一端的接地线与监视线之间接二极管；在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源，与二极管负极连接的接地线或监视线连接于电源正极；

S2，测量待检测双屏蔽电缆另一端监视线或接地线的电流，若电源电压与检测电流相除得到的电阻小于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆压损短路或漏电，进行报警；若电源电压与检测电流相除得到的电阻大于等于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电；

S3，若待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电，则检测得到的电阻值为接地线与监视线之间的绝缘电阻，在待检测双屏蔽电缆另一端的监视线和接地线上加载与步骤s2反向电流，同时检测监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值，监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值之差除以流经二极管的电流，即可得到监视线和接地线的回路电阻，如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，则进行报警，否则监视线和接地线正常。

具体的，在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源采用交变方波恒流源，能够正反向周期输入电流，从而形成正反向周期检测，能够快速检测待检测双屏蔽电缆是否存在故障以及存在故障类型，方法简单，方便快捷。如图2所示，交变方波恒流源信号波形结构示意图，交变方波恒流源信号带有死区时间的方波恒流源。

通过在接地线或监视线上串联取样电阻，检测取样电阻两端电压即可得到流经接地线或监视线上的电流大小。

设冒顶事故导致线缆破损，监视线与接地线首先会发生短路，或当破损的线缆落入水中则会引起绝缘下降，从而导致监视线与接地线之间的绝缘性下降，若监视线与接地线之间的绝缘电阻小于等于短路设定阈值，则要求线路保护，本申请短路设定阈值为3K。当线缆被完全砸断时，回路电阻大于等于断路设定阈值也应可靠动作，断路设定阈值为1.5K。

如图2所示：交变方波恒流源的Uin+与Uin-的限制电压为±24V以内，限制电流为恒流2～10mA；正负半周单次脉冲同为：t＝40mS，死区时间：ts＝10mS；

设回路电阻为RK(即监视线与接电线形成回路的电阻值)、绝缘电阻为RD(即监视线与接电线之间的绝缘性)、取样电阻为RPL、终端二极管为ZD(正向压降约为0.7V,反向漏电流≤10Ua/75℃)。AC线为监视线，BD为接地线。其中AB端为检测端，即加载电源端，CD端接终端二极管。

绝缘电阻RD是判断整条待检测双屏蔽电缆有无绝缘损坏的故障，严重可能导致漏电或者短路情况的发生。如图3所示，二极管的正极连接监视线，二极管的负极连接接地线：在负半周电流由接地线B端口注入，经二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD流向监视线A端口，形成完整回路；

检测监视线与接地线之间的电压Uin’，同时已知反向注入电流信号IPL’，二极管正向压降UD≈0.7V(漏电流IK’≈10uA/75℃)在这里可以忽略不计，即流经二极管的电流IK’≈0。

则：

Uin’＝RD*(IPL’-IK’)

即：RD＝Uin’/(IPL’-IK’)

则绝缘电阻为：

RD≈Uin’/IPL’

若监视线与接地线之间破损短路，导致监视线与接电线之间的绝缘性降低，绝缘电阻值减小，从而可判断监视线与接地线之间发生短路故障。

回路电阻是检测线缆有无断线或接触不良的重要参数，由冒顶事故或人为拖拽导致的线缆被切断等情况，则需要及时作出保护动作，以确保人身安全以及设备完好。检测结构如图4所示：正半周电流从A端口注入，经二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD流向监视线A端口，形成完整回路；

检测监视线与接地线之间的电压Uin，IPL为正向注入电流信号，二极管正向压降UD≈0.7V，绝缘电阻RD阻值在上述求得；

则有：IPL＝ID+IK；

ID＝Uin/RD

IK＝(Uin-UD)/RK

即：IPL＝Uin/RD+(Uin-UD)/RK

RK＝(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)

ID为流经绝缘电阻RD的电流，IK为流经二极管的电流；UD为二极管两端电压；

则回路电阻为：RK≈(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)

可以看出，测试结果的误差主要来源于二极管两端电压UD与漏电流IK’，即二极管的参数。若监视线与接地线断路，则导致监视线与接电线的电阻无线增大，加载电压和测量线路的电流即监视线与接电线之间的绝缘电阻产生的电流，通过快速计算回路电阻值即可得到线路的情况。

线缆故障位置的判断：

依据导体电阻公式：R＝ρ*l/s(ρ—电阻率；l—导体长度；s—截面积)。以铜为例，铜的电阻率ρ＝0.01851Ω·mm2/m(常温)，设由冒顶事故导致线缆在某处发生短路，测得绝缘电阻RD，即为导体电阻R；线缆材料选定后，监视线截面积S为常量。根据已知的条件，可推算出短路发生的位置距检测端的位置：

即：L＝RD*S/ρ。

本方案优势在于通过注入交变恒流信对不同的回路进行分析，可分辨出绝缘电阻与回路电阻的故障，参数满足国标对双屏蔽电缆的监测要求，还具备了粗略判断故障点的功能。

Claims (8)

1.一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在待检测双屏蔽电缆一端的接地线与监视线之间接二极管；在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源，与二极管负极连接的接地线或监视线连接于电源正极；

S2，测量待检测双屏蔽电缆另一端监视线或接地线的电流，若电源电压与检测电流相除得到的电阻小于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆压损短路或漏电，进行报警；若电源电压与检测电流相除得到的电阻大于等于短路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电；

S3，若待检测双屏蔽电缆无压损短路或漏电，则检测得到的电阻值为接地线与监视线之间的绝缘电阻，在待检测双屏蔽电缆另一端的监视线和接地线上加载与步骤s2反向电流，同时检测监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值，监视线和接地线上加载电压值和二极管两端的电压值之差除以流经二极管的电流，即可得到监视线和接地线的回路电阻，如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，则进行报警，否则监视线和接地线正常；

在待检测双屏蔽电缆另一端的接地线与监视线之间加载电源采用交变方波恒流源；通过在接地线或监视线上串联取样电阻，检测取样电阻两端电压即可得到流经接地线或监视线上的电流大小。

2.根据权利要求1所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，交变方波恒流源信号带有死区时间的方波恒流源。

3.根据权利要求1所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，交变方波恒流源的电压为±24V，限制电流为恒流2～10mA；正负半周单次脉冲同为：t＝40mS，死区时间：ts＝10mS。

4.根据权利要求1所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，二极管的正极连接监视线一端，二极管的负极连接接地线一端：在接地线另一端输入正向电流，二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD；

检测监视线与接地线之间的电压Uin’，IPL’为反向注入电流信号，二极管正向压降UD，

则：

Uin’＝RD*(IPL’-IK’)

即：RD＝Uin’/(IPL’-IK’)

二极管漏电流IK’可忽略不计，则绝缘电阻为：

RD≈Uin’/IPL’

若监视线与接地线之间破损短路，导致监视线与接电线之间的绝缘性降低，绝缘电阻值减小，从而可判断监视线与接地线之间发生短路故障。

5.根据权利要求4所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，二极管的正极连接监视线一端，二极管的负极连接接地线一端：在监视线另一端输入正向电流，二极管ZD与回路电阻RK串联后并联绝缘电阻RD；

检测监视线与接地线之间的电压Uin，IPL为正向注入电流信号，二极管正向压降UD≈0.7V，绝缘电阻RD阻值在上述求得；

则有：IPL＝ID+IK；

ID＝Uin/RD

IK＝(Uin-UD)/RK

即：IPL＝Uin/RD+(Uin-UD)/RK

RK＝(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)

ID为流经绝缘电阻RD的电流，IK为流经二极管的电流；UD为二极管两端电压；

则回路电阻为：RK≈(Uin-UD)/(IPL-Uin/RD)；

如果回路电阻大于断路设定阈值，则说明待检测双屏蔽电缆的监视线和接地线存在断线故障，则进行报警，否则监视线和接地线正常。

6.根据权利要求4所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，根据步骤2)得到的绝缘电阻值，结合待检测双屏蔽电缆材料电阻率和横截面，根据导体电阻公式，即可得到短路发生的位置距检测端的位置。

7.根据权利要求6所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，短路发生的位置距检测端的位置：

即：L＝RD*S/ρ，RD绝缘电阻，S为截面积，ρ为待检测双屏蔽电缆材料电阻率。

8.根据权利要求1所述的一种双屏蔽电缆故障检测方法，其特征在于，短路设定阈值为3K，断路设定阈值为1.5K。