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【摘要】绝缘故障是线缆的常见故障之一。对于船舶线缆，其敷设错综复杂，运行环境恶劣，特别对于老龄船供电线缆而言，出现绝缘故障的概率较大。本文讨论了此类故障的定位方法，分析了其基本原理和操作步骤。
【关键词】绝缘故障 测量 定位
1 引言
绝缘故障是线缆的常见故障之一。造成这类故障的原因很多，有的是在生产过程中发生的，有的是在敷设过程中造成的，也有的是在使用过程中由于意外因素造成的。对于船舶线缆而言，大部分是因为外部环境恶劣，寿命降低，近而导致绝缘故障。绝缘不良会严重影响船舶用电安全及设备的正常使用。本文试图就故障测试原理及定位方法作一讨论。
2 绝缘故障特点
通常，要求电缆的绝缘线芯之间，绝缘线芯与铠甲之间都是互相绝缘的。其绝缘电阻的最小允许值在相应标准中作了规定，通常都在兆欧以上。但由于绝缘材料本身缺陷、制造缺陷或使用过程中的破损伤害、线缆老化等各种因素都会造成其绝缘电阻的下降。对于采用三相三线制的供系统而言，当一相出现绝缘故障时，会影响到船员的人身安全及设备的正常运行，例如导致电机异常发热等不良情况。当多相同时出现绝缘故障时，后果就更为严重。绝缘低到一定程度时，就相当于相间短路，会导致设备的烧蚀、保护装置动作等更为严重的后果，严重影响到人员安全和供电系统的连续性和稳定性。因此，快速检测并定位线缆的绝缘故障位置，排除故障，是一项十分重要的工作。
3 测量及定位原理
理论证明，用高精度的电桥和正确的测量方法，是线缆绝缘故障定位的有效技术和手段。本文就采用电桥原理的两种环路测量方法进行分析和讨论。其中，一种叫近端法（因电桥测试臂上接的是被测线的近端而得名）；另一种叫远端法（因电桥测试臂上接的是被测线的远端而得名）。
3.1 近端法
3.1.1 基本原理
图1 近端法接线图
第一步，按图1a接线，图中L1为被测的故障绝缘线芯，L2为船体模拟电阻，L3为辅助引线，C点为故障位置，RG为故障点的对船体电阻 （即低绝缘电阻），L0为被测线缆的总长，Lx为被测点到故障点的距离，Ra和Rb分别为电桥的两个固定电阻，为测量方便，我们令Ra=Rb，Rx为平衡桥臂可调电阻，其余参数的含义很明显，不再一一解释。忽略引线电阻，由图1a可知，当电桥平衡，电桥的读数Rx1为：RX1=R1+R2 （1）；第二步，按图1b接线。同样，当电桥平衡时其读数Rx2为：RX2=R1-R2 （2）；由以上两式可得：R1=（RX1+RX2）/2；又因 Lx/L0=R1/Rx1，故有 Lx= L0（RX1+RX2）/2RX1 （3）；由式（3）可知，在L0已知的条件下，通过两次测量，就可求得故障点的位置。这里必须注意，由式（2）可知：要使第二步测试中的电桥达到平衡，须有R1≥R2，也就是故障点的位置须在离测试端相对较远的一边，由此也可粗略判断故障点更靠近被测线的哪一端。
3.1.2 误差分析
考虑引线电阻时，当引线电阻较大时，就须考虑它对测量精度的影响。设引线的电阻为Rf，电桥两次平衡时的读数分别为R′X1和R′X2，则根据以上推导并满足R2+Rf≤R1条件下可求得：R′X1=R1+R2+Rf=RX1+Rf R′X2=R1-R2-Rf=RX2-Rf ；由式（3）可得：
LX=L0（RX1+RX2）/2RX1=L0（R′X1+ R′X2）/（2R′X1-2Rf） （4）
由式（4）可看出，当引线电阻不能忽略时，只要其值是已知的，且满足R2+Rf≤R1条件下，则按式（4）计算，同样可得到较为精确的结果。
3.2 远端法
3.2.1 基本原理
图2 远端法接线图
第一步，按图2a所示连接。图中，L1为故障的绝缘线芯，L2为外导体或大地，L3为辅助的引线。当电桥平衡时：RX1=R1+R2 （8）；第二步，按图2b所示连接，电桥平衡时：RX2=R2-R1 （9）；将式（8）减去式（9）可得：2R1= RX1-RX2 ；则LX/L0=R1/RX1=（RX1-RX2）2RX1
Lx=L0（RX1-RX2）/2RX1 （10）；式（10）中，L0是已知缆长，RX1、RX2是两次电桥的测量值，故通过上述方法可计算出故障点的位置。与近端法不同的是，这里要求R2≥R1，也就是故障点须在离测试点较近的一边。但是，从以上叙述的接线方式和推导过程可看出，此法中辅助引线与故障的绝缘线芯中R2处于同样的位置，因此，只要满足Rf+R2≥R1，且引线电阻Rf是已知的，同样可准确测算故障点的位置。
3.2.2 误差分析
1）考虑引线电阻时按近端法同样的推导方法可得：
LX=L0（RX1-RX2）/2RX1=L0（R′X1-R′X2）/（2R′X1-2Rf） （11）
2）由RX2测量误差引入的定位误差
式（10）与近端法中的式（3）结果非常相似，因此其造成误差的主要因素也相似，故按近端法同样的推导方法可得：△RX2=2RG（Ra+R2）Vab/VRa （12）；△LX/L0=RGVab（1+R2/Ra）/RX1V （13）；式（11）、式（12）、式（13）分别与近端法中的式（4）、式（6）、式（7）相同，故其含义也相同，在此不再赘述。从以上分析可以看出，Y法的适应范围更宽，只要有引线，无论故障点在哪边都能测量其位置。
4 结论
（1）在线缆绝缘故障测试中，不仅要有先进可靠的仪器设备和正确的测试方法，更重要的是要掌握科学的理论，才能面对复杂的具体情况而得出符合实际的科学结论。
（2）为提高测量精度，引线电阻应尽量小。
（3）当故障点的绝缘电阻较大时，可外加高压电源。
（4）如条件允许，应分别用远端法和近端法测试，以提高精度和测试结果的可信度。
参考文献
【1】刘新国.电气工程师手册第二版.机械工业出版社，2005年
【2】张占松.电气技师实用手册.机械工业出版社，2007年
【关键词】绝缘故障 测量 定位
1 引言
绝缘故障是线缆的常见故障之一。造成这类故障的原因很多，有的是在生产过程中发生的，有的是在敷设过程中造成的，也有的是在使用过程中由于意外因素造成的。对于船舶线缆而言，大部分是因为外部环境恶劣，寿命降低，近而导致绝缘故障。绝缘不良会严重影响船舶用电安全及设备的正常使用。本文试图就故障测试原理及定位方法作一讨论。
2 绝缘故障特点
通常，要求电缆的绝缘线芯之间，绝缘线芯与铠甲之间都是互相绝缘的。其绝缘电阻的最小允许值在相应标准中作了规定，通常都在兆欧以上。但由于绝缘材料本身缺陷、制造缺陷或使用过程中的破损伤害、线缆老化等各种因素都会造成其绝缘电阻的下降。对于采用三相三线制的供系统而言，当一相出现绝缘故障时，会影响到船员的人身安全及设备的正常运行，例如导致电机异常发热等不良情况。当多相同时出现绝缘故障时，后果就更为严重。绝缘低到一定程度时，就相当于相间短路，会导致设备的烧蚀、保护装置动作等更为严重的后果，严重影响到人员安全和供电系统的连续性和稳定性。因此，快速检测并定位线缆的绝缘故障位置，排除故障，是一项十分重要的工作。
3 测量及定位原理
理论证明，用高精度的电桥和正确的测量方法，是线缆绝缘故障定位的有效技术和手段。本文就采用电桥原理的两种环路测量方法进行分析和讨论。其中，一种叫近端法（因电桥测试臂上接的是被测线的近端而得名）；另一种叫远端法（因电桥测试臂上接的是被测线的远端而得名）。
3.1 近端法
3.1.1 基本原理
图1 近端法接线图
第一步，按图1a接线，图中L1为被测的故障绝缘线芯，L2为船体模拟电阻，L3为辅助引线，C点为故障位置，RG为故障点的对船体电阻 （即低绝缘电阻），L0为被测线缆的总长，Lx为被测点到故障点的距离，Ra和Rb分别为电桥的两个固定电阻，为测量方便，我们令Ra=Rb，Rx为平衡桥臂可调电阻，其余参数的含义很明显，不再一一解释。忽略引线电阻，由图1a可知，当电桥平衡，电桥的读数Rx1为：RX1=R1+R2 （1）；第二步，按图1b接线。同样，当电桥平衡时其读数Rx2为：RX2=R1-R2 （2）；由以上两式可得：R1=（RX1+RX2）/2；又因 Lx/L0=R1/Rx1，故有 Lx= L0（RX1+RX2）/2RX1 （3）；由式（3）可知，在L0已知的条件下，通过两次测量，就可求得故障点的位置。这里必须注意，由式（2）可知：要使第二步测试中的电桥达到平衡，须有R1≥R2，也就是故障点的位置须在离测试端相对较远的一边，由此也可粗略判断故障点更靠近被测线的哪一端。
3.1.2 误差分析
考虑引线电阻时，当引线电阻较大时，就须考虑它对测量精度的影响。设引线的电阻为Rf，电桥两次平衡时的读数分别为R′X1和R′X2，则根据以上推导并满足R2+Rf≤R1条件下可求得：R′X1=R1+R2+Rf=RX1+Rf R′X2=R1-R2-Rf=RX2-Rf ；由式（3）可得：
LX=L0（RX1+RX2）/2RX1=L0（R′X1+ R′X2）/（2R′X1-2Rf） （4）
由式（4）可看出，当引线电阻不能忽略时，只要其值是已知的，且满足R2+Rf≤R1条件下，则按式（4）计算，同样可得到较为精确的结果。
3.2 远端法
3.2.1 基本原理
图2 远端法接线图
第一步，按图2a所示连接。图中，L1为故障的绝缘线芯，L2为外导体或大地，L3为辅助的引线。当电桥平衡时：RX1=R1+R2 （8）；第二步，按图2b所示连接，电桥平衡时：RX2=R2-R1 （9）；将式（8）减去式（9）可得：2R1= RX1-RX2 ；则LX/L0=R1/RX1=（RX1-RX2）2RX1
Lx=L0（RX1-RX2）/2RX1 （10）；式（10）中，L0是已知缆长，RX1、RX2是两次电桥的测量值，故通过上述方法可计算出故障点的位置。与近端法不同的是，这里要求R2≥R1，也就是故障点须在离测试点较近的一边。但是，从以上叙述的接线方式和推导过程可看出，此法中辅助引线与故障的绝缘线芯中R2处于同样的位置，因此，只要满足Rf+R2≥R1，且引线电阻Rf是已知的，同样可准确测算故障点的位置。
3.2.2 误差分析
1）考虑引线电阻时按近端法同样的推导方法可得：
LX=L0（RX1-RX2）/2RX1=L0（R′X1-R′X2）/（2R′X1-2Rf） （11）
2）由RX2测量误差引入的定位误差
式（10）与近端法中的式（3）结果非常相似，因此其造成误差的主要因素也相似，故按近端法同样的推导方法可得：△RX2=2RG（Ra+R2）Vab/VRa （12）；△LX/L0=RGVab（1+R2/Ra）/RX1V （13）；式（11）、式（12）、式（13）分别与近端法中的式（4）、式（6）、式（7）相同，故其含义也相同，在此不再赘述。从以上分析可以看出，Y法的适应范围更宽，只要有引线，无论故障点在哪边都能测量其位置。
4 结论
（1）在线缆绝缘故障测试中，不仅要有先进可靠的仪器设备和正确的测试方法，更重要的是要掌握科学的理论，才能面对复杂的具体情况而得出符合实际的科学结论。
（2）为提高测量精度，引线电阻应尽量小。
（3）当故障点的绝缘电阻较大时，可外加高压电源。
（4）如条件允许，应分别用远端法和近端法测试，以提高精度和测试结果的可信度。
参考文献
【1】刘新国.电气工程师手册第二版.机械工业出版社，2005年
【2】张占松.电气技师实用手册.机械工业出版社，2007年