如何在高壓下測試屏蔽電纜

在高壓下測試電纜有助于確定是否存在濕氣、助焊劑或可能已經(jīng)滲透到絕緣體或連接器后殼破損處的污染物，并確保電線之間的絕緣體能夠承受高于正常工作電壓的臨時電壓偏移，而不會分解。高壓測試的結(jié)果通常顯示電線之間的絕緣電阻在數(shù)百兆歐或更高。要求 5 吉歐絕緣電阻的測試規(guī)范并不少見。

許多高可靠性電纜包括圍繞所有導(dǎo)體的編織屏蔽層。屏蔽層防止外部電干擾耦合到內(nèi)部導(dǎo)體上的信號，并阻止可能由內(nèi)部導(dǎo)體上的正常信號產(chǎn)生的電噪聲輻射到環(huán)境中。然而，屏蔽電纜使高壓測試復(fù)雜化，因為屏蔽相對于內(nèi)部導(dǎo)體的電容大大增加。由于與電線相比，屏蔽層的表面積大得多，因此屏蔽層和導(dǎo)體之間的電容成比例增加。電容會隨著電纜長度的增加而進一步增加。

圖 1：帶屏蔽的 5 芯電纜的橫截面視圖。

隨著電容的增加，帶電屏蔽層存儲的能量也會增加到可能對操作員造成危害的水平，并且如果發(fā)生絕緣擊穿，可能會因電弧加熱而損壞電纜的絕緣層。請注意，存儲在電容器中的能量直接隨電容和電壓的平方而增加：E = ? CV2。

許多測試規(guī)范要求屏蔽層作為附加導(dǎo)體參與高壓測試。下面的語句來自一個典型的規(guī)范：在屏蔽層和導(dǎo)體之間施加 500 Vdc的測試電位時，組件應(yīng)表現(xiàn)出不小于500 MΩ 的絕緣電阻。

自動高壓測試設(shè)備將向一根導(dǎo)體施加直流電壓，而所有其他導(dǎo)體保持零伏。通常，對于每根電線，電壓會逐漸升高，保持“駐留時間”，并在對該電線的測試完成后逐漸下降。對電纜中的每個導(dǎo)體重復(fù)此過程，例如，五芯電纜，上升-暫停-下降循環(huán)將重復(fù)五次，每次都在連續(xù)的電線上。通過這個過程，一根電線的絕緣實際上被測試了兩次，一次是當(dāng)電線本身接收到高電壓（+ 到 - 電線絕緣層的極性）時，另一次是當(dāng)同一根電線保持零伏而另一根電線稍后接收電壓時測試（– 到第一根電線上的 + 極性）。

當(dāng)我們在測試中包括屏蔽層時，它只是電纜中的另一根“電線”，并遵循相同的過程。在這種情況下，當(dāng)所有其他電線都為零伏時向屏蔽層施加電壓時，屏蔽層會容納更多的電荷比在屏蔽層為零伏的任何一根電線上施加電壓時。隨著屏蔽層上電荷的增加，屏蔽層中存儲的能量比電線中存儲的能量多得多，并且通過絕緣擊穿或人體接觸引起的無意放電將導(dǎo)致相當(dāng)大的電流流動。反過來，這可能會熔化絕緣層中的針孔，導(dǎo)致電纜損壞和無法使用，或者更糟的是，如果放電是由人體接觸引起的，則會對操作員造成危險的電擊危險。在達到測試電壓之前，即使是在 upramp 上對屏蔽充電的行為也可能超過測試儀的跳閘電流（表示擊穿的預(yù)設(shè)電流限制）。

電線絕緣中使用的典型聚合物塑料可防止電流在任何方向上與電場矢量一樣好地流動。那么，我們將看到，在任意兩根導(dǎo)線之間，無論我們向?qū)Ь€ A 施加高電壓，同時將導(dǎo)線 B 保持在零伏，還是相反，絕緣都以相同的漏電阻起作用。由于屏蔽層被視為導(dǎo)體，通常會在兩個方向上進行測試，因此我們可以通過不向屏蔽層施加高壓來避免針孔絕緣損壞和觸電的風(fēng)險增加，同時仍然向帶屏蔽層的每根電線施加高壓在測試期間保持在零伏。這樣做絕不會降低測試的有效性。

參考前面給出的測試規(guī)范，在導(dǎo)體和屏蔽層之間施加 500 Vdc 測試絕緣，就像在屏蔽層和導(dǎo)體之間施加它一樣。因此，通過僅在導(dǎo)體和屏蔽層之間進行測試，我們消除了與向屏蔽層施加電壓相關(guān)的風(fēng)險。

在CAMI Research 制造的CableEye 測試儀中，任何導(dǎo)體都可以在測試期間通過簡單地在“HiPot Enable”列中表示來抑制高壓。在此屏幕截圖中，我們展示了如何抑制施加到屏蔽層的高壓：

即使我們不向屏蔽層施加電壓，屏蔽電纜在高壓測試時仍可能會出現(xiàn)問題，因為隨著電纜長度的增加，導(dǎo)體本身會存儲越來越多的電荷。通常，在這種情況下，上升期間的充電電流可能接近或超過正常跳閘電流。通過降低斜坡率來對此進行補償，以便瞬時充電電流永遠不會達到跳閘電流。這顯示了它是如何使用CableEye測試儀完成的。在此屏幕截圖中，我們將升壓從 5000 V/s 降低到 1200 V/s：

圖 3：控制升溫速率

一些電纜有多組屏蔽線組合成一個束，例如屏蔽雙絞線，或編織成一根電纜的同軸導(dǎo)體束。當(dāng)內(nèi)部屏蔽組合在一起并施加高壓時，電容問題變得更加嚴(yán)重。此外，報告的泄漏是總和并聯(lián)屏蔽母線和它們屏蔽的電線之間的所有泄漏。這個總和很可能會超過允許的泄漏，并導(dǎo)致計算出的絕緣電阻太低，從而導(dǎo)致測試失敗，尤其是在有大量屏蔽組合在一起的情況下。平均泄漏當(dāng)然是分組中泄漏的總和除以分組中的導(dǎo)體數(shù)量。屏蔽層包含的電線越多，泄漏（正常）越大，并且該組的總絕緣電阻越低。

由于上述原因，只要在高壓下測試其他電線時屏蔽層保持在零伏，就不需要向屏蔽層導(dǎo)體施加電壓來準(zhǔn)確測試絕緣電阻。當(dāng)所有屏蔽層的高壓都被抑制時，電纜不會因不必要的漏電疊加而發(fā)生故障。

編輯：黃飛