在高压下测试屏蔽电缆

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2023-04-18 13:26

在高压下测试电缆有助于确定是否存在湿气、助焊剂或可能已经渗透到绝缘体或连接器后壳破损处的污染物，并确保电线之间的绝缘体能够承受高于正常工作电压的临时电压偏移，而不会分解。高压测试的结果通常显示电线之间的绝缘电阻在数百兆欧或更高。要求 5 吉欧绝缘电阻的测试规范并不少见。

许多高可靠性电缆包括围绕所有导体的编织屏蔽层。屏蔽层防止外部电干扰耦合到内部导体上的信号，并阻止可能由内部导体上的正常信号产生的电噪声辐射到环境中。然而，屏蔽电缆使高压测试复杂化，因为屏蔽相对于内部导体的电容大大增加。由于与电线相比，屏蔽层的表面积大得多，因此屏蔽层和导体之间的电容成比例增加。电容会随着电缆长度的增加而进一步增加。

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图 1：带屏蔽的 5 芯电缆的横截面视图

随着电容的增加，带电屏蔽层存储的能量也会增加到可能对操作员造成危害的水平，并且如果发生绝缘击穿，可能会因电弧加热而损坏电缆的绝缘层。请注意，存储在电容器中的能量直接随电容和电压的平方而增加：E = ½ CV 2。

许多测试规范要求屏蔽层作为附加导体参与高压测试。下面的语句来自一个典型的规范：在屏蔽层和导体之间施加 500 Vdc的测试电位时，组件应表现出不小于500 MΩ 的绝缘电阻。

自动高压测试设备将向一根导体施加直流电压，而所有其他导体保持零伏。通常，对于每根电线，电压会逐渐升高，保持“驻留时间”，并在对该电线的测试完成后逐渐下降。对电缆中的每个导体重复此过程，例如，五芯电缆，上升-暂停-下降循环将重复五次，每次都在连续的电线上。通过这个过程，一根电线的绝缘实际上被测试了两次，一次是当电线本身接收到高电压（+ 到 - 电线绝缘层的极性）时，另一次是当同一根电线保持零伏而另一根电线稍后接收电压时测试（– 到第一根电线上的 + 极性）。

当我们在测试中包括屏蔽层时，它只是电缆中的另一根“电线”，并遵循相同的过程。在这种情况下，当所有其他电线都为零伏时向屏蔽层施加电压时，屏蔽层会容纳更多的电荷比在屏蔽层为零伏的任何一根电线上施加电压时。随着屏蔽层上电荷的增加，屏蔽层中存储的能量比电线中存储的能量多得多，并且通过绝缘击穿或人体接触引起的无意放电将导致相当大的电流流动。反过来，这可能会熔化绝缘层中的针孔，导致电缆损坏和无法使用，或者更糟的是，如果放电是由人体接触引起的，则会对操作员造成危险的电击危险。在达到测试电压之前，即使是在 upramp 上对屏蔽充电的行为也可能超过测试仪的跳闸电流（表示击穿的预设电流限制）。

电线绝缘中使用的典型聚合物塑料可防止电流在任何方向上与电场矢量一样好地流动。那么，我们将看到，在任意两根导线之间，无论我们向导线 A 施加高电压，同时将导线 B 保持在零伏，还是相反，绝缘都以相同的漏电阻起作用。由于屏蔽层被视为导体，通常会在两个方向上进行测试，因此我们可以通过不向屏蔽层施加高压来避免针孔绝缘损坏和触电的风险增加，同时仍然向带屏蔽层的每根电线施加高压在测试期间保持在零伏。这样做绝不会降低测试的有效性。

参考前面给出的测试规范，在导体和屏蔽层之间施加 500 Vdc 测试绝缘，就像在屏蔽层和导体之间施加它一样。因此，通过仅在导体和屏蔽层之间进行测试，我们消除了与向屏蔽层施加电压相关的风险。

在CAMI Research 制造的CableEye ® 测试仪中，任何导体都可以在测试期间通过简单地在“HiPot Enable”列中表示来抑制高压。在此屏幕截图中，我们展示了如何抑制施加到屏蔽层的高压：

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即使我们不向屏蔽层施加电压，屏蔽电缆在高压测试时仍可能会出现问题，因为随着电缆长度的增加，导体本身会存储越来越多的电荷。通常，在这种情况下，上升期间的充电电流可能接近或超过正常跳闸电流。通过降低斜坡率来对此进行补偿，以便瞬时充电电流永远不会达到跳闸电流。这显示了它是如何使用CableEye测试仪完成的。在此屏幕截图中，我们将升压从 5000 V/s 降低到 1200 V/s：

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图 3：控制升温速率

一些电缆有多组屏蔽线组合成一个束，例如屏蔽双绞线，或编织成一根电缆的同轴导体束。当内部屏蔽组合在一起并施加高压时，电容问题变得更加严重。此外，报告的泄漏是总和并联屏蔽母线和它们屏蔽的电线之间的所有泄漏。这个总和很可能会超过允许的泄漏，并导致计算出的绝缘电阻太低，从而导致测试失败，尤其是在有大量屏蔽组合在一起的情况下。平均泄漏当然是分组中泄漏的总和除以分组中的导体数量。屏蔽层包含的电线越多，泄漏（正常）越大，并且该组的总绝缘电阻越低。

由于上述原因，只要在高压下测试其他电线时屏蔽层保持在零伏，就不需要向屏蔽层导体施加电压来准确测试绝缘电阻。当所有屏蔽层的高压都被抑制时，电缆不会因不必要的漏电叠加而发生故障。