一、制定背景
線纜測試儀主要用于測試安裝成線纜或線束的電子線的交流耐電壓、絕緣電阻、線纜直流電阻和線間電容，它通過自動掃描的方法，快速有效地測試各種排線的性能，達(dá)到提高工作效率和降低工作強(qiáng)度的目的。電子線是電器設(shè)備內(nèi)部線的二種簡稱，線路傳輸主要以弱電信號為主，與強(qiáng)電范疇能量傳輸?shù)碾娎|屬于不同概念。線纜測試儀通過開關(guān)矩陣切換測試接點(diǎn)與內(nèi)部測試功能，能夠同時(shí)對32條電子線或更多線路的線纜進(jìn)行交流耐電壓、絕緣電阻、直流導(dǎo)通電阻及線間電容的性能測試。同時(shí)它還是一種智能儀器，可以將客戶提供的樣板線纜作為標(biāo)準(zhǔn)材料，與生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的線纜進(jìn)行比較，保障生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品與客戶樣板參數(shù)的一致性。還能夠進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和匯總，對每條線纜測試情況進(jìn)行分析，供品管部門作為生產(chǎn)質(zhì)量的參考。線纜測試儀在電腦線纜、信息外設(shè)、通信終端、智能儀器等生產(chǎn)廠商中得到廣泛應(yīng)用。
隨著IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，線纜測試儀在國內(nèi)外已經(jīng)生產(chǎn)和使用了十幾年，我國暫時(shí)沒有相關(guān)的國家檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，導(dǎo)致線纜測試儀的校準(zhǔn)無法可依，各地在檢定項(xiàng)目、校準(zhǔn)方法、標(biāo)準(zhǔn)器的要求及技術(shù)要求等方面不能統(tǒng)一，不夠規(guī)范和完善。針對上述原因，為滿足計(jì)量溯源和市場的需求，我院起草的JJF1457 -2014《線纜測試儀校準(zhǔn)規(guī)范》于2014年4月21日經(jīng)國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)發(fā)布，并自2014年7月21日正式實(shí)施。
二、制定依據(jù)與適用范圍
JJF 1457 -2014 編制時(shí)依據(jù)了國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》 ， JJF 1059.1-2012 《測量不確定度評定與表示》、JJF1071-20 10《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》， 參考了JJG690-2003《高絕緣電阻測量儀(高阻計(jì))檢定規(guī)程》 ，JJG795-2004《耐電壓測試儀檢定規(guī)程》、JJG 1005-2005《電子式絕緣電阻表檢定規(guī)程》、UL758-2006REV.12 :2013 Appliance WiringMαterial等標(biāo)準(zhǔn)文件，分別選取多個(gè)廠家型號的儀器進(jìn)行計(jì)量性能實(shí)驗(yàn)，確定校準(zhǔn)項(xiàng)目及技術(shù)指標(biāo)。
線纜(線束)直流及低頻等效電路如圖1 所示，其中， L1 、L2為兩條平行傳輸導(dǎo)線， R1、R2分別為L1 和L2的導(dǎo)通電阻， R3 為L1和L2之間的絕緣電阻， C1為L1 和L2的線間電容。
依照UL 1581 及UL 758 標(biāo)準(zhǔn)，電子排線(線纜)的電氣性能測試項(xiàng)目及測試設(shè)備應(yīng)包括以下內(nèi)容(部分) : (1)導(dǎo)體直流電阻; ( 2 ) 耐壓試驗(yàn); ( 3 ) 絕緣電阻試驗(yàn); (4 ) 電容和相對電容率試驗(yàn); ( 5 )導(dǎo)體連續(xù)性試驗(yàn)。線纜測試儀主要用于測量線纜的直流及低頻參數(shù)，它的測試項(xiàng)目應(yīng)包括以上5個(gè)項(xiàng)目。因此，JJF1 457-2014的適用范圍是: 適用于測試各種弱電線纜(或線束)工頻交流耐電壓、絕緣電阻、線纜直流電阻、線間電容的線纜測試儀的校準(zhǔn)。有一些用于測試通信線纜的高頻特性的網(wǎng)絡(luò)線纜分析儀，其計(jì)量特性不在JJF1457-2014規(guī)定的范圍之內(nèi)，不適直采用本規(guī)范的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。
三、規(guī)范的主要內(nèi)容
JJF1457-2014規(guī)定了規(guī)范的適用范圍、引用文件、術(shù)語和計(jì)量單位、校準(zhǔn)方法及校準(zhǔn)所用的儀器設(shè)備的要求。其主要項(xiàng)目為: (1)開關(guān)矩陣的檢測; (2)交流耐電壓;(3)絕緣電阻; (4)線纜直流電阻; (5)線間電容測量。
線纜測試儀作為智能儀器，在進(jìn)行線纜檢測之前需執(zhí)行"讀線"功能，將樣板線纜的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系讀入內(nèi)部。線纜測試儀在檢測線纜的過程中只對有網(wǎng)絡(luò)連接的線纜進(jìn)行測試，沒有網(wǎng)絡(luò)連接的線纜就元需測試，可以提高檢測效率。因此，在校準(zhǔn)線纜測試儀時(shí)，連接好標(biāo)準(zhǔn)器和被校儀器后必須先執(zhí)行"讀線"功能，讀取網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系，才能正常開展各項(xiàng)目的校準(zhǔn)工作。
1. 開關(guān)矩陣的檢測
交流耐電壓、絕緣電阻、線纜直流電阻及線間電容測量等項(xiàng)目校準(zhǔn)方法已經(jīng)很成熟，但線纜測試儀有其自身的特點(diǎn)。它的測試接口并不是固定不變的，而是在通過"讀線"功能讀取線纜的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系后，通過內(nèi)部開關(guān)矩陣自動切換相應(yīng)的測試功能及測試接點(diǎn)，在使用常規(guī)方法對被校儀器計(jì)量性能進(jìn)行校準(zhǔn)之前，需檢測其開關(guān)矩陣及測試接點(diǎn)的功能是否滿足要求。開關(guān)矩陣及測試接點(diǎn)的檢測可以采用配套接口測試板，找出不合格的開關(guān)矩陣及測試接點(diǎn)，在校準(zhǔn)中應(yīng)避免使用這些接點(diǎn)，以免校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及結(jié)果錯(cuò)誤。
接口測試板由以下4種類型測試板組成: 用于設(shè)置線纜連接網(wǎng)絡(luò)及歸零直流導(dǎo)通電阻的短路測試板、用于測量導(dǎo)通性能的導(dǎo)通測試板、用于測量絕緣性能的絕緣測試板以及用于測量電容性能的電容測試板。接口測試板的接口應(yīng)適配被校儀器的測試接口，制作原則應(yīng)保證檢測到所有的開關(guān)矩陣及測試接點(diǎn)。為便于操作及記錄不合格測試接點(diǎn)， JJF1047-2014推薦采用"通過式"接口測試板。導(dǎo)通測試板取值為9Ω，絕緣測試板取值為12MΩ ，電容測試板取值為1nF ，如果被校線纜測試儀的測量范圍在上述3種測試板之外，也可以根據(jù)其測量范圍或者客戶的需求選擇其他測試點(diǎn)，選點(diǎn)的原則是在保證測試板準(zhǔn)確度的情況下，導(dǎo)通電阻盡量小，絕緣電阻盡量大。
2. 線纜測試儀的類型及選點(diǎn)原則
線纜測試儀種類繁多，按測量功能分為簡易型和高級智能型。簡易型線纜測試儀，只有絕緣報(bào)警電阻和導(dǎo)通電阻功能，儀器內(nèi)部沒有升壓電路，絕緣報(bào)警電阻和導(dǎo)通電阻都是定點(diǎn)設(shè)置，被測線纜達(dá)到預(yù)置的報(bào)警電阻值就自動報(bào)警。高級智能型的線纜測試儀，有交流耐電壓、絕緣電阻、導(dǎo)通電阻和線間電容等功能，各參數(shù)都連續(xù)可調(diào)，電阻電容值直接顯示，可以輸出1kV交直流電壓。因此，在校準(zhǔn)選點(diǎn)時(shí)必須考慮儀器功能和類型的差異。
輸出電壓定點(diǎn)設(shè)置或電阻定點(diǎn)設(shè)置的線纜測試儀，內(nèi)部電壓產(chǎn)生電路或電阻設(shè)置電路各點(diǎn)相對獨(dú)立，各點(diǎn)誤差受設(shè)置點(diǎn)元器件的影響，為全面判斷被校儀器的計(jì)量性能，應(yīng)校準(zhǔn)每個(gè)輸出電壓或電阻點(diǎn)。連續(xù)可調(diào)的線纜測試儀的誤差僅取決于量程設(shè)置元件和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有良好的線性，僅校準(zhǔn)量限范圍內(nèi)的3-5個(gè)點(diǎn)即可滿足要求。
JJF 1457-2014 之7.2.4是測量線纜直流電阻的方法，線纜測試儀的直流電阻測量范圍從0.1Ω- 1MΩ不等，跨越了多個(gè)十進(jìn)量程，如果僅選取5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，無法全面覆蓋其計(jì)量特性。因此，在校準(zhǔn)選點(diǎn)時(shí)應(yīng)至少考慮被校儀器測量范圍的上限、下限及每一個(gè)十進(jìn)量程，并且不少于5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)。
四、規(guī)范執(zhí)行中應(yīng)注意的問題
1. 測試時(shí)間的影響
線纜測試儀的測試時(shí)間一般為(0.01-10)s ，測試時(shí)間的長短對測試結(jié)果有一定影響。計(jì)量校準(zhǔn)為保證量值溯源的準(zhǔn)確性，應(yīng)將測試時(shí)間設(shè)置為最長。在進(jìn)行開關(guān)矩陣掃描時(shí)，應(yīng)在測試時(shí)間最短和最長兩種情況下分別取一組數(shù)據(jù)， 判斷導(dǎo)通電阻測試單元、絕緣電阻測試單元、電容測試單元及開關(guān)矩陣受測試時(shí)間變化的影響是否超出了儀器的要求。
2 .校準(zhǔn)泄漏電流的方法
線纜測試儀耐電壓功能測量泄漏電流部分與耐電壓測試儀擊穿報(bào)警電流功能不同，線纜測試儀泄漏電流值超過報(bào)警電流的設(shè)定值，線纜測試儀也不會切斷輸出電壓，而是繼續(xù)等待所有連接網(wǎng)絡(luò)都測試完成后，才會顯示超過設(shè)定電流值的網(wǎng)絡(luò)及泄漏電流的最大值。因此，校準(zhǔn)時(shí)必須由高到低調(diào)節(jié)直流高阻箱電阻，使標(biāo)準(zhǔn)交流電流表由低到高接近校準(zhǔn)點(diǎn)，線纜測試儀測試完畢后再記錄被校線纜測試儀與標(biāo)準(zhǔn)交流電流表的電流值。
3. 失真度的測量
一般失真度測量儀電壓輸入量程不超過300V，而線纜測試儀交流耐電壓功能最高輸出電壓可達(dá)1.5kV ，超過了失真度測量儀的輸入電壓量程，此時(shí)應(yīng)采用交流電壓分壓器降低輸入的電壓，使失真度測量儀工作在電壓輸入量程范圍內(nèi)。線纜測試儀交流耐電壓功能是在兩條平行導(dǎo)線之間施加交流電壓， 而不是像常規(guī)耐電壓測試儀在高壓端與地端之間施加交流電壓，因此在導(dǎo)線與地端存在電壓差。而失真度測試儀的輸入接口低端一般接儀表外殼地端。如果直接將失真度測試儀直接連接到高壓輸出與地端沒有隔離的被校儀器，會使被校儀器的高壓輸出對地短路，從而導(dǎo)致測試不通過或者損毀儀器的情況出現(xiàn)。因此，校準(zhǔn)線纜測試儀輸出電壓失真度時(shí)，應(yīng)將線纜測試儀的測試導(dǎo)線與外亮地線進(jìn)行隔離。例如，在保證安全的情況下， 失真度測試儀的電源與被校儀器相隔離，或者使用差分示波器衰減器作輸入分壓器。
4. 絕緣報(bào)警電阻
線路導(dǎo)通殘余電阻對測量絕緣報(bào)警電阻結(jié)果無影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明線纜測試儀在歸零前與歸零后絕緣報(bào)警電阻基本保持不變，因此測量絕緣報(bào)警電阻前，不需要消除線路的零位電阻。
5. (瞬時(shí))短路開路的檢測
為了提高線纜的檢測效率，部分線纜測試儀具有(瞬時(shí))短路開路功能，可以在短時(shí)間內(nèi)檢測線纜的導(dǎo)通電阻是否超過了預(yù)制的限值或者線纜間的絕緣電阻是否低于預(yù)制的限值。該功能可以按JJF1457-2014之圖5連接， 依據(jù)JJF1457-2014之7.2.3.2項(xiàng)的第2 ) 款校準(zhǔn)其絕緣報(bào)警電阻，此時(shí)若電阻值低于線纜測試儀預(yù)制的限值， 線纜測試儀報(bào)警。也可按JJF1457-2014之圖6連接，依據(jù)JJF1457-2014之7.2.4.2項(xiàng)校準(zhǔn)其導(dǎo)通電阻， 此時(shí)若電阻值高于線纜測試儀預(yù)制的限值，線纜測試儀報(bào)警。
作者：何洪波 李春龍 葉峻江
單位：廣東省計(jì)量科學(xué)研究院
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