电线导体电阻测量与调直拉力关系探讨

电线导体电阻测量与调直拉力关系探讨

王烽琳

苏州方正工程技术开发检测有限公司，苏州 215000

摘要：本文通过测试不同调直拉力下的电线导体电阻及对其相关的一系列的分析和研究，得出在调直拉力为100N时，所测的电线导体电阻最接近真值；在调直拉力为125N时，所测的电线导体电阻调直变形结束；调直变形一般为试样长度的1%。

关键词：导体电阻；铜导体调直变形；检测技术创新

目前虚拟现实、3D打印、大数据和最近比较火的人工智能这些科技前沿主流技术都在迅猛地发展，不断改变人们生产和生活的方式，检测技术必将也受这主流技术的影响，逐渐提升机械化、自动化、数字化程度，较少人的劳动强度和干扰，最终达到人工智能参与的无人化或者是少人化的检测水平。为了能够更好的让科技主流技术渗透到检测中来，检测技术和方法中需要人经验、感官、感受来判断的方式方法应进行量化处理。电线导体电阻检测中试样调直过程就是典型的需要经验和感官来判断的方式方法，相关标准中未对其过程进行说明，但调直的方法和调直的程度对检测结果有一定的影响。本文以电线导体电阻检测中试样调直过程为例，阐述了经验性方式方法量化处理的过程。

1试验样品、方法和设备

1.1样品

样品为远东牌电线，品名为一般用途单芯硬导体无护套电缆，型号：60227IEC01（BV），截面积：2.5mm²。

1.2导体电阻试验方法

本文所采用的试验方法为GB/T3956-2008《电缆的导体》附录A。该方法的主要原理为采用双臂电桥法测量单位长度导体的电阻，再通过温度修正系数和长度换算，得到20℃下相应长度导体的电阻。

该方法采用双臂电桥法很好的解决了线阻对检测结果的影响；采用合理的温度修正方法，很好的解决了温度对结果的影响。但是在长度的测量上，未有明确的说明。电线产品通常是以100m长度盘成捆为一个单位。

1.3试验设备

本文中所涉及的试验设备是在原有的设备上进行了改造，采用增减砝码的方式来调节试验的调直拉力。其原理如图1所示，试样一段固定，另外一段通过导向轮与砝码托盘相连接，通过增减砝码托盘上的砝码来调节对试样的拉力。

图1.电线导体电阻检测调直拉力可调节装置原理图

2所测导体电阻与调直拉力的关系

试样在受到外力被拉伸过程中，一些弯曲部分会被拉直，从而使试样在双臂电桥两内测点之间的实际长度减小，从而使所测的导体电阻减小，使所测结果更准确，这也是试样需要被拉伸的最主要的目的。但是，试样一般为铜质材料，在受到外拉力的情况下还会产生一定的弹性变形。当外力超过一定的值还会产生塑性变形。这两种变形会减小试样的横截面积，从而使所测导体电阻偏大，这是拉伸产生的负面影响，是对电线导体电阻测量的不利因素。本节对所测导体电阻与调直拉力的关系进行了一系列的试验，希望能找到一个最合适的拉力，使导体电阻检测更准确。

2.1所测导体拉伸试验

2.1.1试样与准备工作

本拉伸导体试样长度为1100mm，初步调直需小心，避免人为造成试样弯折，初步调直的不宜使用机械方式。将初步调直的试样夹持到拉力机上，连接引伸计，使拉力机上下钳口的距离保持在1000mm，引伸计的上下夹持端的距离为10mm，且尽量夹持在试样没有明显弯曲的部位。试样在人为调直后任略有弯曲，这和我们在导体电阻试验中的试样是类似的。引伸计夹持一段试样由于比较短，且挑选了肉眼观察不出弯曲的部位，我们认为是直的，在拉伸过程中，直接承受的是弹性变形和塑性变形，没有调直变形。

2.1.2拉伸过程

入口力5N，拉伸速率1mm/min对试样进行拉伸，拉伸至出现屈服即可停止试验。记录力­­—位移曲线、力—引伸计变形曲线，如图2、图3所示。

图2.力—位移曲线

图3.力—引伸计变形曲线

2.1.3试验结果分析

通过对力—位移曲线和力—引伸计变形曲线比较，我们可以发现力—引伸计变形曲线非常的光滑，没有明显的拐点。而力—位移曲线却有两个明显的拐点，这两个拐点把力—位移曲线分割成o~a、a~b、b~c三段。力—引伸计变形曲线之所以非常光滑是因为试样在拉伸过程中，引伸计所测的试样段即没有明显的调整过程，也没有出现明显的颈缩，力—引伸计变形曲线所体现的是试样弹性变形和塑性变形的叠加。而力—位移曲线是体现整个试样在拉伸过程中的变化情况，既有调直变形的影响，又有颈缩的影响。我们从图2中可以看出，o~a段整个力—位移曲线变形不是十分的有规律，这主要是因为该阶段存在调直变形、弹性变形，也有可能存在部分的塑性变形的共同作用。调直变形受试样长度范围内每一个弯折点影响，变形规律比较复杂，因此o~a段变形没有明显规律是因为调直变形的存在。我们从图2还可以看出，在a点调直变形基本完成，所以a~b段曲线比较光滑，呈现一定的规律性。在a~b段，调直变形已经结束。此时，试样在拉伸过程中主要变形是弹性变形和塑性变形，因此呈现出和力—引伸计变形曲线类似的规律性。b~c段只要是试样已经出现了颈缩，而且由于同的延展性比较好和试样比较长的原因，试样在过屈服后出现了多处紧缩，所以b~c除了斜率明显减小外也呈现出一定的无规律性。

所测导体拉伸试验主要的目的是通过对试样进行等长度的拉伸来初步判断试样在该长度下调直所需的最佳力值。我们从图2力—位移曲线可以看出，在a点，即拉力在120N，调直完成，因此该力值可以作为调直的最大力，是不是最佳力值，还需进一步试验判断。

根据a~b的变化规律，作其反向延长线较X轴与点d，d点距离原点的距离我们可以认为是调直变形的变形量，其物理意义为总的变形量减去弹性变形的变形量（此时塑性变形相对较少），从图2中可以看出，该变形值约为10mm。

2.2所测导体电阻与调直拉力的关系试验

2.2.1试验方案

本试验使用本文第一小节所描述的样品、方法和设备。为了能够判断出试验中调直拉力对铜导体及其导体电阻的影响，本文采用如表1所示的增加拉力的方式。

表1.调直拉力配置表

2.2.2试样结果分析

根据表1的调整调直拉力的方法，在每次调直拉力稳定后，夹上电极测试样品在室温下1m的导体电阻，测试结果如表2所示。

表2.调直拉力与导体电阻关系表

对调直拉力和对应换算成20℃下导体电阻进行作图，如图4所示。

图4.调直拉力与导体电阻关系图

从图4中可以看出，整个曲线大致上呈现出倒抛物线状，在调直拉力在100N附近时，导体电阻有最小值。在调直拉力增加的过程中，试样存在调直变形、弹性变形和塑性变形这三种变形存在。调直变形使试样在测试两极内的长度变形变小，从而试样所测的导体电阻减小。而弹性变形和塑性变形使试样的横截面积变大，从而使试样所测的导体电阻增大。调直力值在一定范围内，调直变形远大于弹性变形和塑性变形，是变形的主导，导体电阻随调直力的增大而减小。而当调直力值达到一定程度后，试样基本已经调直，调直变形不再有变化，此时弹性变形和塑性变形为变形的主导，试样的导体电阻随调直力的增大而不断增大。因此，调直拉力与导体电阻关系图会出现类似抛物线状的先减小后增大的现象。在抛物线的最低点所测的导体电阻最小，我们可以认为在此拉力下，所测的导体电阻最接近真值。

从图4中25-50-25循环中我们可以看出，在25N的调直拉力下，所测的导体电阻变化比较大。这主要是因为在刚开始施加调直拉力时，试样调直变形呈现的是类似塑性变形一样非可逆过程。当调直力值到达50N、75N、100N时，试样的调直变形呈现的是类似弹性变形一样的可逆变形，因此，在50-75-50、75-100-75、100-125-100循环中，同样拉力下，两次导体电阻所测值比较接近。

当力值超过125N时，试样的导体电阻增大明显，这主要是因为试样调直变形结束，只剩下使试样导体电阻增大的弹性变形和塑性变形。从125-150-125循环中可以看出，试样在125N的两次所测的导体电阻出现明显增大的现象，进一步验证试验出现了明显的塑性变形。对比图2，从力—位移曲线中可以看出，试样也是大致在125N，调直变形结束。

2.2.3本节小结

通过对图4调直拉力与导体电阻关系图和图2从力—位移曲线分析，我们初步可以认为100N到125N是该试样比较合理的调直拉力，所测的导体电阻对接近真值。

3一种验证方法

本小节通过模拟电线导体弯曲来对本文第2小节所得的结论进行验证。

3.1验证方法介绍

3.1.1相对真值测量

上文通过对调直拉力与导体电阻关系的研究分析，由于存在调直变形、弹性变形和塑性变形的共同作用，我们所测的导体电阻都应该大于试样导体电阻的真值。为了能够分析出调直拉力对导体电阻的影响程度，我们需要测出试样在相对平直，不需要调直拉力下的导体电阻。本文采用的方法是通过2.1.2的拉伸方式对试样进行张大，使其产生10%的塑性变形，此时试样已被拉直，小心取下试样进行导体电阻的试验，所测的导体电阻值即为相对真值，所测的值如表3所示。该方法虽然使试样的横截面积减小的比较多，对其实际的导体电阻影响比较大，到对本文的分析研究没有影响。

表3.试样导体电阻相对真值

3.1.2试样缠绕模拟

为了使试样能达到从电线捆中打开的效果，对3.1.1中测完导体电阻的试样进行缠绕模拟。从图5中可以看出，试样厚度中位线的直径为160mm，本文采用图6的方式以160mm直径对试样进行缠绕，1h后打开，分成采用100、115、125N的调直拉力测其导体电阻，所测导体电阻如表4所示。

图5.试样缠绕直径确定 图6.试验模拟缠绕

表4.缠绕模拟后导体电阻与调直拉力关系表

3.2验证结果

从表4可以看出，调直拉力为100N，所测的导体电阻最近相对真值，与其的相对误差为3×10-7Ω。

4结论

本文通过导体拉伸试验，调直拉力与导体电阻关系试验以及导体电阻模拟验证试验研究和分析得出以下结论：

横截面积为2.5mm²的电线铜导体在测导体电阻时调直拉力宜为100N；

横截面积为2.5mm²的电线铜导体在调直拉力125N调直变形结束，但过大的力值同时增大了导体的弹性变形和塑性变形。

在调直拉力不断增大的过程中，横截面积为2.5mm²的电线铜导体的导体电阻呈现类抛物线变化，在调直拉力为100N时，抛物线出现最低点。

1000mm的横截面积为2.5mm²的电线铜导体，一般调直变形大约为10mm，为其长度的1%。

参考文献:

[1]GB/T3956-2008,电缆的导体[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2008

[2]GB/T228.1-2010,金属材料拉伸试验第1部分：室温拉伸方法[S].北京:中国国家标准化管理委员会,2010