电缆测试箱设计

2024-10-03

电缆测试箱设计（精选4篇）

电缆测试箱设计篇1

1 低压电缆分支箱的使用现状

低压电缆分支箱是电缆从开关柜出线后进行汇集与分接的主要电气设备。最早的低压电缆分支箱很简陋,只是把电缆直接拧到裸露的母排上,毫无安全保障。后来,出现了一些绝缘的接插件,使绝缘性能稍有提高,但仍然做不到全绝缘、全密封,逐渐被淘汰。

上世纪90年代中期,国内出现了三元乙丙橡胶(EPDM)制成的电缆接头连接的低压电缆分支箱,即美式低压电缆分支箱。由于三元乙丙橡胶材质偏硬,且为可燃性材料,易发生爬电和极易燃烧,同时防潮防水及抗老化的性能也较弱,达不到长期免维护运行的要求。其次,美式低压电缆分支箱进出电缆为横向排列,因此,造成电缆分相处理困难、排列重叠,电缆头装配不紧密,且箱内无电缆固定装置,运行一段时间后,常出现套管被拉弯,沿套管爬电的现象。最后,从环保的角度来说,三元乙丙橡胶为有毒物质,对环保也不利,因此,美式电缆分支箱没有得到大规模广泛应用。

上世纪90年代后期,出现了以硅胶制成的电缆接头连接的低压电缆分支箱,即欧式低压电缆分支箱。硅胶电缆接头材质柔软,具有高弹性、高密度、材料密封性能良好、防潮、防水、抗老化、抗阻燃、耐电晕和长期运行免维护等优点。因为硅胶电缆接头与电缆采取过盈配合,径向收缩均匀度高,不会因热胀冷缩使内界面分离而产生内爬电击穿,同时硅胶对电缆本体有径向的持久压力,使内界面结合紧密可靠。欧式低压电缆分支箱箱体小巧,精进出线电缆纵向排列,无电缆交叉重叠的现象,箱体内的电缆固定装置完全缓解了套管所承受的压力。从环保的角度来说,硅胶材质是无毒材料,对环保也有利,因此欧式低压电缆分支箱成为了主流产品。

2 现有低压电缆分支箱的缺陷分析

低压电缆分支箱适用于城市工业小区、住宅小区、商业中心、矿区和钢铁、汽车、石油、化工、水泥等大型企业以及其它场合的配电网,特别适合城市电网改造工程,可大大节省电气设备和电缆投资,提高供电可靠性。现有低压电缆分支箱还是存在一定的缺陷,特别是配置熔断器的传统低压电缆分支箱,则主要存在以下问题:

(1)仍采取普通的铜排进出线,未能很好的解决铜排裸露的问题,容易发生触电的危险。

(2)一般都是单面开门,在要求箱体美观紧凑的前提下,能容纳的出线模块有限,适用性差,不能满足多场合需要。

(3)没有底座,箱体直接落地,通风性差,不方便电缆接入安装汇合处。

3 熔断器模块化的低压电缆分支箱设计实施

3.1 低压电缆分支箱运行性能的要求

低压电缆分支箱主要安装在户外、电缆井及楼道中,这些地方由于温湿度变化大、灰尘多、环境恶劣,不宜频繁操作,个人安全防护要求高,故要求低压电缆分支箱必须满足以下性能。

(1)在箱体紧凑,尽可能减少占地面积的前提下,箱体内有足够的空间容纳多路出线模块(10~12路以上),以适应小区、乡村多个小动力用户等不同环境的使用要求。

(2)进线和出线回路采用模块化设计,当负荷和用户增加时,扩容方便。

(3)在恶劣环境中,能保持稳定运行。

(4)安全防护等级和分断能力高,故障点无电弧闪络,不易发生误操作。

(5)安装便捷,维护少,故障发生后可实现不停电维护。

(6)发生短路、过载等故障时,要求将故障限制在最小的范围内,以减少停电区域面积。

3.2 熔断器模块化的低压电缆分支箱设计思路

为满足以上性能,本文设计了一种双面开门的熔断器模块化低压电缆分支箱。如图1~3所示(图中标号含义为:箱体1,底座2,底板3,进线母排4,插接孔5,出线模块6,熔断器7,柜体门8,盖体9,三杆锁10)。

双面开门的熔断器模块化低压电缆分支箱包括箱体1和安装在箱体下部的底座2。箱体1包括2个相对面开口的壳体和安装在壳体内的配电系统,开口面的壳体上安装有门8。配电系统包括固定安装在壳体内的底板3和固定在底板3上的进线母排4,进线母排4上设有若干个插接孔5,出线模块6卡接在插接孔5内与进线母排4连接,上部可采用螺栓固定在底板3上。出线模块6上设有带熔断器7的盖体9,盖体9的下端枢接在出线模块6的下端,可使盖体9绕其轴呈扇形转动,将盖体9连同熔断器7一起进行分、合闸操作。

底座2是可移动的,无需使用任何工具,方便电缆接入安装汇合处。壳体上相对设置的两扇柜体门8上均安装有三杆锁10。这种开门设计,可保证在不增加箱体1宽度的同时,一个箱体中能容纳多路出线回路,从两面均可操作进线和出线模块,实现多场合应用。

进线母排4根据应用电缆可为三相或单相,水平固定在底板3上,进线母排4上同一经度上的插接孔5为一组,每一组插接孔5的数量相同。出线模块6可根据需要设置为若干个,插接方式便于增删。壳体采用增强聚酯材质制造,符合IEC60439-5和DIN43629-1、2、3标准的要求。箱体1下设置底座2具有良好的通风系统,可有效降低低压电缆分支箱的温度。

3.3 新设计低压电缆分支箱的优点

本文设计的低压电缆分支箱新型箱体配备底座,不直接接地,增强了通风性;箱体两面开门,可两面操作,在不增加占地面积的前提下,可容纳更多的出线回路,满足小区、乡村等不同场合的使用;采用插入式出线模块化设计,有效解决了母排裸露的问题,避免触电的风险;熔断器的模块化设计使得每一路出线尺寸紧凑,方便扩容;熔断器模块有明显断开点,操作安全性能高,避免了电弧闪络,在恶劣环境中运行稳定可靠;当出线端发生过流或短路等故障时,熔断器模块熔断后只断开相应的分支电路,有效缩小了停电范围,不影响其他出线回路,且更换熔断器模块无需停电,有效保证了供电可靠性。

4 结束语

本文针对传统低压电缆分支箱的缺陷,设计了一款双面开门的熔断器模块化低压电缆分支箱,具有通风性强、出线回路多、操作安全、维护方便、供电可靠等优点,特别适合负荷密度高、人员多的小区、集镇等场合使用。

电缆测试箱设计篇2

10kV终端配电宜用环网柜、箱式变电站及电缆分支箱

内容摘要：文章着重介绍目前常采用的环网柜及环网接线方式和它们的优点及注意事项。对箱式变电站及电缆分支箱的应用也作了介绍。

关键词：环网接线环网柜与环网开关站；箱式变电站及电缆分支箱

Applicable Ring Network Cabinet, Cubicle-type Substation and

Cable Branch Box of 10kV Final Power Distribution

This paper focuses on the advantages and relating matters of ring network cabinet and connection mode that are commonly used.It also introduces the application of Cubicle-type Substation and cable branch box.大型厂矿多自设降压站，有高压配电室及中压配电室。配电变压器安装容量超过10000kVA的较大用户，大都由城市共用变电站以专用线路放射式供电，本身建有中压配电室，开关柜内装主要元件多为真空断路器。但对中小用户来说，10kV供电采用环网柜，是最常用的终端配电方式，而中小容量用户又占绝大多数，此种环网供电足以满足二级负荷的要求。对三级用电负荷采用电缆分接箱有其突出的优点，应大力提倡及推广使用。对分散用户，且用电容量不大时，或要10kV供电伸入负荷中心时，采用箱式变电站（或称组装式变电站，预装式变电站）供电更具合理性。一．环网接线与环网开关柜 1．环网主接线

环网接线分单环接线，双环接线，至于三环、四环接线基本不用。使用最多的单环接线，它是由变电站或开关站同一母线段或不同母线段引出二回路电缆线路形成环路，环内负荷由这两回线路同时供电，一但其中一回路出现故障，另一回路可负担环内所有负荷的供电。每回电缆线路首段皆有断路器，每条回路可设纵差保护的导引电缆。为此被保护的线路两端开关柜内应配有相应的电流互感器。如果两回供电线路取自不同的变电站或开关站，有的资料称此种接线为拉手式环网，笔者对此不予认同，不应叫环网接线了，而应称双电源中间有联络开关树干式供电了。单环网供电主接线典型接线看图1

图1.单环典型主接线

此种接线供电可靠较高，完全能满足二级负荷的要求。例如：当A点发生故障，只要把A点两侧的4#、5#负荷开关断开，可继续完成供电。只要准确地确定故障点，恢复供电就非常容易了，对于环网典型主接线，有的认为两路出线只有接入同一变电站同一条母线，或接入同一变电站两断母线上，两段母线的联络开关始终处于闭合位置，否则不应称环网母线。笔者认为，不必在名称上过于追究了。2．环网开关柜

所谓环网开关柜，真实的含义是用于环网接线的开关柜，它可以是断路器柜，也可以是负荷开关柜，或负荷开关加熔断器柜。环网柜不是个合理称呼，不过目前所说的环网柜指体积小的负荷开关柜，有点约定成俗的味道，如果对变压器馈电，即用负荷开关加熔断器柜。所用负荷开关有SF6负荷开关，也有真空负荷开关，至于产气式或压气式负荷开关柜，由于体积较大，在环网接线中应用较少。SF6气体是温室效应明显的气体，一旦泄露，污染环境，用它作绝缘及灭弧介质的封闭的负荷开关柜，尽管体积小但维护不便，发展前景不够乐观，可能逐步退出市场。真空负荷开关由于真空灭弧室制造非常成熟，截流非常小，不会造成操作过电压的危害，其封闭性也早已过关，不必耽心渗气现象发生，美中不足之处是体积比SF6负荷开关柜大，不过目前已有厂家解决真空负荷开关柜体积过大的问题，那就是采用固体绝缘方式，真空灭弧室浇铸于环氧树脂中，这样相间及相对地电气间隙大大缩小，从而使真空负荷开关柜的体积大为减小，其体积与SF6负荷开关柜不相上下，甚至更小。此种柜可做到少维护或免维护，操作、使用、安装也非常方便，具有广阔的发展远景。总之，环网柜名称不够确切，不够科学，有的厂家称紧凑型开关柜，也有的厂家称金属封闭箱式开关柜，或紧凑型箱式开关柜。3：注意点

（1）接入环网系统内的开关站，不得用母线分段开关断开，如图2所示

图2 环网系统内开关站错误接线

在环网柜中，图2接线是错误的，用户不得用分段开关把环网断开。图2是双电源加母线联络接线。正宗的环网系统的开关站接线应为图3接法

图3 环网系统内的开关站正确接法

（2）环网进出线柜电源侧是否装接地开关、避雷器、带电显示器及电流互感器。

有些设计人员或用户对上述元件是否装设有很大盲目性及随意性，根据笔者实践经验，建议如下：电源侧不宜装接地开关，误操作会造成事故，影响供电安全，况且负荷开关是三工位，有接地一档，多加接地开关带来联锁麻烦，增加柜子复杂性。如果环网线路全为电缆地下敷设。且又为金属铠装电缆，实无必要加装避雷器。如果负荷开关为真空开关，由于截流，造成操作过电压，但开段的是负荷电流，截流很小，操作过电压不大，可不装过电压保护装置。

带电显示器是要装设的，用来观察进线是否带电，尤其回路中无电压互感器及电压表时，更应装设。实际上装带电显示器投资很少，它的传感器本身就是支持绝缘子。

至于电流互感器是否装设问题，如果开关站设计带有微机终端测控装置一定要装电流互感器提供电流符号。环网主干线纵差保护，也离不开电流互感器。（3）环网柜是否加装隔离开关，隔离开关安装位置如何？

环网负荷开关柜常见的有装隔离开关，不装隔离开关及装双隔离开关，接线如图4所示

图4 环网柜中隔离开关的装设

图4a中，不加隔离开关，多为SF6开关，本身具有隔离功能。图b中，负荷开关为真空式，不能作隔离用，要另加隔离开关。图c为双隔离，是为检修负荷开关提供方便。图d为单电源进线，检修断路器时保证人员安全。

4：负荷开关开断转移电流能力

所谓转移电流，指本来应由熔断器完成的切断任务转移给负荷开关了，当任一熔断器熔断后，熔断器中由火药或弹簧起动的撞击器使负荷开关操作机构脱扣，负荷开关三相联动切除故障电流。这样避免了因一相熔断器熔断造成二相供电的事情发生，一次图表示方法见图5

图5 具有开断转移电流负荷开关柜主接线

二．环网开关柜及环网开关站的优越性 1．采用环网柜优点环网柜优越性如下：

（1）投资节约，一台负荷开关加熔断器柜，平均造价一万多元，如果采用KYN-系列手车式真空断路器柜，造价几万元。如果开断能力要求50kA，真空手车式开关柜每台达十余万元，如果改用负荷开关加限流熔断器代之，同样开断预期短路电流50kA，也不过投资万余元则可。

（2）采用负荷开关配限流熔断器向变压器馈电，对变压器的保护有的地方甚至优于断路器，主要因熔断器切除短路迅速且有限流作用，这使在同一回路内的其它元件受益匪浅，即不再考虑动、热稳定的要求了。

（3）可对变压器进行全面保护

向变压器馈电的负荷开关熔断器柜，应采用全范围保护用限流熔断器，全范围保护熔断器是一种新型限流熔断器，它可以可靠开断引起熔体融化的电流至额定开断电流之间的任何故障电流，这样保护过流范围非常宽广。当然，为更好地保护变压器的过载，可加装电流互感器，通过保护装置动作负荷开关脱扣机构。负荷开关开断过负荷电流，稍大的故障电流由熔断器负责开断，这两种开断电流交汇点称交接电流，由于过载脱扣与熔断都有误差范围，造成交接电流也有一定范围。小于交接电流由过载脱扣动作负荷开关完成开断，大于交接电流时由熔断器负责切除，从而恢复变压器得到全面的过流保护。不过用熔断器保护变压器过载难度很大，因为全范围保护不是指对变压器过载全范围保护，而是指熔断器保护范围比较大而已，例如熔体电流为125A，开断50kA，不是指电流从125A至50kA范围内皆可保护，而是超过熔体额定电流一定倍数后才开始熔断，这样保护变压器的过载有一定难度。为此变压器过载要在低压侧进行，变压器低压出口总开关保护变压器过载，只要低压侧不过载，高压侧也不会过载。变压器若在高压侧进行过载保护，采用如上所说，由电流互感器、电流继电器、中间继电器，动作于高压侧负荷开关脱扣器，不能被全范围保护熔断器误导，使变压器得不到过载保护。（4）体积小，占地面积小

对于高层建筑来说，可以说寸土尺金，这样由环网柜组成的开关站，占地少，这无形带来更大的投资效益。

更难能可贵的是，把体积小的环网柜集中于一箱体内，组成环网开关站，可置于建筑物旁或干脆置于马路边，不占用户的建筑面积，给用户带来更大的效益，而且供电部门管理方便，发生事故不必进入用户建筑内，方便维护。

环网开关站可作为城市共用开关站，这给供电部门管理带来更大方便，也扩展了供电范围。（5）安装方便，便于扩展

一般环网开关柜安装非常方便，有的不必开挖基础沟，只要用膨胀帕栓固定高20#槽钢，环网柜固定于槽钢上即可。对于室外的环网开关站，为防积水侵入，采用架高400mm的基础墩，再在上面架设设备基础槽钢即可。

当用电设备增加，需要添加环网柜时，也非常方便，只要把增加柜子与原柜并列，水平母线连接即可。（6）恢复供电时间短

由环网接线供电的个开关站（或用户变电站）设置智能测控模块，电源侧变电站主控室设环网监控子站。利用光缆或五类双绞线组网，实现网管智能化。值班人员可足不出户观察环网运行情况，完成故障判断，故障隔离，网络重构，及负荷调配。可很快把环网故障段隔离，系统快速恢复供电。当然，为达此目的，网内每个开关站除装智能测控模块外，主回路要装电流互感器来检测电流，负荷开关采用电动操作机构，操作电源可由电源侧电压互感器取得。

有人认为放射式供电可靠，这是一种惯性思维，放射供电电缆一但故障，排除要很长时间，倒不如环网供电采用故障隔离的办法恢复供电快。有鉴于此，环网供电满足二级负荷是没问题的。三．应大力推广箱式变电站及电缆分支箱的采用

对于用户分散，用电负荷容量小的供电，以前多采用树干式架空线路加杆上变电所的供电方式。此种供电方式供电可靠性低，架空线受自然灾害影响大，容易遭雷击及单相接地事故。由于架空线路受出线走廊的限制，很难伸入负荷中心。另外，架空线路及杆上变电所，对城市的美观也大受影响。

如果改用环网接线加箱式变电站，既美观又可靠，且可直接伸入负荷中心，减少供电损耗。城市路灯供电及居民小区的供电，简直到了非他莫属的地步。箱式变结构分三部分，即高压部分、变压器部分及低压配电部分。高压部分多采用环网接线，为此要有三台环网柜组成，即两台负荷开关柜作进出线之用，一台负荷开关加熔断器柜做变压器的馈电之用，接线图如图6所示

图6 箱变高压侧主接线

用于箱式变电站高压侧为环网电缆供电，不但对城市美观不受影响，而且供电不受自然灾害的影响。在空间狭小的箱式变压器高压室内，装三台中压柜，非小型环网柜莫属了。

在供电要求不是很高的地方，应推广电缆分支箱的应用，它的功能可由一路电缆分成几路分支的放射式向各用户供电，这比环网开关站更节省，占地更少，可装于城市马路边上。目前应用非常普遍。

电缆分支箱的电缆接头采用专用插接式，可靠性非常高，节省空间且安装方便，这样把电缆的最大故障点——电缆头的故障基本消除，从而提高了供电的可靠性。另外，每台支线末端所接变压器因为也有保护，这样不存在分支电缆的过载问题。电缆分支箱根据用户要求可装总开关，以便分支箱的维护，并做分支线的总保护。电缆分支箱典型接线见图7所示。

图7 分支电缆箱典型接线

作者简介：

汤继东，曾任国电南自通华集团及现代重工（中国）电气有限公司总工程师，现任中国电工技术学会工业与建筑应用电气专业委员会秘书长。多年从事供配电设计，设计工程项目有电厂、高层建筑（深圳地王大厦及报业大厦）、民用及工业建筑的电气设计，也参与甲方项目管理及工程监理，在中外合资电气公司从事产品设计，事故处理及技术培训。

参与《低压配电设计规范》GB50054-95的起草著作有 1：《室内水电装修问答》(广东科技出版社)2：《深圳地王大厦》（电气部分，中国建筑出版社）

3：《高层建筑电气工程》（中国电力出版社）

4：《低压配电常见问题分析》（中国电力出版社）

5：《电气设计及电气设备选型手册》（湖南科技出版社）的主审

电缆测试箱设计篇3

关键词：10kV 电缆分支箱故障措施

中图分类号：TM64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（b）-0093-01

近年来，我国城市化建设速度不断加快，伴随着城市化的发展，我国输电线路走廊日趋紧张，给我国社会以及经济的发展造成了极大的困扰。随着电力工业现代化建设事业的迅速发展，电网改造已全方位启动。地下主线电缆在一定的距离需要实现多回路分支配电时，采用10 kV电缆分支箱作为配电的重要配套设备是既经济又方便安全的一种办法。但是在我国当前社会发展过程中，因各种原因造成10 kV电缆分支箱故障问题时常发生，对我国现代社会发展造成了极大的影响。我国电力输电网要想为社会发展提供安全可靠的电能，就必须采取有效的措施解决分支箱出现的故障问题。

1 10kv电缆分支箱常见故障分析

1.1 电缆分支箱工艺质量不过关

我国城市化水平的提高，为了满足当代社会发展的需求，10 kV电缆分支箱得到了广泛的应用。在我国当前配电线路中，经常出现电力安全事故，产生安全问题的原因之一就是电缆分支箱质量不过关。随着市场经济发展，越来越多的10 kV电缆分支箱生产厂商投入到这种电气设备的生产，这些生产商为了获取巨额利润，生产了大批的质量不合格的产品出来，从而给我国当前配电网络的安全运行造成了极大的隐患。其次电缆分支箱与电缆接头安装连接过程的操作方法是否正确、电缆头安装工艺是否熟悉、电缆分支箱内部组件与电缆接头部件组合的先后次序，是否按照厂家配套提供安装规范说明书进行操作等等，都将直接影响电缆分支箱的使用寿命和正常运行[1]。即使购买了合格的10 kV电缆分支箱，在安装工艺中，没有严格按照规范的安装要求进行安装，造成分10 kV电缆分支箱不能发挥应有的功能。

1.2 锈蚀严重

10 kV电缆分支箱主要有箱体外壳、线缆接头、双通套管以及应力锥等组成。在我国10 kV电缆分支箱应用过程中，早期的电缆分支箱材质大多都是采用铁质材料，而铁质材料容易受到雾水、雨水的影响而生锈，从而使得电缆分支箱出现破裂、铁质脱落等问题，从而使得电缆分支箱失去绝缘性能，从而影响到配电网络的安全运行。

1.3 线路安装不合理

在10 kV电缆分支箱设备中，线路的选择对于电缆的架设有着重要作用。随着我国社会的进步，社会发展过电的需求越来越大，尤其是近年来的工业，工业发展对高压电的需求不断增加，为了满足我国当前社会发展的需要，保障配电的可靠性、安全性，越来越多高压电缆分支箱得到了普及。然而在我国当前10 kV电缆分支箱线路埋设过程中，由于电缆分支箱供应的用户较多，各种线路搭设杂乱无章，一旦出现线路故障，就会整个线路短路，从而增加配电的危险性。

2 针对10 kV电缆分支箱故障的应对措施

2.1 加大工艺验收，确保质量

10 kV电缆分支箱之所以会出现故障，其主要因就是在安装过程中没有做好工艺验收工作，从而造成很大的安全隐患。针对这一点，相关部门就必须提高分支箱验收标准[2]。首先，要严控安装程序，安装时检查分支箱的完整度和运行指标，对供电运行方式和供电负荷量进行考察和研究，选用恰当的材料，对各部件的连接和位置情况进行多次检查，杜绝电缆街头松动和断裂现象的发生，在确定分支箱所有要素都符合基本要求后，分支箱才能投入正常运营；其次，选用经过专业训练的工作人员进行安装和操作，工作人员既要对安装制作图进行认真阅读和揣摩，了解必要的结构组成和特性用途，以便安装和检验顺畅，还需控制和管理整个安装和运营过程，把好质量关，杜绝隐患，避免故障的发生；最后，整理和存档分支箱安装的相关资料，以备查用，便于检修和维修时查明故障和解决疑难之用。

2.2 防锈处理

在10 kV电缆分支箱设备中，由于工作环境的需要，会使得其设备出现锈蚀，造成分支箱性能降低，同时也给社会发展造成巨大损失。针对10 kV电缆分支箱锈蚀严重的问题，相关部门及企业必须做好以下两点。首先，相关部门及企业要加强电缆分支箱的日常管理工作，分配专业的负责队伍，防止电气设备受到雨水、雾水的影响，从而降低电气设备的锈蚀几率。其次，要加大科技创新力度，运用新型的材料代替铁质材质，从而保障10 kV电缆分支箱的性能，为社会对电的需求提供保障。

2.3 加强设备的管理

在10 kV电缆分支箱运行过程中，设备会因为长时间的使用而出现各种问题，在配电网络中，一点出现故障问题，就会造成整个配电网络瘫痪，造成难以计量的损失。要想确保10 kV电缆分支箱运行的可靠性、安全性，加强设备的管理与维护工作极其必要。企业可以利用当代先进的计算机技术建立统一的信息化监控网络，对10 kV电缆分支箱运行的环境、状态等进行全方面的监控，从而降低故障的发生率。同时落实责任制度，将安全责任落实到具体人的身上，从而提高他们工作的责任心，保障10 kV电缆分支箱的安全、稳定运行[3]。

3 结语

随着城市化水平的发展，10 kV电缆分支箱在我国当前配电网络中得到了广泛的应用。10 kV电缆分支箱作为一种电气设备，再起广泛应用的过程中，受多种因素的影响，会造成设备出现安全故障，给我过社会的发展造成严重的影响。为了更好的促进我国社会的稳定发展，就必须重视100 kV 电缆分支箱的验收、管理等工作，同时加大创新力度。只有认真对待设备的验收、管理等工作，才能有效的消除设备故障，确保设备运行的安全性、稳定性、可靠性。

参考文献

[1]林秋金.预防10kV电缆线路故障的措施[J].农村电气化，2010（3）：24-25.

[2]程崇华.10kV电缆分支箱的运行管理[J].电工技术，2009（9）：55-56.

多种接口电缆测试仪的设计篇4

计算机和工业控制领域必然要用到各种各样的电缆, 有些用来连接电源, 有些用来连接电信号, 有些用来延长接口位置以方便连接设备, 所有这些电缆在使用过程中必然存在自然老化或者认为损坏等问题, 要发现电缆的问题必须要有一定的测试手段[1]。现有的普通电缆测试仪大多都是针对单一的电缆, 适用面不够广泛, 当用户测试多种电缆时必须携带多个设备, 这为检测带来了许多不便, 需要设计一种可以测试多种电缆的仪器。

在日常生活中常用的电缆有USB线、网线、串口线、VGA视频线、HDMI多媒体线, 本文设计的多种接口电缆测试仪可以实现对以上5种电缆线的检测功能。

1、电缆测试仪测试原理

本文设计的电缆测试仪具有对多种常用接口电缆的检测功能, 如USB接口、VGA接口、HDMI接口等。它可以实现对线路周期可变的逐根校对, 能检测出线路的短路、断路、交叉接错故障。测试原理图如下图所示。

发送端和接收端由个数相同的发光二极管并联构成, 电源给发送端的二极管供电, 接收端直接与单片机相连。用户可以通过旋转开关选择要测试的接口电缆类型, 并且能根据需要选择指示灯的点亮时间 (1s或0.5s) , 最终由发送端和接收端的发光二极管的点亮状态判断被测电缆的故障状态。当检测电缆发生短路时, 不应亮的指示灯亮;当检测电缆发送断路时, 相应的线路指示灯不亮;当检测电缆接错时, 应该亮的指示灯不亮, 接错线的灯亮;当检测电缆无故障时, 发送端与接收端的指示灯会以流水方式点亮。

2、电缆测试仪的硬件设计

由于引入单片机软件编程控制, 硬件电路得到简化, 本系统主要由STC89C52单片机、稳压电源、发光二极管单元组成, 硬件电路简单可靠。

MCU:8位单片机STC89C52支持在线编程, 内部集成了:8K字节Flash、512字节RAM、4个并行I/O口、3个16位定时/计数器、1个通用异步串行口[2]。它有6个中断向量和2个优先级的中断系统, 具有抗干扰能力强、速度快、功耗低、价格便宜等特点[3], 完全符合电缆测试仪的设计要求。

电源给发送端指示灯的正极相连, 接收端指示灯的负极与单片机的I/O口相连, 5档旋转开关和按钮分别连接P3口的低6位, 单片机通过读取P3口的值来决定测试电缆的类型以及指示灯的点亮频率。因为P0内部没有上拉电阻, 不能正常地输出高/低电平, 因此需要外接10K的上拉电阻。USB、RJ45 (网线接口) 、DB9、HDMI分别采用4芯、8芯、9芯、15芯、19芯电缆, 所以本设计的发送端与接收端各需要19个发光二极管, 相应的每组二极管对应了一根芯线。单片机与指示灯连接电路图如图2所示。

稳压电源:可充电的锂电池经三端稳压器LM7805给系统提供稳定的5V电压, LM7805内含过流、过热和过载保护电路[4], 它的应用电路简单可靠, 不仅输入电压范围广 (7～35V) , 而且可以使用外接元件调节输出的电压。为了增强系统的稳压和抗电磁干扰能力, 输入与输出端都需要并联两个电容, 输入的作用是消除高频噪声, 防止电路产生自激振荡;输出电容的作用是降低输出端的高低频噪声干扰, 以达到更好的稳压效果[5]。二极管D0是输出保护二极管, 可以保护稳压器的输出级。系统的稳压电路图如图3所示。

3、软件设计

由于C语言简单易懂, 可移植性好, 系统采用C语言编程。为了使指示灯点亮时间更准确, 在软件设计中使用了定时器。主程序对系统进行初始化, 系统初始化主要是对定时器0初始化, 因为定时时间有限, 定时时间设为50ms, 然后只需要等待定时中断即可, 大部分的工作都在定时中断函数中完成, 它的流程如图4所示。

因为当I/O口输出低电平时, 对应的指示灯才会亮, 在主程序中定义一个long类型的变量LData和一个计数变量Num, 它们的初始值分别为fffffffeH和0, 每进一次中断, Num自增一次, Num=20时LData左移1位, 测试电缆的芯数决定了LData的最小值, 当LData小于最小值时, 令LData=fffffffeH。然后把LData的低24位分别赋给P0、P1、P2口。最后根据P3.5的状态设定定时器的定时时间, 这样就实现了指示灯点亮1s或0.5s的功能。程序如此反复运行, 只要被测试的电缆是完好的, 就会最终实现多个发光二极管循环点亮的功能。

4、实验结果验证

本文设计的电缆测试仪已经做出了实物, 为了检验其实用性, 分别对USB线、网线、DB9串口线、VGA接口线、HDMI接口线做了测试。以VGA线为例, 测试仪开始工作后, 通过旋转开关和按钮选择电缆类型和指示灯频率, 测试过程中有以下几种情况:

(1) 若电缆没有故障, 指示灯从1到15逐个闪亮, 闪亮频率根据按钮的状态改变。

(2) 若电缆两端的线序不正确时, 接收端的指示灯仍然从1到15逐个闪亮, 但是发送端会按照与接收端连通的线序逐个闪亮。

(3) 导线断路时, 发送端和接收端对应的指示灯都不亮, 其它的指示灯按正常顺序逐个闪亮。

(4) 导线短路时, 接收端仍然从1到15逐个闪亮, 但发送端的指示灯短路线所对应的指示灯被同时点亮, 其它的指示灯仍按正常的顺序逐个闪亮。

实验结果验证本文设计的电缆测试仪可以实现对多种接口电缆的测试功能, 用户可以直观的检测出电缆的状态, 它完全符合设计要求。

5、结语

采用STC89C52单片机设计的多路电缆测试仪, 实现了对多种常用接口电缆的检测功能。本设计由于引入软件编程, 硬件电路简单可靠, 所以测试仪体积小、携带方便、经济实用, 可以满足用户对计算机等工业现场常用电缆的日常维修、测试需求, 能准确及时地检测出电缆故障, 大大节省了维修时间。

摘要：为了实现对日常生活中的常用电缆线故障状态的测试功能, 设计了一种针对于多种接口的电缆测试仪。本文分析了该测试仪的工作原理, 完成了以STC89C52单片机为核心的硬件电路设计和基于C语言的软件编程。该测试仪能够检测多种电缆线的短路、断路、接错故障, 实验结果表明本设计简单可靠, 成本低廉。

关键词：多种接口,电缆测试仪,STC89C52,单片机

参考文献