Bộ công thơng
viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa
Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007

nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị
đo thông số dây cáp điện, điện thoại Chủ nhiệm đề tài: Ts . lê quốc hà
Hµ néi, 12.2007 BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
o0o
MỤC LỤC Trang

PHẦN MỞ ĐẦU

1
PHẦN 1 BÁO CÁO TỔNG QUAN
3
I Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của thực tế sản xuất và Tiêu chuẩn
Việt nam cho cáp điện- điện thoại
3
II Đánh giá phân tích một số thiết bị áp dụng để đo kiểm thông
số liên quan trong điều kiện ứng dụng ở Việt Nam
5
1

Phương pháp cơ bản SX cáp điện- điện thoại
6

2

Độ suy hao truyền dẫn
18
II
Phương pháp đo
19
1

Đo điện trở suất kinh điển
19
2

Phương pháp đo điện trở suất của đề tài
19
3

Đo suy hao truyền dẫn
21
4

Đo cách điện
22
III Thiết bị CQC-01 23

PHẦN KẾT LUẬN
40
Tài liệu tham khảo 41
Phụ lục chương trình 42


0.2%.
3. Điện dung công tác đo ở tần số 1 kHz giữa hai dây của một cặp Cab, giữa từng dây
với vỏ cáp Cab , Cbv. Dải đo cực đại tới 2000 nF, độ chính xác 0.3%.
4. Xác định mức độ mất cân bằng điện trở của từng đôi dây tính theo %.
5. Độ suy hao truyền dẫn ở 1 kHz. Dải đo 0 : 64 dB, độ chính xác 0.2%.
6. Xác định vị trí điện trở cách điện giảm. Xác định vị trí điện trở cách điện giảm < 1
x106 W, Độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5%.
7. Xác định vị trí đứt với độ chính xác 0.5%.

Thiết bị CQC do điều kiện đo kiểm tự động, nhanh các thông số cơ bản của cáp điện
thoại, song còn một số thông số như điện trở suất dây đồng chưa được giải quyết. Về độ

2
suy hao truyền dẫn , TCVN-98 yêu cầu đo ở các tần số khác nhau: 1kHz, 150kHz,
772kHz, thiết bị CQC mới chỉ thực hiện ở 1kHz, còn các tần số khác chưa thực hiện
được, do ở tần số cao, với 200 đầu vào nối 200 đầu dây ở tần số >150 kHz xuất hiện
nhiễu mạnh làm sai lệch kết quả đo.
Chính vì vậy đề tài đặt ra nhiệm vụ nghiên cứu thiết kế thiết bị để đo các thông số : điện
trở suất dây đồng và độ suy hao truyền dẫn ở các tần số khác nhau.

Các nội dung chính của đề tài nghiên cứu bao gồm:

· Khảo sát yêu cầu kỹ thuật của thực tế sản xuất và tiêu chuẩn Việt Nam cho cáp điện
- điện thoại.
· Đánh giá phân tích một số thiết bị áp dụng để đo kiểm thông số liên quan trong điều
kiện ứng dụng ở Việt nam.
· Thiết kế chế tạo thiết bị đo thông số
- Điện trở suất dây đồng.
- Độ suy hao truyền dẫn ở các tần số khác nhau.
· Thử nghiệm hiện trường, hoàn chỉnh thiết bị theo tiêu chuẩn công nghiệp.

I. KHẢO SÁT YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA THỰC TẾ SẢN XUÂT VÀ TIÊU
CHUẨN VIỆT NAM CHO CÁP ĐIỆN - ĐIỆN THOẠI.
Như đã nói ở trên, nhu cầu kiểm định chất lượng cáp điện - điện thoại theo tiêu chuẩn
ISO hiện nay là rất cấp thiết, nhưng trong nước hiện nay ít có những đơn vị nghiên cứu,
thiết kế chế tạo thiết bị cho lĩnh vực này.
Bảng các thông số cần đo cáp theo Tiêu chuẩn Ngành TCN 68-132: 1998 của Tổng Cục
Bưu Điện Việt Nam (xem trong Phụ lục 1). Trong bảng 1 dưới đây giới thiệu một số
thông số cơ bản cho cáp với đường kính tiêu chuẩn là 0,32mm.
Bảng 1: Thông số cơ bản cho cáp với đường kính tiêu chuẩn là 0,32mm
TT

Thông số Tiêu chuẩn Ngành
1 Đường kính tiêu chuẩn 0,32 Sai số cho phép ±0,01%
2 Độ dãn dài dây dẫn 10%
3 Điện trở một chiều
0 ~ 239 W/km, độ chính xác: £ ± 0,5%
4 Chênh lệch điện trở một chiều ở 20
0
C TB: 2%, cá biệt cực đại: 5%
5 Điện dung công tác ở tần số 1kHz, 20
0
C 52±4 nF/km,cá biệt cực đại: 58nF/km
6 Điện dung không cân bằng giữa đôi với
đôi
181 pF/km, đo ở tần số 1KHz.
7 Điện dung không cân bằng giữa đôi với
đất
Trung bình 2625 pF/kmđo ở tần số
1KHz
8 Điện trở cách điện. Đo với điện áp
58,00 dB/Km ± 3%.
42,00 dB/Km ± 3%

4
Trong các thông số cơ bản nêu trên, các thông số vật lý - điện như điện trở, điện dung
quy định chất lượng cáp và ảnh hưởng quan trọng đến các thông số lối ra như độ suy hao
truyền dẫn, suy hao đầu gần, đầu xa,…
Chính vì vậy, hiện ở nhiều cơ sở người ta chỉ tập trung đo các thông số vậy lý - điện.
Nếu các thông số này đạt yêu cầu, thì các thông số suy hao được đảm bảo.
Thông số điện trở suất của dây dẫn tuy không đưa vào bảng thông số Tiêu chuẩn Ngành,
song chính giá trị điện trở suất quy định giá trị điện trở 1 chiều và ảnh hưởng đấn hàng
loạt các thông số khác.
Với nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm dây và cáp điện – điện thoại trong thị trường
cạnh tranh và xuất khẩu ngày càng tăng, yêu cầu kiểm tra đầy đủ các thông số tiêu chuẩn
ngày càng trở nên cấp thiết.
Theo tiêu chuẩn ISO, mỗi cuộn cáp SX ra cần có bảng kiểm tra chất lượng sản phẩm. Vì
vậy nhu cầu thiết bị đo kiểm là rất lớn.
4 Công Ty Cổ Phần Cáp
Sài Gòn
Khu Công Nghiệp Long Thành, Đồng Nai, ĐT:
08-5122919. TGĐ: Ông Phạm Ngọc Cầu
5 Công Ty Cổ Phần Đầu
Tư Và Xây Dựng Bưu
Điện
Thôn Pháp Vân, P. Hoàng Liệt, Q.Hoàng Mai, Tp.Hà
Nội , P.TGĐ: Ô. Lê Đỗ Vinh , 091 3212746
6 Công Ty TNHH Thiết
Bị Thông Tin Comtec
133 Cầu Đất, Hải Phòng, GĐ: Ô. Đặng Hữu Trung,
090 3431409.
7 Nhà Máy Z 143 Xã Thuỵ An, Ba Vì, Hà Tây, ĐT: 034 8 630090
8 Công Ty Liên Doanh
Cáp Taihan-Sacom

Khu Công Nghiệp Long Thành, Đồng Nai, VP: 71-
73 Điện Biên Phủ, P.15, Q. Bình Thạnh, TP.HCM,
ĐT:08-5180786, TGĐ Ha Sung Im
9 Công Ty CP Đầu tư &
Sản xuấtViệt Hàn
Lô số 4, khu Công Nghiệp Điện Nam, Điện Ngọc,
Quảng Nam, ĐT: 0510-946946, TGĐ Huỳnh Tấn
Chung
10 Công Ty CP Trường
Phú

Khu CN Phúc Điền, Cẩm Giàng, Hải Dương. VPĐD
tại Hà Nội, ĐT:04-6402663, TGĐ: Lê Thanh Sơn


Hình 3. Dây chuyền bọc nhựa dây thành phẩm

10

Dây đơn bọc nhựa được hệ thống xoắn đôi thành cặp dây. Các cặp dây xoắn được hệ
thống ghép thành nhóm (hình 2) và cuối cùng bọc nhựa thành phẩm (~ vài chục m/p)
(hình 3).
Các hệ thống hiện đại cũng dựa trên các công đoạn này, Ví dụ dây chuyền Swiscab
(Sacom) tất cả các công đoạn trên được tích hợp thành 1 hệ thống liên tục với đầu vào là
dây đồng và đầu ra là cáp điện thoại thành phẩm.

2. NHỮNG YÊU TỐ CƠ BẢN ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CÁP ĐIỆN -
ĐIỆN THOẠI
Từ khảo sát hệ thống SX dây cáp nói trên có thể thấy ảnh hưởng của thiết bị, vật liệu và
công nghệ lên thông số tiêu chuẩn Ngành như sau:
- Vật liệu dây đồng với đường kính quy định (có hoặc không pha lẫn kim loại khác)
có ảnh hưởng đến giá trị điện trở một chiều và độ dãn dây, lực kéo đứt. Việc xác định
điện trở suất quan trọng để đảm bảo đúng các thông số này theo Tiêu chuẩn Ngành.
- Hệ thống bọc nhựa dây đơn quy định đường kính dây bọc nhựa, theo đó quy định
các điện dung, điện trở cách điện, độ dãn dây, theo Tiêu chuẩn Ngành.
- Hệ thống xoắn đôi với các bước xoắn quy định sẽ ảnh hưởng lớn đến các giá trị
điện dung của cáp.
Việc xác định các thông số cáp thường xuyên cho phép hiệu chỉnh thông số công nghệ
của dây chuyền để đảm bảo tiêu chuẩn đề ra.
3. TÌNH HÌNH TRANG THIẾT BỊ ĐO KIỂM THÔNG SỐ CÁP ĐIỆN - ĐIỆN
THOẠI Ở CÁC CƠ SỞ SX
Tại các cơ sở sản xuất hiện nay sử dụng 2 kiểu đo kiểm chủ yếu sau:
- Sử dụng các thiết bị đo rời rạc như cầu đo trở, máy đo điện dung, Megom kế,…
có kèm theo nguồn cao thế và máy phát. Khi kiểm tra phải tiến hành đo lần lượt các

và Rbv.
- Dải đo cực đại tới 10
10
W, độ chính xác (khi có đất tiêu chuẩn): 0.5% cho
dải tới 10
8

W
, <2% cho dải >10
8

W
,
- Thời gian đo ~ 10 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi dài 1 km, nếu cáp đạt tiêu
chuẩn.
2. Điện trở thuần của từng dây Ra , Rb
- Dải đo từ 0.25 đến 2500 W, độ chính xác 0.2%.
- Thời gian đo ~ 2 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi.
3. Điện dung công tác đo ở tần số 1 kHz giữa hai dây của một cặp Cab, giữa từng
dây với vỏ cáp Cab

, Cbv
- Dải đo cực đại tới 2000 nF, độ chính xác 0.3%.
- Thời gian đo ~ 3 phút cho 1 cuộn cáp 50 đôi.
4. Xác định mức độ mất cân bằng điện trở của từng đôi dây tính theo %.
- Thời gian ~ 1 giây cho 1 cuộn cáp 50 đôi.
5. Độ suy hao truyền dẫn ở 1 kHz
- Dải đo 0 : 64 dB, độ chính xác 0.2%.
- Đo lần lựợt cho từng cặp dây nên cần thời gian cho cả 50 cặp
12

dây,điện dung,…)
- Bộ bàn phím kích thước nhỏ TD-200.
- Khối cao thế HV cấp nguồn đo điện trở cách điện có chỉ thị số (Vielina).
- Khối giao diện đo (Vielina).
- Khối nguồn chuẩn (Siemens).
13
4.2.3. Máy tính 586 , máy in.
- Máy tính đóng vai trò chủ trong quá trình đo đạc. Các lệnh từ máy tính như
Thống số đo, kiểu đo, khoảng đo,…được đưa sang điều khiển PLC để thừa hành.
- Tài liệu đo trong hệ PLC được chuyển vào máy tính để xử lý và hiển thị.
4.2.4. Phần mềm :
- Thu nhận, xử lý số liệu và điều hành thiết bị,
- Tổ chức quản lý dữ liệu.
- Biểu diễn kết quả ở các dạng bảng số và đồ thị.
Để đảm bảo độ đồng nhất kết quả và đơn giản hệ thống, thiết bị đo và điều khiển sử
dụng hệ thống điều khiển logic lập trình (PLC) của Siemens, chứa CPU và các khối vào
ra thông minh. Các kiểu đo và thứ tự cặp dây được nối vào bộ đo qua các chuyển mạch
điều khiển.
Do yêu cầu đo cáp, cần đo điện trở thuần nhỏ của dây ~ 0.05W/m và điện trở cách điện
cao >20GW nên yếu tố chuyển mạch cần điện trở đóng Ron =0 và điện trở ngắt Roff =
¥. Trong thực tế chuyển mạch bán dẫn không đáp ứng yêu cầu này. Thiết bị CQC-50 sử
dụng các rơle loại cần có lò xo kéo với chân ra đặt trên đế cách điện tốt, cho phép thiết
kế hệ đo với độ chính xác đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật.
Khi sử dụng rơle cần lưu ý về thời hạn sử dụng. Để tránh rơle hoạt động nhiều lần trong
quá trình quét đo, hệ thống CQC-50 tổ chức khối rơle đầu vào thành cụm chức năng với
4 đầu ra cho 4 kiểu đo. Ngoài ra chương trình chính sẽ thực hiện đo tất cả các thông số
cho một cặp dây.
14

Hình 4. Sơ đồ khối thiết bị CQC-100

suy ra trở suất của dây đồng. Máy này có giá khoảng 300.000USD. Ở Việt Nam có duy
nhất một nhà máy TAIYA sử dụng phương pháp này.
Trong nước hiện nay chủ yếu vẫn dùng phương pháp đo cầu với điện trở mẫu.
phương pháp này không giải quyết được sai số điện trở tiếp xúc không ổn định (lớn gấp
nhiều lần đoện trở cần đo) và sai số nhiệt độ môi trường.
Hiện trong nước chưa có đơn vị nào nghiên cứu giải quyết bài toán này. 17
PHẦN 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KIỂM ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀ ĐỘ
SUY HAO TRUYỀN DẪN Ở DẢI TẦN SỐ CAO
I. CƠ SỞ VẬT LÝ:
1. ĐIỆN TRỞ SUẤT
Đối với thông số đo điện trở suất của dây dẫn:
Điện trở dây dẫn :

S
l

[
W
mm
2
/m]
Hệ số nhiệt điện trở a
(cho kim loại sạch)
1 Đồng 0.0175 ~0.00367/
0
C
2 Nhôm 0.028 ~0.00367/
0
C
3 Sắt 0.098 ~0.00367/
0
C
Điện trở suất là một thông số quan trọng của dây dẫn điện.
Bằng máy đo chính xác giá trị điện trở của dây dẫn với chiều dài và tiết diện biết trước,
từ công thức (1.1) có thể tính ra giá trị r
tl
S
R
t
=
r
(1.3)
Từ công thức (1.2) có thể quy về giá trị r

Trong đó:
P
1
– công suất phát;
P
2
– công suất thu đầu cuối;
α – giá trị suy hao truyền dẫn đo được, dB.
* Nếu tiến hành đo ở nhiệt độ t khác 20
0
C thì cần qui đổi về giá trị suy hao truyền dẫn ở
20
0
C theo công thức:
)]20(0022.01[
0
-+
=
t
t
a
a
(2.2)
Trong đó:
α
t
– giá trị suy hao đo được ở nhiệt độ t;
α
0
– giá trị suy hao đo được qui đổi về 20

Hình 2.2 Sơ đồ đo cầu và đo trực tiếp.
2. Phương pháp đo điện trở suất của đề tài
Mẫu dây đồng cần đo có đường kính 8mm và chiều dài 1m, điện trở vào khoảng
0.00034(ohm). Như vậy phương pháp đo trực tiếp khó đạt độ chính xác, còn phương
pháp đo cầu đòi hỏi thiết bị đo phải có độ chính xác cao và phải đo trong điều kiện nhiệt
độ xác định. Mặt khác điện trở tiếp xúc của các mối nối sẽ lớn hơn nhiều giá trị cần đo
(0.00034 Ohm) sẽ dẫn đến sai số phép đo.
Đề tài đã thực hiện đo theo phương pháp so sánh giữa điện trở của dây dẫn chuẩn (đã có
thông số về đường kính, trở suất) và dây dẫn cần đo. Phương pháp này có ưu điểm là
không phụ thuộc nhiều vào sự ổn định của dòng điện (đo tức thời cả hai giá trị điện áp
rơi trên hai dây dẫn) cũng như nhiệt độ môi trường đo do cả dây dẫn chuẩn và dây cần
đo cùng đặt trong cùng một điều kiện về nhiệt độ . Sơ đồ như trong hình 2.3 20
Khuyếch đại
sai lệch
Biến
đổi ADC 100KHz
1m
Khuyếch đại
sai lệch
Biến
đổi ADC 100KHz
1m
I
Dây chuẩn
Dây đo
R
R
U
U
r
r
r
r
r
r
==== (2.4)
Suy ra
1
2
2
2
1
1
2
2
rr
D
D
U
U
= (2.5)
Trong đó:
U
1
– Điện áp đo trên dây dẫn chuẩn;

Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn như trên hình 2.4, Công suất đầu phát là P
1
và công suất
đầu thu P
2

~
A
Ta
B
Tb
l
R2
R0
U0
U1
U2
I1
I2
P2
P1Hình 2.4 Sơ đồ đo suy hao truyền dẫn.

0
0
1111
R
U

2
1
log10log10
U
UU
P
P
==
a
(2.9)

4. Đo cách điện
Điện trở cách điện của đôi dây cáp được đặc trưng bởi R
x
, Sơ đồ mạch đo trên hình 2.5

300Vdc
-
U1
U2
R1
R2
R0
Ri
Rx Ux
I1
I2
U0
UUU
xxx
==-+=-= (2.11)
Suy ra
2
21
1021
)(
R
UR
RRRU
R
x
-
+
= (2.12)
Trong đó R
0
, R
1
, R
2
tùy chọn cho phù hợp tầm đo.