电力电缆的基础知识

PAGE4电力电缆的基础知识电力电缆的分类按绝缘材料的不同可分为（常用）：油浸纸绝缘电缆（PILC）2、交联聚乙烯电缆（XLPE）聚乙烯电缆（PE）4、聚氯乙烯电缆（PVC）橡胶电缆（EPR）按电压等级来分：可分为低、中压电力电缆（35kV及以下），高压电力电缆（110kV、220kV）和超高压电力电缆（500kV）。电力电缆的结构有五种典型结构，其结构示意图如图1所示：图1-a.单芯电缆I图1-b、单芯电缆II图1-c三芯电缆I图1-d三芯电缆II图1-e三芯电缆III电缆结构示意图图1中，导体芯线和绝缘层是必须的电缆组成部分，导体芯线的材料通常为铜芯和多股铝芯，绝缘材料如上所述有四大类。图1-a所示的单芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构，金属屏蔽层为铅包，外护层由钢带和塑料材料等组成；图1-b中所示的单芯电缆，通常是塑料交联聚乙烯（XLPE）绝缘介质电缆的典型结构，比图1-a中的结构多了内外半导电层和石墨层，而金属屏蔽层一般为铜带，金属护套可能是钢带（丝）、铝、铜或不锈钢等材质；图1-c所示的三芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构，与图1-a所示的单芯电缆结构基本相同；图1-d所示的三芯电缆，多为塑料聚乙烯（PVC）绝缘介质和橡皮绝缘介质电缆，一般为6kV以下低等级电缆典型结构，这样的结构也有四芯电缆情况。图1-e所示的三芯电缆，多为XLPE绝缘介质电缆的结构与图1-a所示的单芯电缆基本相同。分析五种电缆的典型构造，归总进来，电缆主要由五部分组成：导体芯线、绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、外护套层。电力电缆故障的基本知识电力电缆故障分类由于电力电缆的种类较多，结构组成不尽一致，加上人们的工作属性和人们的目的要求不同等原因，使得电缆故障的分类方法较多，这里归纳以下几种情况：按电缆的组成材料分类（物理特性）分析电力电缆的结构组成，我们可以得出电缆主要由两大部分组成：金属导体：如导体芯线、金属屏蔽层、金属外护套等；绝缘体：如主绝缘层（油浸纸、聚氯乙烯（XLPE）、聚乙烯（PVC）、橡胶（PE））；非金属外护层（PE、PVC），因此电缆故障也分为两大类：1、导体故障（开路故障）：顾名思义，导体故障是电缆中的金属导体所出现的故障，这里主要指芯线导体（如铜线、铝线）和金属屏蔽层（如铅包、铜带）故障。以导体芯线为例，如图2所示：电缆的其中一相对地绝缘层电导特性变坏，形成泄漏性故障，即此相对地绝缘层形成了固定的电阻通道，其电阻值或大或小或为零，这种故障其电缆导体是良好的。单相故障电缆的其中一相对地绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄漏性或闪络性故障。这种故障情况其电缆导体芯线和相间绝缘是良好的。相间故障电缆中的两相间或三（四）相间绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄漏性或闪络性故障。这种故障情况其电缆导体芯线和相对地绝缘是良好的。相间并对地故障电缆的两相之间并对地或三相之间并对地形成泄漏性或闪络性故障。开路故障电缆的一芯或多芯导体或者金属屏蔽层完全断线或似断非断的情况，我们称之为开路故障。混合性故障电缆中同时存在两种以上故障的情况而称之为混合性故障。按电缆故障发生的原因分类分析电缆故障发生的原因，情况很多，而直接的原因总归起来有三种情况，也即有三种故障类型：运行故障电力电缆在运行过程中发生故障，此类故障通常以单相或多相并对地泄漏性故障较多。预试故障电力电缆在做预防性试验时发生故障。由于规程上规定在现场电缆只做直流耐压试验。因此以往此类故障以闪络性故障居多，也有泄漏性故障。如果以后现场电缆要做交流耐压试验，那么电缆故障的情况将会有所变化。外力破坏形成故障电力电缆由于人为破坏或自然因素破坏而形成的各种类型故障。按电缆故障发生的部位分类分析电缆的结构组成和整体线路情况，我们可把电缆故障按照下列形式分类：主绝缘故障电缆的导体芯线与地或金属屏蔽层之间绝缘受损形成各种性质故障。一般来讲，35KV及以下等级电缆，其绝大多数故障属于此类故障。护套故障一般指电缆的金属护套（层）或绝缘护套受损形成的故障，实际中能够发现的是金属护套对大地之间绝缘护套的故障。此类故障以泄漏性故障居多。护套故障只有在66KV及以上高电压等级电缆才涉及到。本体故障完整的输电电缆由电缆本体和电缆接头两大部分组成。因此电缆的故障肯定发生在电缆本体和电缆接头。电缆的本体可出现不同性质的故障。通常因产品质量和外因损坏为主要原因。接头故障应用电缆供电，不论电缆长短，肯定存在终始端两个接头。对于长距离供电电缆或者当电缆出现故障修复后，电缆也肯定有连接头，即中间接头。通常电缆故障的相当一部分为接头故障，其表现性质各不相同。但通常以多相并对地泄漏性高阻故障居多数。按故障外表特性或人的直觉性分类：从电缆故障发生的外特性来分析，通常有两种类型故障：外露性故障很显然，通过人的眼睛观察，可以直接发现故障点，如:电缆的外护层或绝缘层等有明显的损坏现象。这种故障多数为单相或多相对地泄漏性故障。封闭性故障与外露性故障相比较，电缆的外表完整无缺，电缆的外护层及屏蔽无明显的损坏痕迹，这也可以称之为电缆的内伤。在过去，封闭性故障往往和闪络性故障相联系，更确切的讲是一种故障两种称谓。因为过去油浸纸介质电缆比较多。闪络性故障多以在做预试时发现，而电缆做预试的过程很短，电压不足以把电缆外护层及铅包损坏，因此而为封闭性。由于近几年XLEP电缆的增多，它的物理特性与油浸纸电缆有所不同，往往泄漏性甚至短路，其故障点仍然封闭。因此，我们不能把闪络性故障和封闭性故障混为一谈。按电缆的耐压等级分类电力电缆按其耐压等级分类，一般有以下几种常规类型：1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV电缆，但分析各种等级电缆结构组成，就其共性而言，一般分为三大类：低压电缆故障在这里我们把6kV以下的各种电力电缆故障叫做低压电缆故障。实际中，低压电缆故障以相对地（或金属护套）、相间或相间并对地泄漏性故障为多数，开路故障也较常见。从外特性看，低压电缆故障多表现为外露型故障。中压电缆故障以6kV、10kV及35kV等级电缆为代表的中压电缆，在实际中使用的最多。因此中压电缆故障是人们最关切的。此类电缆通常只考虑导体芯线，金属屏蔽层，主绝缘层三种材料中发生的故障，经常出现以下几种类型故障：开路故障、相对地、相间或相间并对地泄漏性故障、闪络性故障。高压电缆故障我们把35kV级以上的各种电缆称为高压电缆。近几年高压电缆在我国各地得到了较多的使用，分析其结构组成和总结各地使用情况，此类电缆故障通常有两大类故障：导体芯线与主绝缘层所发生的故障：其故障类型及性质和中压电缆故障情况相同。金属护套与非金属护套所发生的故障：其故障性质多以金属护套对大地泄漏性故障较多。按电缆损坏程度分类电力电缆出现故障后，其损坏的严重程度差别比较大，我们这里从查找故障的角度出发进行分类：单点故障电力电缆出现故障是在电缆中的某一个点上，不管是单相对地，相间并对地,还是混合型故障。实际中电缆故障多数为单点故障。多点故障相对于单点故障，多点故障指的是同条电缆中有多个距测量端（终始端头）不同距离的故障点。在实际中也常见到。大面积或长距离故障相对于电缆的点故障，大面积故障通常指的是电缆中的某一段绝缘层损坏，如常见的电缆中大面积受潮故障。质量问题这一点本来不属于电缆故障分类范畴，但实际上在我国常常发现有些用户电缆在使用很短一段时间后，出现整个电缆的主绝缘层电介强度下降，泄漏电流很大，表现为泄漏性故障的情况。用户在现场有时很难判别是故障点还是质量问题。按故障的测量方法分类电力电缆故障的测量方法比较多，这里我们以最常用的两种电缆故障测量方法为依据对故障进行分类。按电桥测量法分类电桥法测电缆故障大家都比较熟悉，通常有三种电桥测量方法：低压电桥法、高压电桥法、电容电桥法，因此而把电缆故障分为三种类型故障：低阻故障：对应于低压电桥法，凡能用低压电桥法测量的一类相间或相对地故障，通常当相间或相对地电阻值小于10kΩ时才能用此方法测量。因此而把电缆相间或相对地故障电阻小于10kΩ的故障称之为低阻故障。但阻值大于数百kΩ，高压电桥法测量是无能为力的。高阻故障：相对于低阻故障，当电缆相间或相对地故障电缆值大于10kΩ称之为高阻故障，也对应于高压电桥法。开路故障：对应于电容电桥法，一般指电缆的导体芯线出现断线的情况。因此而看出，由于电桥法本身的测量原理决定了电桥法测电缆故障的局限性，所以，以电桥法对电缆故障分类带有很大的局限性。按行波反射理论分类目前，电力电缆故障使用最多的粗测方法就是行波反射法，也叫脉冲反射法。由于脉冲反射法有两种基本方法：低压脉冲法和高压脉冲法（通常所说的“闪络法”），这样便将电缆故障分为以下几种类型故障。开路故障：包括导体芯线和金属屏蔽层以及金属外护套等断线和似断非断故障。一般可采用低压脉法冲进行测试。低阻故障：若电缆的相间或相对地出现泄漏性故障，当其电阻值Rg小于某一数值RD而能用低压脉冲法测量的一类故障。与电桥法的低阻故障不同，由于有以下几个因素存在使得RD没有一个确切的数值。原因一：由于低压脉冲法中的低压二字很不确切，测量脉冲的幅值多少为低没有严格的规定。一般来讲，脉冲幅度越高，RD越大，反之亦然。也与仪器提供的脉冲宽度有关，脉宽越宽RD就越大，反之就越小。原因二：RD的大小与提供的测量仪器灵敏度有关，一般来讲，仪器的灵敏度越高RD就越大，反之RD就小。原因三，与被测电缆结构或衰减程度有关，由于仪器提供的是高频脉冲信号，在实际中，电信号通过输电线路都会产生损耗，即有衰减现象，信号频率越高衰减越大，传输越远衰减越大。由于电缆的粗细不同，所用绝缘材料不同及电缆的结构不同等，其衰减程度也不一样。如10kV油浸纸和10kVXLPE电缆由于有非常好的金属屏蔽层，信号衰减就很小，而同样粗的1kV低压电缆，由于没有好的金属屏蔽层，信号衰减非常大。因此，同样的故障电阻值，在10kV电缆中就能测试出来故障反射，而1kV电缆就测不出。原因四，与故障点和测量仪器的相对距离有关，由于电信号的衰减程度与输电线缆的长度有关，所以，同一条电缆中的同一个故障点，仪器在距故障点较近的一端测量就可以测得出来，在距故障点较远的另一端就测不出来。原因五，与测量仪器与被测电缆的匹配情况有关。一些地方和相关资料上把泄漏电阻Rg小于被测电缆的特性阻抗Zc称之为低阻故障，这是个错误的概念，至少是片面的。电缆的特性阻抗指的是电缆传输微波信号或高频脉冲信号时所表现的一种参数，只与电缆的几何尺寸和绝缘介质有关，是个常量，一般在十几列几十欧姆。由理论与实践证明，只有当电缆的泄漏故障在电缆的终端头上而阻值小于电缆的特性阻抗的情况才叫低阻故障，实际中出现的概率很少。高阻故障：相对于低阻故障，凡不能用所提供仪器的低压脉冲法测量的电缆绝缘损伤故障都叫做电缆的高阻故障。此类故障通常采用“高压脉冲反射法”即“闪络法”进行故障点测量，包括泄漏性高阻和闪络性高阻两种故障。电缆故障成因电力电缆出现故障，其形成原因比较多，这里归纳如下几种情况：电缆生产质量问题在我国，常用的中低压电缆其生产技术是非常成熟的，因此电缆的产品质量问题不存在设计及工艺问题，主要是生产管理和市场管理问题。如一10kV运行的XLPE电缆，出现故障才发现电缆中的铜屏蔽层不连续，甚至严重到了有一段电缆没有铜屏蔽层。由于市场竞争激烈，出现一些生产的XLPE成品电缆竞没有半导电层，导体芯线易扭断等难已想象的质量问题。电缆施工质量问题电缆在安装施工过程中，没有严格按照有关电缆的安装要求施工，如电缆的扭曲，打折等。电缆接头的制做问题电缆的接头附件质量问题是一个方面，主要还是接头的制做质量问题。如XLPE电缆接头，有些单位连屏蔽层都不加，有的虽然有屏蔽层，但接头两边连接不好等。因此在一些单位，电缆故障中100%为接头处故障。电缆的管理问题如一些单位让电缆长期过负荷运行，电缆路径与热力管道交叉，长期工作在有腐蚀性的环境中（如浸在有腐蚀性的酸或碱性水中）等，这些都有可能造成电缆的绝缘老化，形成各种故障。又如电缆受外力破坏，直接形成各种故障和造成故障隐患等。电力电缆故障的判别方法如上较详细地分析了电力电缆的故障分类，在本节，我们从用户管理的角度讲述电力电缆故障的判别方法。以供参考：分析故障类型，总结如下：开路故障对于单芯电缆，在终端将芯线与金属屏蔽层短接，在始端用Ω表，(三用表)测量A到屏蔽层的电阻值，RA应稍大于RO=L/S（Ω）,一般应满足RA＜2RO条件。若RA=∞,为开路故障；若∞＞RA＞＞2R0为似断非断故障。a单芯电缆b三芯电缆对于三芯电缆，若电缆有金属屏蔽层，在终端将三相与金属屏蔽层短接，用Ω表在始端分别测量三相到屏蔽层以及三相间的电阻值，三相电阻应基本平衡且应满足RA.B.C＜2R0条件.若RAC、RBC、RAC任意两组数据与RA、RB、RB任意一组数据中的电阻值为∞或较大时，可判断为开路故障。若电缆无金属屏蔽层，可不测量相对地电阻应测量相间电阻。应注意在判别时尽可能不要用MΩ表。另外一种判别方法就是应用低压脉冲法测量。通过用脉冲法测量电缆的相对长度及脉冲反射波形来判断电缆是否存在开路故障，此时无需将电缆另一端短接。此方法对芯线及金属屏蔽层都可非常有效地检测。泄漏性低阻故障（简称低阻故障）如前所述，低阻故障有两个不同的定义，依据电阻电桥法和依据低压脉冲法。依据电桥法，用Ω表或万用表测量电缆相间和相对地（或金属屏蔽层）电阻值，若电阻值小于10KΩ可认为是低阻故障。依据脉