高壓電纜故障分析

1、按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)原因、外力破壞四大類。制作電纜頭應(yīng)用的材料分析及改善電場(chǎng)分布的措施。 關(guān)鍵字：電場(chǎng)應(yīng)力、電纜終端頭 一、高壓電纜故障分析 按照故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分類大致分為以下幾類：廠家制造原因、施工質(zhì)量原因、設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)原因、外力破壞四大類。下面進(jìn)行分類介紹： 1、廠家制造原因 廠家制造原因根據(jù)發(fā)生部位不同，又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統(tǒng)原因三類。 1.1電纜本體制造原因 一般在電纜生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內(nèi)有雜質(zhì)、內(nèi)外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護(hù)套密封不

2、良等，有些情況比較嚴(yán)重可能在竣工試驗(yàn)中或投運(yùn)后不久出現(xiàn)故障，大部分在電纜系統(tǒng)中以缺陷形式存在，對(duì)電纜長(zhǎng)期安全運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。 1.2電纜接頭制造原因 高壓電纜接頭以前用繞包型、模鑄型、模塑型等類型，需要現(xiàn)場(chǎng)制作的工作量大，并且因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件的限制和制作工藝的原因，絕緣帶層間不可避免地會(huì)有氣隙和雜質(zhì)，所以容易發(fā)生問題?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)普遍采用的型式是組裝型和預(yù)制型。 電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，不管什么接頭形式，電纜接頭故障一般都出現(xiàn)在電纜絕緣屏蔽斷口處，因?yàn)檫@里是電應(yīng)力集中的部位，因制造原因?qū)е码娎|接頭故障的原因有應(yīng)力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等原因。 1.3電纜接地系統(tǒng)

3、電纜接地系統(tǒng)包括電纜接地箱、電纜接地保護(hù)箱（帶護(hù)層保護(hù)器）、電纜交叉互聯(lián)箱、護(hù)層保護(hù)器等部分。一般容易發(fā)生的問題主要是因?yàn)橄潴w密封不好進(jìn)水導(dǎo)致多點(diǎn)接地，引起金屬護(hù)層感應(yīng)電流過(guò)大。另外護(hù)層保護(hù)器參數(shù)選取不合理或質(zhì)量不好氧化鋅晶體不穩(wěn)定也容易引發(fā)護(hù)層保護(hù)器損壞。 2、施工質(zhì)量原因 因?yàn)槭┕べ|(zhì)量導(dǎo)致高壓電纜系統(tǒng)故障的事例很多，主要原因有以下幾個(gè)方面：一是現(xiàn)場(chǎng)條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時(shí)環(huán)境和工藝要求都很高，而施工現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、灰塵都不好控制。二是電纜施工過(guò)程中在絕緣表面難免會(huì)留下細(xì)小的滑痕，半導(dǎo)電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭施工過(guò)程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會(huì)吸入水分

4、，這些都給長(zhǎng)期安全運(yùn)行留下隱患。三是安裝時(shí)沒有嚴(yán)格按照工藝施工或工藝規(guī)定沒有考慮到可能出現(xiàn)的問題。四是竣工驗(yàn)收采用直流耐壓試驗(yàn)造成接頭內(nèi)形成反電場(chǎng)導(dǎo)致絕緣破壞。五是因密封處理不善導(dǎo)致。中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中保證鉛封的密實(shí)，這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。 3、設(shè)計(jì)原因 因電纜受熱膨脹導(dǎo)致的電纜擠傷導(dǎo)致?lián)舸＝宦?lián)電纜負(fù)荷高時(shí)，線芯溫度升高，電纜受熱膨脹，在隧道內(nèi)轉(zhuǎn)彎處電纜頂在支架立面上，長(zhǎng)期大負(fù)荷運(yùn)行電纜蠕動(dòng)力量很大，導(dǎo)致支架立面壓破電纜外護(hù)套、金屬護(hù)套，擠入電纜絕緣層導(dǎo)致電纜擊穿。 二、高壓電纜頭制作技術(shù) 1、高壓電纜頭的基本要求 電纜

5、終端頭是將電纜與其他電氣設(shè)備連接的部件，電纜中間頭是將兩根電纜連接起來(lái)的部件，電纜終端頭與中間頭統(tǒng)稱為電纜附件。電纜附件應(yīng)與電纜本體一樣能長(zhǎng)期安全運(yùn)行，并具有與電纜相同的使用壽命。良好的電纜附件應(yīng)具有以下性能： 線芯聯(lián)接好: 主要是聯(lián)接電阻小而且聯(lián)接穩(wěn)定，能經(jīng)受起故障電流的沖擊；長(zhǎng)期運(yùn)行后其接觸電阻不應(yīng)大于電纜線芯本體同長(zhǎng)度電阻的1.2倍；應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、耐振動(dòng)、耐腐蝕性能；此外還應(yīng)體積小、成本低、便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。 絕緣性能好: 電纜附件的絕緣性能應(yīng)不低于電纜本體，所用絕緣材料的介質(zhì)損耗要低，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)對(duì)電纜附件中電場(chǎng)的突變能完善處理，有改變電場(chǎng)分布的措施。 2、電場(chǎng)分布原理 高壓電纜每一

6、相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導(dǎo)電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場(chǎng)。也就是說(shuō)，正常電纜的電場(chǎng)只有從（銅）導(dǎo)線沿半徑向（銅）屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場(chǎng)（電力線），電場(chǎng)分布是均勻的。 在做電纜頭時(shí)，剝?nèi)チ似帘螌?，改變了電纜原有的電場(chǎng)分布，將產(chǎn)生對(duì)絕緣極為不利的切向電場(chǎng)（沿導(dǎo)線軸向的電力線）。在剝?nèi)テ帘螌有揪€的電力線向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，我們采取分散這集中的電力線（電應(yīng)力），用介電常數(shù)為2030，體積電阻率為1081012cm 材料制作的電應(yīng)力控制管（簡(jiǎn)稱應(yīng)力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場(chǎng)應(yīng)力（電力線）

7、，保證電纜能可靠運(yùn)行。 要使電纜可靠運(yùn)行，電纜頭制作中應(yīng)力管非常重要，而應(yīng)力管是在不破壞主絕緣層的基礎(chǔ)上，才能達(dá)到分散電應(yīng)力的效果。在電纜本體中，芯線外表面不可能是標(biāo)準(zhǔn)圓，芯線對(duì)屏蔽層的距離會(huì)不相等，根據(jù)電場(chǎng)原理，電場(chǎng)強(qiáng)度也會(huì)有大小，這對(duì)電纜絕緣也是不利的。為盡量使電纜內(nèi)部電場(chǎng)均勻，芯線外有一外表面圓形的半導(dǎo)體層，使主絕緣層的厚度基本相等，達(dá)到電場(chǎng)均勻分布的目的。 在主絕緣層外，銅屏蔽層內(nèi)的外半導(dǎo)體層，同樣也是消除銅屏蔽層不平，防止電場(chǎng)不均勻而設(shè)置的。 為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場(chǎng)應(yīng)力分散，應(yīng)力管與銅屏蔽層的接觸長(zhǎng)度要求不小于20mm，短了會(huì)使應(yīng)力管的接觸面不足，應(yīng)力管上的電力線會(huì)傳導(dǎo)不足（

8、因?yàn)閼?yīng)力管長(zhǎng)度是一定的），長(zhǎng)了會(huì)使電場(chǎng)分散區(qū)（段）減小，電場(chǎng)分散不足。一般在2025mm左右。 在做中間接頭時(shí)，必須把主絕緣層也剝?nèi)ヒ徊糠郑揪€用銅接管壓接后，用填料包平（圓）。有二種制作方法： 熱縮套管: 用熱縮材料制作的主絕緣套管縮住，主絕緣套管外縮半導(dǎo)體管，再包金屬屏蔽層，最后外護(hù)套管。 預(yù)制式附件: 所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。為中空的圓柱體，內(nèi)孔壁是半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層外是主絕緣材料。 預(yù)制式安裝要求比熱縮的高，難度大。管式預(yù)制件的孔徑比電纜主絕緣層外徑小25mm。中間接頭預(yù)制管要兩頭都套在電纜的主絕緣層外，各與主絕緣層連接長(zhǎng)度不小于10mm。電纜主絕緣頭上不必削鉛筆頭（在電纜芯線

9、上盡量留半導(dǎo)體層）。 銅接管表面要處理光滑，包適量填料。 關(guān)鍵技術(shù)問題：附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定的要求。另外也需采用硅脂潤(rùn)滑界面，以便于安裝,同時(shí)填充界面的氣隙，消除電暈。預(yù)制附件一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用，有時(shí)可采用密封膠及彈性?shī)A具增強(qiáng)密封。預(yù)制管外面同熱縮的一樣，半導(dǎo)體層和銅屏蔽層，最外面是外護(hù)層。 3、電纜終端電應(yīng)力控制方法 電應(yīng)力控制是中高壓電纜附件設(shè)計(jì)中的極為重要的部分。電應(yīng)力控制是對(duì)電纜附件內(nèi)部的電場(chǎng)分布和電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)行控制，也就是采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使得電?chǎng)分布和電場(chǎng)強(qiáng)度處于最佳狀態(tài)，從而提高電纜附件運(yùn)行的可靠性和使用壽命。 對(duì)于電纜終端而言，電場(chǎng)畸變最

10、為嚴(yán)重，影響終端運(yùn)行可靠性最大的是電纜外屏蔽切斷處，而電纜中間接頭電場(chǎng)畸變的影響，除了電纜外屏蔽切斷處，還有電纜末端絕緣切斷處。為了改善電纜絕緣屏蔽層切斷處的電應(yīng)力分布，一般采用以下幾種方法： 3.1 幾何形狀法 采用應(yīng)力錐緩解電場(chǎng)應(yīng)力集中： 應(yīng)力錐設(shè)計(jì)是常見的方法，從電氣的角度上來(lái)看也是最可靠的最有效的方法。應(yīng)力錐通過(guò)將絕緣屏蔽層的切斷處進(jìn)行延伸，使零電位形成喇叭狀，改善了絕緣屏蔽層的電場(chǎng)分布，降低了電暈產(chǎn)生的可能性，減少了絕緣的破壞，保證了電纜的運(yùn)行壽命。 采用應(yīng)力錐設(shè)計(jì)的電纜附件有繞包式終端、預(yù)制式終端、冷縮式終端。 3.2 參數(shù)控制法 采用高介電常數(shù)材料緩解電場(chǎng)應(yīng)力集中 高介電常數(shù)材料

11、：采用應(yīng)力控制層-上世紀(jì)末國(guó)外開發(fā)了適用于中壓電纜附件的所謂應(yīng)力控制層。其原理是采用合適的電氣參數(shù)的材料復(fù)合在電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面上，以改變絕緣表面的電位分布，從而達(dá)到改善電場(chǎng)的目的。另一方法是增大屏蔽末端絕緣表面電容（Cs，從而降低這部分的容抗，也能使電位降下來(lái)，容抗減小會(huì)使表面電容電流增加，但不會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱，由于電容正比于材料的介電常數(shù)，也就是說(shuō)要想增大表面電容，可以在電纜屏蔽末端絕緣表面附加一層高介電常數(shù)的材料。 目前應(yīng)力控制材料的產(chǎn)品已有熱縮應(yīng)力管、冷縮應(yīng)力管、應(yīng)力控制帶等等，一般這些應(yīng)力控制材料的介電常數(shù)都大于20，體積電阻率為108-1012.cm。應(yīng)力控制材料的應(yīng)用，要兼顧

12、應(yīng)力控制和體積電阻兩項(xiàng)技術(shù)要求。 雖然在理論上介電常數(shù)是越高越好，但是介電常數(shù)過(guò)大引起的電容電流也會(huì)產(chǎn)生熱量，促使應(yīng)力控制材料老化。同時(shí)應(yīng)力控制材料作為一種高分子多相結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，在材料本身配合上，介電常數(shù)與體積電阻率是一對(duì)矛盾，介電常數(shù)做得越高，體積電阻率相應(yīng)就會(huì)降低，并且材料電氣參數(shù)的穩(wěn)定性也常常受到各種因素的影響，在長(zhǎng)時(shí)間電場(chǎng)中運(yùn)行，溫度、外部環(huán)境變化都將使應(yīng)力控制材料老化，老化后的應(yīng)力控制材料的體積電阻率會(huì)發(fā)生很大的變化，體積電阻率變大，應(yīng)力控制材料成了絕緣材料，起不到改善電場(chǎng)的作用，體積電阻率變小，應(yīng)力控制材料成了導(dǎo)電材料，使電纜出現(xiàn)故障。這就是應(yīng)用應(yīng)力控制材料改善電場(chǎng)的熱縮式電纜附

13、件為什么只能用于中壓電力電纜線路和熱縮式電纜附件經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因所在，同樣采用冷縮應(yīng)力管和應(yīng)力控制帶的電纜附件也有類似問題。 采用非線性電阻材料-非線性電阻材料（FSD）也是近期發(fā)展起來(lái)的一種新型材料，它利用材料本身電阻率與外施電場(chǎng)成非線性關(guān)系變化的特性，來(lái)解決電纜絕緣屏蔽切斷處電場(chǎng)集中分布的問題。非線性電阻材料具有對(duì)不同的電壓有變化電阻值的特性。當(dāng)電壓很低的時(shí)候，呈現(xiàn)出較大的電阻性能；當(dāng)電壓很高的時(shí)候，呈現(xiàn)出較小的電阻性能。采用非線性電阻材料能夠生產(chǎn)出較短的應(yīng)力控制管，從而解決電纜采用高介電常數(shù)應(yīng)力控制管終端無(wú)法適用于小型開關(guān)柜的問題。 非線性電阻材料亦可制成非線性電阻片（應(yīng)力控制片），直

14、接繞包在電纜絕緣屏蔽切斷處上，緩解這一點(diǎn)的應(yīng)力集中的問題。 4、中低壓電纜附件主要種類 中低壓電纜附件目前使用得比較多的產(chǎn)品種類主要有熱收縮附件、預(yù)制式附件、冷縮式附件。它們分別有以下特點(diǎn)： 4.1 熱收縮附件 所用材料一般為以聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯（EVA）及乙丙橡膠等多種材料組分的共混物組成。該類產(chǎn)品主要采用應(yīng)力管處理電應(yīng)力集中問題。亦即采用參數(shù)控制法緩解電場(chǎng)應(yīng)力集中。主要優(yōu)點(diǎn)是輕便、安裝容易、性能尚好，價(jià)格便宜。 應(yīng)力管是一種體積電阻率適中（1010-1012cm），介電常數(shù)較大（20-25）的特殊電性參數(shù)的熱收縮管，利用電氣參數(shù)強(qiáng)迫電纜絕緣屏蔽斷口處的應(yīng)力疏散成沿應(yīng)力管較均勻的分布。這

15、一技術(shù)一般用于35kV及以下電纜附件中。因?yàn)殡妷旱燃?jí)高時(shí)應(yīng)力管將發(fā)熱而不能可靠工作。 其使用中關(guān)鍵技術(shù)問題是： 要保證應(yīng)力管的電性參數(shù)必須達(dá)到上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值方能可靠工作。另外要注意用硅脂填充電纜絕緣半導(dǎo)電層斷口出的氣隙以排除氣體，達(dá)到減小局部放電的目的。交聯(lián)電纜因內(nèi)應(yīng)力處理不良時(shí)在運(yùn)行中會(huì)發(fā)生較大收縮，因而在安裝附件時(shí)注意應(yīng)力管與絕緣屏蔽搭蓋不少于20mm，以防收縮時(shí)應(yīng)力管與絕緣屏蔽脫離。熱收縮附件因彈性較小，運(yùn)行中熱脹冷縮時(shí)可能使界面產(chǎn)生氣隙，因此密封技術(shù)很重要，以防止潮氣浸入。 4.2 預(yù)制式附件 所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。主要采用幾何結(jié)構(gòu)法即應(yīng)力錐來(lái)處理應(yīng)力集中問題。 其主要優(yōu)點(diǎn)是

16、材料性能優(yōu)良，安裝更簡(jiǎn)便快捷，無(wú)需加熱即可安裝，彈性好，使得界面性能得到較大改善。是近年來(lái)中低壓以及高壓電纜采用的主要形式。存在的不足在于對(duì)電纜的絕緣層外徑尺寸要求高，通常的過(guò)盈量在25mm（即電纜絕緣外徑要大于電纜附件的內(nèi)孔直徑25mm），過(guò)盈量過(guò)小，電纜附件將出現(xiàn)故障；過(guò)盈量過(guò)大，電纜附件安裝非常困難（工藝要求高）。特別在中間接頭上問題突出，安裝既不方便，又常常成為故障點(diǎn)。此外價(jià)格較貴。 其使用中關(guān)鍵技術(shù)問題是： 附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定的要求。另外也需采用硅脂潤(rùn)滑界面，以便于安裝,同時(shí)填充界面的氣隙。預(yù)制附件一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用，有時(shí)可采用密封膠及彈

17、性?shī)A具增強(qiáng)密封。 4.3 冷縮式附件 所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。冷縮式附件一般采用幾何結(jié)構(gòu)法與參數(shù)控制法來(lái)處理電應(yīng)力集中問題。幾何結(jié)構(gòu)法即采用應(yīng)力錐緩解電場(chǎng)集中分布的方式要優(yōu)于參數(shù)控制法的產(chǎn)品。 與預(yù)制式附件一樣，材料性能優(yōu)良、無(wú)需加熱即可安裝、彈性好，使得界面性能得到較大改善，與預(yù)制式附件相比，它的優(yōu)勢(shì)在如安裝更為方便，只需在正確位置上抽出電纜附件內(nèi)襯芯管即可安裝完工。所使用的材料從機(jī)械強(qiáng)度上說(shuō)比預(yù)制式附件更好，對(duì)電纜的絕緣層外徑尺寸要求也不是很高，只要電纜附件的內(nèi)徑小于電纜絕緣外徑2mm（資料上這樣的，這與預(yù)制式附件要求25mm有偏差-編者）就完全能夠滿足要求。因此冷縮式附件施工安裝

18、比較方便。其最大特點(diǎn)是安裝工藝更方便快捷，安裝到位后，其工作性能與預(yù)制式附件一樣。價(jià)格與預(yù)制式附件相當(dāng)，比熱收縮附件略高，是性價(jià)比最合理的產(chǎn)品。 另外，冷縮式附件產(chǎn)品從擴(kuò)張狀況還可分為工廠擴(kuò)張式和現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)張式兩種，一般35kV及以下電壓等級(jí)的冷縮式附件多采用工廠擴(kuò)張式，其有效安裝期在6個(gè)月內(nèi)，最長(zhǎng)安裝期限不得超過(guò)兩年，否則電纜附件的使用壽命將受到影響。66kV及以上電壓等級(jí)的冷縮式附件則多為現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)張式，安裝期限不受限制，但需采用專用工具進(jìn)行安裝，專用工具一般附件制造廠均能提供，安裝十分方便，安裝質(zhì)量可靠。 5、鉛筆頭問題 在制作終端頭時(shí)，可以不削鉛筆頭。但是，如電纜絕緣端部與接線金具之間需包繞密

19、封帶時(shí)，為保證密封效果，通常將絕緣端部削成錐體，以保證包繞的密封帶與絕緣能很好的粘合。在制作中間接頭時(shí)，如果所裝接頭為預(yù)制型結(jié)構(gòu)（含預(yù)制接頭、冷縮接頭），絕緣端部不要削成錐體，因?yàn)檫@種類型的接頭，在接頭內(nèi)部中間部分都有一根屏蔽管，該屏蔽管的長(zhǎng)度只比銅或鋁連接管稍長(zhǎng)，如電纜絕緣削成錐體，錐體的根部將離開屏蔽管，連接管部分的空隙將不會(huì)被屏蔽，從而影響到接頭的性能，造成接頭在中部擊穿。如果所裝接頭為熱縮型或繞包型結(jié)構(gòu)時(shí)，絕緣端部必須削成錐體，即制成反應(yīng)力錐，同時(shí)必須將錐面用砂帶拋光，因?yàn)殄F面的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于絕緣端部直角邊的長(zhǎng)度，故而沿著錐面的切向場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)小于絕緣直角邊的切向場(chǎng)強(qiáng)，沿錐面擊穿的可能性大大降低

20、，從而提高了接頭的性能。 6、應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠 電纜附件中應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠主要用于緩和分散電應(yīng)力的作用，應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠的材質(zhì)構(gòu)成都是由多種高分子材料共混或共聚而成，一般基材是極性高分子，再加入高介電常數(shù)的填料等等。應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠中是否含有半導(dǎo)體成分這就要看生產(chǎn)廠家的材料配方了，有可能有，也可能沒有。 7、電纜接地問題 在制作電纜頭時(shí)，將鋼鎧和銅屏蔽層分開焊接接地，是為了便于檢測(cè)電纜內(nèi)護(hù)層的好壞，在檢測(cè)電纜護(hù)層時(shí)，鋼鎧與銅屏蔽間通上電壓，如果能承受一定的電壓就證明內(nèi)護(hù)層是完好無(wú)損。如果沒有這方面的要求，用不著檢測(cè)電纜內(nèi)護(hù)層，也可以將鋼鎧與銅屏蔽層連在一起接地（提倡分開引出后接地）。 電力安全規(guī)程規(guī)定：35kV及以下電壓等級(jí)的電纜都采用兩端接地方式，這是因?yàn)檫@些電纜大多數(shù)是三芯電纜，在正常運(yùn)行中，流過(guò)三個(gè)線芯的電流總和為零，在鋁包或