高压电气设备预防性试验电缆

1,高压电气设备 预防性试验(电缆),2,第五章 电缆及其附件,第一节 电缆的种类、结构和特点 第二节 高压电缆的绝缘特性 第三节 电缆线路的输送容量 第四节 电缆终端和中间接头 第五节 电缆的绝绝试验 第六节 电缆的故障探测,3,电缆的种类、结构和特点,1. 电力电缆的种类 (1)按绝缘材料分有：油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡皮绝缘、和交联聚乙烯等。此外还有正在发展的低温油浸电缆和超导电缆。 (2)按电压分为：高压电缆和低压电缆。 (3) 接使用环境分有：直埋、穿管、河底、矿井、船用、空气中、高海拔、潮热区、大高差。 (4) 按线芯数分有：单芯、双芯、三芯和四芯。 (5) 按结构特征分有：统包型、分相型 等。如图 目前,6KV及以下主要使用橡皮绝缘电缆,10KV及以上均使用交联聚乙烯电缆。,4,电缆的种类、结构和特点,2、电力电缆的基本结构由线芯(导体) 、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。 (1)线芯：铜、铝。电缆的截面采用规范化的方式进行定型生产。芯线按数目分单芯、双芯、三芯和四芯；按截面形状分为圆形、半圆形、和扇形。根据电缆不同品种与规格,线芯可以制成实体,也可以制成绞合线芯,绞合线芯由单线和成型单线绞合而成。 (2)绝缘层：包在导线外面起绝缘作用。绝缘层材料要求选用耐压强度高、介质损耗低、耐电晕性能好、化学性能稳定、耐低温、耐热性能好、机械加工性能好、使用寿命长、价格便宜的材料。可分为纸绝缘、橡皮绝缘、塑料绝缘三种。,5,电缆的种类、结构和特点,(3)屏蔽层：屏蔽层的作用： 防止由电晕形成的损环； 限制介质场进入电缆或导体绝缘内侧； 给出对称的场强，平滑电压强度； 减少感应电压； 增加对人的安全性。 6KV及以上的电缆一般都有导电屏蔽层和绝缘屏蔽层。导电屏蔽层的作用是消除导体表面的不光滑(多股导线绞合产生的尖端)所引起导体表面电场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有较好的接触。同样为了使绝缘层和金属护套有较好接触，一般在绝缘层外表面均包有外屏蔽层。油纸电缆的导体屏蔽材料一般用金属化纸带或半导电纸带。绝缘屏蔽层一般采用半导体电纸带。塑料、橡皮绝缘电缆的导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮。对无金属护套的塑料、橡胶电缆，在绝缘屏蔽外还包有屏蔽铜带或铜丝。,6,电缆的种类、结构和特点,(4)保护层：保护电缆免受外界杂质和水分的侵入以及防止外力直接损坏电缆 护套起保护绝缘层的作用。可分为铅包、铝包、铜包、不锈钢包和综合护套等。 外护层一般起承受机械外力或拉力的作用，以免电缆受损。主要有钢带和钢丝两种 2、常用电缆种类及适用范围 (1)不滴漏油浸纸带绝缘型电缆：统包型电缆,使用于10KV及以下电压等级结构如图1所示。 (2)不滴漏油浸纸带绝缘分相型电缆：使用于2035KV电压等级,个别使用在66KV电压等级上,结构如图2所示。,7,电缆的种类、结构和特点,3、电力 电缆的型号 (1)型号：由几个大写的拼音字母和数字组成，字母表示电缆的类别、导体材料、绝缘种类、内护套材料的特征，用数字表示铠装层类型和外层类型。字母含义见表,8,电缆的种类、结构和特点,型号中拼音部分和数字部分排列组成方式为： 類别绝缘导体密封层（内护层）其它结构特点外护层（数字。第1位铠装、第2位外皮层）芯数截面积电压长度 例： ZLQ22312010500 铝芯油纸绝缘铅包钢带聚氯乙烯护套电缆，3芯120mm2，10KV，长度500m的电力电缆。 例：YJLV22-3150-10-400 铝芯交联聚乙烯绝缘、双钢带铠装、聚氯乙烯外护套,3芯，截面150mm2，电压10KV，长度400m的电力电缆。 选择 电缆的选用，除了按电气特性由计算而作出选择外，适用场所的选择非常重要。考虑的因数有：导体的材料；绝缘和内护层；铠装和外护层；电压及芯数。,9,电缆的种类、结构和特点,聚乙烯和交联聚乙烯绝缘电力电缆如不用铅、铝包而用聚乙烯作护套时，为了对故障电流提供回路，在电缆绝缘层的半导体屏蔽层外尚需有一层铜带。截面应满足在单向接地故障或不同地点两相同时发生故障时短路容量的要求。交联电缆的铠装层和屏蔽层应分别用带绝缘的胶合导线单独接地，铜屏蔽层接地线的截面积不应小于25mm2 （如铜丝屏蔽接地线截面与铜丝屏蔽层截面积相等），铠装层接地线的截面积不应小于10mm2。使金属护层上任一点非接地处的正常感应电压，在未采取不能任意接触金属护层的安全措施时，不得大于50V。 电缆的内衬层和外护套破坏后进水的确定，对电缆外护套的绝缘电阻，610kV电缆要求不低于0.5M，35kV电缆要求不低于1.5M。低于此标准还需用万用表检查电缆是否已形成原电池，就可判断外护套和内衬层已破损进水。“预规”附录D、E,电缆的种类、结构和特点,交联电缆的铜屏蔽层如果开断，那么铜屏蔽层的充电电流要强行通过半导体层，使外半导体层处发热、老化，甚至引燃电缆，在一些企业已发生过此类事故。为此对单芯交联电缆要测量铜屏蔽层直流电阻、芯线直流电阻及其比值，对照交接时的和历年的试验数据，如比值变化超过15%应引起注意，并适当缩短试验周期，当比值明显增加时，表明铜屏蔽层直流电阻明显增大，铜屏蔽层有可能被腐蚀，如发现铜屏蔽层开断，要立即寻找开断点，加以修复。,11,电缆的主要参数,4、电缆的主要参数 电缆的长期允许载流量。 电缆的长期允许载流量，这是指在允许的导线工作温度下和一定的环境温度下的允许通过电流。 电缆的短时允许负载电流。 实际上过载能力一般不大于3KV者为10%；610KV者为15%；連续2 h 允许短路电流 决定于电缆温度不超过其允许短路温度来决定的。 电压值 电力电缆的额定电压是以导体对地（金属屏蔽）之间的设计电U0和导体之间的设计电压U表示。其适用于电力系统的最高电压Um是根据U0和U而规定的,12,电缆的主要参数,IEC推荐的U0、U及适用Um,导线截面积 我国电缆截面积系列,13,电缆的主要参数,弯曲半径：弯曲半径应不小于电缆外径的倍数,最大允许位差：电缆的允许最大位差,14,高压电缆的绝缘特性,从上表可看出浸渍剂的体积膨胀系数约为电缆其它材料（固体）的10倍。当电缆温度上升时，由于浸渍剂的体积膨胀系数大，铅套必然受到浸渍剂的膨胀压力而胀大。但当温度下降时，由于铅套的塑料性不可逆变形，在铅套内部、在绝缘层中必然形成气隙。 气隙在绝缘层中的分布与浸渍剂的物理性能有关，气隙一般分布在绝缘层的内层、靠近线芯的表面。因为冷却时，热量从电缆表面散出，绝缘外层先开始冷却，这时绝缘层内层的温度较高，浸渍剂的粘度较低，因此内层浸渍剂可以补偿外层浸渍剂的体积收缩，在绝缘层外部形成气隙的可能性小。以后，绝缘层内层逐渐冷却，由于浸渍剂的粘度增大，流动性减小，浸渍剂冷却体积收缩得到补偿的可能性越来越小，越接近线芯，这一现象越严重，因此靠近线芯形成气隙的可能性越大。浸渍剂的体积膨胀系数越大，粘度温度曲线越陡，则靠近线芯绝缘层形成气隙量也越大。,1、浸渍纸绝缘击穿机理 粘性浸渍纸绝缘电缆各组成部分材料的体积膨胀系数,15,高压电缆的绝缘特性,气体的介电常数比浸渍纸的小得多，因此绝缘层受电压时，气体一方面比浸渍纸承受高得多的场强，另一方面，气体的击穿强度又比浸渍纸的低得多，因此在较高电压作用下，首先在气隙发生击，即所谓局部击穿或局部放电。由于线芯表面电场强度最高，这一现象往往容易最先以生在靠近电缆线芯表面绝缘层的间隙，如下图（A）所示。浸渍剂在局部放电的作用下分解，放出气体，扩大气隙，产生离子撞击下一层纸带，赶走纸带中所含的浸渍剂，游离放电穿过纸带继续向前发展，如下图（B）所示。在局部放电的持续作用下，浸渍剂一方面聚合形成较高分子量的所谓X蜡，另一方面又可能分解出自由碳粒子，碳粒子被吸附在放电道路上逐渐形成碳粒通道，于是具有线芯电位的尖端伸向绝缘层内部而产生切向（沿纸带表面方向）的电场分量。切向场强分量隨碳粒通道深入绝缘层内部的程度加深而增大。我们知道，纸带沿表面击穿强度只有垂直纸带方向的1/101/20左右，局部放电进一步发展将导致沿纸面的所谓移滑（树技）放电，如下图（C）所示。,16,高压电缆的绝缘特性,聚乙烯绝缘老化机理 经过近十几年的聚乙烯绝缘电缆的运行经验和研究工作表明，树技老化是导致聚乙烯绝缘最后发生击穿的主要原因。但聚乙烯绝缘层中产生树枝的原因不同于油浸纸绝缘。 根据聚乙烯绝缘中产生的树技现象的原因，树技可分成三类。第一类称为电树技，它的起因是由于聚乙烯绝缘层内部或聚乙烯绝缘层与其它固体接触面（例如，线芯或线芯屏蔽层与聚乙烯绝缘层的交界面，绝缘屏蔽层与聚乙烯绝缘层的交界面等）存在有气隙，或者聚乙烯绝缘内有杂质，或屏蔽层有突出尖端等。由于气隙和尖端的存在，导致聚乙烯绝缘层中电场集中点或击穿强度低的部位的局部击穿，逐步形成所谓电树技。产生电树枝的原因可以说与上述油浸纸绝缘的完全相同，工程上用的电介质，在一定程度上来说，都是不均匀的，在电压作用下，都有可能产生这一现象。聚乙烯绝缘层中电树枝的特点是，树枝放电是从材料不连续点或界面引发出来，其特点是，树枝管连续，内空而没有水分，管壁上有聚乙烯因放电而分解产生的碳粒痕迹，分枝少而清晰，如下图（A）。,17,高压电缆的绝缘特性,第二类称为电化树技，它的产生原因基本上与电树枝相同，只不过在空隙中渗进了其它化学溶液。因为聚乙烯绝缘电缆一般没有完全密封的金属护套，土地中的化学成分就可以渗透过电缆护套、绝缘层而到达线芯表面，与导体材料起化学反应，其生成物（如亚硫酸铜、硫化物溶液等）在电场作用下蔓延伸入绝缘层形成树技物，称为电化树技。这种树技呈棕褐色，它在比形成电树技低得多的场强下即可产生。典型电化树技的图象如下图（B）所示。 第三类称为水树技，它是由水分浸入聚乙烯绝缘层中，在电场作用下形成的树技物。它的特点是引发树技的空隙中有水分，也是在比产生电树枝低得多的场强下即可发生。树枝管有的大体不連续，内凝聚有水分，主干树枝较粗，分枝多而且密集，如上图（C）所示。也有人把水树枝和电化树技合为一类，统称为电化水树枝。这两种树技都是产生电树枝低得多的场强下发生。许多聚乙烯绝缘电缆击穿，都是由于形成电化和水树枝而发生的。,18,电缆线路的输送容量,电力电缆线路载流量，与电缆本身材料、结构形式、敷设方式、环境条件以及运行工况有关。长期允许载流量主要有以下三个因素确定： 电缆的长期允许工作温度 电缆本身的散热性能 电缆装置情况及其周围的散热条件,19,电缆线路的输送容量,1、电缆在运行中，由于导体电阻、绝缘层、保护层和铠装层的能量损耗，都将使电缆发热，温度升高。当电缆的运行温度超过某一定值时，将导致电缆的绝缘水平下降，甚至击穿。所以，电缆的运行温度限定在这一特定值以下，这个特定值称为电缆的使长期允许工作温度。不同电压等级和绝缘型式的电缆，其最高允许工作温度值不同。如下表 电缆线芯长期允许工作温度,20,电缆线路的输送容量,电缆绝缘层受热膨胀，造成保护层过度伸展，使电缆内部产生气隙，这些气隙在电场的作用下发生游离，最后导致绝缘的破坏。从这个意义上讲，电缆的电压等级越高，气隙的游离作用越显著，其最高允许工作温度就越低；充油电缆因不产生气隙，而最高允许工作温度高；聚氯乙烯结构中存在极性基团，在温度升高时，介质因电导升高较快，绝缘强度下降较大，所以其最高允许工作温度较低。 直埋电缆表面最高允许工作温度，如下表所示 直埋电缆表面最高允许工作温度,21,电缆线路的输送容量,2、电缆的正常允许截流量 这是指在允许的导线工作温度下和一定的环境温度下的允许通过的电流。对于不同种类的电缆和不同的敷设条件其值是不同的。 P121123表5-5表5-9 3、短路时允许负荷电流 电缆在事故情况或紧急情况(如转移负荷)下，才能过载运行，此时所允许通过的电流为短时允许过载电流。一般允许过载时间不超过2h。 在事故情况下，3kV及以下电缆允许过载10%，连续2h；610kV电缆，允许过载15%，连续2h。,22,电缆线路的输送容量,电缆的正常允许载流量 这是指在允许的导线工作温度下和一定的环境温度下的允许通过的电流。对于不同种类的电缆和不同的敷设条件其值是不同的。确定电缆的载流量首先从资料上查出电缆长期允许载流量。（但此值是在一定条件下的如导体的工作温度，空气温度，土壤温度，土壤热阻系数，敷设深度等）其次查出下列修正系数：温度修正系数；土壤修正系数；直埋并列敷设修正系数；空气中并列敷设修正系数；穿管多根并列敷设修正系数；16kV户外明敷无遮阳修正系数。,23,电缆线路的输送容量,电力电缆截面的确定 电力电缆的截面，一般按长期允许载流量选择电缆截面；然后对低压电缆校验其电压降，对高压电缆校验其短路时的热稳定度。对于较长和大负荷的供电线路，应按经济电流密度选择电缆截面。 按长期允许载流量选择电缆截面： ImaxKI0 式中 Imax 通过电缆的最大持续负荷电流 I0 指定条件下的长期允许的载流量 K 电缆长期允许载流量的总修正系数 K =K1Kn K1 温度修正系数 K2 空气中并列修正系数 K3 空气中穿管修正系数 K4 土壤热阻系数不同时的修正系数 K5 直埋并列修正系数,24,电缆线路的输送容量,4、允许短路电流 电缆线路发生短路故障时，电缆导体中通过的电流是长期允许载流量的几倍或几十倍，但短路时间很短，一般只有几秒或更短的时间。由短路电流所产生的损耗热量供导体发热、温度升高，由于时间短暂，绝缘层温度升高很少，因此规定当系统短路时，电缆导体的最高允许温度应不超过下列规定： 1、电缆线路中无中间接头(正常运行温度按50计算) 油浸纸绝缘电缆 10kV及以下铜导体250、铝导体200；2035kV175 橡胶绝缘电缆 10kV及以下200 2、电缆线路中有中间接头 锡焊接头 120；压接接头 150；电焊或气焊接头与无接头相同。,25,电缆终端和中间接头,电缆终端和中间接头按成型工艺分类品种 绕包式电缆附件 热收缩式电缆附件 预制式电缆附件 冷收缩式电缆附件 浇铸式电缆附件 模塑式电缆附件,26,电缆终端和中间接头,绕包式电缆附件 绝缘和屏蔽都是用带材(通常是橡胶自黏带)绕包而成， 适用于中低压级挤包绝缘电缆。,27,电缆终端和中间接头,28,电缆终端和中间接头,预制式电缆附件 将电缆头里增强绝缘和半导体屏蔽层在工厂模制成一个整体或若干部件，现场套装在经过处理后的电缆末端或接头处。适用于中低压级挤包绝缘电缆。,29,电缆终端和中间接头,浇铸式电缆附件 利用热固性树脂(环氧树脂、聚氨酯或丙烯酸酯)现场浇铸在经过处理后的电缆末端或接头处的模子或盒体内，固化后而成。 适用于中低压级挤包绝缘电缆及油浸纸绝缘电缆。 模塑式电缆附件 利用与电缆绝缘相同或相近的带材绕包在经过处理后的电缆接头处，再用模具热压成型。 适用于中低压级挤包绝缘电缆,30,电缆终端和中间接头,各种电缆附件特性比较,31,电缆的绝绝试验,1、绝缘电阻的测试 2、测量泄漏电流和直流耐压试验 3、交流耐压试验 1、绝缘电阻的测试 电缆的绝缘电阻和电缆的长度成反比例关係。所以绝缘电阻的标准应按20每公里的值。但“规程”未作规定，运行中电缆可作纵向和横向比较。 凡停役不满3个月的电力电缆线路，复役前应用兆欧表测量电缆的主绝缘电阻。 凡停役超过3个月的电力电缆线路，复役前必须按故障修复后的试验标准进行试验。,32,电缆的绝绝试验,2、测量泄漏电流和直流耐压试验 油浸纸绝缘电力电缆直流耐压试验电压 耐压5min时的泄漏电流值不应大于耐压1min的泄漏电流 三相之间的泄漏电流不平衡系数不应大于2 泄漏电流小于20A时，对不平衡系数不作规定 直流耐压试验前/后测量绝缘电阻，耐压后的绝缘电阻不能低于耐压前测量值,33,电缆的绝绝试验,35kV及以下橡胶、交联电力电缆交、直流耐压试验 橡胶、交联电力电缆交、直流耐压试验电压 有条件应做交流耐压试验 耐压5min时的泄漏电流值不应大于耐压1min的泄漏电流 直流耐压试验前/后测量绝缘电阻，耐压后的绝缘电阻不能低于耐压前测量值,34,电缆的绝绝试验,6kV及以下电力电缆直流耐压试验电压(kV) (DL/T 596-1996标准),35,电缆的绝绝试验,3、交流耐压试验 对于纸绝缘电力电缆不采用交流耐压试验，而只做直流耐压试验，因为 （1）交流耐压试验有可能在纸绝缘电缆空隙中游离放电而损害电缆，电压数值相同时，交流电压对电缆绝缘的损害较直流电压严重得多； （2）若纸绝缘电缆存在局部空隙缺陷，直流电压大部分分布在与缺陷相关的部位上，因此更容易暴露电缆的局部缺陷。 （3）工频交流耐压的设备需较大的容量，不易取得。 相反对于交联聚乙烯绝缘电缆交流耐压更可以在较低的电压水平将绝缘内已经存在的不均匀导电性缺陷快速转成贯穿性的击穿。不会像直流那样注入空间电荷。,36,电缆的绝绝试验,交流变频串联谐振试验。35KV及以下交联聚乙烯绝缘电缆做3075Hz变频串联谐振耐压试验， 橡塑绝缘电缆测电缆外护套绝缘电阻、电缆内衬层绝缘电阻、铜屏蔽层电阻和导体电阻比。周期：重要的一年一次，一般的35年一次。每千米不应低于0.5M。,37,电缆的故障探测,电缆故障的探测可分为：终端技术和追踪技术。 莫拉法 电桥法 电容电桥法 终端技术 充电电流法 雷达（脉冲）法 共振法 电流追踪法 追踪技术 音频追踪法 冲击法 大地梯度法 测寻电缆绝缘故障的方法有许多种，其中最常用的主要有电桥法、脉冲示波器法、音频感应法和声测法等。这些方法各有其特点，选用那一种方法最为合适应视故障的性质和现场的具体条件而定。为了更精确地确定故障点，往往两种方法配合使用，例如电桥法和声测法，或脉冲示波器法与声测法等经常配合一起使用。,38,电缆的故障探测,电缆故障测试步骤 （1）首先确定电缆故障的性质。用兆欧表测得绝缘电阻值确定短路（接地）故障；用欧姆表测量直流电阻确定断线故障；直流耐压试验确定闪络性原障。 （2）故障点的初步定位。一般使用电桥法和脉冲法，根据故障性质和测试设备的条件，确定使用一种或一种以上的方法。 （3）电缆故障点的精确定位。一般使用感应法和声测法。其测试误差为：粗测3%，精测1m。,39,电缆的故障探测,电缆故障探测流程方框图,40,电缆的故障探测,电桥法 电桥法是最早采用的方法，一直是测寻电缆故障的主要手段，对于低电阻接地和相间短路故障，十分适用而且精确度高。电桥法的原理接线如下图。 电桥法测寻电缆故障的原理接线 1-分流器；2故障点的接地电阻；A、C-桥臂电阻；E电池；G检流计 上图可看出它需要有一个非故障导体和故障导体一起形成一个环。同时电源提供的电桥电流是通过故障电阻而返回的。由于桥臂电阻远小于故障电阻，所以大部分的压降发生在故障处。如果通过故障电阻的电流不小于5毫安，则电桥平衡时，即使调节电桥上最小一挡的电阻值检流计亦能有明显的指示。,41,电缆的故障探测,当电桥平衡时，故障的距离可由下式求得： xC(AC)2L 如果将接在电桥上的两个电缆芯的端子互换位置后可得 x A(AC)2L 上二式中： x故障点的距离； L电缆线路长度； A、C桥臂电阻。 由于缆芯是构成电桥平衡时的一个桥臂，且故障的距离是基于电阻与回路长度成正比求得，因此，在实测中必须十分注意由于与回路串联的接触电阻和引线电阻引起的误差。,42,电缆的故障探测,很显然，由于L0和C0的数值与导体的结构尺寸和绝缘材料有一定的关系，因此V的数值不是一个常数。对于油浸纸绝缘电缆来说，它在150170米/微秒