电力电缆现场安装与故障诊断..ppt

电力电缆现场安装与故障诊断2012年01月 主要内容一 电缆的基本知识二 电缆线路敷设三 电缆附件及安装四 电缆线路故障诊断 一 电缆的基本知识电缆的构成 构成电缆的三要素 1 导体2 绝缘3 保护层 电缆的构成 导体 1 导体铜电阻系数为0 0184 比重8 9铝电阻系数为0 031 比重2 7 铜的30 66kV及以上不用铝芯 我国规定的线芯截面 mm2 规格 2 5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 240 300 400 500 630 800 1000等20种规格线芯数量与形状 单芯 两芯 三芯 四芯 五芯等五种 并根据线芯的数量 将导线压成圆形 半圆形 扇形等形状 小截面实芯 即独股 大截面多股绞合 绝缘 2 绝缘1 油浸纸绝缘 怕水 需金属防水层 除500kV及以上超高压充油电缆外 基本被交联电缆所取代2 橡胶绝缘 乙丙橡胶电缆最高使用电压已达150kV 3 聚氯乙烯绝缘 介损大 含氯 运行温度低 一般只用于6kV及以下电压等级 将被淘汰 4 聚乙烯绝缘 熔融温度低 70 最高工作电压达500kV5 交联聚乙烯 通过化学或物理方法将聚乙烯分子链间相互交联 最高运行温度可达90 短路时导电线芯允许的最高温度可达250 极大地提高了电缆的安全载流量和短路容量 其最高工作电压达500kV 从1kV到220kV的各种电力电缆中 交联聚乙烯 XLPE 是当前应用最广的一种绝缘材料 几乎完全取代了纸绝缘 3 屏蔽层是一种将电缆产品中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件 有的电缆缆产品在其内部不同相 或线组 之间也需要相互隔离 屏蔽 可以说屏蔽层是一种 电磁隔离屏 高压电缆的导体屏蔽和绝缘屏蔽 内外屏蔽 是为了均化电场的分布 屏蔽层 保护层 4 保护层作用 保护电缆免受外界物质的侵入和防止外力损伤 组成 内衬层 或内护套 铠装层和外护套材料 与电缆的绝缘种类 运行电压 使用环境有关 如 纸绝缘电缆须有密封的金属护套 而中低压的橡塑电缆就不需要 埋在地下的电缆需要铠装 敷设在海底的电缆需要钢丝铠装 而敷设在隧道 排管 电缆沟内的电缆又可以不要铠装 外护套是用来保护铠装层或内护套的 一般采用聚氯乙烯或聚乙烯 在需要防火的场所也可做成阻燃型 1 纸绝缘电缆 1880年 1 统包型2 分相铅包型3 充油电缆2 聚氯乙烯电缆 PVC 1957年 3 交联聚乙烯电缆 XLPE 1960年 4 特种电缆5 超导电缆 2000年 电力电缆分类 统包型电缆 在每相导电线芯上包缠称为相绝缘纸的油浸纸绝缘带 在各相线芯绞合成缆的同时 在各相线芯之间的空隙填以纸绳 外面再包缠称为统包纸的油浸纸绝缘带 在统包纸外挤压上铅包作防水密封根据安装场地的需要在其外部再加上不同的保护层在15kV及以下电压等级 统包型电缆 分相铅包型纸绝缘电缆 每相有一个接地的铅包 电力线完全垂直于绝缘纸在20kV及35kV采用致命的缺陷 气隙注 电压再高时用充油电缆 分相铅包型纸绝缘电缆 自容式充油电缆及XLPE电缆 特点 在导电线芯中有一油管 利用单独的带有一定压力的油箱向电缆充油并保持一定的压力 可消除纸绝缘中的气隙 提高工作电场强度 最高工作电压已发展到1100kV 充油电缆 XLPE电缆结构 XLPE电缆 XLPE电缆结构 XLPE电缆结构 XLPE电缆结构 导体800mm2以下采用拉模紧压成型 圆整度好 表面光滑 800mm2及以上采用分割导体结构 使电缆传输容量更大内外屏蔽内外屏蔽料均采用进口超光滑的XLPE料 经净化烘干后与绝缘料三层一次挤出 使电缆内外导表面光洁 电场分布均匀 主绝缘主绝缘料采用进口超净 超光滑XLPE料 与内外屏蔽三层共挤 紧密结合缓冲层采用半导电丁基胶带和铜丝布的有机结合 既能满足电缆绝缘的热膨胀要求 又能使绝缘屏蔽与铝护套有效接触 确保电缆长期稳定运行 XLPE电缆结构 金属屏蔽采用2 2mm厚度皱纹铝包以满足短路容量及屏蔽之需 连续式皱纹铝包使电缆的径向阻水性能满足高水位环境之需 沥青涂层沥青涂层可防止皱纹铝套受到腐蚀 电缆使用寿命更长 外护层采用PVC或PE料进行挤包 以满足电缆电性能及机械性能之需 也可采用阻燃型 防白蚁型材料以满足不同场合之需 石墨涂层作为外护层耐压电极 连续光滑 电力电缆安装全过程 通道 电缆敷设 附件安装 接地系统 中间试验 竣工试验 验收 电力电缆常用敷设方式 二 电力电缆敷设电力电缆常用敷设方式 1 直埋式敷设2 预制式砖砌电缆沟敷设3 排管电缆沟敷设4 隧道电缆敷设5 非开挖方式电缆敷设 直埋式敷设 直埋敷设方式一般用于少量 临时性或不十分重要线路的敷设 电缆直埋一般要求进行样洞开挖 在敷设路径每40 50m挖一样洞 在转弯处和跨路口处都应挖设 已确定电缆路径的可行性 直埋电缆沟的挖设 一般深度为80cm 宽度为1根电缆40 50cm 2根电缆60cm 电缆条数增加按比例放宽 电缆敷设后现在上覆盖10cm细土或砂 再盖上电缆保护板 覆土后应在相关位置埋设电缆标桩 1 直埋式敷设 2 预制或砖砌电缆沟敷设 预制或砖砌电缆沟敷设 盖板搭盖至少10cm 理想的15cm 如无支架 注意电缆间距 排管电缆沟敷设 3 排管电缆沟敷设 排管敷设方式的优点 通道利用率高 避免相邻电缆故障影响 排管敷设方式的缺点 电缆外护套故障查找 修复困难 造价偏高 不易施工 隧道敷设 4 隧道敷设 优点 可敷设回路数多 易于巡检缺点 造价高 非开挖方式电缆敷设 5 非开挖方式电缆敷设 敷设要点 电缆输送机的输送速度不应超过15m min 工井间的电缆敷设牵引长度应根据电缆的允许拉力和现场位置而定 一般不宜大于200米 敷设电缆时 应专人指挥 电缆走动时严禁用手移动滑轮以防压伤 滚动电缆盘时 滚动方向应顺着电缆的缠紧方向 控制牵引力 牵引网套是套在电缆端头上的牵引连接工具 电缆输送机特点 结构紧凑 重量轻 推力大 电缆附件 三 电缆附件及安装电缆附件定义 除电缆本体以外所有电缆安装用的材料 如终端头 中间接头 电缆安装用的金具 电缆卡子 绝缘材料等 本处仅指电缆终端头和中间接头 终端头和中间接头 电缆线路两端与其它电气设备相连接的电缆附件称为终端头 用于户外的称户外终端头 用于户内的称户内终端头 两根电缆相连接的电缆附件称中间接头 电缆附件技术条件 电缆附件技术条件1 导体连接好 1 接触电阻要小且稳定 应能承受故障电流的冲击 接触电阻应不大于同长度 同截面 同材料导体的电阻的1 2倍 2 有足够的机械强度 应能承受一定的拉力 3 耐腐蚀 满足使用环境的要求 2 绝缘性能高 1 耐压强度高 介质损耗低 化学性能稳定 用于户外时还应能耐受紫外线照射和大气污染 2 有合理的改善电场分布的措施和与电缆绝缘相匹配的绝缘余度 应力锥或应力控制管等被用来改善该处的电场分布 3 密封性能可靠 进水是电缆附件发生故障的主要原因之一 4 适应使用环境 诸如恶劣气候条件 耐受紫外线照射及各种污染 水下长期浸泡 机械拉力或压力等等 5 结构简单 便于现场安装 电场分布原理高压电缆每一相线芯外均有一接地的 铜 屏蔽层 导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场 也就是说 正常电缆的电场只有 从 铜 导线沿半径向 铜 屏蔽层的电力线 没有芯线轴向的电场 电力线 电场分布是均匀的 图中闪烁的箭头表示电场的电力线 电场分布原理 在做电缆头时 剥去了屏蔽层 改变了电缆原有的电场分布 将产生对绝缘极为不利的切向电场 沿导线轴向的电力线 在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中 那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位 电缆最容易击穿的屏蔽层断口处 我们采取分散这集中的电力线 电应力 用介电常数为20 30 体积电阻率为108 1012 cm材料制作的电应力控制管 简称应力管 套在屏蔽层断口处 以分散断口处的电场应力 电力线 保证电缆能可靠运行 下图中左边是没装应力管 右边是装应力管的电场分布情况 没有应力管的电场分布 有应力管的电场分布 电场分布原理 附件分类 中低压电缆附件主要种类 中低压电缆附件目前使用得比较多的产品种类主要有热收缩附件 预制式附件 冷缩式附件 它们分别有以下特点 热收缩附件 热收缩附件 所用材料一般为以聚乙烯 乙烯 醋酸乙烯 EVA 及乙丙橡胶等多种材料组分的共混物组成 该类产品主要采用应力管处理电应力集中问题 主要优点是轻便 安装容易 性能尚好 价格便宜 应力管是一种体积电阻率适中 1010 1012 cm 介电常数较大 20 30 的特殊电性参数的热收缩管 利用电气参数强迫电缆绝缘屏蔽断口处的应力疏散成沿应力管较均匀的分布 这一技术一般用于35kV及以下电缆附件中 因为电压等级高时应力管将发热而不能可靠工作 热收缩附件 其使用中关键技术问题是 要保证应力管的电性参数必须达到上述标准规定值方能可靠工作 参数法原理 另外要注意用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口出的气隙以排除气体 达到减小局部放电的目的 交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩 因而在安装附件时注意应力管与绝缘屏蔽搭盖不少于20mm 以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离 热收缩附件因弹性较小 运行中热胀冷缩时可能使界面产生气隙 因此密封技术很重要 以防止潮气浸入 预制式附件 预制式附件 所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶 主要采用应力锥来处理应力集中问题 其主要优点是材料性能优良 安装更简便快捷 无需加热即可安装 弹性好 使得界面性能得到较大改善 是近年来中低压以及高压电缆采用的主要形式 存在的不足在于对电缆的绝缘层外径尺寸要求高 通常的过盈量在2 5mm 即电缆绝缘外径要大于电缆附件的内孔直径2 5mm 过盈量过小 电缆附件将出现故障 过盈量过大 电缆附件安装非常困难 工艺要求高 特别在中间接头上问题突出 安装既不方便 又常常成为故障点 此外价格较贵 预制式附件 其使用中关键技术问题是 附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的要求 几何法原理 另外也需采用硅脂润滑界面 以便于安装 同时填充界面的气隙 预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用 有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封 冷缩式附件 冷缩式附件 所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶 冷缩式附件一般采用几何结构法与参数控制法来处理电应力集中问题 几何结构法即采用应力锥缓解电场集中分布的方式要优于参数控制法的产品与预制式附件一样 材料性能优良 无需加热即可安装 弹性好 使得界面性能得到较大改善 与预制式附件相比 它的优势在如安装更为方便 只需在正确位置上抽出电缆附件内衬芯管即可安装完工 所使用的材料从机械强度上说比预制式附件更好 对电缆的绝缘层外径尺寸要求也不是很高 只要电缆附件的内径小于电缆绝缘外径2mm就完全能够满足要求 因此冷缩式附件施工安装比较方便 冷缩式附件 其最大特点是安装工艺更方便快捷 安装到位后 其工作性能与预制式附件一样 价格与预制式附件相当 比热收缩附件略高 是性价比最合理的产品 其使用中关键技术问题与预制式附件相同另外 冷缩式附件产品从扩张状况还可分为工厂扩张式和现场扩张式两种 一般35kV及以下电压等级的冷缩式附件多采用工厂扩张式 其有效安装期在6个月内 最长安装期限不得超过两年 否则电缆附件的使用寿命将受到影响 66kV及以上电压等级的冷缩式附件则多为现场扩张式 安装期限不受限制 但需采用专用工具进行安装 专用工具一般附件制造厂均能提供 安装十分方便 安装质量可靠 电缆附件安装基本要求 电缆附件安装的基本操作工艺 基本要求 电缆附件是电缆线路中最薄弱的部分 其安装质量的好坏是电缆线路能否安全运行的关键 应给予足够的重视 1 电缆附件在安装时要防潮 不应在雨天 雾天 大风天制做电缆附件 平均气温低于0 时 电缆应预先加热 2 施工中要保证手和工具 材料的清洁 操作时不应做其他无关的事 特别不能抽烟 3 所用电缆附件应预先试装 检查规格是否同电缆一致 各部件是否齐全 检查出厂日期 检查包装 密封性 防止剥切尺寸发生错误 终端头基本安装工艺 电缆 终端 头基本安装工艺 1 剥外护套 为防止钢甲松散 应先在钢甲切断处内侧把外护层剥去一圈 外侧留下 做好卡子 用铜丝绑紧钢甲并焊妥钢甲接地线 最后剥外护套 2 锯钢甲 上一步完成后 在卡子边缘 无卡子时为铜丝边缘 顺钢甲包紧方向锯一环形深痕 不能锯断第二层钢甲 否则会伤到电缆 用一字螺丝刀撬起 钢甲边断开 再用钳子拉下并转松钢甲 脱出钢甲带 处理好锯断处的毛刺 整个过程都要顺钢甲包紧方向 不能把电缆上的钢甲搞松 3 剥内护绝缘层 注意保护好相色标识线 保证铜屏蔽层与钢甲之间的绝缘 4 焊接屏蔽层接地线把内护层外侧的铜屏蔽层铜带上的氧化物去掉 涂上焊锡 把附件的接地扁铜线 分成三股 在涂上焊锡的铜屏蔽层上绑紧 处理好绑线的头 再用焊锡与铜屏蔽层焊住 焊住线头 下图是终端头的接地线安装方法 中间头也一样 只是接地线不用向后 外护套防潮段表面一圈要用砂皮打毛 涂密封胶 以防止水渗进电缆头 屏蔽层与钢甲两接地线要求分开时 屏蔽层接地线要做好绝缘处理 终端头基本安装工艺 5 铜屏蔽层处理 在电缆芯线分叉处做好相色标记 按电缆附件说明书 正确测量好铜屏蔽层切断处位置 用焊锡焊牢 防止铜屏蔽层松开 在切断处内侧用铜丝扎紧 顺铜带扎紧方向沿铜丝用刀划一浅痕 注意不能划破半导体层 慢慢将铜屏蔽带撕下 最后顺铜带扎紧方向解掉铜丝 6 剥半导电层 在离铜带断口10mm处为半导电层断口 断口内侧包一圈胶带作标记 可剥离型 在预定的半导电层剥切处 胶带外侧 用刀划一环痕 从环痕向末端划两条竖痕 间距约10mm 然后将此条形半 终端头基本安装工艺 导电层从末端向环形痕方向撕下 注意 不能拉起环痕内侧的半导电层 用刀划痕时不应损伤绝缘层 半导电层断口应整齐 检查主绝缘层表面有无刀痕和残留的半导电材料 如有应清理干净 不可剥离型 从芯线未端开始用玻璃刮掉半导电层 也可用专用刀具 在断口处刮一斜坡 断口要整齐 主绝缘层表面不应留半导电材料 且表面应光滑 7 清洁主绝缘层表面 用不掉毛的浸有清洁剂的细布或纸擦净主绝缘表面的污物 清洁时只允许从绝缘端向半导体层 不允许反复擦 以免将半导电物质带到主绝缘层表面 终端头基本安装工艺 8 安装半导电应力管 终端头 半导电管在三根芯线离分叉处的距离应尽量相等 一般要求离分支手套50mm 半导电管要套住铜带不小于20mm 外半导电层已留出20mm 在半导电层断口两侧要涂应力疏散胶 外侧主绝缘层上15mm长 主绝缘表面涂硅脂 半导电管热缩时注意 铜带不能松动 表面要干净 原焊锡要焊牢 半导电管内不留一点空气 热缩时从中间开始向两头缩 要掌握好尺寸 终端头基本安装工艺 9 安装分支手套 在内绝缘层和钢甲这段用填料包平 在手指口和外护层防潮处涂上密封胶 分支手套小心套入 做好色相标记 热缩分支手套 电缆分支中间尽量少缩 此处最容易使分支手套破裂 涂密封胶的4个端口要缩紧 有时先安装分支手套 后装半导电应力管 也有半导电应力管被分支手套套住的 终端头基本安装工艺 10 安装绝缘套管和接线端子 测量好电缆固定位置和各相引线所需长度 锯掉多余的引线 测量接线端子压接芯线的长度 按尺寸剥去主绝缘层 稍有锥度 芯线上涂点导电膏或硅脂 压接线端子 千万要对好接线螺丝穿孔的方向 处理掉压接处的毛刺 接线端子与主绝缘层之间用填料包平 压接痕也要包平 套绝缘热缩管 套住分支手套的手指 在接线端子上涂密封胶 最后一根绝缘热缩套管要套住接线端子 除接触面以外部分 绝缘套管都要上面一根压住下面一根 最后套相色管 户外式套雨裙 终端头基本安装工艺 中间接头基本安装工艺 中间接头基本安装工艺 中间头制作方法在准备工作上同终端头是一样的 做钢甲接地线和屏蔽层接地线的 扁铜线 引线方向可不一样 向后也可以 软线可以反过来的 只是电缆芯线尺寸有严格要求 包括铜屏蔽层 中间头的电缆引线有长 895mm 短 565mm 之分 这长度包括30mm一头的钢铠接地线位置 各段长度见下图 1 钢铠接地线 按照尺寸 895mm和565mm 处用刀割断外护层 往电缆头30mm处再割断外护层 去掉这30mm外护层 用砂皮打光 去掉油漆 上好焊锡 要放助焊剂 用铜丝把接地扁铜线绑紧 再用焊锡把扁铜线和铜丝同钢铠焊结实 特别是扁铜线头和铜丝头要焊住 然后擦掉助焊剂 助焊剂有腐蚀性 一定要擦干净 最好在铜丝外层用铁皮打一卡子 最后剥掉外护层和钢带 在钢带断口往外20mm割断内护 绝缘 层 把内护层去掉 保护好相色细条 一般用有色胶带绑在引线上 中间接头基本安装工艺 2 安装应力管 把引线分开弯曲好 在引线离头 长675mm 短345mm 处用记号笔划一圈 圈外包2层胶带 边沿在线上 擦干净铜带表面 用焊锡固定铜带 再在线上绑2圈铜丝 用刀在铜丝与胶带之间把铜带划出痕迹 不能划太深 不能划破半导电层 去掉胶带 顺铜带绑紧方向撕下铜带 铜屏蔽层断口不留毛刺 离铜带断口50mm处扎2圈胶带 胶带外沿在50mm处 在胶带外沿用刀把半导电层割一圈 同终端头一样把引线头部半导电层剥去 并处理干净主绝缘层表面 在半导电层断口涂上应力疏散胶 把半导电应力控制管套住铜带20mm 用喷灯热缩 注意把空气排出 中间接头基本安装工艺 3 压铜接管 离引线头60mm至85mm处削锥形 铅笔头 以后留出5mm内半导电层 剥出芯线 涂导电膏 把铜接管孔内处理干净 芯线穿进半个 半个不到1mm 铜接管 压紧铜接管 把2支外护套管分别套到两电缆上 过分叉 把2支半导电管和2支绝缘管穿在一起套进电缆长引线上 检查6支应力控制管全部热缩到位后 14支套管全部套好后 把芯线对好相位 穿入铜接管 到底 压紧铜接管 注意 在压铜接管之前 必须把所有套管都套进电缆 中间接头基本安装工艺 4 缩护套管 处理掉铜接管上的毛刺 在锥形 铅笔头 用半导电带包平 外层包填充胶 按下图第1缩内绝缘管 第2缩外绝缘管 第3缩外半导电管 2支 保证在铜屏蔽层上长度不小于20mm 中间交叉 热缩时要从中间开始 防止套管内留空气 热缩时热量要尽可能均匀 注意火焰不要喷到另外两相引线上 铜带上要涂硅脂 中间接头基本安装工艺 5 接好屏蔽层 套管缩好后 把三根引线并在一起 在半导电管外包紧钢丝网 把两根铜屏蔽层的接地扁铜线绑紧铜丝网后对接 用焊锡焊住接头 6 钢铠接地和外护套 当钢铠接地与屏蔽层接地有分开要求时 要把钢铠接地的扁铜线做绝缘处理 然后对接 接头处绝缘要求更高些 外护套 2个 对接处不小于100mm 电缆外护层与外护套连接处要打毛 涂上密封胶 最后把外护套缩紧 中间接头基本安装工艺 关于电缆接地的问题 三芯电缆 在正常运行中 流过三个线芯的电流总和为零 在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链 这样 在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压 所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层 单芯电缆 单芯电缆在通电运行时 在屏蔽层会形成感应电压 如果两端的屏蔽同时接地 在屏蔽层与大地之间形成回路 会产生感应电流 这样电缆屏蔽层会发热 损耗大量的电能 影响线路的正常运行 为了避免这种现象的发生 通常采用一端接地的方式 当线路很长时还可以采用中点接地和交叉互联等方式 然而 当铝包或金属屏蔽层有一端不接地后 接着带来了下列问题 当雷电流或过电压波沿线芯流动时 电缆铝包或金属屏蔽层不接地端会出现很高的冲击电压 在系统发生短路时 短路电流流经线芯时 电缆铝包或金属屏蔽层不接地端也会出现较高的工频感应电压 在电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时 将导致出现多点接地 形成环流 因此 在采用一端互联接地时 必须采取措施限制护层上的过电压 安装时应根据线路的不同情况 按照经济合理的原则在铝包或金属屏蔽层的一定位置采用特殊的连接和接地方式 并同时装设护层保护器 以防止电缆护层绝缘被击穿 关于电缆接地的问题 电缆常用接地系统 高压电缆线路的常用接地方式有下列几种 三芯电缆 护层两端直接接地单芯电缆 1 护层一端直接接地 另一端通过护层保护接地 2 护层中点直接接地 两端屏蔽通过护层保护接地 3 护层交叉互联接地 长电缆最佳方式 四 电缆线路故障诊断电缆故障种类很多 为便于电缆的故障测寻 可分为以下五种类型 1 接地故障2 短路故障3 断线故障4 闪络性故障 高压试验时发生 5 混合性故障 电缆故障分类 接地故障判断 摇表测绝缘电阻短路故障判断 万用表测相间通断断线故障判断 检查电缆导体连续性是否完好 方法是在一端将A B C三相短接 不接地 到另一端用万用表测量各相间电阻值是否为零 1 若各相间均为零 则三相完好 2 若AB为零 BC CA不为零 则C相断线 3 若各相间均不为零 则两相或三相断线 电缆故障性质判断 电缆故障的初测是指在电缆一端用专用设备确定故障点距测试端的电气距离 常用的方法为 1 电桥法2 低压脉冲法3 直闪法4 冲闪法5 脉冲电流法6 二次脉冲法 电缆故障初测方法 1 电桥