电气设备故障诊断——电力电缆

雷海电气工程电气设备故障诊断—电力电缆010203电缆基础知识介绍胶联电缆五阻值测量介质损耗因数试验目录/contents01电力电缆基础知识介绍目录/contents01电力电缆基础知识介绍目录/contents电缆的结构电力电缆的分类、型号及品种电缆的发展及应用01电力电缆基础知识介绍目录/contents电缆的发展及应用国内外电缆的发展电缆线路的优缺点电缆线路的应用电缆的基本特性01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用国外电力电缆的生产：1890年英国的10kV单相电缆是最早使用的电缆；1910年以后逐步发展使用20kV和35kV三芯电缆；1926年生产了33-66kV充油电缆；1927年美国开始采用132kV充油电缆；1934年又敷设使用了第一条220kV充油电缆；1952年和1960年法国先后制成了380kV-425kV和550kV充油电缆。我国电力电缆的生产：从20世纪30年代后期开始的，6.6kV橡胶绝缘铅护套电缆；1951年研制成功6.6kV铅护套纸质绝缘电缆，生产了35kV及以下黏性油浸纸质绝缘电缆的系列产品。1966年生产了第一条66kV充油电缆1968年和1971年先后研制、生产了220kV和330kV充油电缆；1983年研制了500kV充油电缆。01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用我国电力电缆的发展：01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用电缆线路的优点：(1)占地小，地下敷设电缆不占用地面面积，不受建筑物影响，不需在地面架设杆塔、导线，适用于城市、街道供电，市容整齐美观。(2)供电可靠，不受外界影响。自然界常见的雷击、风害、水、风筝、鸟害等因素会造成架空线的短路和接地故障，而电缆线路不受影响。(3)运行维护方便简单，工作量少。(4)电缆的电容较大，有利于提高电力系统的功率因素。(5)电缆供电传输性能稳定，可靠性高，人不易接触，即使发生故障，也不易造成对人身的伤害，供电安全性高。01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用电缆线路的缺点：(1)成本高，一次性投资费用比较大。如采用成本较低的直埋方式敷设一条35kV电缆线路，其综合成本为相同架空线路的4-7倍。(2)敷设后不易变动，不宜做临时性的线路使用。(3)线路不易分支，分支接头不易解决。(4)电缆故障测寻困难，必需使用专用仪器，要求测试人员具有一定的专业技术水平。故障发生后进行修复及恢复供电时间较长，检修费工、费时。(5)电缆头的制作工艺要求较高。需要具有较高专业技术水平的人员来操作。01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用电缆线路的应用（下列情况必须采用电缆线路）：(1)根据城市规划，繁华地区、重要路段、主要道路、高层建筑区及对市容环境有特殊要求的场合。(2)架空线路和线路导线通过严重腐蚀区段，在技术上难以解决者。(3)供电可靠性要求较高或重要负荷用户。(4)重点风景名胜旅游区。(5)电网结网或运行安全要求较高的地区。01电力电缆基础知识介绍电缆的发展及应用电缆的基本特性：电气特性导电性能——多数产品要求有良好的导电性能，电阻范围等。电气绝缘性能——绝缘电阻、介质损耗、介电常数、耐压特性等。传输性能——高频传输特性，如衰减、抗干扰特性等。力学性能抗拉强度、伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐振动、耐磨以及耐冲击性等。热性能耐热等级、工作温度、载流量、最大短路电流、热变形、耐热冲击性等。耐腐蚀性、耐气候性老化性能其他性能例如材料的硬度、相容性以及某些特殊使用特性（例如阻燃、防虫鼠白蚁等。01电力电缆基础知识介绍目录/contents电缆的结构线芯绝缘层保护层01电力电缆基础知识介绍电缆的结构01电力电缆基础知识介绍电缆的结构线芯几何结构01电力电缆基础知识介绍电缆的结构绝缘层目前常用的绝缘材料：纸绝缘、塑料、橡胶绝缘。•纸绝缘电缆绝缘纸的主要成分是纤维素(C6H10O5）n，有很高的稳定性，不溶于水、酒精、醚、萘等有机溶剂，同时也不与弱碱及氧化剂等起作用。•塑料绝缘用来制作电力电缆绝缘层的塑料主要有：聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、交联聚乙烯(XLPE)、聚丙烯、氟塑料等。•橡胶绝缘橡胶绝缘型电缆是以天然橡胶为主体，加入各种添加剂，经混合形成均匀橡料，再经过硫化而制成弹性材料。01电力电缆基础知识介绍电缆的结构保护层•内护层用来保护电缆的绝缘不受潮湿和防止电缆浸渍剂的外流及轻度机械损伤，因此它具有良好的密封及防腐蚀性能和一定的力学强度。•外护层用来保护内护层的。01电力电缆基础知识介绍电缆的结构01电力电缆基础知识介绍目录/contents电缆的分类、型号及品种电力电缆的分类电缆的型号及品种01电力电缆基础知识介绍电缆的分类按电压等级分低压——1kV及以下,即220V、380V；中压——6～35kV,即6kV、10kV、35kV；高压——66～330kV,即66kV、110kV、220kV、330kV；超高压（EHV）——500kV及以上特高压（UHV）——750kV及以。按导体标称截面积分类我国电力电缆标称截面积系列为：1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000mm2，共26种。高压充油电力电缆标称截面积系列为：240、300、400、500、630、800、1000、1200、1600、2000mm2，共10种。01电力电缆基础知识介绍电缆的分类按导体芯数分类电力电缆导体芯数有单芯、二芯、三芯、四芯和五芯共5种。单芯电缆通常用于传送单相交流电、直流电，也可在特殊场合使用（如高压电机引出线等）；一般中低压大截面的电力电缆和高压充油电缆多为单芯。二芯电缆多用于传送单相交流电或直流电。三芯电缆主要用于三相交流电网中，在35kV及以下各种中小截面的电缆线路中得到广泛的应用。四芯和五芯电缆多用于低压配电线路。只有电压等级为1kV的电缆才有二芯、四芯和五芯。01电力电缆基础知识介绍电缆的分类按绝缘和结构不同分类•纸绝缘电缆：主绝缘用经过处理的纸浸透电缆油制成，具有绝缘性能好、耐热能力强、承受电压高、使用寿命长等优点。应用于35KV及以下的输配电线路。•橡塑绝缘电缆：以橡胶或塑料为绝缘，经挤出成型也称橡塑电缆。包括聚氯乙烯电缆（PVC）、聚乙烯电缆（PE）、交联聚乙烯电缆（XLPE）、乙丙橡胶电缆（EPR）等。•压力电缆：在电缆中充以能够流动，具有一定压力的电缆油或气体的电缆。01电力电缆基础知识介绍电缆的型号及品种中低压（35kV及以下）电力电缆型号及产品表示方法电缆的型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，每一个型号表示一种电缆结构，同时也表明这种电缆的使用场所和某种特征。01电力电缆基础知识介绍电缆的型号及品种中低压（35kV及以下）电力电缆型号及产品表示方法02胶联电缆五阻值测量目录/contents测量主绝缘电阻测量外护套绝缘电阻测量内衬层绝缘电阻铜屏蔽层电阻和导体电阻比（一）测量主绝缘电阻绝缘介质在直流电压作用下的电流包含充电电流、吸收电流和电导电流。如图1所示。图1绝缘介质在直流电压作用下各电流与时间的关系RO——加压瞬间的绝缘电阻；R∞——测量过程终了时的绝缘电阻；i1——充电电流；i2——吸收电流；i3——电导电流；i——总电流。02胶联电缆五阻值测量02胶联电缆五阻值测量▲充电电流i1：决定于被试绝缘的几何尺寸、形状和材料，这部分电流开始最大，但在10-15s～10-2s之内下降至可略去地步。▲吸收电流i2：主要是不均匀介质内部较为缓慢的极化形成的，极化时间从10-2s至几十分钟甚至几小时以上，这部分电流随着时间逐渐减小，通常在一分钟之内可降至可略去地步。▲电导电流i3：它又可分为两部分。一是绝缘表面的泄漏电流，其大小与绝缘表面的脏污、受潮程度有关；二是绝缘内部的电导电流，与绝缘内部杂质的含量、是否分层或开裂有关，其电流不随时间而降低。▲总电流I：是随时间衰减的，因此试品实际的绝缘电阻随着时间的增加而逐渐上升，并趋向稳定。这一过程可用吸收比来表示，下式：由于总的电流衰减过程很长，实际上要测出/是有困难的，因此现场均采用R60S/R15S的比值，并称吸收比。应用这一原理，测量电缆绝缘电阻及吸收比，可初步判断电缆绝缘是否受潮、老化、并可检查耐压后的绝缘是否损伤。所以，耐压前后均应测量绝缘电阻。测量时，额定电压为1千伏及以上的电缆应使用2500伏兆欧表进行。3211iiiRRO02胶联电缆五阻值测量测量电缆绝缘电阻的步骤及注意事项如下：（1）拆除对外联线，并用清洁干燥的布擦净电缆头，然后将非被试相缆芯与铅皮一同接地，逐相测量。试验前电缆要充分放电并接地，方法是将电缆导体及电缆金属护套接地。（2）根据被试电缆额定电压选择适当兆欧表。（3）若使用手摇式兆欧表，应将兆欧表放置在平稳的地方，不接线空测，在额定转速下指针应指到“∞”；再慢摇兆欧表，将兆欧表L、E端用引线短接，兆欧表指针应指零。这样说明兆欧表工作正常。（4）兆欧表有三个接线端子：接地端E、线路端子L、屏蔽端子G。为了测得准确，应在缆芯端部绝缘上或套管部装屏蔽环并接于兆欧表的屏蔽端子G，如图所示。应注意线路L端子上引线处于高压状态，应悬空，不可拖放在地上。1—导体；2—套管或绕包绝缘；3—电缆终端头；4—兆欧表02胶联电缆五阻值测量（5）手摇并用清洁干燥的布擦净电缆头，然后将非被试相缆芯与铅皮一同接地，到达额定转速后(每分钟120转)，再搭接到被测相导体上。由于电缆电容很大，操作时兆欧表的摇动速度要均匀，如果转速不衡定，会使兆欧表指针摆动不定，带来测量误差。测量完毕，应先断开火线再停止摇动，以免电容电流对摇表反充电，每次测量都要充分放电，操作均应采用绝缘工具，防止电击。（6）当电缆较长充电电流较大时，兆欧表开始时指示数值很小，应继续摇动。一般测量绝缘电阻的同时测定吸收比，故应读取15s和60s时的绝缘电阻值。并逐相测量。（7）每次测完绝缘电阻后都要将电缆放电、接地。电缆线路越长，电容越大，则接地时间越长，一般不少于1min。02胶联电缆五阻值测量运行中的电缆，其绝缘电阻应从各次试验数值的变化规律及相间的相互比较来综合判断，其相间不平衡系数一般不大于2～2.5。电缆绝缘电阻的数值随电缆温度和长度而变化。为便于比较，应换算为20℃时每公里长的数值。式中：——电缆在20℃时，每公里长的绝缘电阻；——电缆长度为L，t℃时的绝缘电阻；L——电缆长度（公里）；——温度系数，如表1。表1——电缆绝缘的温度换算系数K温度/℃0510152025303540K0.480.570.700.851.01.131.411.661.92对0.6/1kV电缆用1000V兆欧表；0.6/1kV以上电缆用2500V兆欧表；其中6/6kV及以上电缆可用5000V兆欧表。对重要电缆，其试验周期为1年；对一般电缆，3.6/6kV及以上者为3年，3.6/6kV以下者5年，要求值自行规定。20iRitRKKLRRiti2002胶联电缆五阻值测量（二）测量外护套绝缘电阻本项目只适应于三芯电缆的外护套，进行测试时，采用500V兆欧表，电压加在金属护套与外护层表面的石墨导电层之间，当每千米的绝缘电阻低于0.5MΩ时，应采用下述方法判断外护套是否进水：直埋橡塑电缆的外护套，特别是聚氯乙烯外护套，受地下水的长期浸泡吸水后，或者受到外力破坏而又未完全破损时，其绝缘电阻均有可能下降至规定值以下，因此不能仅根据绝缘电阻值降低来判断外护套破损进水。为此,提出了根据不同金属在电解质中形成原电池原理进行判断的方法。橡塑电缆的金属层、铠装层及其涂层用的材料有铜、铅、铁、锌和铝等。这些金属的电极电位如表2所示：表2---金属的电极电位金属种类铜Cu铅Pb铁Fe锌Zn铝Al电位(V)+0.334-0.122-0.44-0.76-1.3302胶联电缆五阻值测量（三）测量内衬层绝缘电阻电压加在铜屏蔽与金属护套之间，周期及要求值同（二）。