张华---电缆故障的产生原因及测试-张华-环球

电缆故障类型及因素测试张华（邯郸市峰峰矿区供电公司河北邯郸056200）摘要：电缆是将一根或多根导线绞合而成的线芯，裹以相应绝缘层后，外面包上密闭包皮(铝、铅或塑料等)。在电力系统中常用的电缆有电力电缆和控制电缆两大类，其中电力电缆是用来输送和分配大功率电能的。该文简单介绍了电力电缆故障的产生原因、类型及测试方法。关键词：电力电缆；故障；测试方法1.电网中引起电力电缆故障的因素机械损伤。由机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。有些机械损伤很轻微，当时并未造成故障，要在数月甚至数年后损伤才发展成故障。造成电缆的机械损伤的主要原因有：安装时损伤。安装时不小心碰伤电缆；机械牵引力过大拉伤电缆；过度弯曲折伤电缆。直接受外力损伤。在安装后的电缆路径上或附近进行土建施工，使电缆直接受外力损伤。行驶车辆的震动或冲击性负荷也会造成地下电缆的铅(铝)包裂损。绝缘受潮。绝缘受潮后会引起电缆耐压下降而产生故障。电缆受潮的主要原因有：因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水。电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝。金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔。绝缘老化变质。绝缘老化会引起电缆耐压下降而产生故障。电缆老化的主要原因有：电缆介质内部的渣质或气隙，在电场作用下产生游离和水解。电缆过负荷或电缆沟通风不良，造成局部过热。油浸纸绝缘电缆的绝缘物流失。电力电缆超时限使用。过电压。过电压会使有缺陷的电缆绝缘层发生电击穿，引起电缆故障。其主要原因有：大气过电压(如雷击)；内部过电压(如操作过电压)。设计和制作工艺不良。电缆头与中间设计和制作工艺不良，也会引起电缆故障。其主要原因为：电场分布设计不周密；材料选用不当；工艺不良，不按规程要求制作。2.电缆故障的类型及测试方法电缆发生故障后一般先用1500V以上摇表或高阻计判别故障类型，再用不同仪器和方法初测故障，最后用定点法精确确定故障点，故障点的精测方法有感应法和声测法两种。A.电缆故障的性质与分类以故障材料特征分类：可分为串联故障、并联故障及复合故障三类。串联故障：串联故障(金属材料缺陷)是指电缆一个或多个导体(包括铅、铝外皮)断开的故障。它是广义的电缆开路故障。因缆芯的连续性受到破坏，形成断线或不完全断线。不完全断线尤其不容易发现。串联故障具体可分为：一点开断、多点开断、一相断线、多相断线等。并联故障：并联故障(绝缘材料缺陷)是指导体对外皮或导体之间的绝缘水平下降，不能承受正常运行电压而发生的短路故障。它是广义的电缆短路故障。这类故障由于缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏而形成短路、接地、闪络击穿等现象，在现场出现频率较高。并联故障具体可分为：一相接地、两相接地、两相短路、三相短路等。复合故障：复合故障(绝缘材料、金属材料都出现了缺陷)是指缆芯与缆芯之间的绝缘均出现故障。它包括一相断线并接地、两相断线并接地、两相短路并接地等。B.以故障点绝缘特征分类根据电缆故障点绝缘电阻Rf与击穿间隙G的情况，电缆故障又可分为开路故障、低阻故障、高阻故障、闪络故障四大类。该分类法为现场电缆故障最基本的分类方法，特别有利于探测方法的选择。其中，间隙击穿电压UG的大小取决于故障点放电通道(即击穿间隙)的距离G，绝缘电阻Rf的大小取决于故障点电缆介质碳化程度，分布电容Cf的大小取决于故障点受潮程度。开路故障：电缆金属部分的连续性受到破坏，形成断线，且故障点的绝缘材料也受到不同程度的破坏。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf为无穷大(∞)，该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志期（7月28日出版）-----转载须注名来源但在直流耐压试验时，会出现电击穿；检查芯线导通情况，有断点。现场一般以一相或二相断线并接地的形式出现。低阻故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf小于10Z0(Z0为电缆的波阻抗，一般取10～40Ω之间)。现场一般低压动力电缆和控制电缆出现低阻故障的几率较高。高阻故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf大于10Z0，在直流高压脉冲试验时，会出现电击穿。高阻故障是高压动力电缆(6KV或10KV电力电缆)出现几率最高的电缆故障，可达总故障的80%以上。现场实测时，笔者一般取Rf=3KΩ为划分高阻与低阻故障的界线。因为Rf=3KΩ时，恰好能得到回线法电桥精确测量所必需的10～50mA的测量电流。闪络故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现闪络故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf为无穷大(∞)，但在直流耐压或高压脉冲试验时，会出现闪络性电击穿。闪络性故障比较难测，特别是新敷设的电缆进行预防性试验出现闪络故障时。现场一般使用直流闪络法进行探测。C.以故障触发原因及故障点特征分类根据电力电缆在运行或预防性试验中，电缆、电缆头及中间盒出现不同特点的绝缘破坏，还可分为放炮故障、击穿故障和运行故障三类。放炮故障：在工矿企业，运行中的电力电缆，由于种种原因，绝缘出现严重损坏，产生跳闸的事故。称为电缆放炮。这类故障的特点是：电缆故障点多数有铅包或铜皮破裂，外部有不同程度的变形；电缆故障性质常表现为两相短路接地或两相断线并接地，其接地电阻一般较小，解剖故障点，可发现电弧击穿的碳化点或树状放电碳道与裂痕。电缆放炮故障，其故障特征明显，大多数情况下，运行值班人员都能提供放炮大致位置。所以，这类故障除少数较复杂的情况需测距外，一般只要用万用表测定故障的具体性质(单相接地、短路接地、断线接地等)，可用声测法直接定点，简单明了。击穿故障：实际工作中，因预防性试验而触发的电缆绝缘破坏事件，习惯称为电缆击穿。该类故障均发生在直流实验电压下，其绝缘破坏为电击穿，接地点一般铅包或铜皮完好，外部无明显变形(机械创伤除外)。电缆击穿故障多为单纯性接地故障，其接地故障较高，解剖故障点，绝缘材料没有碳化点，但通过仪器可发现碳孔和水树枝老化结构。对电缆击穿故障，特别是一些高阻接地性电缆击穿故障，其测试难点在测距。由于该类故障较为隐蔽，测试参数复杂多变，缺少规律性，所以能否迅速发现电缆故障点，测距是关键。“高压回线法”、“电锤法”均具有探测该类故障最有效的方法。运行故障：它是指工厂电力系统在运行中，电缆馈出线、电机、变压器的电缆引线，其高压二次回路出现电压波动或发现接地信号(有接地保护的电力元件出现接地跳闸)，排除其他电力元件故障的可能性而确定的电缆故障。这类故障的最大特点就是不明确。电缆运行故障的极端形式就是电缆放炮(如两点接地引发的相间短路)；另一部分运行故障在做停点检查时，由于耐压通不过而发展成电缆击穿故障(如电缆老化、绝缘缺陷等)；还有一部分电缆运行故障是由于电缆引出线安装位置不当(如电缆相间或对地距离不够、电缆头脏污或电机基础进水等)，这些故障主要进行一些简单处理即可；最不明确的是那些瞬时接地、产生不稳定闪络的电缆运行故障。该类故障在电缆停电后，绝缘电阻测量和直流耐压实验有相当部分可以通过，再把电缆投入系统后，也能正常运行一段时间；剩下的就是单相接地电缆故障，它们约占电缆运行故障的40%，这种接地故障一般外部也没有明显变形，接地电阻也不太高(一般几十至几百欧)。解剖故障点有细微的碳化点。电缆运行接地故障原因有两种：其一，由于电缆运行时间较长，绝缘层出现自然老化；其二，电缆在腐蚀环境中，电缆护套被迅速破坏，腐蚀性气体侵入绝缘层使其劣化。电缆绝缘层不管出现老化还是劣化，其击穿电压都会下降，最终导致额定工频电压下的电击穿，从而产生电缆接地故障。这类故障可用“低压回线法”探测；用“电锤法”探测，效果也较好。D.故障的判断方法确定电缆故障类型的方法是用兆欧表在线路的一端测量各相的绝缘电阻。一般根据以下情况确定故障类型。当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于100KΩ时，为低电阻接地故障。当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于正常值很多，但高于100KΩ时，为高电阻接地故障。当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻较高或正常，应进行导体连续性试验，检查是否有断线，若有即为断线故障。当摇测电缆一芯或几芯导体不连续，再经过一芯或几芯对地绝缘电阻摇测后，判断为低阻或高阻接地线，为断线并接地故障。闪络性故障多发生于预防性耐压试验，发生部位大多在电缆终端和中间接头。闪络有时会连续多次发生，每次间隔几秒到几分钟。除以上几种情况外，还会发生一些故障，如：(1)完全断线并接地故障，此故障表现为一端各相绝缘良好，另一端接地，我们可以采用完全断线故障点测试法。(2)不完全断线并接地故障，此类故障表现为各相绝缘良好，一相或多相导线不完全连续，经电阻接地，可采用交流电桥法按高阻断线故障测试。(3)闪络性故障，所谓闪络性故障表现各相绝缘电阻良好，而且导线连续性亦好，故障点已经封闭。此时可采用高电阻接地故障中的一次扫描示波器(711型)法，或者烧穿后用其他方法进行测试。