电力电缆知识专题

电力电缆知识专题•第一部分电力电缆的基本知识•第二部分城市轨道交通电力电缆的特点•第三部分电力电缆试验•第四部分电力电缆故障的探测•第五部分电力电缆故障测试设备案例•1.1电力电缆结构电力电缆的基本结构主要由四部分组成：线芯（导体）：用来输送电能，是电力电缆的主要部分。绝缘层:将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。屏蔽层:10KV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。保护层:保护层的作用是保护电力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力电缆。第一部分电力电缆的基本知识1.2电力电缆分类•一、按电压等级分类（U0/U来表示）•中、低压电力电缆（35千伏及以下）:0.6/11/11.8/33/33.6/66/66/108.7/108.7/1512/1512/2018/2018/3021/3526/35•高压电缆(110千伏以上):64/110127/220•超高压电缆（275～800千伏）:190/330290/500•特高压电缆（1000千伏及以上）：暂无注意电缆电压等级：电缆的标称电压应该用U0/U来表示。U是电缆设计时导体与导体之间的电压(线电压)；U0是电缆设计时导体对金属屏蔽之间的电压（简单的说就是导体对地电压）。二、电缆按线芯截面积分类•电力电缆的导电芯线是按照一定等级的标称截面积制造的，便于制造和设计与施工选型。•我国电力电缆的标称截面积系列为：2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、600mm2，共19种。•高压充油电缆标称截面积系列规格为：100、240、400、600、700、845mm2共6种。•电缆在正常使用时，导体长期允许工作温度不超过90℃;短路时(最大短路持续时间5S)导体最高温度不超过250℃。三、按导线芯数分类•电力电缆导电芯线有1～5芯5种。•单芯电缆用于传送单相交流电、直流电及特殊场合（高压电机引出线）。•60kV及其以上电压等级的充油、充气高压电缆也多为单芯。•二芯电缆多用于传送单相交流电或直流电。•三芯电缆用于三相交流电网中，广泛用于35kV以下的电缆线路。•四芯电缆用于低压配电线路、中性点接地的TT方式和TN-C方式供电系统。•五芯电缆用于低压配电线路、中性点接地的TN-S方式供电系统。•二芯和四芯都是低压1kV以下的电缆。四、按绝缘材料分类1、纸绝缘电力电缆(粘性油纸绝缘电力电缆、不滴流油浸纸绝缘电力电缆)以油浸纸作绝缘的电力电缆，其应用历史最长。它安全可靠，使用寿命长，价格低廉。主要缺点是敷设受落差限制。自从开发出不滴流浸纸绝缘后，解决了落差限制问题，使油浸纸绝缘电缆得以继续广泛应用。2、橡塑绝缘电力电缆[聚氯乙烯（PVC）绝缘、交联聚乙烯(XLPE)绝缘、聚乙烯(PE)绝缘]塑料电缆结构简单，制造加工方便，重量轻，敷设安装方便，不受敷设落差限制。因此广泛应用作中低压电缆，并有取代粘性浸渍油纸电缆的趋势。其最大缺点是存在树枝化击穿现象，这限制了它在更高电压的使用。3、充油电力电缆(自容式充油电缆、钢管充油电缆)五、按电流制式分类•1、交流电力电缆•2、直流电力电缆标称电压为750V或1500V的直流系统中的电缆，均可采用3KV的交流电力电缆。目前运营线路采用的大多是低压交流电缆替代直流电缆。针对直流电源特性的电缆生产企业甚少，交联聚乙烯绝缘电缆性能优良、制造工艺简单、安装方便，已成为直流绝缘电缆的替代产品。六、按载流导体分类•1、铜芯电力电缆铜的导电率高，常温下为1.72*10-6Ω.cm，铜芯（电压和功率）损耗小，铜的机械性能优于铝，抗疲劳、延伸性能好，便于加工和安装。•2、铝芯电力电缆铝的导电率较低，常温下为2.86*10-6Ω.cm，相同载流量时，截面积是铜芯电缆的1.5倍，但铝比重轻，在电阻相同时，铝芯的质量只有铜芯的一半。•目前城市轨道交通均采用铜作为电缆的导电材料。1.3电力电缆的表示方法•绝缘材料代码：Z--纸、X--橡胶、V--聚氯乙烯、Y--聚乙烯、YJ-交联聚乙烯;•导体材料代码：L--铝、铜不表示;•内护层：L--铝护层、Q--铅护层、V--聚氯乙烯、Y--聚乙烯、YJ-交联聚乙烯;•外护层：金属铠装外护层0--无0--无2--双钢带1--麻被3--细钢丝2--聚氯乙烯4--粗钢带3--聚乙烯•派生代号：P--干绝缘、F--分相、D--不滴流、CY--充油、Z--橡套;交联聚乙烯绝缘，聚氯乙烯护套，不锈钢带铠装，额定电压10kV，三芯300mm2铝芯电力电缆WDZ(B)-YJY23-0.6/1kV-3x35+2*16外护层特性绝缘种类导体内护层特征十位个位ZR阻燃TZR特种阻燃NH耐火DL低卤WL无卤Z纸X橡皮V聚氯乙烯Y聚乙烯YJ交联聚乙烯L铝T铜芯不标注V聚氯乙烯内护套Y聚乙烯内护套H普通橡套F氯丁橡套L铝包Q铅包D不滴流F分相护套P屏蔽Z直流CY充油0无铠2钢带铠装3细纲丝铠装4粗钢丝铠装0无外被套1纤维外被套2聚氯乙烯外护套3聚乙烯外护套低烟无卤B类阻燃，交联聚乙烯绝缘,聚乙烯护套,钢带铠装，铜芯五芯电力电缆一、引起电力电缆故障的原因1、机械损伤（1）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。（2）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。（3）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。（4）因自然现象造成的损伤。如中间接头或终端头的内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；装在管口或支架上的电缆外皮擦伤；因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。2、绝缘受潮（1）因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水。（2）电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝。（3）金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔。1.4电力电缆故障产生的原因及其分类3、绝缘老化变质（1）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。（2）电缆过负荷或电缆沟通风不良，造成局部过热。（3）油浸纸绝缘电缆的绝缘物流失。（4）电力电缆超时限使用。4、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）。5、设计和制作工艺不良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。二、电力电缆的故障分类（按故障性质分）（1）断线故障电缆各芯绝缘均良好，但有一芯或数芯导体不连续者称为断线故障。（2）低阻故障即低电阻接地或短路故障。电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于10Zc(Zc为电缆特性阻抗，一般不超过40Ω）时，而导体连续性良好者称为低阻故障。一般常见的低阻故障有单相接地、二相短路或接地等。（说明：这一低阻故障的定义是针对脉冲反射测试原理而定的，其他测试方法中的低阻故障定义与特性阻抗Zc无关。）（3）高阻故障即高电阻接地或短路故障。电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常值很多，但高于10Zc而导体连续性良好者称为高阻故障。一般常见的高阻故障有单相接地、二相短路或接地等。低压脉冲法测试低压脉冲法测试闪络法测试（4）泄漏性故障泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。在进行电缆绝缘预防性耐压试验时，其泄漏电流随试验电压的升高而增大，直至超过泄漏电流的允许值。（此时试验电压尚未或已经达到额定试验电压），这种高阻故障称为泄漏性故障。值得注意的是泄漏性故障的绝缘电阻可能很高，甚至达到合格标准。（5）闪络性故障闪络性故障是高阻故障的又一种极端形式。在进行电缆绝缘预防性耐压试验时，泄漏电流小而平稳。但当试验电压升至某一值（尚未或已经达到额定试验电压）时泄漏电流突然增大并迅速产生闪络击穿，这种高阻故障称为闪络性故障。闪络性故障的绝缘电阻极高，通常都在合格标准以上。具有闪络性故障的电缆，短期内在较低的电压下（不大于闪络击穿电压），其闪络击穿的现象可能会完全停止并显现较好的电气性能。闪络法测试冲击闪络法测试第二部分城市轨道交通电力电缆的特点•高压电缆：64/110KV•中压电缆:21/35KV•低压电缆:0.6/1KV•直流电缆:1.8/3KV或3.6/6KV（即采用交流电力电缆替代）一、城轨交通电力电缆的分类1、电缆类型:采用低烟无卤阻燃交联聚乙烯（XLPE）单芯绝缘电力电缆2、标称截面积:500mm23、额定工作电压：64/110KV4、绝缘层厚度：17mm5、最大额定电流：420A6、短路电流耐受能力：17.3KA/3S(三相)；21.5KA/3S(单相)7、雷电冲击电压耐受能力：550KV二、110KV城轨交通电力电缆的基本参数三、35KV城轨交通电力电缆的基本参数1、电缆类型:采用低烟无卤阻燃交联聚乙烯（XLPE）或聚乙烯绝缘单芯电力电缆2、标称截面积:300mm2150mm295mm250mm23、载流量：≧650A≧425A≧300A≧220A4、短路电流耐受能力：40KA/S；25KA/S12.5KA/S厂家提供5、额定工作电压：21/35KV6、绝缘层厚度：9.3mm7、雷电冲击电压耐受能力：200KV四、1500V城轨交通直流电力电缆的基本参数1、电缆类型:采用低烟无卤阻燃交联聚乙烯（XLPE）或聚乙烯绝缘单芯电力电缆2、标称截面积:400mm2150mm23、载流量：≧890A≧490A4、短路电流耐受能力：≧40KA/S；≧20KA/S5、额定工作电压：1.5KV6、绝缘层厚度：2.0mm7、雷电冲击电压耐受能力：40KV1、电缆载流量应该满足各种运行条件下最大负荷要求，并留有一定余量。2、电缆能承受系统在各种运行方式下短路电流。3、电缆选型满足城市轨道交通安全要求和不同敷设环境的要求。4、电缆类型应考虑工程施工和运行维护的方便性。5、考虑是否采用防白蚁或防水的电缆。五、城轨交通电力电缆选择的原则一、电气试验的分类1、按试验目的分类（1）出厂试验：电气设备在出厂前有设备生产厂家进行的检查试验。（2）交接试验：新建的变电所或新安装和大修后的电气设备要按规定进行的判定电气设备电气性能的试验。（3）预防性试试验：正在运行中的设备，按规定周期进行例行的试验。2、按试验性质分类（1）绝缘试验：测试电气设备绝缘性能的试验，又可非为非破坏性和破坏性试验两种。（2）特性试验：绝缘试验意外的所以试验。二、电力电缆预防性试验的目的检测电力电缆是否受潮；电缆绝缘性能是否下降；电缆中是否有导电性通道；电缆老化、劣化等。第三部分电力电缆试验3.1电力电缆预防性试验电缆绝缘类型纸绝缘电缆橡塑绝缘电缆充油电缆绝缘电阻测量主绝缘☆☆×护套绝缘×☆×内衬层绝缘×☆×主绝缘直流耐压试验☆☆×电缆护套直流耐压试验××☆铜屏蔽层电阻和导体电阻比×△×交叉互联系统×☆☆电缆油试验××☆三、电力电缆预防性试验的项目：测量绝缘电阻；测量泄漏电流与直流耐压试验；交流耐压试验；一、绝缘电阻测试部位测量钢铠对地的电阻，检测外护套有无损伤；测量铜屏蔽层对钢铠间的绝缘电阻，检测内护套有无损伤；测量电缆主绝缘层（电缆的主绝缘），检测主绝缘层性能。3.2绝缘电阻测量二、绝缘电阻测试接线三、测量绝缘电阻的注意事项1、测绝缘电阻应该在耐压试验前进行。2、不同电压等级的电缆，采用不同电压等级的兆欧表。对1KV以下电缆用1000V的兆欧表；对1KV及以上的电缆用2500V的兆欧表；对6KV以上的电缆采用2500V或5000V的兆欧表；3、兆欧表停止摇动时，更应进行充分放电，放电时间最少不少于2min。Ic充电电流IX吸收电流Id不随时间衰减的电导电流曲线1：泄漏电流曲线2：吸收电流曲线3：不随时间衰减的电导电流曲线4:充电电流4、电气设备的绝缘是通过绝缘材料将导电体与其他导体隔离的，因而就形成了一个电容，给电气设备的绝缘施加直流电压时，便会产生随时间衰减的充电电流、吸收电流和不随时间衰减的电导电流，这三部分电流合称为泄漏电流。5、读取15s和60s的绝缘电阻值、采用不同时间所测绝缘电阻的比值，作为判断