电缆讲义

主讲张晓沙电缆试验技术讲义第一节概述电力电缆的种类和特点电力电缆的典型结构电力电缆的额定电压（一）按绝缘材料分类塑料绝缘:聚氯乙稀绝缘型聚乙稀绝缘型交联聚乙稀绝缘型氟塑料绝缘型橡胶绝缘:天然橡胶绝缘型乙丙橡胶绝缘型油浸纸绝缘（二）按结构特征分类分相型：分相屏蔽，一般用在10～35kV油浸纸绝缘或塑料绝缘电缆中。统包型：在各缆芯外包有统包绝缘，并置于同一护套内。钢管型：电缆绝缘外有钢管护套，分钢管充油、充气电缆和钢管油压式、气压式电缆。（二）按结构特征分类自容型：护套内部有压力的电缆，分自容式充油电缆和充气电缆。扁平型：三芯电缆的外形是扁平状，一般用于大长度海底电缆。（三）其它按电压等级可分为高压电缆和低压电缆，按芯数可分为单芯电缆和多芯电缆等。通常称35kV及以下电压等级的电缆为中低压电缆，是应用最多的电缆品种。塑料绝缘电缆电力电缆典型结构（单芯电缆）单芯电缆1、电缆芯线电缆芯线的作用是传输电流，为减少电缆芯线中的损耗和电压降，电缆芯线一般由具有高导电系数的铜和铝制成。2、电缆绝缘层电缆绝缘层用于承受工作电压。电缆芯线既处于高电位，又有大电流流过，因此，电缆绝缘层材料必须满足下列要求：（1）高的击穿场强与足够的耐受工频、冲击与操作过电压作用的能力。单芯电缆（2）介质损耗低。绝缘材料在电压作用下会产生介质损耗，介损太大将引起电缆发热，加速绝缘老化，甚至发生击穿损坏。（3）耐电晕性能好。电缆绝缘的工作场强很高，绝缘层中不可避免会残存一些气泡，这些气泡在强电场的作用下，很容易被电离而产生局部放电，并伴随产生臭氧腐蚀绝缘。（4）化学性能好。绝缘材料性能稳定，不受外界因素影响而变质，使绝缘水平降低，缩短使用寿命。单芯电缆（5）耐热性能好。绝缘材料应在工作温度下长期运行而绝缘性能不变坏。允许运行温度越高，电缆的允许载流量越大，供电能力越强。单芯电缆3.铜屏蔽层（绝缘屏蔽层）具有改善电场分布，提供电容电流与故障电流的通道，运行中是单独接地的，且要用绝缘的导线单独接地，导线截面不小于25mm2。单芯电缆4、电缆护层为了使电缆适应各种使用环境而在电缆绝缘层外面加的保护覆盖层，叫电缆护层。电缆护层主要可分为三大类，即金属护层（包括外护层）、橡塑护层和组合护层。三芯电缆三芯电缆电缆型号电缆型号YJV42（YJLV42）为交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套裸粗钢丝内铠装电力电缆电力电缆的额定电压电力电缆的额定电压是电缆及其附件设计和电气性能试验用的基准电压，用U0/U表示,其中：U0为电缆及附件设计的导体和金属屏蔽（地）之间的额定工频电压有效值，单位为kV；U为电缆及附件设计的各相导体之间的额定工频电压有效值，单位为kV。表3U0U和电缆适用的电力系统的最高电压Um值（kV）电缆U0/U的划分与U0类型的选择，实际上是根据电网的——中性点接地方式和故障切除时间等因素来选择电缆的。根据其中性点接地方式的不同，U值相同的电缆，其U0值是不相同的。我国制定的“高压电缆选用导则”将U0划分为两类，并明确指出：（1）当电缆所在系统中的单相接地故障能很快地切除，在任何情况下故障持续时间不超过1min时，可选Ⅰ类U0，如中性点经小电阻接地就属于这类情况。（2）当电缆所在系统中的单相接地故障持续时间在1min～2h之间，个别情况在2～8h之间时，必须选用Ⅱ类U0，即10kV系统中应选用U0/U＝8.7/10kV；35kV中应选用U0/U＝26/35kV；（3）当电缆所在系统是采用中性点直接接地方式时，U0只有选Ⅰ类的。对于分相屏蔽的电缆，其绝缘承受的电压只是导体对地电压U0，因此在电缆标准中规定的试验电压是以U0的倍数，而不是以U的倍数表示。对于三芯统包型电缆，其绝缘承受的电压除了导体对地电压U0外，还有导体之间的电压U，因此试验电压以U0和U的平均值的倍数表示。这一段主要掌握电缆额定电压地含义，U0/U的划分及U0选择，以及不同电缆的试验电压确定。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验（一）试验目的初步判断电缆主绝缘是否受潮、老化，检查耐压试验后电缆主绝缘是否存在缺陷。运行中的绝缘电阻下降，则泄漏电流增大，会导致绝缘材料发热、击穿或烧毁，发生电缆损坏和停电事故。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验当电缆主绝缘中存在部分受潮、全部受潮或有击穿痕迹时，绝缘电阻的变化取决于这些缺陷是否贯穿于两极之间。如贯穿于两极之间，绝缘电阻会有灵敏的反映。如只发生局部缺陷，电极间仍保持着部分良好绝缘，绝缘电阻很少下降，甚至不发生变化。因此，绝缘电阻只能有效地检测出整体受潮和贯穿性的缺陷。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验（二）试验周期及判断依据绝缘电阻试验的周期为1～3年或新做终端和接头后，在直流耐压试验之前进行。电缆绝缘电阻受电缆头污秽和潮湿等因素的影响很大。鉴于以上原因在试验中，对电缆主绝缘的绝缘电阻不作具体规定，要求自行规定，对于高压电缆一般大于1000MΩ。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验（三)、测量方法测量电缆主绝缘的绝缘电阻时，应分别在每一相电缆上进行，非试相电缆导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地。0.6/1kV电缆选用1000V摇表，0.6/1kV以上电缆选用2500V摇表，6/6kV及以上也可用5000kV摇表。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验电缆绝缘电阻值随电缆的温度、长度而变化，为便于纵向比较，应换算到20℃时的每km数值。第二节电力电缆常规试验一、电缆主绝缘绝缘电阻试验屏蔽线接于摇表“G”端，如图所示。屏蔽环可用熔丝在芯线绝缘上缠绕几圈构成，熔丝必须与芯线绝缘紧密接触。第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验（一）试验目的泄漏电流试验的原理与用兆欧表测量绝缘电阻完全相同，泄漏电流试验中所用直流电源是由高压整流装置供给，用微安表指示电流。它的特点是试验电压高，可任意调节，可使绝缘本身的弱点更易显出来，有效地发现绝缘电阻试验不易发现的问题。第二电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验电缆绝缘中有局部缺陷，但还没有完全失去绝缘性能，如图所示，第二电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验（二）试验周期及判断依据直流耐压和泄漏电流试验周期为1～3年，新做终端和接头之后也要进行。广西电网规程规定直流耐压仅适用于8.7/10kV及以下塑料电力电缆，直流耐压试验电压值按下表规定，加压时间为交接15min，其余5min；升压过程应分阶段（至少3个阶段,每段停留1min），以观察泄漏电流变化情况，来判断绝缘是否良好。第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验额定电压U0/U(kV）试验电压（kV）交接/其余3.6/615/156/624/246/1024/248.7/1035/35第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验（三）试验注意事项和异常情况处理1、电缆的击穿强度与所加的电压极性有关，正极性的击穿电压值比负极性约高10％，所以一般采用负极性进行直流耐压试验。2、有缺陷的电缆，在试验过程中会出现以下现象：（1）升压时泄漏电流不成比例地急剧上升；（2）在升压停留阶段，泄漏电流不随时间衰减，反而增大；第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验（3）泄漏电流值不稳定；（4）泄漏电流值相间不平衡。一般采取提高试验电压或延长试验时间来使电缆击穿，然后寻找故障点。3、接地要求。第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验4、微安表指针来回抖动。5、微安表指针周期性摆动。6、微安表指针突然冲击。第二节电力电缆常规试验二、电缆主绝缘直流耐压和泄漏电流试验第二节主要掌握电缆主绝缘直流耐压的试验方法，绝缘电阻与直流耐压下泄漏电流测量的不同意义。绝缘电阻只能有效地检测出绝缘的整体受潮和贯穿性的缺陷；而直流电压下的泄漏电流对于发现绝缘内部缺陷有特殊的意义。第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量1、试验目的电缆在敷设过程中或在运行中，由于受直接外力自然力的作用会引起外护套破损进水，或受地下水长期浸泡吸水受潮，从而导致铠装层腐蚀损坏，造成绝缘电阻下降。电缆外护套绝缘电阻测量目的是检测电缆在敷设后或运行中外护套是否损伤或受潮。第三节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量2、试验周期及判断依据试验周期（1）交接时；（2）耐压试验前后；（3）新做电缆终端或接头。判断依据为：每千米绝缘电阻值不应低于0.5MΩ3、测量方法：电缆外护套绝缘电阻测量采用500V兆欧表。第三节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量试验接线如图所示。第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量外护套绝缘电阻测量完后，为了便于比较，需将实测绝缘电阻值换算为每千米长度的数值，换算公式如下：R0＝RL/L式中R0—电缆单位绝缘电阻，MΩ/km；RL—电缆长度为L时的绝缘电阻，MΩ；（实测值）L—电缆长度，km。第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量4、电缆外护套破损进水的判断当实测R0小于0.5MΩ时，还应该用万用表法进一步判断外护套是否进水。这种方法的依据是根据不同金属在电解质溶液中能够形成原电池的原理。第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量表6橡塑电缆的金属层、铠装层及其涂层用的材料有铜、铅、铁和铝等，这些金属在电解质溶液中的电极电位如表6所示第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量当外护套破损进水后，可万用表进一步判断外护套是否进水。方法如下图。第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量在图（a）中，万用表显示的绝缘电阻值R为其中：第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量如无进水，则无原电池形成，U≈0在图（b）中，万用表显示的绝缘电阻值R为第二节电力电缆常规试验三、外护套绝缘电阻测量电缆外护套破损进水的危害在于浸蚀铠装层，若内衬层破损，会使内衬层受潮进水，进而腐蚀金属层，所以外护套破损不一定要立即处理，但必须加强监视，以防缺陷进一步发展，同时结合内衬层绝缘电阻的测量数据进行综合分析判断。第二节电力电缆常规试验四、内衬层绝缘电阻测量1、试验目的内衬层是位于铠装层和铜屏蔽层之间的绝缘层，起铠装层衬垫和铜屏蔽层防蚀作用，当内衬层由于外力等因素造成破损进水后，水分直接与铜屏蔽层接触并腐蚀铜屏蔽层。测量目的是为了检查内衬层的绝缘状况，进而判断内衬层是否破损进水。2、试验周期：试验周期（1）交接时；（2）耐压试验前后；（3）新做电缆终端或接头。第二节电力电缆常规试验四、内衬层绝缘电阻测量判断依据为：每千米绝缘电阻值不应低于0.5MΩ3、测量方法电缆内衬层绝缘电阻测量采用500V兆欧表，试验接线如下图所示。第二节电力电缆常规试验三、护套绝缘电阻测量第二节电力电缆常规试验四、内衬层绝缘电阻测量内衬层绝缘电阻测量完毕后，为了便于比较，需将实测绝缘电阻值换算为每千米长度的数值，换算公式如下R0＝RL/L式中R0—电缆每千米绝缘电阻，MΩ/km；RL—电缆长度为L时的绝缘电阻，MΩ；L—电缆长度，km。第二节电力电缆常规试验四、内衬层绝缘电阻测量4、电缆内衬层破损进水的判断若实测R0小于0.5MΩ,还应采用前述的原电池原理进一步判断内衬层是否进水。内衬层破损进水后，在镀锌钢带与铜屏蔽层之间形成原电池，产生0.334-（-0.76）≈1.1V的电位差，当进水很多时，测到的电位差会变小。在原电池中铜为“正”极，镀锌钢带为“负”极。用万用表的“正”、“负”表笔轮换测量铠装层对铜屏蔽层的绝缘电阻。第二节电力电缆常规试验四、内衬层绝缘电阻测量根据前述原理，当两次测得的电阻值相差较大时，表面已形成原电池，既内衬层已破损进水。内衬层破损进水的危害要比外护套破损进水的危害大的多，内衬层破损进水后，水分直接渗入接触铜屏蔽层，产生化学和电解腐蚀，威胁电缆的安全运行，所以应尽快进行检修处理。第二节电力电缆常规试验五、铜屏蔽层电阻和导体电阻比测量（一）试验目的铜屏蔽层具有改善电场分布、提供电容电流和故障电流通道的