一、高壓電纜故障分析
按照故障產生的原因進行分類大致分為以下幾類:廠家制造原因、施工質量原因、設計單位設計原因、外力破壞四大類。下面進行分類介紹:
1、廠家制造原因
廠家制造原因根據發生部位不同,又分為電纜本體原因、電纜接頭原因、電纜接地系統原因三類。
1.1電纜本體制造原因
一般在電纜生產過程中容易出現的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質、內外屏蔽有突起、交聯度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封不良等,有些情況比較嚴重可能在竣工試驗中或投運后不久出現故障,大部分在電纜系統中以缺陷形式存在,對電纜長期安全運行造成嚴重隱患。
1.2電纜接頭制造原因
高壓電纜接頭以前用繞包型、模鑄型、模塑型等類型,需要現場制作的工作量大,并且因為現場條件的限制和制作工藝的原因,絕緣帶層間不可避免地會有氣隙和雜質,所以容易發生問題。現在國內普遍采用的型式是組裝型和預制型。
電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭,不管什么接頭形式,電纜接頭故障一般都出現在電纜絕緣屏蔽斷口處,因為這里是電應力集中的部位,因制造原因導致電纜接頭故障的原因有應力錐本體制造缺陷、絕緣填充劑問題、密封圈漏油等原因。
1.3電纜接地系統
電纜接地系統包括電纜接地箱、電纜接地保護箱(帶護層保護器)、電纜交叉互聯箱、護層保護器等部分。一般容易發生的問題主要是因為箱體密封不好進水導致多點接地,引起金屬護層感應電流過大。另外護層保護器參數選取不合理或質量不好氧化鋅晶體不穩定也容易引發護層保護器損壞。
2、施工質量原因
因為施工質量導致高壓電纜系統故障的事例很多,主要原因有以下幾個方面:一是現場條件比較差,電纜和接頭在工廠制造時環境和工藝要求都很高,而施工現場溫度、濕度、灰塵都不好控制。二是電纜施工過程中在絕緣表面難免會留下細小的滑痕,半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中,另外接頭施工過程中由于絕緣暴露在空氣中,絕緣中也會吸入水分,這些都給長期安全運行留下隱患。三是安裝時沒有嚴格按照工藝施工或工藝規定沒有考慮到可能出現的問題。四是竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場導致絕緣破壞。五是因密封處理不善導致。中間接頭須***采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結構,在現場施工中保證鉛封的密實,這樣有效的保證了接頭的密封防水性能。
3、設計原因
因電纜受熱膨脹導致的電纜擠傷導致擊穿。交聯電纜負荷高時,線芯溫度升高,電纜受熱膨脹,在隧道內轉彎處電纜頂在支架立面上,長期大負荷運行電纜蠕動力量很大,導致支架立面壓破電纜外護套、金屬護套,擠入電纜絕緣層導致電纜擊穿。
二、高壓電纜頭制作技術
1、高壓電纜頭的基本要求
電纜終端頭是將電纜與其他電氣設備連接的部件,電纜中間頭是將兩根電纜連接起來的部件,電纜終端頭與中間頭統稱為電纜附件。電纜附件應與電纜本體一樣能長期安全運行,并具有與電纜相同的使用壽命。******的電纜附件應具有以下性能:
絕緣性能好: 電纜附件的絕緣性能應不低于電纜本體,所用絕緣材料的介質損耗要低,在結構上應對電纜附件中電場的突變能完善處理,有改變電場分布的措施。
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2、電場分布原理 <br>
高壓電纜每一相線芯外均有一接地的(銅)屏蔽層,導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。也就是說,正常電纜的電場只有從(銅)導線沿半徑向(銅)屏蔽層的電力線,沒有芯線軸向的電場(電力線),電場分布是均勻的。
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在做電纜頭時,剝去了屏蔽層,改變了電纜原有的電場分布,將產生對絕緣極為不利的切向電場(沿導線軸向的電力線)。在剝去屏蔽層芯線的電力線向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜***容易擊穿的部位。電纜***容易擊穿的屏蔽層斷口處,我們采取分散這集中的電力線(電應力),用介電常數為20~30,體積<a title="電阻"
要使電纜可靠運行,電纜頭制作中應力管非常重要,而應力管是在不破壞主絕緣層的基礎上,才能達到分散電應力的效果。在電纜本體中,芯線外表面不可能是標準圓,芯線對屏蔽層的距離會不相等,根據電場原理,電場強度也會有大小,這對電纜絕緣也是不利的。為盡量使電纜內部電場均勻,芯線外有一外表面圓形的半導體層,使主絕緣層的厚度基本相等,達到電場均勻分布的目的。
在主絕緣層外,銅屏蔽層內的外半導體層,同樣也是消除銅屏蔽層不平,防止電場不均勻而設置的
為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應力分散,應力管與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm,短了會使應力管的接觸面不足,應力管上的電力線會傳導不足(因為應力管長度是一定的),長了會使電場分散區(段)減小,電場分散不足。一般在20~25mm左右。
在做中間接頭時,須***把主絕緣層也剝去一部分,芯線用銅接管壓接后,用填料包平(圓)。有二種制作方法:
熱縮套管: 用熱縮材料制作的主絕緣套管縮住,主絕緣套管外縮半導體管,再包金屬屏蔽層,***后外護套管。
預制式附件: 所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。為中空的圓柱體,內孔壁是半導體層,半導體層外是主絕緣材料。
預制式安裝要求比熱縮的高,難度大。管式預制件的孔徑比電纜主絕緣層外徑小2~5mm。中間接頭預制管要兩頭都套在電纜的主絕緣層外,各與主絕緣層連接長度不小于10mm。電纜主絕緣頭上不必削鉛筆頭(在電纜芯線上盡量留半導體層)。 銅接管表面要處理光滑,包適量填料。
關鍵技術問題:附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規定的要求。另外也需采用硅脂潤滑界面,以便于安裝,同時填充界面的氣隙,消除電暈。預制附件一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用,有時可采用密封膠及彈性夾具增強密封。預制管外面同熱縮的一樣,半導體層和銅屏蔽層,***外面是外護層。
3、電纜終端電應力控制方法
電應力控制是中高壓電纜附件設計中的極為重要的部分。電應力控制是對電纜附件內部的電場分布和電場強度實行控制,也就是采取適當的措施,使得電場分布和電場強度處于***佳狀態,從而提高電纜附件運行的可靠性和使用壽命。
對于電纜終端而言,電場畸變***為嚴重,影響終端運行可靠性***大的是電纜外屏蔽切斷處,而電纜中間接頭電場畸變的影響,除了電纜外屏蔽切斷處,還有電纜末端絕緣切斷處。為了改善電纜絕緣屏蔽層切斷處的電應力分布,一般采用以下幾種方法:
3.1 幾何形狀法
采用應力錐緩解電場應力集中:
應力錐設計是常見的方法,從電氣的角度上來看也是***可靠的***有效的方法。應力錐通過將絕緣屏蔽層的切斷處進行延伸,使零電位形成喇叭狀,改善了絕緣屏蔽層的電場分布,降低了電暈產生的可能性,減少了絕緣的破壞,保證了電纜的運行壽命。