1、电力电缆的基础知识电力电缆的分类一. 按绝缘材料的不同可分为（常用）：1、 油浸纸绝缘电缆（PILC） 2、交联聚乙烯电缆（XLPE）3、 聚乙烯电缆（PE） 4、聚氯乙烯电缆（PVC）5、 橡胶电缆（EPR）二. 按电压等级来分：可分为低、中压电力电缆（35kV及以下），高压电力电缆（110kV、220kV）和超高压电力电缆（500kV）。电力电缆的结构有五种典型结构，其结构示意图如图1所示：图1-a. 单芯电缆I 图1-b、单芯电缆II 图1-c 三芯电缆I 图1-d 三芯电缆II 图1-e 三芯电缆III电缆结构示意图图1中，导体芯线和绝缘层是必须的电缆组成部分，导体芯线的材料通常为铜芯和多股铝芯，绝缘材料如上所述有四大类。图1-a所示的单芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构，金属屏蔽层为铅包，外护层由钢带和塑料材料等组成；图1-b中所示的单芯电缆，通常是塑料交联聚乙烯（XLPE）绝缘介质电缆的典型结构，比图1-a中的结构多了内外半导电层和石墨层，而金属屏蔽层一般为铜带，金属护套可能是钢带（丝）、铝、铜或不锈钢等材质；图1-c所示的三芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构，与图1-
2、a所示的单芯电缆结构基本相同；图1-d所示的三芯电缆，多为塑料聚乙烯（PVC）绝缘介质和橡皮绝缘介质电缆，一般为6kV以下低等级电缆典型结构，这样的结构也有四芯电缆情况。图1-e所示的三芯电缆，多为XLPE绝缘介质电缆的结构与图1-a所示的单芯电缆基本相同。 分析五种电缆的典型构造，归总进来，电缆主要由五部分组成：导体芯线、绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、外护套层。电力电缆故障的基本知识电力电缆故障分类 由于电力电缆的种类较多，结构组成不尽一致，加上人们的工作属性和人们的目的要求不同等原因，使得电缆故障的分类方法较多，这里归纳以下几种情况：一. 按电缆的组成材料分类（物理特性）分析电力电缆的结构组成，我们可以得出电缆主要由两大部分组成：金属导体：如导体芯线、金属屏蔽层、金属外护套等；绝缘体：如主绝缘层（油浸纸、聚氯乙烯（XLPE）、聚乙烯（PVC）、橡胶（PE）；非金属外护层（PE、PVC），因此电缆故障也分为两大类：1、导体故障（开路故障）：顾名思义，导体故障是电缆中的金属导体所出现的故障，这里主要指芯线导体（如铜线、铝线）和金属屏蔽层（如铅包、铜带）故障。以导体芯线为例，如图2所示：
3、图2在图2中，电缆芯线的正常电阻值应为： RAA= L/S（）=RO 式中L为电缆长度，S为芯线截面面积， 为导体电阻率，因此当电缆成型后，其电阻值RO是一个定值（一般为毫欧级）。所以，只有当RAA RO才认为导体有问题，在实际中有两种情况，即两种类型故障：1.1 断线故障：即RAA=，也就是说电缆的芯线或金属屏蔽层在某一处或多处断开，如实际中，电缆被人为挖断、电缆被烧断、在电缆接头处，电缆芯线或电缆的两边屏蔽层根本没有连接上、XLPE电缆在生产过程中屏蔽层不连续等。1.2 似断非断故障：即RAA RO ，如电缆的芯线或金属屏蔽层某处似连非连、接头部分芯线或屏蔽线处理不好等。这种故障一般人们不易发现，但实际中是确实存在的。对于以上两种情况的导体故障我们统称为开路故障。因此，开路故障的确切定义为： 电缆的导体损伤导致导体断开或似断非断的情况。导体包括电缆的芯线和金属屏蔽层。断线故障是开路故障的一个特例。2、绝缘故障 电缆中的绝缘层，不管是主绝缘层还是外护套绝缘层(主要对110kV及以上等级电缆)，它和导体芯线一样，是电缆必不可少的重要组成部分，但相比之下要比导体材料脆弱的多。因此，在实际
4、中，电缆的绝大多数故障都是由绝缘层不好引起的。电力电缆绝缘层损伤一般会出现两种故障：泄漏性故障和闪络性故障。等效电路如图3所示：图32.1 泄漏性故障 在物理上，绝缘材料也叫电介质，分析电介质主要考虑它的三个特性：电介质的电导（漏导）特性、电介质的击穿特性和电介质的损耗特性。这里主要考虑前两个特性。 电介质的电导：理论上，绝缘材料即电介质是不导电的,其等效电阻为，即当给电介质两端施加直流电压，不管是电压多高，电介质中没有电流流过，根据欧姆定律知：Ig=U/RJ=0。但实际上， 电介质是存在电阻的，流过电介质的电流（泄漏电流用Ig表示）一般与外加电压成正比关系。具体到电力电缆，其几何尺寸和电介质的电阻系数是一定的，所以，在额定电压下的泄漏电流Ig应该不大于某一确定的值Igm。但如果电介质的电导特性变坏即RJ变小，泄漏电流Ig变大，说明电介质存在故障。对电缆来说，这种电缆的绝缘层电导特性变坏的故障我们称之为泄漏性故障。2.2 闪络性故障电介质的击穿：所有的电介质都不例外，当给电介质上施加电压后，电介质中会流过微小的泄漏电流Ig，其值随所施电压的增大基本线性增大，而当所施电压超过某一数值Us
5、时，泄漏电流Ig突然增大，电介质完全失去固有的绝缘特性而变成导体，这种现象称之为电介质的击穿，把电压值Us称之为电介质的击穿电压.有些绝缘介质击穿后，当降低外加电压后，绝缘性能自行恢复，有些则电导特性变坏，泄漏电流明显增大。具体到电力电缆，若电缆的额定电压为Um，当给电缆加电压时，在电压加到某一数值Us时，在UsUm条件下，电缆绝缘击穿，说明电缆存在故障，当降压后绝缘自行恢复,这种故障称之为电缆的闪络性故障。而降压后绝缘性能不可恢复的情况则为上述的泄漏性故障。 其中泄漏性故障可等效为一个电阻Rg，一般远小于RJ，Rg数值有高有低，Rg高时称为泄漏性高阻故障，Rg低时称为泄漏性低阻故障，简称低阻故障（具体定义见后分析），当Rg=0时，称之为短路故障（俗称死接地）。实际中可通过表、M表或给电缆加直流电压等方法来判知。 闪络性故障可等效为一个小间隙，当给电缆加直流电压，若UUs时，其电阻值为RJ，若UmUUs时，绝缘电阻为零。在实际中一般通过M表判断不出闪络性故障的存在，只有通过给电缆加直流电压才能发现。二. 按电缆的结构特性分类 分析电力电缆的结构组成，我们同时也知道电力电缆有最多三种结构
6、形成：单芯电缆、三芯电缆、四芯电缆（主要是低压电缆，其结构组成与图1-d相同），因此有以下故障类型：1. 单相接地故障 电缆的其中一相对地绝缘层电导特性变坏，形成泄漏性故障，即此相对地绝缘层形成了固定的电阻通道，其电阻值或大或小或为零，这种故障其电缆导体是良好的。2. 单相故障 电缆的其中一相对地绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄漏性或闪络性故障。这种故障情况其电缆导体芯线和相间绝缘是良好的。3. 相间故障 电缆中的两相间或三（四）相间绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄漏性或闪络性故障。这种故障情况其电缆导体芯线和相对地绝缘是良好的。4. 相间并对地故障 电缆的两相之间并对地或三相之间并对地形成泄漏性或闪络性故障。5. 开路故障 电缆的一芯或多芯导体或者金属屏蔽层完全断线或似断非断的情况，我们称之为开路故障。6. 混合性故障 电缆中同时存在两种以上故障的情况而称之为混合性故障。三. 按电缆故障发生的原因分类 分析电缆故障发生的原因，情况很多，而直接的原因总归起来有三种情况，也即有三种故障类型：1. 运行故障 电力电缆在运行过程中发生故障，此类故障通常以单相或多相并对地泄漏性
7、故障较多。2. 预试故障 电力电缆在做预防性试验时发生故障。由于规程上规定在现场电缆只做直流耐压试验。因此以往此类故障以闪络性故障居多，也有泄漏性故障。如果以后现场电缆要做交流耐压试验，那么电缆故障的情况将会有所变化。3. 外力破坏形成故障 电力电缆由于人为破坏或自然因素破坏而形成的各种类型故障。四. 按电缆故障发生的部位分类 分析电缆的结构组成和整体线路情况，我们可把电缆故障按照下列形式分类：1. 主绝缘故障 电缆的导体芯线与地或金属屏蔽层之间绝缘受损形成各种性质故障。一般来讲，35KV及以下等级电缆，其绝大多数故障属于此类故障。2. 护套故障 一般指电缆的金属护套（层）或绝缘护套受损形成的故障，实际中能够发现的是金属护套对大地之间绝缘护套的故障。此类故障以泄漏性故障居多。护套故障只有在66KV及以上高电压等级电缆才涉及到。3. 本体故障 完整的输电电缆由电缆本体和电缆接头两大部分组成。因此电缆的故障肯定发生在电缆本体和电缆接头。电缆的本体可出现不同性质的故障。通常因产品质量和外因损坏为主要原因。4. 接头故障 应用电缆供电，不论电缆长短，肯定存在终始端两个接头。对于长距离供电电缆或
8、者当电缆出现故障修复后，电缆也肯定有连接头，即中间接头。通常电缆故障的相当一部分为接头故障，其表现性质各不相同。但通常以多相并对地泄漏性高阻故障居多数。五. 按故障外表特性或人的直觉性分类： 从电缆故障发生的外特性来分析，通常有两种类型故障：1. 外露性故障 很显然，通过人的眼睛观察，可以直接发现故障点，如:电缆的外护层或绝缘层等有明显的损坏现象。这种故障多数为单相或多相对地泄漏性故障。2. 封闭性故障 与外露性故障相比较，电缆的外表完整无缺，电缆的外护层及屏蔽无明显的损坏痕迹，这也可以称之为电缆的内伤。在过去，封闭性故障往往和闪络性故障相联系，更确切的讲是一种故障两种称谓。因为过去油浸纸介质电缆比较多。闪络性故障多以在做预试时发现，而电缆做预试的过程很短，电压不足以把电缆外护层及铅包损坏，因此而为封闭性。由于近几年XLEP电缆的增多，它的物理特性与油浸纸电缆有所不同，往往泄漏性甚至短路，其故障点仍然封闭。因此，我们不能把闪络性故障和封闭性故障混为一谈。六. 按电缆的耐压等级分类 电力电缆按其耐压等级分类，一般有以下几种常规类型：1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV、1
9、10kV、220kV、330kV、500kV电缆，但分析各种等级电缆结构组成，就其共性而言，一般分为三大类：1. 低压电缆故障 在这里我们把6kV以下的各种电力电缆故障叫做低压电缆故障。实际中，低压电缆故障以相对地（或金属护套）、相间或相间并对地泄漏性故障为多数，开路故障也较常见。从外特性看，低压电缆故障多表现为外露型故障。2. 中压电缆故障 以6kV、10kV及35kV等级电缆为代表的中压电缆，在实际中使用的最多。因此中压电缆故障是人们最关切的。此类电缆通常只考虑导体芯线，金属屏蔽层，主绝缘层三种材料中发生的故障，经常出现以下几种类型故障：开路故障、相对地、相间或相间并对地泄漏性故障、闪络性故障。3. 高压电缆故障 我们把35kV级以上的各种电缆称为高压电缆。近几年高压电缆在我国各地得到了较多的使用，分析其结构组成和总结各地使用情况，此类电缆故障通常有两大类故障：3.1 导体芯线与主绝缘层所发生的故障：其故障类型及性质和中压电缆故障情况相同。3.2 金属护套与非金属护套所发生的故障：其故障性质多以金属护套对大地泄漏性故障较多。七. 按电缆损坏程度分类电力电缆出现故障后，其损坏的严重程度差别比较大，我们这里从查找故障的角度出发进行分类：1. 单点故障 电力电缆出现故障是在电缆中的某一个点上，不管是单相对地，相间
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