电力电缆故障测试的基础知识.docx

精品名师归纳总结交联聚乙烯电力电缆故障点测试摘要关键词 目录引言 第一章 概述人类社会进展到17世纪初创造了电，从那时候起，人类为实现工业、农业、国防等各行业的电气化，需要把电能从发电厂传送到用户。电能的传输犹如自来水系统中，水要通过管道才能供应人们使用一样，电是通过电线、电缆输送给用户的。因此，电线、电缆是实现电气化不行缺少的，而且是大量使用的器材。用于电力传输和安排的电缆称为电力电缆。电线可分为裸导线和绝缘电线两大类。他们都是由高电导系数材料（铜、铝）制成的导线，在导线外表面具有轻型绝缘层或爱护层的称为绝缘电线，否就称为裸导线。电力电缆通常也是由高电导系数材料组成的导电线芯（单芯或多芯），并由油浸纸、橡皮、塑料等绝缘材料组成重型绝缘层和爱护层，以防止机械损耗、化学腐蚀和潮气的作用等。电力电缆和绝缘电线并没有严格的界限。一般来讲，电缆用于电压较高、传输功率较大、牢靠程度要求较高的场合。因此，电缆的线芯截面积比较大，绝缘层比较厚，电气性能要求高，护层结构质量要求较高。设计和制造既经济、牢靠，又耐用的电力电缆和正确安装、使用、爱护电缆线路是电力行业的重要任务之一。电力电缆线路由电缆、电缆附件及线路构筑物三部分组成。电缆是电缆线路的主体。电缆附件是指电缆线路中除电缆本体之外的其他部件和设备，如中间头、终端头、高压充油电缆线路中的塞止盒、绝缘连接盒、压力箱等，高压充气和压力电缆线路中的供气和施加压力设备等，这些附件可起到导体连接、绝缘和密封爱护作用。线路构筑物是电缆线路中用来支撑电缆和安装电缆附件的部分，如电缆杆、引入管道、电缆进线室及电缆井、沟、隧道等。在大多数情形下，用架空线传输电能要比用电缆的成本低。但是，随着社会的进步 与工农业生产的进展，电缆用量在整个传输线路中所占的比列逐年提高。电缆线路 与架空线路相比，具有以下优点：（1）不易受四周环境和污染的影响，送电牢靠 性高。（ 2）线间绝缘距离小，占的少，无干扰电波。（3）的下敷设时，不占的面与空间，既安全牢靠，又不易暴露目标。（4）电力电缆具有绝缘层和爱护层，使人们不会直接接触到导体，有利于保证人身安全。（5）运行安全牢靠，运行爱护工作量少。（ 6）电容较大，有利于提高功率因数。因此，在城镇市区人口稠密的的方，大型工厂、发电厂、交通拥挤区、电网交叉区等要求占的面积小，安全牢靠，削减电网对交通运输、城市建设的影响，一般多采纳电缆线路输电。在严峻污染区，为了提高输送电能的牢靠性，多采纳电缆。对于跨度大，不宜架设架空线的过江、过河线路，或为了防止架空线路对船舶通航或无线电干扰，也多采纳电缆。有的国防与军事工程，为了防止暴露目标而采纳电缆，也有的因建筑与美观的需要而采纳电缆。电缆线路虽然具有上述优点，但也存在着不足之处：（1）成本高，一次性投资费用比较大。（ 2）电缆线路不易变动与分支。（3）电缆故障侧寻与修理较难，需要具有较高的专业技术水平的人员来操作。（4）电缆附件制作工艺要求高。图 1-1是世界上架空线和电缆的工作电压进展图。由图可见，在电力工业进展初期，电缆 落后与架空线路的进展，随着工业的飞速进展，电缆与输电架空线的工作电压等级 几乎是同步进展。这是由于，随着电缆制造技术的进展，供应了制造与输电架空线 路相同电压等级电缆的可能性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结另一方面，说明电缆已成为近代电力网络提高工业电压等级不行缺少的组成部分，现在世界上工业发达的国家，在讨论1000kV及以上输电问题的同时，都在进行相应电压等级电缆的讨论和试制工作。1949年以前曾生产过极少量的600V以下橡皮电缆，主要电缆产品几乎全部依靠进口。新中国成立以后，我国的电缆工业得到了快速的进展。以油浸纸电力电缆为例，1950 年生产出 3kV电力电缆。 1951 年开头生产 6kV 电力电缆。 1953年开头生产 10kV电力电缆。 1956 年就达到 35kV 。 1958 年开头试制充油电缆。 1964年我国自行试制的66kV 充油电缆即投入运行。以后间续生产出110、220、500kV电压等级的电缆并投入运行。图 1-1 架空线与电缆工作电压逐年进展图目前， 35kV及以下电压等级的交联聚乙烯绝缘电力电缆已被广泛的推广与使用。可以确定，社会的不断进步，将促使我国电力工业的飞速进展，而电力电缆必将在我国的现代化建设中发挥越来越大的作用。因此，不断提高电力电缆的制造、安装和爱护水平，也将成为摆在我们电力工作者面前的一项重要课题。其次章 电力电缆的结构组成及分类第一节线 芯任何一种电力电缆，其基本结构均由导电线芯、绝缘层和爱护层三个部分组成。下面对各个组成部分作以简洁的介绍。一、线芯材料电力电缆线芯的作用是传输电流，供应负荷电流的通路，线芯的损耗主要由导体截面和材料的电导系数来打算。为了削减电缆线芯的损耗，电缆线芯一般由具有高电导系数的金属材料铜或铝制成。铜作为电力电缆线芯，有很多优点，如电导系数大，机械强度高，加工性能好（易于压延、拉伸、焊接）等，耐腐蚀等，它是被最广泛采纳的电缆线芯材料。但铜可促进某些浸渍剂、硫化橡皮的老化，在这种情形下，可在铜线表面镀锡，使铜不与绝缘层直接接触，以降低老化速度。铝的电导系数仅次于银、铜和金，它是的壳中最多元素之一，由于铜的资源紧缺，铝愈来愈多的被作为导电材料来取代铜。铝线与铜线的制造工艺相像，所不同的是铝线的韧炼温度不是400600而是300350.韧炼后的铝线，松软性提高，抗张强度下降。因此，铝线电缆不宜承担大的张力，多用于固定敷设的电缆线芯。二、线芯结构方式为了增加电缆的松软性或可曲度，较大截面的电缆线芯由多根较小直径的导线绞合而成。有多根导线绞合的线芯松软性好，可曲度大，是由于单根金属导线沿某一半径弯曲时，其中心线外部受拉伸，而中心线内部受压缩。如线芯是由多根导线平行放置而组成，由于导线之间可以滑动。因此，它比相同截面单根导线做相同弯曲时要省力得多。为了保证线芯结构外形的稳固性和减小线芯弯曲时每根导线的变形， 多根导线组成的线芯均需绞合而成。如图所示： 图 2-1 线芯弯曲示意图（ b）平行线芯弯曲后。（ a）平行线芯弯曲前。（ c）平行线芯弯曲后再复原平直。（d）绞合 线芯弯曲前。（ f）绞合线芯弯曲后再复原平直（ e）绞合线芯弯曲后。不同的电缆应用场合，对电缆线芯的可曲度要求也不同。可曲度要求高的是移动式电缆，这些电缆多采纳 橡皮或塑料作为绝缘材料。油浸纸绝缘电力电缆的可曲度较低，这是由于它的可曲度主要由爱护层结构来打算，线芯对电缆的可曲度影响较小，一般只要求线芯在生产制造，安装敷设过程中不致损耗绝缘即可。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一般的，电缆线芯的绞合形式可分为两大类，即规章绞合和不规章绞合。规章绞合：导线有规章，同心且相邻各层依不同方向的绞合称为规章绞合。规章绞合仍可以进一步分为正常规章绞合和非正常规章绞合，前者系指全部组成导线的直径均相同，而后者指层与层间的导线直径不尽相同的规章绞合。 另外规章绞合仍有简洁和复合之分，后者指组成规章绞合的导线不是单根的，而是由更细的导线按规章绞合组成股，再绞合成线芯。这种结构使线芯松软性更好，常见于移动式橡皮绝缘电缆，一般的电力电缆就是简洁正常规章绞合最为常见。各种规章绞合结构如图2-2： 图2-2 规章绞合截面不规章绞合：即指全部组成导线都依同一方向绞合，又称束绞。虽然束绞工艺简洁，成本低，线芯填充系数较高，相同截面积外径较小，可曲度又高，但因其结构稳固性较差，所以电力电缆一般不采纳束绞，而绝缘软线或电压等级较低的橡皮绝缘电缆中却多采纳束绞。三、线芯几何结构电力电缆的线芯按其外形可分为圆形线芯，中空圆形线芯，扇形线芯，弓形线芯等几种。 圆形线芯：由于其结构稳固，工艺性好，线芯表面曲率平均，35KV 以上的高压电缆均采纳圆形线芯，对于橡塑绝缘电力电缆一般在3KV以上也都采纳圆形线芯。中空圆形线芯：这种线芯主要用于充油或充气电缆的线芯，我国中空线芯主要有两种结构。其一是用镀锡硬铜带做成螺旋支撑，支撑的直径由所需的油道或气道直径的大小来确定，在支撑外面有规章的，同心的绞合镀锡导线。其二是由型线绞合而成，内层为 Z型线，其余各层均为匀称质绝缘材料具有高度的抗潮性。因此，在制造电缆时无需加金属内护层，但它简洁受光，热，油，电晕的作用而损坏。纤维质绝缘材料却具 有耐热，耐电，耐用和性能稳固等优点，适于作高压电缆的绝缘材料，它的最大缺 点是极易吸取水分，导致绝缘性能的急剧下降，甚至完全被损坏。其次节绝缘层我国电力电缆，特殊是高压电力电缆，主要采纳浸渍纸绝缘的缘由是：价格廉价。 耐热性好。介质损耗小。耐电强度高。使用寿命长。耐电晕性强。而橡皮，塑料一 般用于较低电压等级电力电缆的绝缘。由于塑料绝缘电缆制造工艺简洁，施工便利，易于爱护，在较低电压等级下，塑料绝缘电力电缆正在逐步取代油浸纸绝缘电力 电缆。近年来。，由于塑料工业的进步和进展，使较高电压等级的塑料电缆的研 制成为可能， 国际上已有 500KV 的塑料电缆投入运行，我国也已生产出220KV 的塑料电缆。常用的电力电缆绝缘材料有浸渍纸，塑料，橡胶等。下面分别简述各自的结构与性能。一、绝缘纸电缆用绝缘纸的主要成分是纤维素。纤维素是高分子碳氢化合物。纤维素具有较高的稳固性，不溶于水、酒精、醚、萘等有机溶剂，同时也不弱碱及氧化剂等起作用。因此，纤维素做成的纸经久耐用。另外，纤维素具有毛细管结构，它的浸渍性远大于聚合物薄膜，这也是目前聚合物薄膜未能取代纤维纸的主要缘由。二、浸渍纸绝缘层结构 浸渍纸绝缘电缆的绝缘层一般采纳窄条纸带螺旋状包缠。这样的结构既便于包缠，又可以保证电缆具有肯定的可曲度，即电缆沿半径为电缆本身半径的 1525倍圆弧弯曲而不致损耗电缆绝缘。假如用整张的纸包缠在线芯上，就电缆的弯曲半径应为电缆半径的200 倍，这样的电缆根本无法使用。采纳层状纸包缠结构，绝缘层由多层纸组成，这样就减弱了单层绝缘纸对整体性能的影响，使整个绝缘层的匀称度增加，提高绝缘层的击穿强度，降低绝缘层击穿强度的分散性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结包缠绝缘纸带有三种方式：即搭盖式，间隙式和连接式。三、橡胶橡胶是最早用来做电线，电缆的绝缘材料。橡胶在很大的温度范畴内都具有极高的弹性，松软性，易变性和复原性，以及良好的拉伸强度，抗撕裂性，耐疲惫，对于气体，潮气，水分具有较低的渗透性，较高的化学稳固性和电气性能。电缆绝缘用的橡皮以橡胶为主体，加入各种协作剂，经混合形成匀称橡料，再经过硫化而制成弹性。因此，橡皮是一种复杂的混合物，它的电气，机械，化学，物理性能在很大程度上取决于组成成分和工艺流程。由于自然橡胶资源的匮乏和合成橡胶工业的快速进展，近年来，电缆绝缘材料也大 量采纳合成橡胶。合成橡胶不仅在数量上满意了人们的需要，在性能上也补充了天 然橡胶的不足。用于电缆行业的橡胶主要有：自然橡胶（NR）、丁苯橡 、氯丁橡胶、硅橡胶等。胶（ SBR）四、塑料 油浸纸作为电力电缆的绝缘材料，自从 1890年开头，常用于135KV 的中低压等级，以及后来进展到500KV及以上的充油电缆。经过一百年的实践，证明白它的运行是相当牢靠的，但是近二十年来国内外某些电压等级的油浸纸绝缘电力电缆或充油电缆正在或逐步被热塑性挤包绝缘电缆取代。因此，自1944年塑性电缆产生以来，得到了快速的进展，现已突破500KV 电压等级。塑料用于电力电缆的主要优点：（1）能大大简化并改进电线电缆结构（2）能简化电力电缆制造工艺，生产过程和设备，节约工时（3）能改进电线电缆技术性能（4）相宜垂直敷设并简化安装接头技术用来制作电力电缆绝缘层的塑料主要有：聚氯乙烯，聚乙烯，交联聚乙烯，聚丙烯，氟塑料等。下面就前三种常用的塑料作以简洁的介绍。（一）聚氯乙烯（ PVC）聚氯乙烯室电线电缆中应用最早，最广泛的绝缘材料。它可用作10KV及以下电力电缆的绝缘，也可以用作电线电缆的护套。聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基本的多组分混合材料。依据各种电线电缆的使用要求，在其中配以各种类型的增塑剂，稳固剂，填充剂，特种用途的添加剂，着色剂等协作剂。 用于绝缘材料的聚氯乙烯树脂主要是悬浮法聚氯乙烯树脂，与乳液聚合的相比较，它的杂质少，并具有较高的电气性能，而且机械强度也较高和耐酸，耐碱，耐油性能好，不延燃，工艺性好。它的缺点是：分子结构中极性基团，绝缘电阻系数小，介质损耗大，耐热性能低，热稳固性不高，耐寒性差。（二）聚乙烯（ PE） 聚乙烯是由乙烯径聚合反应而得到的一种高分子碳氢化合物。 聚乙烯作为聚乙烯塑料的主体，在很大程度上打算着聚乙烯塑料的基本性能，而聚乙烯的分子结构就是由乙烯聚合的方法和条件所打算的。结构的不同，打算了性能的差异。聚乙烯的合成方法有以下三种：（1）高压法聚乙烯（ 2）中压法聚乙烯（ 3）低压法聚乙烯聚乙烯的冷却方法，对聚乙烯的产品影响较大。急冷工艺下，生成的晶球体积小，数量多，热塑性好。但急冷在聚乙烯内部预留的内应力较大，该内应力将导致产品的龟裂。缓冷正相反，生成的晶球少而大，材料硬，预留内应力较小，所以耐龟裂性能好。聚乙烯原料来源丰富，价格低廉，电气性能优异，优良的化学稳固性和良好的物理性能。 在通常温度下即具有肯定的韧性和柔性，不需要增塑剂，加工便利。但用于高压电缆绝缘时，必需留意以下几个问题：（1）耐电晕，光氧老化，热氧老化性能低。（2）熔点低，耐热性低，机械强度不高可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -，蠕变大。（ 3）简洁产生环境应力开裂。（4）简洁形成气隙（ 5）易燃烧聚乙烯塑料在电线电缆工业中被大量用于中低压电线电缆的绝缘，内外屏蔽和护套。为了提高聚乙烯的耐光，热老化和抗氧化性能，可以采纳各种老化剂和紫外线吸取剂。在抗环境应力开裂性能方面，可以在聚乙烯中混入肯定量的聚异丁烯和丁基橡胶来对聚乙烯增塑。（三）交联聚乙烯（ XLPE） 交联聚乙烯即是利用化学或物理方法，将聚乙烯的分子结构从直链状转变为三维空间的网状结构。为了克服聚乙烯的缺点，除了在混料中加入各种添加剂外，主要途径是采纳交联。聚乙烯经过交联后，不仅保持了聚乙烯的原有优良性能，同时仍克服了聚乙烯的机械、耐热、耐化学药品、抗蠕变以及抗环境开裂等性能。物理交联法是用电子加速器产生的高能粒子射线照耀聚乙烯，使聚乙烯成为具有结合链状态，具有结合连的聚乙烯分子相互结合而成三占渫唇峁沟慕涣垡蚁虼耍锢斫涣殖品浣涣化学交联法是在聚乙烯料中混入化学交联剂，在交联反应中，交联剂分子断开夺取聚乙烯分子中的氢原子，形成具有结合链的聚乙烯分子，他们相互结合而成为交联聚乙烯。常用的交联剂可分为有机过氧化物和硅氧烷两大类。采纳有机过氧化物作交联剂时，可交联料挤出后需要在较长的管道中加温、加压。目前，加温加压的方式有两种，其一是高压蒸气，其二是电加热、氮气加压爱护。无水分参与的交联方法又称为干法交联。有水分参与的交联方法成为湿法交联。湿法交联制得的交联聚乙烯内部，由于少量的水分存在，其电气性能较差，所以不适合高电压等级的电缆使用。采纳有机硅氧烷作交联剂时，可交联料挤出后需要在肯定温度的水或潮气的作用下，使硅氧基水解成不稳固的羟基，同时在催化剂的作用下使聚乙烯交联。因此又被称为硅烷交联或温水交联。硅烷交联的特点是不必用特殊的管道式生产线，生产中能耗少，交联度也可达 60，但硅烷交联是在水中完成的，因此电性能较差，只适用于中压以下的电线电缆产品。目前，大量应用于低压电力电缆，10KV 及以下架空绝缘电缆，450/750 级及以下的各种绝缘电线，以及掌握电缆的线芯等，并有取代聚氯乙烯电力电缆的趋势。五、气体在充气电缆，管道充气电缆中，需要充以绝缘气体，这种气体就是绝缘或绝缘层的组成部分。一般要求这种气体绝缘或绝缘层具有较高的击穿强度，化学稳固性和不燃性。通常用作电缆绝缘的气体有氮气、六氟化硫气、氟里昂12气体等。六氟化硫气、氟里昂 12 气体的击穿强度比氮气高得多，价格也较高。六氟化硫具有很高的热稳固性和化学稳固性，在150条件下，不与水、酸、碱、卤素、氧、氢、碳、银、铜和绝缘材料起作用，在500下不分解。此外，六氟化硫仍具有良好的绝缘性能和灭弧性能，它的击穿强度约为氮气或空气的 2.33 倍，在 34个大气压下，它的击穿强度与一个大气压下的变压器有相像。虽然六氟化硫气体具有上述优点，但在火花放电和电弧的高温作用下，也会分解出氟原子和某些有毒的低氟化合物。这些分解物一经水解，将产生氟化氢等有剧烈腐蚀性的剧毒物质。因此，在使用六氟化硫时必需严格留意防潮。第三节 爱护层可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为了使电缆适应各种环境的要求，在电缆绝缘层所施加的爱护掩盖层，叫做电缆爱护层。电缆护层是构成电缆的三大组成部分之一，它的主要作用是爱护电缆绝缘层在敷设和运行过程中，免遭机械损耗和各种环境因素的破坏，如水、日光等，以保持长时间稳固的电气性能。所以，电缆护层的质量直接关系到电缆的使用寿命。 电缆护层主要分为三大类，即金属护层、橡塑护层和组合护层。金属护层具有完全的不透水性，可以防止水分及其他有害物质进入到电缆绝缘内部，因此被广泛的用作耐湿性较差的油浸纸绝缘电力电缆的护套。橡塑护层和组合护层都有肯定的透水性，主要用于以高聚物材料作为绝缘的电缆。组合护层的透水性比橡塑护层要小得多，因此适合于石油、化工等腐蚀性环境中使用的电缆。除此之外，为满意某些特殊要求如耐辐射，防生物等的电缆护层，叫做特殊护层。一、金属护层金属护层通常由金属护套和外护层构成。金属护套常用的材料是铝、铅和钢，按其加工工艺的不同，可分为热压金属护套和焊接金属护套两种。此外仍有采纳成型的金属管作为电缆金属护套的。外护套一般由内衬层、铠装层和外被层三部分构成，主要起机械爱护和防止腐蚀的作用。二、 橡塑护层橡塑护层的特点是松软、轻巧、在移动式电缆中得到极其广泛的作用。但因橡塑材料都有肯定的透水性，所以仅能在采纳具有高耐湿性的高聚物材料作为电缆绝缘时应用。橡塑护层的结构比较简洁，通常只有一个护套，并且一般是橡皮绝缘的电缆用橡皮套，但塑料绝缘的电缆都用塑料护套。塑料护套的防水性、耐药性较好，且资源丰富、价格廉价，加工便利，因此应用更加广泛。在的下、水下和竖直敷设的场合，为了增加橡塑护套的强度，常在橡塑护套中引入金属铠装，并把它叫做橡塑电缆的外护层。在有些特殊场合也采纳金属丝编织层作为橡皮电缆的外护层，其主要作用是屏蔽，当然也有肯定的机械补强作用。三、组合护层组合护层又称为综合护层或简易金属护层。它在塑料通讯电缆中得到相当广泛的应用，近年来，在塑料电力电缆中也得到了充分的重视。所谓组合护层，一般都由薄铝带和聚乙烯护套组合而成。因此，它既保留了塑料电缆松软轻巧的优点，又具有隔潮作用，使它的透水性比单一塑料护套大为减小。第四节电力电缆的分类一、按电压等级分类电力电缆都是按肯定电压等级生产的。.U0/U 表示电缆的额定电压，其中U0为电缆线芯导体与金属外护套或金属屏蔽之间的设计电压，一般相当于电缆所处的 电力系统的 相电压，但有时不完全一样。U为线芯导体之间的设计电压，也叫线电压。在我国，按电缆的额定电压等级分类共有 19 种： 0.6 /1、 1/1、 3.6/6、 6/6、6/10、 8.7/10、 8.7/15 、 12/15、12/20、18/20、 18/30 、21/35、 26/35、 36/63、 48/63、 64/110、 127/220、190/330、290/500kV。通常按电压等级分为以下四大类（1）低压电力电缆， U 1kV（2）中压 /中高压电力电缆，6kV35kV（ 3）高压电力电缆，110 kV （4）超高压电力电缆，220500kV二、按导体芯数分类（ 1） 1 芯用于输送直流、单相沟通、三相沟通电，一般中低压大截面电力电缆、高压、超高压为 1 芯。（ 2）2 芯 用于输送直流或单相沟通电（3） 3 芯用于三相沟通电网中，在35kv及以下各种中小截面的电缆中得到广泛应用。（4）4 芯与 5 芯用于配电线路三、按绝缘材料分类1.油浸纸绝缘（ 1）粘性油浸纸绝缘型统包形、 分相铅（铝）包型、分相屏蔽型（2）不滴流油浸纸绝缘型统包形、分相屏蔽型（3）充油式电缆自容式充油电缆、钢管式充油电缆（4）气压油浸纸绝缘型自容式充气电缆、钢管式充气电缆2.挤包绝缘（ 1）塑料绝缘 1）聚氯乙烯绝缘型（低压电线电缆） 2）聚乙烯绝缘型（中、低压电线电缆）3）交联聚乙烯绝缘型（高、中、低可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结压电线电缆）（ 2）橡胶绝缘 1）自然橡胶绝缘型（矿用电缆、船用电缆、电力电缆） 2）乙丙橡胶绝缘型（矿用电缆、船用电缆、电力电缆）3）硅橡胶绝缘型（掌握电缆、航空电缆、电力电缆）四、按功能特点和使用场所分类1.可编辑资料 - - - 欢迎下载