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电线电缆检测认证课堂:详细的电力电缆故障分类(3)


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:


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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,如电缆芯线的正常电阻值应为:  RAA′= L/S(Ω)=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:


2.1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Us≤Um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Ω表、MΩ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U<Us时,其电阻值为RJ,若Um>U≥Us时,绝缘电阻为零。在实际中一般通过MΩ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*多三种结构形成: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、110kV、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*多。因此中压电缆故障是人们*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,相间并对地,还是混合型故障。实际中电缆故障多数为单点故障。

2.多点故障

相对于单点故障,多点故障指的是同条电缆中有多个距测量端(终始端头)不同距离的故障点。在实际中也常见到。

3.大面积或长距离故障

相对于电缆的点故障,大面积故障通常指的是电缆中的某一段绝缘层损坏,如常见的电缆中大面积受潮故障。

4.质量问题

这一点本来不属于电缆故障分类范畴,但实际上在我国常常发现有些用户电缆在使用很短一段时间后,出现整个电缆的主绝缘层电介强度下降,泄漏电流很大,表现为泄漏性故障的情况。用户在现场有时很难判别是故障点还是质量问题。


(来源:网络)

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