电缆绝缘

电缆绝缘（通用12篇）

电缆绝缘 篇1

0 引言

两端直流输电系统或者多端直流输电系统中,换流站之间的电能传输,可采用架空线路、电缆线路和架空—电缆混合线路这3种线路类型。国内基于晶闸管的相控换流器高压直流输电(LCC-HVDC)多用于大容量、长距离、点对点输电,两端换流站均远离城市中心,电压等级均在500kV及以上,两端都采用架空线路连接,没有用直流电缆。基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC),国内也称为柔性直流(简称柔直),非常适用于向海岛供电、城市负荷中心增容、风电并网等,多采用直流电缆线路连接两端或者多端换流站。特别是城市直流配电系统的发展,柔直电缆线路是必不可少的设备,也有在跨海输电工程中采用电缆—架空混合线路连接,不失为一种经济的选择。

直流电缆及其连接件(终端和接头)的电压范围分类,按照绝缘厚度、参照交流挤出绝缘电缆的IEC标准[1,2,3],可以分为低压(30 kV及以下)、中压(30kV以上到150 kV)、高压(150 kV以上到250kV)、超高压(250kV以上到500kV)和特高压(500kV以上)。

从直流电缆制造工艺来分类,主要有绕包绝缘电缆和挤包绝缘电缆2类。绕包绝缘电缆是采用专门的电缆纸带绕包在导体及其屏蔽外面,再使用绝缘油浸渍纸绝缘,消除纸带之间的空气隙。这种电缆又分黏性浸渍纸绝缘和充油纸绝缘2种类型电缆。黏性浸渍纸绝缘电缆可以制造中压、高压直流电缆,超高压、特高压要采用充油电缆的结构形式。挤包绝缘电缆是采用塑料或橡皮,使用橡塑挤出机,将高分子材料挤包在导体及其屏蔽外面。塑料采用最多的是交联聚乙烯(XLPE),可以用来制造低压、中压、高压、超高压电缆;橡皮主要是采用乙丙橡胶,制造低压直流电缆,用于轨道交通机车内等弯曲半径较小的地方。

绕包纸绝缘电缆结构非常适合用于直流输电,其电场分布按电阻率呈正比分布,正好纸部分电阻大而承受的电压高,油隙部分电阻小而承受的电压低,物尽其用,且空间电荷积累不明显。但电缆纸需采用上好的木材制造,消耗森林资源,绝缘油容易污染环境,因此,这种电缆不益于环保,国内几乎没有电缆厂家生产了。

在当今世界范围内,中压、高压和超高压柔直挤包绝缘电缆均采用高聚物XLPE作为绝缘材料。LCC-HVDC的潮流变换需要改变极性,因此,相控换流器(LCC)电缆需要在绝缘上增加极性反转试验;而VSC-HVDC改变潮流不需要变换极性,故不需要进行极性反转试验。所以,柔直挤包绝缘电缆是发展方向。最近十几年发展起来的柔直输电中几乎都是采用挤包绝缘电缆。这种柔直电缆最先由ABB公司所属的电缆厂在几乎看不到市场前景的情况下研发出来,它们已在20多个工程中运用,有相当的运行业绩。世界上知名的电缆公司以及日本、韩国的企业都在研发这种技术和产品。最近半年,因为大连和厦门±320kV两端柔直工程、舟山±200kV五端柔直工程和南澳±160kV三端柔直工程的驱动,已经有五家国内电缆公司正在研发电缆。全球只有一家公司供应柔直电缆绝缘料,而且工作温度只有70℃。与运行温度为90℃的绝缘料相比,使用此柔直电流绝缘料制造的电缆,其输送容量较低。国内五家电缆公司均采用这种70℃绝缘料试制±200kV柔直电缆并套用到±160kV上去。由于国内工程的工期急需,电缆还没有全部完成型式试验和1年的预鉴定试验,就已被招标采购,选用到工程上。

国内尚无厂家供应柔直电缆绝缘料,世界上高载流量的90℃绝缘料也无商品供货;电缆结构尺寸的设计理论缺乏,消除绝缘中空间电荷积累的制造工艺技术还需要研究;电缆连接件的材料和设计理论都急待解决;电缆系统的试验验证技术,比如试验终端等迫切需要解决。

本文拟从柔直挤包绝缘电缆的绝缘料及电缆产品结构等方面出发,探讨柔直电缆结构设计。

1 柔直电缆绝缘料

在直流高压电场作用下,电缆面临的主要问题是绝缘介质中或者界面上会积累一定的空间电荷。如果空间电荷密度足够高,局部电场甚至可能超过绝缘介质的击穿场强,导致介质破坏[4]。因此,绝缘材料的空间电荷问题成为制约直流电缆系统向高压及超高压发展的主要障碍之一。

1.1 直流XLPE电缆绝缘料开发

早在2004年,日本开始研制500 kV直流XLPE电缆[5]。在XLPE电缆绝缘料中引入极性基团消除空间电荷。90℃温度下,在模型直流电缆上施加场强30 kV/mm,加压时间分别为0,5,2 160h,使用电声脉冲法测量了绝缘中的空间电荷分布,根据电荷分布求出了其场强分布,如图1(a)所示。为便于对比,在同样的条件下同时测量了模型交流XLPE电缆绝缘中的场强分布,如图1(b)所示。

由图1可见,在较长时间的直流高压作用下,直流XLPE电缆绝缘料中的电场分布均匀,接近于拉普拉斯电场分布。在图1(b)中,交流XLPE电缆绝缘料中的电场分布随着时间的变化而逐渐变得不均匀,在靠近内半导屏蔽层处出现场强畸变,最大场强超过平均场强的2倍。极性基团作为陷阱点,具有吸引和捕获载流子源(交联分解物等)的能力,其捕获载流子后,载流子不能在绝缘中迁移,使空间电荷密度在绝缘中分布均匀,从而使得场强也均匀分布。

需要说明的是,日本研发的用于500kV直流XLPE电缆的绝缘料并未商品化。绝缘材料中的空间电荷问题是直流电缆面临的最主要的问题之一,如何有效地抑制空间电荷成为科研工作者最为关心的问题,国内外的相关研究人员开始广泛研究抑制空间电荷的方法和寻找添加剂。

1.2 空间电荷测量技术

在绝缘试样的厚度方向上分布的空间电荷会影响其上的电场分布。在平行板结构中,无空间电荷时电场分布是均匀的;而在有空间电荷存在的情况下,电场分布将随厚度的变化而变化。若不计正负号,电场的积分总是等于外加电压。空间电荷使局部电场增加而高于外加电场,因而导致击穿。注入的同号电荷引起了电极附近的电场下降,而相应的,试样中部的电场就上升。反之,在电极附近的载流子积累若形成异号电荷,则引起此界面上电场增加。然而,更多的情况是异号电荷与同号电荷同时存在,这就更需要加以控制。空间电荷的测量具有双重的意义,一方面,在实际的应用上有助于控制因空间电荷而增强的局部电场;在另一方面,从空间电荷的发展演化中可以有助于理解电荷的传输机理[6]。在过去的20年中,对电介质内空间电荷分布的研究和认识已取得了明显的进展。这归功于能获得空间及极化电荷分布详细信息的几种重要测量方法的建立、发展和完善。特别是以分辨率为1μm数量级的声和热方法的应用,已大大地加深了对聚合物薄膜中电荷的建立、积累、储存和运输现象的认识和理解。目前,在直流XLPE电缆中的空间电荷的研究中,压力波(pressure wave propagation,PWP)法和电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法是最有效、常用的2种测量方法。

PWP法的基本原理是[7]:弹性波在介质中以声速传播时,破坏了介质内部原先弹性力和电荷产生电场力的平衡,引起介质中的电荷发生微小位移,电荷的微小位移又导致介质电极上感应电荷量的变化,因此在外电路上可观测到电流或电压信号的变化,从而获得介质中空间电荷分布的有关信息。

PEA法的基本原理是[7]:在介质电极上加上一个窄高压脉冲,则介质中的空间电荷和电极界面都受到这一脉冲电场力的作用而相应地产生声脉冲。声脉冲的压力剖面与空间电荷的分布有关。用声传感器接收与测量这些声脉冲,就可以得到空间电荷的分布信息。

目前,空间电荷测量的试样大多数是平板试样,厚度为0.1~2 mm。而针对电缆的圆柱状且较厚的绝缘试样的空间电荷测量报道很少,这主要是由于国内外较少有单位能自主研发电缆绝缘空间电荷测量装置;另外,作为一种专利技术,已成功开发此装置的单位对此严格保密。总体来说,电缆绝缘空间电荷测量装置研制需注意两点:(1)由于电缆绝缘厚度较大,为了保证设备有足够的灵敏度和分辨率,脉冲发生器的功率必须足够大,建议研制50kV毫微秒脉冲发生器以用于激励空间电荷声波;(2)研制一套半弧形电极,与圆柱形电缆绝缘界面捏合。同时,区别于平板试样,圆柱状试样的空间电荷信号的数学处理必须在极坐标下进行。

1.3 空间电荷的陷阱能级

介质中的空间电荷行为主要取决于它的空间分布与陷阱能级分布。前者的研究基本上用测量空间电荷分布的技术,如前面提到的PEA法与PWP法,后者基本上以热刺激放电(thermally stimulated discharge,TSD)法、等温放电法、光刺激放电(photo-stimulated discharge,PSD)法等进行研究[8,9]。一般说来,聚合物的电击穿是由于介质微观结构的不完整性以及介质中引入的外来杂质所引起的,它们构成了引起介质老化的电荷积累的中心[10],即电荷的物理陷阱和化学陷阱。在目前广泛应用的聚合物材料中,由于材料中存在着链折叠和弯曲、分子链同分异构体转换构成的缺陷等分子间的空隙属于物理陷阱(约为0.1~0.5eV)。聚合物材料中还存在着分子结构的缺陷,分子结构型的无序,分子链上的各种支链、侧链、端基、断链、晶区与无定型区的界面,还有近年来被广泛关注的聚合物/纳米粒子复合电介质中的聚合物与纳米粒子的界面,以及各种极性基团、添加剂、抗氧化剂、交联剂和杂质等,这些因素都会在电介质材料中引入局域态,构成电荷的化学陷阱(深度可大于1eV)[11]。因此,认识聚合物介质的陷阱能量分布对于更好地研究和改善聚合物的绝缘性能具有重要的意义。

TSD法是研究电介质宏观规律及微观性质的基本方法之一。其测量系统简单、操作方便,被广泛地应用于电介质的电荷陷阱研究。分析TSD电流谱就能获得空间电荷的陷阱参数(电荷密度、活化能、平均渡越时间、电荷捕获的平均深度、尝试逃逸频率等)的详细信息。TSD法被认为是假设陷阱深度、捕获截面等陷阱参数与温度无关的前提下建立的理论。然而,加热过程不仅使陷阱中的电荷受到热激发,同时对陷阱本身也有热侵蚀作用[12],会引起陷阱及中心环境的改变,这必将导致陷阱参数的变化。

PSD法是Brodribb等人在20世纪70年代为获取有机晶体陷阱深度的信息提出来的[13]。PSD法是用能量可调的单能光子辐照试样使相应能量的陷阱电荷脱阱,并通过测量脱阱电荷迁移所形成的外电路电流来研究试样中空间电荷的陷阱能量分布。由于实验设备的昂贵性、电介质内陷阱电荷的光致排空并不彻底等问题,在随后的一些年里使用该技术研究介质中电荷陷阱的相关报道较少。然而与TSD法相比,它有如下特点:(1)在PSD实验过程中,试样可始终保持在任意设定的一个低温值,这样可以在保持材料结构或陷阱构造原貌特征的前提下,准确地获取试样的陷阱信息;(2)对于熔点较低的材料,由于陷阱结构的提前破坏,TSD法通常无法得到试样的深陷阱信息;而PSD法能够准确地探测深度高达6eV的深陷阱[14]。近年来,PSD法逐渐被接受并用于实验研究中,一些有意义的结果被不断报道。

文献[15-17]通过PSD法研究了聚乙烯的陷阱能量分布。他们在常规的连续扫描法的基础上,进一步提出了分步扫描法,即通过等能量光照使得陷阱电荷逐步地从浅到深依次释放,然后对记录的光电流积分即可得到各陷阱能量区间的空间电荷数量。图2显示了聚乙烯各陷阱能带中的捕获电荷量占总捕获电荷量的百分比[15],这些陷阱能带的中心陷阱能级分别为4.29,4.60,4.97,5.40,5.92eV,对应的波长分别为290,270,250,230,210nm。中心深度为4.97eV的陷阱能带(4.78~5.18eV)中捕获的电荷量约占总电荷量的57.4%,仅很少量的电荷(约为总电荷量的5%)被捕获在中心深度分别为5.92eV和4.29eV的深陷阱能带(5.65~6.22eV)和浅陷阱能带(4.14~4.44eV)。

1.4 绝缘料空间电荷抑制技术

为改善直流电缆XLPE绝缘中的空间电荷积聚问题,各国科研工作者对空间电荷抑制技术进行了大量的探索,总体来说,可以分为接枝和添加纳米填料两大类。这些工作都取得了一定的进展。如国外化工企业通过在聚乙烯链上接枝一种极性共聚单体,有效地抑制了空间电荷,开发了直流电缆用XLPE绝缘料并全球供应,但其使用温度只有70℃。日本选择在XLPE绝缘料中添加纳米填料,早在1998年首次研制了2根250kV直流电缆[18]。在国内,也有许多科研工作者进行了这方面的研究,其中有代表性的如下。

1)接枝。国内有高分子材料厂用马来酸酐接枝,成功地抑制了XLPE中的空间电荷,并批量生产高压直流电缆的XLPE料,工作温度为70℃。

2)添加纳米填料。文献[19]以质量百分比为0.1wt%,0.2wt%,0.5wt%,1wt%的二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、钛酸钡(BaTiO3)、三氧化铝(Al2O3)和氧化镁(MgO)等5种纳米粒子在150℃下的混炼机上混入低密度聚乙烯(LDPE)中,热压成1mm厚度的薄板试样,试样外贴半导体电极,在40℃下外施DC电场40kV/mm至电荷分布稳定,用PWP法测量了试样中空间电荷分布。研究发现,当质量百分比不小于0.2wt%时,Al2O3和MgO纳米粒子具有显著的抑制空间电荷的作用。另外,文献[20]以纳米MgO为填料,研究了不同含量下聚乙烯试样中空间电荷分布和电导与电场強度、温度的关系,最后确定当MgO含量为1%时,试样不再存在空间电荷。

在电力行业中,交流电缆中的XLPE工作温度为90℃。但在直流电缆中,通过接枝方法改性的XLPE的工作温度均只有70℃,这就较大地降低了电缆的载流能力。通过添加纳米填料的方法可能使得直流电缆在抑制空间电荷的同时,保证90℃的工作温度。上述研究表明,某些纳米填料能较好地抑制XLPE中的空间电荷,但在添加纳米填料的同时,如何使得纳米填料在XLPE中分散均匀是一个技术难点。这是因为聚乙烯属于非极性分子,而纳米填料属于极性分子,这2种材料的相容性较差,这样在XLPE中添加纳米填料的过程中很难保证纳米填料的分散均匀性。

对纳米粒子表面改性,可提高粒子与XLPE的相容性,并最终提高纳米填料在XLPE中的分散均匀性。改性手段可以分为两类。

1)物理表面修饰。通过吸附、涂敷、包覆等物理作用对微粒进行表面改性,利用紫外线、等离子射线等对粒子进行表面改性也属于物理修饰。文献[21]通过Ca2+,Ba2+无机阳离子等活化,使SiO2等纳米粒子表面由负电荷转变为正电荷,再吸附硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠等阴离子表面活性剂,制得了相应的有机化改性样品。

2)化学表面修饰。通过纳米微粒表面与处理剂之间进行化学反应,改变纳米微粒表面结构和状态,达到表面改性的目的称为纳米微粒的表面化学修饰。文献[22]把SiO2加入辛醇中,在甲苯磺酸的催化下,把反应物置于微波炉中照射加热,反应4h,即可得到改性SiO2样品。

最后应当指出,通过这2种改性手段获得的纳米粒子是否均匀地分散于XLPE中必须借助于实验仪器的观察,如扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。另外,在改性过程中引入的一些杂质可能会对空间电荷、电导率造成一定的影响,这都有待于实验验证。

2 柔直电缆设计

2.1 电场分布

电缆绝缘层中的电场分布,交流电缆与直流电缆有很大的不同。交流电缆中电场分布是与介电常数ε呈反比分布,ε与温度无关。直流电缆中电场分布是与体积电阻率呈正比分布,电阻率与温度和电场有关。交流电缆中几乎没有空间电荷累积效应,而直流电缆中有明显的空间电荷累积的影响。运行中的直流电缆,受到雷电冲击电压、操作冲击电压时、电场分布受ε影响。这样,直流电缆绝缘层中电场分布比交流电缆复杂得多。

假定电缆绝缘发热已经稳定,绝缘中损耗忽略不计,不考虑空间电荷的影响,那么,距离电缆导体轴线r处的电场强度E为:

式中:U为绝缘层承受的电压;rc为导体屏蔽层外表面的半径;R为绝缘层外表面的半径;α为绝缘电阻温度系数,聚乙烯和XLPE的α=0.15℃-1;θc为导体屏蔽外表面温度;θs为绝缘外表面温度。

式(1)只考虑了温度对电阻率的影响,实际上,绝缘电阻率也受电场强度E的影响,两者同时作用时,有

式中:γ为系数,当E=5.25~21.0kV/mm时,γ为2.1~2.4。

式(1)与式(3)的形式完全一致,式(1)中的β相当于式(3)中的δ。从式(3)可以看出,直流电缆绝缘层中电场分布与电缆绝缘结构尺寸、承受电压大小和导体负载电流大小有关。

当直流电缆导体电流为零,即空载时,最大电场强度在导体屏蔽外表面上。当负载电流增加时,导体屏蔽表面场强减小,绝缘层外表面电场强度将增大,它会超过导体屏蔽上场强。

单纯的暂态电压(包括雷电冲击电压、操作冲击电压、极性转换瞬态电压)作用在直流电缆绝缘上,其电场分布与交流电缆一样,按ε呈反比分布。

运行中的直流电缆系统本身一直承载直流工作电压,暂态电压来袭时,会叠加在直流电压上,直流电压叠加冲击电压,其绝缘中电场分布既不同于交流电缆,又不同于直流电缆,而是两者的综合。

直流电压叠加同极性冲击电压时,叠加瞬间的电场Es为:

式中:Ed为直流工作电压的稳态电场,按电阻分布;Etr为叠加的冲击电压的暂态电场,按电容分布;Vd为直流电缆运行电压;Vs为叠加同极性冲击电压后电缆绝缘上的电压。

同样原理,直流电压上叠加反极性冲击电压时,叠加时的电场Er为:

式中:Vr为叠加反极性冲击电压后电缆绝缘上升高的电压。

运行中直流电缆绝缘上,经受雷击过电压或操作过电压时,叠加反极性冲击电压比同极性冲击电压时的绝缘介质对外表现出击穿强度下降。这是因为在直流电场作用下,靠近电极处存在着与电极极性相同的空间电荷。在施加反极性的冲击电压的极短时间内,被电缆绝缘材料捕获的空间电荷几乎保持不变,且其极性与电极极性相反。这样,在空间电荷与电极间存在着较高的电场,引起绝缘局部场强的畸变。故叠加冲击电压绝缘水平已成为影响电缆绝缘厚度的主要因素,特别是超高压直流电缆绝缘厚度更是决定因素。最近国内直流电缆的试验中,出现的击穿情况,也是在直流电压叠加冲击电压试验中,出现问题较多。

2.2 国内外柔直电缆

ABB公司将电压源换流器(VSC)换流站与聚合物电缆相结合形成柔直输电的概念,较传统的LCC直流输电,成本大大下降。为了提高输电线路可靠性,在柔直输电中通常采用电缆系统作为输电线路。ABB公司研制的直流电缆结构为:中间导体一般为铝材,导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层三层同时挤出均匀包裹在导体外面,形成绝缘结构,采用铜丝绕包在绝缘屏蔽外形成金属屏蔽,最外面由铝箔和聚乙烯形成外护套保护电缆。这种新型的三层聚合材料挤压的单极性电缆,较传统的油纸绝缘结构电缆,具有高强度、绿色环保等特点,适合用于深海等恶劣环境。这种直流电缆重量轻、成本低、传输功率大。例如:一对95mm2铝导体电缆,在直流工作电压为±100kV时,能够传输30MW的功率,其重量为1kg/m,绝缘厚度为5.5 mm,可以非常方便地埋在地下。

国产柔直电缆结构相似于交流电缆结构,就陆地柔直电缆而言,国内五家电缆公司试制的电缆参见图3,其为±200kV陆地柔直电缆,导体截面为1 000mm2。

海底柔直电缆与陆地柔直电缆在7之前结构一致。从7开始,将皱纹铝套改为平滑铅套,外护套改为内护套,增加1层或者2层钢丝铠装,钢丝外热涂沥青防腐,再覆盖聚丙烯绳作为外被层。

关键的材料以及导体屏蔽、直流交联料和绝缘屏蔽料,各厂均进口同一家电缆料公司的同一牌号产品,而且绝缘料的最高工作温度为70℃,比现在的交流交联料工作温度90℃低了许多,这就导致电缆的载流能力偏小,经济性能下降。

国产柔直电缆现状是几乎均采用铜导体,这就造成造价高、重量重、铝套容易电化腐蚀,故外面涂沥青防腐层,外护套外面涂石墨导电层,以便进行外护套直流耐压,但沥青和石墨在电缆制造和使用中均易污染环境。海底电缆的金属套多采用铅套,铅是重金属,也会污染环境。

2.3 新型柔直电缆设计

针对现有柔直电缆弊端,对柔直电缆重新进行设计。成本低、绿色环保的±320kV和±200kV新型柔直陆地和海底电缆分别见图4和图5。

±320kV和±200kV柔直陆地电缆和海底电缆,工作温度为90℃绝缘中的电场分布分别见图6和图7。

图6和图7中,β曲线只考虑了温度对电场分布的影响,δ曲线同时考虑了电场和温度对绝缘中电场分布的影响。可以看出,绝缘中电场和温度同时作用时,对电场分布有均匀作用。

3 柔直电缆发展趋势

国外ABB公司1997年开始试验投运±10kV柔直电缆系统,多采用铝导体和XLPE,外护层采用铝塑综合防水层。逐步淘汰了油纸电缆绝缘结构。2013年5月,ABB公司在德国北部投运了±320kV轻型直流系统,将北海800MW的海上风电接入欧洲输电系统。瑞典国家电网运营商Svenska Kraftnt公司投资1.6亿美元,建设连接瑞典南部和西部的地下输电线路,线路全长200km,电压等级为300kV,输送容量2×660 MW。采用柔直地下电缆系统,电缆为铝导体,挤包绝缘。ABB公司将负责包括终端、接头和其他配件在内的整套电缆系统的设计、生产、供货和安装工作,整个项目将于2014年完工。这套地下电缆解决方案主要是为了提高瑞典国家电网南部的输电能力和抵抗自然灾害能力,有助于提升瑞典与挪威两国间的电力交换容量。未来,该线路还将支持大量风电顺利并入瑞典电网。

欧洲超级电网是一种未来电力系统,主要基于直流输电,将偏远地区的大规模可再生电力传输到消费中心,输电线路大量采用直流交联电缆系统。

在中国,柔直电缆系统采用进口绝缘料的研究尚处于起步阶段,其电缆结构将交流电缆的结构套用过来,几乎都是铜导体铝护套或者铅护套。国内±200kV五端柔直工程和±160kV三端柔直工程的所需要的直流电缆系统正在试验验证之中。±160kV柔直陆地和海底电缆已经定标两家国内电缆公司生产。

国内外的商用柔直电缆导体工作温度都是70℃,而且均是单芯电缆。未来铜价约高于铝价4倍及以上时,国内就会发展铝导体或铝合金导体、铜护套,工作温度要达到90℃。绿色环保高载流量的柔直电缆、双芯电缆是发展方向。

向遥远的海岛供电及海上风电进网时,柔直海底电缆会大量采用。现在都采用2根极线分2次敷设,分开距离一般为2倍水深。这不仅使敷设费用增加,而且电缆线路占用海域面积较大,导致以后每年要交海域使用费用较多,增加了电缆线路运行成本。

未来的发展方向是将2根极线放在一起,一次性敷设完成,甚至还可以将光缆也与2根极线放在一起同时完成敷设。

对于电压低或者导体截面小的海缆,可以在工厂绞合在一起,然后装船敷设。对于电压高或者导体截面大的海缆,可以在敷设时将2根极线平行放在一起,也可加上光缆,采用坚固的带子绕包绑扎后,再敷设到海底。

4 结论

1)应大力开发用于电缆绝缘的空间电荷测量装置。在研究过程中,应重视功率足够大的脉冲发生器及与圆柱形电缆绝缘界面捏合的半弧形电极的研制。空间电荷陷阱电荷能量测量方法主要为TSD法和PSD法,PSD法测量聚乙烯陷阱能量分布的结果显示,电荷主要被捕获在中心深度为4.97 eV的陷阱能带中。

2)通过添加纳米填料抑制电缆XLPE绝缘中空间电荷时,必须解决纳米粒子与XLPE的相容性问题,通常可以通过表面物理修饰和表面化学修饰等改性手段完成,但改性的有效性必须通过实验的进一步验证。

3)柔直XLPE电缆绝缘中电场分布与体积电阻率呈正比分布,而电阻率与导体负载和绝缘中电场有关,运行中柔直电缆经受的反极性冲击电压是电缆绝缘的关键影响因素。

4)现有开发的柔直电缆工作温度较低,部分结构材料不环保,文中提出高载流90℃工作温度绝缘料,并研究设计出绿色环保高压、超高压陆地和海底电缆结构。

电缆绝缘 篇2

低压架空绝缘电缆的选型分析

目前低压电网改造工程已经启动，低压架空绝缘电缆可选用五种电缆料，选择哪一种好，看法不一。针对这种情况，从稳定提高电网工程质量，使之经得起历史考验原则出发，通过总结长期研究经验，进行经济技术综合分析，提出在低压架空绝缘电缆中选用的聚乙烯如果不交联还不如选用耐候型聚氯乙烯好的结论。

1.引言

1kV及以下架空绝缘电缆用电缆料一般有三种：耐侯型聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。选用哪种电缆合适，是当今电网改造和建设中值得研究的问题。这三种电缆料，如果单纯从技术性能看，最优者当属交联聚乙烯，其次是耐候型聚氯乙烯，再次是聚乙烯。由于交联聚乙烯价格高，它只能用在特殊要求场合，所以，最常用的场合应首选耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交联）聚乙烯还不如采用耐候型聚氯乙烯，对于这种认识形成的缘由，我想先回顾亲身研制经历再进行经济技术综合分析，本着实事求是认真负责的态度与同行们进行讨论。

2.低压电网绝缘化的历史回顾

2.1国外早期开发情况

日本是在1961年开始开发架空绝缘电缆的，据1976年日本九家电力公司统计，低压架空绝缘线缆已敷设101800km，电网绝缘化率达到76%。低压架空电缆料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型），也有采用聚乙烯的，但多是交联聚乙烯。

美国在1971年就制定了70℃～90℃600V的架空绝缘线缆国家标准，低压网多数使用耐候型聚氯乙烯电缆。

瑞典、法国、芬兰、德国等欧洲发达国家早在60年代初就开始研究生产架空绝缘电缆，并且在金具研究方面积累了丰富经验，使组装件逐渐系列化。对我国架空绝缘电缆的金具开发起到了重要借鉴作用。

2.2国内低压架空绝缘电缆的开发

辽宁沈阳地区对低压架空绝缘电缆的开发在全国是比较早的。1983年我随同沈阳市科委组织的技术考察团去日本考察，在日本城乡看到电网绝缘化程度很高，低压电网见不到裸电线，多半是黑色耐候型聚氯乙烯绝缘电缆。日本专家说，在低压架空绝缘电缆中，聚乙烯如果不交联还是耐候型聚氯乙烯电缆好。我们到日本吉野川电线株式会社聚氯乙烯绝缘电缆料生产车间参观，我特意带回电缆料样品回国。经剖析后，会同哈尔滨电工学院及抚顺塑料一厂等三家联合研制。用近两年时间于1986年研制成功。由抚顺塑料一厂生产耐候型聚氯乙烯电缆料，沈阳电线厂生产架空聚氯乙烯绝缘电缆，经省级鉴定认为达到了国际同类产品水平（日本JIS3340－1980（OW）型，德国DIN47720－1970NFYW型）。从1986年开始，沈阳电业局及辽宁省城乡低压电网开始大量敷设耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆，为我国电网绝缘化工作起到了率先垂范作用。与此同时，这项工作也受到东北电管局、省农电局

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领导及有关同志的重视，积极在低压网推广应用耐候型聚氯乙烯绝缘线缆。所以辽宁是全国较早开发较多应用架空聚氯乙烯绝缘电缆省份之一。到了80年代末，全国电线电缆行业形成了架空绝缘电缆生产热。上海电缆研究所于1990年参考各地企业标准，编写了国家标准GB12527－90。根据实践，作者先后在1986年和1988年的《电线电缆》杂志上发表论文，重点阐述了耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆的研制与应用情况。1986年～1998年12年期间低压架空绝缘电缆技术虽然逐步成熟并推向全国，但由于在重发电轻用电思想指导下，电力资金很少用到电网改造上，电网绝缘化水平仍然很低，电网改造工作任重而道远。1998年夏秋之交，国家才把电力资金使用重点转移到电网改造和建设上，从而迎来了电网改造工程和建设的巨大发展，牵动了电线电缆行业等相关配套行业的大发展，积累了十多年制造低压架空绝电缆经验和能力的各生产企业得以有用武之地。

3.低压架空绝缘电缆目前应首选耐侯型聚氯乙烯绝缘

三种低压架空绝缘电缆料从经济技术全面分析来看，交联聚乙烯在目前经济条件不十分宽裕情况下，用在特别重要场合比较合适。关于其它两种电缆料：耐候型聚氯乙烯和聚乙烯，建议目前应首选耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料，其主要理由如下。

3.1耐侯型聚氯乙烯绝缘电线电缆已有30年架空运行的历史

架空绝缘电缆与其它电缆电缆相比最突出的特点是耐大气老化，这一点是一般电线电缆不具备的。大气老化因素很苛刻，最主要因素是太阳光紫外线，其它因素有雨、雪、冰雹、风沙、高温、低温、烟雾、鸟粪、化学物质、树干枝叶摩擦、风力摇摆等机械外力。长期暴露在太阳光下，紫外线对高分子材料破坏力很强，易出现分子链断开、表面变色和龟裂等现象。如不采取有效措施，高分子材料是很难抵抗大气因素常年累月侵袭破坏的。

耐大气老化性能如何，除了实验室内人工气候老化试验外，最有信服力的是长期架空敷设运行实践验证。在我国只有耐候型聚氯乙烯绝缘电缆架空敷设历史最长，并且没有发现变色和龟裂现象，所以可放心使用。

机械工业部上海电缆研究所李养珠高级工程师早在60年代就从事电线电缆大气老化性能试验研究工作。她于1968年在哈尔滨太阳岛、齐齐哈尔市和海南岛等具有代表性地方，把各种颜色的聚氯乙烯绝缘电线电缆敷设在太阳光下，并一直定期观察测试，发现黑色聚氯乙烯绝缘电线耐候性最好，没有变色龟裂，敷设16年后的1984年，她编写了一份极有价值的“橡塑布电线定点运行试验研究报告”，并在《电线电缆》杂志上发表，为我国架空绝缘电缆正确选择材料提供了十分重要的实践根据。我们所从事的架空绝缘电缆的研究工作是在上述的试验研究工作成果的启发下进行的，特别是通过1983年去日本技术考察后了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯绝缘电缆的实际应用情况，使我们对耐候型聚氯乙烯绝缘电缆更增强了信心。我们在过去所开发的耐候型聚氯乙烯电缆料在配方上做了两点重大改进，都是针对提高耐大气老化性能而采取的，比文献到中所述的聚氯乙烯绝缘电线电缆耐大气老化性能更好。这种性能的提高标志着时代在进步。

抚顺塑料一厂自1986年以来，已累计生产耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料18000t，用户遍及东北、华北。其中包括黑龙江省最北部边境地区、青岛沿海地带、山西内陆等多风沙地区。通过十多年使用实践证明从未发生老化变色龟裂等质量问题。

聚乙烯存在着环境应力开裂问题，这是因为聚乙烯存在内应力，会随着使用环境条件变化而产生

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开裂现象。当采用熔融指数为2.0的聚乙烯作电缆护套时，在电缆弯曲半径较小，并接触到一些诸如洗涤剂、化学试剂、肥皂水等化学物质时，常会使护套发生开裂。为改善聚乙烯耐环境应力开裂性能，应采用熔融指数O.3以下，分子量分布不太宽的中密度聚乙烯。聚乙烯还有一个特点：在挤出时，熔融指数越大越易挤出，工艺温度宽，但不耐环境应力开裂；相反，熔融指数越小越不好挤出，表面易粗糙，但耐环境应力开裂性能优。所以，在选料时一定要严格按标准选用熔融指数小的聚乙烯，不能为了顺利挤出而选用熔融指数偏大的聚乙烯料，万一聚乙烯绝缘架空电缆表面出现环境应力开裂现象，将会严重损坏电网工程质量，影响极坏。

交联聚乙烯耐大气老化性能好。这是由于它的分子结构所决定的。由于交联过程把聚乙烯分子的线性状态通过交联剂搭桥变成了网状结构，大分子链间上下左右紧密联结在一起，增强了抵抗外力破坏的能力，再加上光屏蔽剂和抗氧剂等作用，我们就不再担心交联聚乙烯耐大气老化能力。

有人认为中高压电缆用交联聚乙烯，那么低压电缆最好用聚乙烯，这种认识是不妥的。因为高压电缆用的聚乙烯是交联聚乙烯，与聚乙烯有本质区别。聚乙烯除了存在耐环境应力开裂问题外，还存在不可忽视的机械强度低、软化温度低、受热易变形、阻燃性能不好等问题。

3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好

低压电线电缆绝缘设计原则主要考虑绝缘的机械性能。我们所研究的对象是低压电网用电线电缆，机械性能好坏应是绝缘料性能的重点。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好，从这点出发应首选聚氯乙烯。GB12527－90标准中规定，聚氯乙烯张强度为12.5MPa。抚顺塑料一厂聚氯乙烯电缆料抗张强度实测值达到20MPa左右。聚乙烯抗张强度在标准中规定10MPa，低于聚氯乙烯，实测值只有14MPa左右，比聚氯乙烯实测值低很多。在实际使用中电工都有明显感觉。在架设线路中．电缆在地上托时，聚氯乙烯电缆不易被托破和起毛，而聚乙烯则相反，容易被托破和起毛。在与金具接触承受压力以及树干枝叶接触摩擦时，聚氯乙烯由于机械强度高而不易被压坏和磨坏。平时我们用指甲在聚氯乙烯电缆表面不易划出沟痕，而聚乙烯由于强度低，很容易用指甲划出沟痕，这足以说明聚乙烯机械强度低。

3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好

聚氯乙烯燃烧时去掉火源后很快会自熄，而聚乙烯则不能，会继续燃烧下去，这是因为聚氯乙烯分子中含有卤族氯原子，所以能阻燃。据介绍东北某一农村低压电网不慎起火。火源扑灭后，绝缘电缆却继续漫延燃烧，烧坏了不少塑料大棚，引起了民事纠纷，经查绝缘电缆材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃剂是有一定难度的：一是提高成本，二是相容性差，降低绝缘性能。在GB12527－90标准中只对阻燃性能好的聚氯乙烯绝缘电缆规定了不延燃性要求，而对另两种阻燃性能不好的电缆（聚乙烯、交联聚乙烯）没有此项要求。这一点在修订标准时应予以考虑。

3.4聚氯乙烯比聚乙烯软化温度不，过教能力强

聚氯乙烯软化温度：160℃～180℃，过载能力比聚乙烯要强很多，聚乙烯软化温度：110℃～125℃。当电路过载时温度上升，聚乙烯首先软化变形，导致绝缘破坏，特别是在与金具接触以及其它受到压力的地方更容易蠕变而发生事故。

3.5关于绝缘性能

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聚乙烯用到10kV以上中高压电缆中可更大发挥绝缘性能好的优点，而在1kV及以下低压电线电缆中聚氯乙烯绝缘能力是足够的，国内外1kV及以下低压电线电缆绝缘材料除橡皮外绝大多数是聚氯乙烯，而聚乙烯多用于通信电缆和中高压电缆。

3.6关于耐水性能

从塑料材料总体看，耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分类中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能虽然很好，但相比之下，不如聚乙烯。然而在几百伏的低压电网中聚氯乙烯的耐水性是足够的。这是因为低压架空绝缘电缆使用在空中，接触水的机会不多，就连经常接触潮湿和水的农用理地电缆（JB2171－85标准NLVV型）系列中都有聚氯乙烯绝缘电缆。难道用于低压架空的绝缘电缆还能怀疑聚氯乙烯绝缘的耐水性能吗？

3.7关于耐低温性能

聚乙烯的耐低温能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯绝缘电缆在实际使用十多年过程中被证明能适应我国低温地区环境，在黑龙江省边境地区使用多年，很受欢迎，据反映从未发生低温脆裂现象。这是因为耐候型聚氯乙烯配方设计中已考虑到低温问题。采取技术措施后，它已不同于一般聚氯乙烯，而是经过外增塑改性的聚氯乙烯，所以能够适应我国北方低温环境需要，北方多年敷设实践也充分证明了这一点。

3.8关于电缆料价格分析

生产电缆企业选购电缆料以重量计价进厂，而卖出电缆是以长度计价出厂，所以评价不同电缆料价格应该采用体积价格法进行比较才有可比性。所谓体积价格就是用电缆料的重量价格乘以其密度之积，乘积低者，说明电缆料体积价格低。按上述方法计算出的目前市场两种电缆料体积价格相近。

3.9对于低压电网，聚氯乙烯的绝缘能力是足够的应该指出1kV及以下电网聚氯乙烯绝缘能力是足够的。自50年代塑料线被逐步普及推广以来，日常用电线除了橡皮线外几乎都是聚氯乙烯电线，国内外行业专家对低压电缆选择绝缘材料时从未怀疑过聚氯乙烯的绝缘能力。因为10kV以上中高压架空电缆采用的是交联聚乙烯绝缘而要求低压电网一定要用聚乙烯绝缘是缺乏全面分析的。

4.结论

（1）低压架空聚氯乙烯绝缘电缆通过理论分析和30多年长期敷设实践证明，具有耐大气老化性能好、机械强度高、耐托、耐磨、阻燃性好等优点，绝缘能力及耐水性能等都能满足低压电网要求。因此，应成为低压电网改造用首选产品。

（2）低压架空交联聚乙烯绝缘电缆具有优异的绝缘性能、机械性能、耐热不变形性能。但由于价格高，建议在当前经济条件下，用在特殊要求场合下较为合适。

电缆绝缘 篇3

关键词：矿物绝缘电缆；防潮；密封；电缆绝缘测试

某单位承建的贵阳花果园项目，总建筑面积125万㎡，共计12栋住宅和1栋幼儿园。幼儿园3层，住宅楼地下2-4层，地上43-47层，住宅楼总高度均在150米左右，单栋建筑面积约10万平米，结构型式为框支剪力墙，均属于超高层建筑。该工程消防应急回路均采用矿物绝缘电缆，总长度约30万米。

1 矿物绝缘电缆简介

矿物绝缘电缆又称铜芯铜护套氧化镁绝缘电缆，由铜导体、氧化镁、铜护套两种无机材料组成。

矿物绝缘电缆的特点具有防火性能好，工作温度高（耐高温），使用寿命长（不易老化），防爆性能、承载能力大，耐腐蚀无污染，抗机械损伤等长处。

在施工过程中，我们发现了一些矿物绝缘电缆的施工难点，在这里对出现的施工难点以及解决措施进行了总结。

2 矿物绝缘电缆施工过程中的难点及解决措施

2.1 矿物绝缘电缆头中间连接头、终端头在制作安装过程中易受潮，影响电缆绝缘。

矿物绝缘电缆的绝缘材料采用金属氧化物氧化镁，此种氧化物极易与空气中的水成分发生化学反应，生成不绝缘的物质——氢氧化镁。在制作电缆头时，当剥开电缆护套层时，导体裸露后，在电缆头制作完成之前，如果不采取有效措施，电缆绝缘阻值会从300兆欧以上1小时内下降到10兆欧以下。因为本工程大部分矿物电缆都在地下室，空气湿润，电缆头剥开之后，不立刻采取密封防潮措施，绝缘值会迅速下降甚至为零，致使电缆无法利用成为废品，增加工程成本。

针对此种情况，在电缆头制作过程中采取以下措施：

一、切断电缆后，迅速将所有的电缆头采用自粘式密封胶带或者封口胶封口，避免或减少与空气接触时间，并要求技术人员逐个检查，当天截取的电缆必须当天施工完成。切断后不立即进行敷设的电缆必须入库，不得在施工场地内随意放置。

二、采用剥切工具剥开电缆护套，长度为8~10cm，在清除将导体表面的氧化镁粉末时严禁用嘴吹掉，而是直接用剥切工具将氧化镁粉末敲落，再用细毛刷或者干净的抹布迅速清除导线上外露的粉末。

三、对电缆断口处至30cm（特别潮湿环境要达到50cm）范围内用明火炙烤，炙烤时，电缆末端向上倾斜，火焰由下往电缆末端方向缓慢移动，重复多次，时间15至20分钟。

四、炙烤完后，立即进行绝缘测试，达到要求后快速对电缆切割处进行密封，并进行电缆头制作，保证一气呵成；若绝缘值不符合要求，将电缆切掉至少1米后再行加工制作。

五、每个电缆头制作完成后，要再次进行绝缘值测试，确保线路绝缘良好。防止电缆头全数制作安装完成后检测绝缘时才发现问题，将花费大量的人力进行问题检查和返工，甚至整根电缆报废。

六、每个电缆头制作过程必须控制在40分钟以内，必须按照操作步骤严格进行，要确保电缆头的制作质量。

2.2电缆敷设过程中护套易破损，影响电缆绝缘

本工程体量极大，地下室桥架返弯处多，接头量大，在矿物电缆敷设过程中，经返弯接头处时护套破损概率特别大。

针对此种情况，采取以下措施：

一、在电缆桥架接头切割面处先用机具打磨光滑在再安装，保证接头处必须平整光滑，以免在电缆敷设时造成外皮被锋利的桥架切割面划破，影响绝缘。

二、在桥架返弯处，将矿物电缆按照桥架返弯的角度围弯，确保电缆在受挤压时外皮不容易破损。

三、电缆装卸转运时，尽量采用人工搬运，若用机械转运时，必须采取防护措施，避免金属机械和电缆护套直接接触，碰撞挤压，损坏电缆保护层。在敷设时，采用人工拉引方式进行。

2.3矿物绝缘电缆硬度和重量大，施工难度大

矿物绝缘电缆硬度和重量两个方面都比同规格的普通电缆大，重量甚至是相当于同规格普通电缆的两倍。

针对这些情况，采取以下措施：

一、施工前，根据施工图纸，认真核对电缆数量、规格、型号、走向，确定电缆在桥架内的排布及中间连接头位置，尽量避免电缆交叉。

二、制作专用的矿物质电缆放线架，避免电缆护套的磨损。

三、在电缆中间连接头、终端头位置，都要足够的预留量，以便制作电缆头时有足够的弯曲半径和加工长度。

2.4矿物电缆型号多，线路长，查找故障困难。

本工程的矿物电缆型号多，涵盖了从BTTZ-4*4到BTTZ-4*（1*185）所有电缆；敷设线路长，最长线路接近500米；电缆中间头多，查找故障困难。

针对此种情况，采取了以下措施：

一、把每个回路的矿物电缆绑扎在一起，在每趟回路起始端和终端、所有中间连接头处，穿墙套管处，进出桥架处、桥架拐弯处悬挂显眼的电缆标识牌，明确注明每根电缆回路的编号和相序，避免回路连接错误。

二、矿物绝缘电缆回路大部分由单芯电缆构成，在进行矿物电缆安装时，每一个回路的电缆单独敷设完毕后再进行下一个回路的敷设。在每一个回路敷设完毕后，将该回路电缆按一定间距绑扎在一起，避免混淆。

2.5 竖向电井狭窄，进出配电箱和桥架处弯曲成型困难。

该工程强电竖井内设备集中，布置紧凑，影响电缆的进出线。因此，在制作安装矿物电缆头时的操作空间非常狭小。针对此种情况，采取了以下措施：

一、合理布置电气竖井内的设备，特别是电缆T接箱位置，并画出布置图，明确井道内电缆走向，并严格布置。

二、因為应急配电箱在电气竖井内是按每三层布置一个，因此，在敷设矿物电缆和制作电缆头时，按照电井布置图截取足够的电缆长度，包括连接上下两个应急配电箱层T接箱的电缆长度、出竖向桥架到箱体的电缆长度、以及箱体内预留电缆长度、返弯转折部位预留长度等，在井道外按照操作工艺加工制作电缆头，大大节省了电缆头的制作时间。

电缆绝缘 篇4

随着我国电力事业的迅猛发展,电力传输显得至关重要。此前我国中低压电力的传输有相当部分依赖于架空裸导线来实现,但人口密度的增加,城市建筑群、绿化茂密区与城网架空输电线的矛盾日益突出,因无绝缘的裸导线是依靠空间距离及绝缘子架设于塔杆之上,在经过城市街道两侧、工厂内部、住宅小区等人类活动密集地区,经常会引发安全事故。虽然对中低压电力电缆进行埋地敷设可减少安全事故的发生且美化环境,但其开挖工程量大,耗资高,远不如架空敷设经济便捷。为保障用电,同时保障人身财产安全,必须尽可能地消除架空裸线带来的隐患,因此架空绝缘电缆成为了必然的选择。

架空绝缘电缆安全性能高、使用维修方便、敷设费用低、线路布局合理,但其在敷设或使用过程中时而发生绝缘滑脱现象,尤其是1kV架空绝缘电缆因没有导体屏蔽,且绝缘厚度较薄,绝缘拉断力小,相比10kV架空绝缘电缆,其绝缘与导体之间更容易发生滑脱。由于架空绝缘电缆架设于塔杆上,其敷设及使用环境决定了电缆纵向承力较大,一旦承力过大会致使绝缘发生滑脱、断裂,环境中的潮气和水分即会从绝缘断裂处进入导体,大大降低电缆的使用寿命和安全性。虽然现行国家标准GB/T12527《额定电压1kV及以下架空绝缘电缆》对绝缘的滑脱力指标并无要求,但考虑到上述问题,架空绝缘电缆的生产企业必须对其给予足够的重视和关注。

1 绝缘滑脱的原因分析

经过深入分析发现,架空绝缘电缆发生绝缘滑脱的原因主要有以下两种:a.因施工方法不当或受外力破坏使绝缘局部破损而造成滑脱。b.因电缆受到的纵向外力大于绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力之和,导致导体与绝缘之间发生相对位移。因此,为避免或减少绝缘滑脱现象的发生,应严格按操作规程或要求进行施工,且要避免电缆绝缘受到外力作用出现破损,同时应增加架空绝缘电缆的防绝缘滑脱能力,即提高绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力。

2 绝缘滑脱力的影响因素

架空绝缘电缆绝缘拉断力主要与绝缘厚度正相关,而国家标准中已对绝缘厚度做出了相应规定,且考虑到电缆成本因素,也不宜通过增大绝缘厚度,提高绝缘拉断力,改善电缆绝缘滑脱力。因此,从架空绝缘电缆本身出发,通过增大架空绝缘电缆绝缘与导体间的作用力是改善电缆绝缘滑脱力关键。绝缘与导体间的作用力的主要影响因素有导体表面粗糙度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式等,下面将对此展开分析和研究。

2.1 导体表面粗糙度

导体表面粗糙程度直接影响导体与绝缘之间的摩擦力,通常导体表面越粗糙,导体与绝缘之间的摩擦力也就越大,绝缘的滑脱力也越大。因此,为增大绝缘与导体之间的摩擦力,可对导体表面进行粗糙处理。由于采用化学和电化学方法对导体表面进行粗糙处理需要较长时间,根据导体的实际生产情况,其很难与导体的绞制工序相结合,无法满足线缆行业产品连续生产的要求,影响生产效率且增加成本,而采用物理方法———喷砂对导体表面进行粗糙处理,可在导体绞制完成后收线前,进入增设的喷砂设备,依靠喷砂设备发射出沙粒高速冲击导体表面,在导体表面留下无数细小且均匀的凹坑,从而达到增加导体表面粗糙程度的目的[1],因此建议采用喷砂方法对导体表面进行粗糙处理。图1示出了喷砂设备,该设备能够实现在线、高速、连续喷砂,且不影响导体绞制的生产效率。

2.2 导体最外层单线紧压程度和绞合节径比

导体的紧压程度通过紧压系数来反映,紧压系数越大,则紧压程度越高。导体最外层单线紧压系数越大,则最外层单线与单线之间的缝隙越小,导体表面的光滑度提高,绝缘挤出时嵌入导体的绝缘材料量减少,导体与绝缘之间的结合强度降低;同时,导体表面越光滑,导体与绝缘之间的摩擦力越小。因此,导体最外层单线紧压程度越高,则绝缘与导体之间的滑脱力越小,反之,导体最外层单线紧压程度越低,绝缘与导体之间的滑脱力越大。由于在标准GB/T 12527中仅要求架空绝缘电缆导体为紧压结构,而未对导体紧压系数作说明,因此架空绝缘电缆的生产企业可以在保证导体紧压的前提下,结合生产工艺及成本适当减小导体外层单线的紧压系数,从而提高绝缘滑脱力。

在架空绝缘电缆导体最外层绞合节径比符合相关要求的前提下,改变导体最外层绞合节径比会对挤出的绝缘嵌入导体间隙的状态产生相应影响。导体最外层绞合节径比越小,则单线间隙与导体纵向夹角越大,挤出的绝缘嵌入单线间隙后,使绝缘与导体沿纵向方向阻止发生滑移的作用力越大,即绝缘滑脱力越大,反之,导体最外层绞合节径比越大,单线间隙与导体纵向夹角越小,纵向阻止发生滑移的作用力越小,即绝缘滑脱力越小。架空绝缘电缆的生产企业可在兼顾导体绞合节径比对导体电阻及生产成本影响的前提下,结合生产情况及需要适当减小导体绞合节径比,提高绝缘滑脱力。

为了了解导体最外层紧压系数和绞合节径比对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对导体最外层采用不同紧压系数和绞合节径比的两种相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表1示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前,先按照GB/T 14049—2008中附录B对试样电缆进行尺寸处理,再将处理好的试样电缆在室温下放置4h。测试时,测试温度为室温(25±5)℃,先将试样电缆放在专用夹具内,再置于WDW-10电子万能拉伸试验机上,启动设备在(2±1)cm/min速度下进行拉伸,记录下每个试样电缆的绝缘与导体产生滑移时的拉力T,测试结果如表2所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,导体最外层单线紧压系数越大(紧压程度越高),绝缘滑脱力越小,反之,则绝缘滑脱力越大;导体最外层绞合节径比越小,绝缘滑脱力越大,反之,则绝缘滑脱力越小。

注:1)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为20°;2)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为15°。

2.3 绝缘挤出方式

为了提高生产效率,通常电缆生产企业会优先选择挤管式工艺挤出绝缘。虽然挤管式挤出工艺具有生产速度快、易于调整偏心、配模简便且模具的通用性大等特点,但在挤制架空绝缘电缆绝缘时,因挤出模具对绝缘料的挤出压力较小,机头处会有大量空气存留,阻碍绝缘与导体之间紧密结合,致使导体与绝缘之间的紧密程度下降,相互间的作用力变小,从而使绝缘滑脱力减小,绝缘更容易被拉脱。因此,为了提高绝缘滑脱力,必须增加挤出压力,采用挤压式(或半挤压式)挤制架空绝缘电缆绝缘。通过挤压式(或半挤压式)模具产生的挤出压力使绝缘能更好、更彻底地嵌入导体最外层单丝间隙中与导体紧密结合包覆在导体上,同时挤出压力也将绝缘与导体之间的空气排出,进一步提高绝缘与导体之间的结合强度,从而提高绝缘滑脱力。

为了了解绝缘挤出方式对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对采用挤管式工艺和挤压式工艺的相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表3示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前的试样电缆处理和测试时的温度、过程与2.2节中的相同,测试结果如表4所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,采用挤管式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力远小于挤压式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力。

3 结束语

为确保架空绝缘电缆在敷设或使用过程中的安全性,本文着重分析了绝缘滑脱力的影响因素(导体表面的粗糙程度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式),并在此基础上指出各影响因素的改善措施,通过相关对比试验验证了改善措施对提高绝缘滑脱力的有效性。因各个架空绝缘电缆生产企业的生产工艺及设备存在差异,可根据自身实际情况选择改善方法。

参考文献

电缆绝缘 篇5

范围

本工艺标准适用于一般工业与民用建筑电气安装工程10（6）kV交联聚乙烯绝缘电力电缆热缩中间接头制作。

施工准备

2.1

设备及材料要求：

2.1.1

主要材料：电缆头附件及主要材料由生产厂家配套供应。并有合格证及说明书。其型号、规格、电压等级符合设计要求。

2.1.2

辅助材料：焊锡、焊油、白布、砂布、芯线连接管、清洗剂、汽油、硅脂膏等。

2.2

2.2

主要机具：

喷灯、压接钳、钢卷尺、钢锯、电烙铁、电工刀、克丝钳、改锥、大瓷盘。

2.3

作业条件：

2.3.1

电缆敷设完毕，绝缘电阻测试合格。

2.3.2

作业场所环境温度0℃以上，相对湿度70%以下，严禁在雨、雾、风天气中施工。

2.3.3

施工现场要干净、宽敞、光线充足。施工现场应备有220V交流电源。

2.3.4

室外施工时，应搭设临时帐蓬。

操作工艺

3.1

3.1

工艺流程：

设备点件检查→剥除电缆护层→剥除铜屏蔽及半导导电层→

固定应力管→压接连接管→包绕半导带及填充胶→

固定绝缘管→安装屏蔽网及地线→固定护套→送电运行验收

3.2

设备点件检查。开箱检查实物是否符合装箱单上的数量，外观有无异常现象。

3.3

剥除电缆护层（图2-28）：

图2-28

3.3.1

调直电缆：将电缆留适当余度后放平，在待连接的两根电缆端部的两米处内分别调直、擦干净、重叠200mm，在中间作中心标线，作为接头中心。

3.3.2

剥外护层及铠装：从中心标线开始在两根电缆上分别量取800mm、500mm，剥除外护层；距断口50mm的铠装上用铜丝绑扎三圈或用铠装带卡好，用钢锯沿铜丝绑扎处或卡子边缘锯一环形痕，深度为钢带厚度1/2，再用改锥将钢带尖撬起，然后用克丝钳夹紧将钢带剥除。

3.3.3

剥内护层：从铠装断口量取20mm内护层，其余内护层剥除，并摘除填充物。

3.3.4

锯芯线、对正芯线，在中心点处锯断。

3.4

剥除屏蔽层及半导电层（图2-29）：自中心点向两端芯线各量300mm剥除屏蔽层，从屏蔽层断口各量取20mm半导电层，其余剥除。彻底清除绝缘体表面的半导质。

图2-29

3.5

固定应力管（图2-30）：在中心两侧的各相上套入应力管，搭盖铜屏蔽层20mm，加热收缩固定。套入管材（见图形卡2-30），在电缆护层被剥除较长一边套入密封套、护套筒；护层被剥除较短一边套入密封套；每相芯线上套入内、外绝缘管、半导电管、铜网。

图2-30

加热收缩固定热缩材料时，应注意：

3.5.1

加热收缩温度为110℃~120℃。因此，调节喷灯火焰呈黄色柔和火焰，谨防高温蓝色火焰，以避免烧伤热收缩材料。

3.5.2

开始加热材料时，火焰要慢慢接近材料，在材料周围移动，均匀加热，并保持火焰朝着前进（收缩）方向预热材料。

3.5.3

火焰应螺旋状前进，保证绝缘管沿周围方向充分均匀收缩。

3.6

压接连接管：在芯线端部量取二分之一连接管长度加5mm切除线芯绝缘体，由线芯绝缘断口量取绝缘体35mm、削成30mm长的锥体，压接连接管。

3.7

包绕半导带及填充胶：在连接管上用细砂布除掉管子棱角和毛刺并擦干净。然后，在连接管上包半导电带，并与两端半导层搭接。在两端的锥体之间包绕填充胶厚度不小于3mm。

3.8

固定绝缘管：

3.8.1

固定内绝缘管：将三绿肥内绝缘管从电缆端拉出分别套在两端应力管之间，由中间向两端加热收缩固定。加热火焰向收缩方向。

3.8.2

固定外绝缘管：将外绝缘管套在内绝缘管的中心位置上。由中间向两端加热收缩固定。

3.8.3

固定半导电管：依次将两根半导电管套在绝缘管上，两端搭盖铜屏蔽层各50mm，再由两端向中间加热收缩固定。

3.9

安装屏蔽网及地线（图2-31）。从电缆一端芯线分别拉出屏蔽网，连接两端铜屏蔽层，端部用铜丝绑扎，用锡焊焊牢。用地线旋绕扎紧芯线，两端在铠装上用铜丝绑扎焊牢，并在两侧屏蔽层上焊牢。

图2-31

3.10

固定护套（见图2-32）。

图2-23

电缆护套安装

将两瓣的铁皮护套对扣联接，用铅丝在两端扎紧，用锉刀去掉铁皮毛刺。套上护套筒，电缆两端将密封套套在护套头上，两端各搭盖护套筒和电缆外护套各100mm，加热收缩固定。

3.11

送电运行验收：

3.11.1

电缆中间头制作完毕后，按要求由试验部门做试验。

3.11.2

验收：试验合格后，送电空载运行24h，无异常现象，输验收手续，交建设单位使用。同时，提交变更洽商、产品合格证、试验报告和运行记录等技术资料。

质量标准

4.1

4.1

保证项目：

4.1.1

电缆中间头封闭严密，填料饱满，无气泡、无裂纹，芯线连接紧密。

4.1.2

电缆头耐压试验、泄漏电流和绝缘电阻必须符合规范规定。

检查方法：观察检查和检查试验记录。

4.2

基本项目：

电缆头外型美观、光滑、无皱折，有光泽，并能清晰地看到其内部结构轮廓。

检查方法：观察检查。

成品保护

5.1

设备开箱后，将材料按顺序摆放在瓷盘中，并用白布盖上，防止杂物进入。

5.2

电缆中间接头制作完毕后，立即安装固定，送电运行。暂时不能送电或有其它作业时，对电缆头加木箱给予保护，防止砸、碰。

应注意的质量问题

6.1

从开始剥切到制作完毕必须连续进行，一次完成，以免受潮。

6.2

电缆中间头制作过程中，应注意的质量问题（见表2-9）。

常发生的质量问题及防治措施

表2-9

序号

常发生的质量问题

防

治

措

施

做试验时泄漏电流过大

清洁芯线绝缘表面

绝缘管加热收缩时局部烧伤或无光泽

调整加热火焰为呈黄色。加热火焰不能停留在一个位置

热缩管加热收缩时出现气泡、开裂

按一定方向转圈，不停进行加热收缩，切割绝缘管端面要平整

质量记录

7.1

7.1

产品合格证。

7.2

设备材料检验记录。

7.4

电缆试验报告单。

7.5

自互检记录。

7.6

设计变更洽商记录。

—

END

电缆绝缘 篇6

(大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

0 引 言

随着现代船舶自动化水平的提高以及电力驱动船舶的出现，电缆作为船舶电气系统的动脉，其绝缘性能的好坏与可靠性直接关系到船上人员和设备的安全.[1-2]目前，我国还有很多老龄和超龄船舶在服役，这些船舶的电缆由于长期在恶劣环境和复杂工况下运行，其绝缘层已经严重老化甚至失效.如果不及时对电缆进行修理或更换随时可能引发火灾.[3]另外，由于船用电缆工作环境比较复杂，同一船舶上不同工作环境下电缆的老化程度也不同.但是，对船舶电缆的更换或者维修，都要等到船舶进厂进行大修的时候方可进行，大范围的电缆更换工作需要大量的人力和物力.[4]因此，如何掌握电缆的绝缘性能及其老化程度，引起国内外学者[4-11]的广泛重视.

电缆老化性能评估模型主要有3大类：动力学曲线模型、本构及唯象模型、计算机仿真模拟模型.在动力学曲线模型中，Arrhenius速率常数经验模型外推法已经形成相关标准，得到业界及学术界的广泛认可，但该方法需要进行长时间(几个月至几十个月)的热老化实验才能得出结果，无法实现快速评估.[13-14]本构及唯象模型和计算机仿真模型都有一定局限性，其正确性仍需进一步检验.[7]本文通过理论分析以及实验研究尝试应用硬度这一特征参量达到快速评估电缆老化性能的目的.

1 橡胶的热氧老化反应

橡胶老化最主要的原因是氧化作用，它使橡胶分子结构发生裂解或结构化，致使橡胶材料性能恶化.氧在橡胶中与橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变.温度升高可引起橡胶的热裂解或热交联，提高氧扩散速度和活化氧化反应速度，从而加速橡胶氧化反应速度(这是普遍存在的一种老化现象——热氧老化).

1.1 热氧化机理

研究发现，橡胶热氧老化是一种链式的自由基反应[12]：

引发反应 RH→R·+·H(热、氧、光或催化剂作用)

ROOH→RO·+·OH

2ROOH→RO·+ROO·+H2O

传递反应 R·+O2→ROO·

ROO·+RH→ROOH+R·

RO·+RH→ROH+R·

·OH+RH→R·+H2O

终止反应 R·+R·→R-R

RO·+R·→ROR

RO·+RO·→ROOR

ROO·+ROO·→稳定产物

R·+·OH→ROH

上述反应中:RH表示橡胶大分子;R表示自由基;RO表示氧化自由基;ROO表示过氧化自由基.

1.2 丁苯橡胶的热氧老化反应[15]

丁苯橡胶是目前一些相对老旧船舶上所用电缆广泛采用的绝缘材料，其热氧老化反应过程如下：

这是引发反应1，RH→R·+·H；橡胶链在加热的过程中分解，生成含有自由基的橡胶链和氢离子.

这是传递反应1，R·+O2→ROO·；由引发反应生成的含有自由基的橡胶链与O2发生反应，生成带有过氧化根的橡胶链.

这是传递反应2，ROO·+RH→ROOH+R·；含有过氧化根的橡胶链与橡胶链发生反应，夺取橡胶链中的氢离子，生成含有自由基的橡胶链.

这是引发反应2，ROOH→RO·+·OH；含有过氧化根的橡胶链分解，生成含有氧自由基的橡胶链和羟基.

这是引发反应3，2ROOH→RO·+ROO·+H2O；两条含有过氧化根的橡胶链发生反应，一条橡胶链失去氢离子，另一条橡胶链失去氢氧根离子，生成水和分别含有不同自由基的橡胶链.

这是传递反应3，RO·+RH→ROH+R·；含有氧自由基的橡胶链与橡胶链反应,分别生成含有羟基和自由基的橡胶链.

这是传递反应4，·OH+RH→R·+H2O；氢氧根离子与橡胶链发生反应,生成含有自由基的橡胶链和水.

对于丁苯橡胶来说，热氧老化反应的终止反应以交联反应为主，以引发反应和传递反应生成的产物作为各种类型交联反应的反应物，具体交联反应过程如下:

这是最主要的交联反应过程.含有自由基的橡胶链分子与橡胶链分子发生反应，夺取橡胶链分子中的氢离子，使橡胶链分子中双键打开，形成一条含有自由基的橡胶链，再与其他不含任何自由基的橡胶链发生类似反应，随着反应的不断进行使多根独立的橡胶链分子交联形成一个巨大的橡胶链网络.

这是局部的交联反应:两条含有自由基的橡胶链反应，生成一个小型的橡胶链网络.

这是局部的交联反应:首先含有氧自由基的橡胶链发生分解反应，生成含有氧和自由基的橡胶链；然后两条含有氧的橡胶链发生交联反应，生成一个小型的橡胶链网络.

通过上述分析可以看出在丁苯橡胶的热氧化过程中，主要存在分子链的降解与交联两种反应，老化初期降解反应占优势，后期交联反应占优势，总体上以交联反应为主.令丁苯橡胶试样发生形变前在x,y,z轴上的长度分别为1，1，1.如果λ1，λ2，λ3分别为网络链在x,y,z轴上的伸长比，则形变后试样在x,y,z轴上的长度分别为λ1，λ2，λ3.如上所述，丁苯橡胶在热氧老化时以交联反应为主，即可以增加各橡胶高分子链之间的相互连接，从而使网络链在x,y,z轴上的伸长比减小，即λ1，λ2，λ3减小.

2 橡胶硬度分析

橡胶弹性的本质是分子链在外力作用下引起的构象变化而产生的熵弹性，因此，用构象统计理论可推导宏观应力应变关系.运用聚合物分子链构象分布函数可计算各种构象存在的概率，进而计算橡胶在拉伸过程中的熵变，得出橡胶应力应变关系.在聚合物分子链中，链末端距的3个分量各为x,y,z的几率及聚合物分子链构象的分布函数[18]可表达为

式中：n为主链节数；l为链长，可认为是末端距为r的分子链的构象出现的概率(这种概率分布函数称作高斯分布函数，r2=x2+y2+z2)，也可认为是将链的一端固定在坐标原点，另一端落在距离为r的点(x,y,z)的概率.

玻尔兹曼熵可由式S=klnW表示，其中W为系统宏观态可能对应的微观态数目(即热力学概率)，k为玻尔兹曼常量.对于单根橡胶链来说W=P，所以该橡胶链所对应的熵为

S=C-kβ2r2

现在分析一根橡胶网络链形变前后的熵变化.形变前，链的一端在点(x0,y0,z0)处，末端距为r0；形变后，链端移动到点(x,y,z)处，末端距为r.按仿射形变假定，x=λ1x0，y=λ2y0，z=λ3z0.

橡胶网络在拉伸形变过程中，Helmholtz自由能的变化为ΔA=ΔU-TΔS.对于理想橡胶网络，拉伸过程中内能不变，即ΔU=0，则ΔA=-TΔS.

根据Helmholtz自由能的定义，恒温过程中体系自由能的减少等于体系对外所做的可逆功：因为橡胶被拉伸或压缩时发生的高弹形变在除去外力后可恢复原状，即橡胶的高弹形变是可逆的，所以-ΔA=W；反之，外力对体系所做的功等于体系自由能的增加，即-W=ΔA.外力所做的功作为体系的能量被储存起来，因此也称ΔA为储能函数，于是可得到橡胶网络在拉伸过程中的形变功

橡胶被拉伸时体系对外所做的功包括两部分：拉伸过程中因橡胶体积变化所做的膨胀功pdV和因橡胶长度变化所做的伸长功fdl.伸长功是外界对系统做功，应为负值，则

由于橡胶在拉伸过程中体积几乎不变，dV非常小.如果拉伸在常压下进行，则pdV这一项通常很小，可以忽略，由此可得

利用邵氏硬度仪测量橡胶试样硬度的工作原理是根据探针插入样品的深度计算出试样的硬度.由于探针进入样品的力f是恒定的，进入的深度Δl越深表示试样的硬度越小，反之硬度越大.由前述丁苯橡胶热氧老化分析可知橡胶老化后λ1，λ2，λ3会减小，因此根据上式可知丁苯橡胶在发生热氧老化反应后硬度将增加.

3 硬度测试

为验证上述理论分析结果，对船用丁苯橡胶电缆进行快速热老化试验.根据美国火力电站电缆试验规范中的相关规定，老化试验过程中135 ℃为必须选择的温度点,同时参考IEC 216-1和IEEE 383中相关标准，寿命评定试验中温度的每个级差取15 ℃.因此,本试验中选择135 ℃和150 ℃两个老化温度进行试验，试样老化时间见表1，每个取样组包括6个标准哑铃试样(实际有10个以上试样，其他试样备用)，其尺寸见图1.

表1 试样老化温度及老化时间

图1 哑铃试样尺寸

经老化后的试样在室温下放置24 h，随后用邵氏硬度仪对其进行硬度测试，具体测试结果见表2和3.

表2 135 ℃老化温度下试样硬度测试结果

表3 150 ℃老化温度下试样硬度测试结果

从表2和3可以看出，丁苯橡胶电缆绝缘层随着老化时间增加(即性能老化的加剧)，其硬度明显升高，这也充分印证本文前述的理论分析结果.

4 结 论

通过理论和试验对船用丁苯橡胶电缆绝缘层的老化情况及其硬度的变化情况进行分析.研究结果表明,船用丁苯橡胶电缆绝缘层老化与其硬度之间存在密切关系，随着老化的加剧，丁苯橡胶硬度逐渐增加，因此,可以通过监测船用丁苯橡胶电缆绝缘层的硬度实现对其绝缘性能的快速评估.

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电缆主绝缘缺陷电场数值分析 篇7

电缆本体的绝缘性能直接影响电力系统的运行安全, 因而, 其绝缘缺陷及缺陷发展而引起的击穿事故是电缆本体绝缘研究的重点[1]。电缆主绝缘的各类缺陷成为电缆绝缘最薄弱环节, 可能形成局部高场强, 甚至电场强度超过允许范围产生局部放电, 可能导致绝缘击穿。缺陷引发的故障, 将严重影响电力系统的供电可靠性[2]。

文中以特定标称截面的35 k V XLPE电缆为对象, 采用COMSOL三维电缆软件, 对含有典型缺陷的电缆进行仿真模拟, COMSOL MUL-TIPHYSICS软件是一个以有限元分析为基础的大型通用CAE软件, 具有强大而广泛的分析求解功能[3]。利用该软件所提供的后处理功能输出缺陷处截面的电场分布云图和最大电场强度的值, 电场集中程度主要体现在电场的相对变化情况。

1 电场数值分析的理论基础

电缆导体和外屏蔽之间施加电压, 在电缆主绝缘中产生电场, 由于工频电压下电场分布是一种稳态电场, 计算时可按电准静态场来处理[4]。电准静态场的基本方程组为

将 (3) 代入电流连续性方程,

得到

在时域电场中

对于各向同性介质有本构关系式

式中σ、ε分别为介质电导率和介电常数。引入标量位函数

则可得

此即为交变电场求解器所依据的基本方程。

由于交变电场求解器中使用相量, 在直角坐标系中, 随时间作正弦变化的电场强度E的一般形式为

式中ω是角频率。Φx, Φy和Φz分别为各坐标分量的初相角, 它们仅是空间位置的函数。上式也可以表示成

其中

所以所要分析的电场强度即可表示为

2 电缆及缺陷的模型

电场数值分析的重要基础工作是在软件平台上进行建模。考虑到电缆主绝缘中典型缺陷的几何尺寸相比电缆的内外半径小得多, 因此计算电缆的长度取其主绝缘外径的三倍。这样可以节省计算量, 同时又可保证计算结果的可靠性。

仿真分析了以上常见的电缆缺陷, 即半导电屏蔽缺陷、杂质等。对于半导电屏蔽缺陷有外半导电屏蔽向内凹陷、外半导电屏蔽和主绝缘损伤, 其模型如上图所示;模型中, 导线截面积240mm2, 导线半径8.74 mm, 绝缘厚度10.5 mm, 内外屏蔽层均为1 mm厚, 电缆段长度为127.44mm。模型中的材料属性设置见表1。边界条件设置见表2。

3 电场仿真

有限元法是以变分原理和剖分插值为基础的一种数值计算方法[5]。它通过相应的变分原理将需要求解的的边值问题转化为相应的变分问题 (泛函的极值问题) , 进而利用剖分插值将变分问题离散化为普通多元函数的极值问题, 最终归结为一组多元的代数方程组, 解之即得待求边值问题的数值解。现在, 我们通过COMSOL三维软件, 对外半导电屏蔽内陷缺陷、外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷、电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷这三种缺陷情况下的电场分布情况, 并找到最大电场强度与缺陷的关系。

3.1 外半导电屏蔽内陷仿真

于制造缺陷和外力挤压导致外半导电屏蔽向绝缘内凹陷, 同样是一种严重缺陷, 影响电缆绝缘中电场分布。用半球形凹陷模型进行仿真分析, 不同内陷深度仿真结果如图2、3、4所示, 凹陷深度为0的仿真结果由于没有影响, 所以没有给出电场云图。

由表3结果做图, 结果如图5所示。

通过理论计算可见, 电缆绝缘发生变形的情况下, 电场即发生畸变, 当最大电场强度随凹陷变化呈加速度增长, 当凹陷深度达到0.3 mm时, 电场强度已经达到了2 MV/m, 并且之后电场强度随着凹陷深度呈陡升状态, 如果凹陷程度继续加深, 势必引发局部放电, 使电缆被击穿, 引发电缆故障。

3.2 外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷仿真

为了仿真外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷对电场分布的影响, 假设破损情况为球形破损, 不同破损程度用在半导电屏蔽外径处为圆心不同半径的半球来模拟。

由上述各图求得最大电场强度, 经计算得到最大电场强度与平均电场的比值与缺损球半径的关系如图6所示。

通过上述仿真分析发现, 当缺损球半径较小时, 最大电场出现在内屏蔽外表面处, 而当内陷深度大时, 最大电场出现在外屏蔽内破损边缘处, 而边缘处, 正是电缆破损应力最集中的部位。当破损球半径超过3 mm时, 最大电场超过3 MV/m, 加剧了电缆危险性。从整体上看, 随破损程度增大, 最大电场随之而增加, 并且斜率增大。

3.3 导电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷仿真

将上述气泡重新定义属性, 对靠近内半导电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷进行了仿真。上述仿真分析结果表明, 导电性杂质球表面面对内屏蔽的表面电场强度最为集中, 最高可达平均电场的几十倍, 甚至几百倍。

可以看出, 绝缘内的最大电场强度随杂质颗粒半径的增大而减小, 且最大电场出现在颗粒与内屏蔽之间。但是最大电场强度均大于1.5 MV/m, 已经超出了规定的电场强度值, 如果杂质球的为气体缺陷, 电场将杂质球中的气体电离, 会引起局部放电, 气体中压强集中, 运行一段时间, 将产生电缆故障。

4 实际缺陷制作与验证

根据以上仿真分析结果, 现通过实验制作外半导电屏蔽内陷缺陷、外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷、电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷这三种缺陷的具体模型。由于局部放电是XLPE电缆绝缘劣化的特征和主要原因[6], 目前国内外根据电缆的局部放电判断电缆的运行状态进行了大量研究[7,8,9]。为了更加直接的观察局部放电现象, 将故障点设置在电仿真结果的最大位置。半导电屏蔽内陷深度为0.3 mm, 外半导电屏蔽与主绝缘破损球半径为3 mm, 导电杂质球半径1.0 mm。在实验室使用工频耐压试验对三种缺陷进行通电测量。工频电压试验能够全面、真实地发现XLPE电缆缺陷和运行故障隐患, 可应用于XLPE电力电缆竣工试验和预防性试验, 特别是110 k V及以上电压等级的XLPE[10]。对三种缺陷试样依次通入50 Hz正弦电压, 逐渐提升电压值直到产生局部放电现象。图8、9、10为试验采集的模式图。从图中可以看出局部放电被清晰的辨别出来。

5 结束语

通过对外半导电屏蔽内陷缺陷、外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷、电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷这三种缺陷下电场的仿真, 可以得到以下结论。

1) 外半导电屏蔽内陷对局部电场强度影响最大, 内陷如果不采取有效措施, 很容易导致局部放电。

2) 外半导电屏蔽与主绝缘破损缺陷局部电场强度最大值为破损边缘处, 而此处又是电缆应力最为集中的部位, 增加了电缆故障发生几率。

3) 导电屏蔽主绝缘中导电性杂质球缺陷最大电场出现在颗粒与内屏蔽之间, 继而引起局部放电现象。当局放到达一定程度时就可能会形成电树枝甚至引发电缆主绝缘击穿现象。

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交联电缆应用中绝缘受潮的探讨 篇8

1 电缆受潮引起绝缘降低的危害

1.1 造成电缆过热, 负载能力下降

受潮引起绝缘降低的电缆在运行中会产生过热、负载能力下降, 容易造成局部起泡、放电现象。电树枝可以因介质中间间隙性的局部放电而发生和缓慢地扩展, 更可以在脉冲电压作用下迅速发展, 也能在任何局部放电的情况下, 由于局部电场集中而产生。聚乙烯表面将出现炭化的黑色树枝状高电导通道, 经过无数次放电, 树枝状导电通道逐渐增长, 当线芯和外护套被桥联起来时, 便发生电树枝击穿破坏, 中断供电。

1.2 产生水树枝现象, 加速电缆老化

电缆受潮引起绝缘降低后, 在电场的作用下, 因水分的存在而缓慢发生水树枝老化现象, 最后导致电缆击穿 (绝缘中长期存在的杂质、气孔及绝缘与内外半导体层结合面的不均匀处所形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点) 。虽然树枝化与电缆寿命之间无明确的关系式, 但树枝化无疑降低了电缆的使用寿命。树枝化的最大特点就是有一个潜伏期, 往往要经过较长的时间才能导致树枝化的引发乃至最后击穿。

2 引起电缆受潮绝缘降低的原因

2.1 生产、制造环节的原因

在聚乙烯绝缘电缆的制造中, 由于生产原料和工艺控制不佳, 容易使聚乙烯的交联度、熔融指数不合理, 造成绝缘层和外护套层的电气、机械性能达不到要求。聚乙烯电缆在成型加工时残留有内应力时, 常会发生开裂, 这种现象称为环境应力开裂或环境应力龟裂, 电缆聚乙烯绝缘层, 尤其是护套常有这种损坏。这种损坏的直接后果就是电缆表面开口, 导致受潮, 绝缘降低。如果聚乙烯分子在交联时未消除极性基团, 如羰基、羟基及羧基等, 也将严重降低其电绝缘性能。

2.2 运输、存储环节的原因

按规定, 电缆出厂时应将端头使用绝缘塑料进行封装, 但在运输过程中, 电缆盘的震动、碰撞有可能使封装破损, 起不到密封作用。发运至收货单位或施工现场后, 作业班组往往根据工程量需求截下一段使用, 由于条件限制, 剩余的电缆有时就只用塑料布简单包扎截断处, 长时间存放于露天或潮湿的仓库中, 因为呼吸作用和扩散作用, 水分将从截断处浸入到电缆内, 使之受潮。

2.3 电缆施放环节的原因

施工过程中, 由于地形条件和线路通道的制约, 经常需要穿越道路、涵洞甚至水体, 电缆端部不可避免的会有较长时间处在潮湿或有积水环境中。在机械牵引时, 牵引力时有时无, 时大时小, 使主绝缘与线芯之间的半导体层受到线芯的来回摩擦而损伤, 降低甚至使其丧失均压、屏蔽功效。转向、穿管时, 如果不能很好地控制转向半径, 也会造成芯线凸起、鼓包, 破坏半导体层, 以至于外护套甚至铠装开裂, 施工现场如检查不仔细, 监督不到位, 受到损伤的电缆被埋入土中或浸在水里, 虽然聚乙烯具有较小的吸水性, 基本没有溶胀现象, 但在水分通过破损处浸入后, 特别是进入屏蔽层后, 将造成严重的后果。为保持绝缘层的圆整性, 在设计时本身就要考虑到外屏蔽层与绝缘层易于剥离, 水分大量进入后会产生“蠕变”和“冷流”现象, 致使外屏蔽层与绝缘层间“脱层”, 起不到屏蔽作用。聚乙烯的体积电阻系数高达1 016Ω·m, 但其耐电晕性和耐电蚀性欠佳, 电缆绞合导线如有一个小的尖端, 便会引起电场强度的激增, 内屏蔽层是在聚乙烯中加入导电炭黑制成的, 能大大减少尖端放电带来的影响。实践证明, 采用半导体层能提高工频击穿电压30%～40%, 水分的进入将严重破坏内屏蔽层的电气屏蔽性能。

2.4 电缆终端头制作环节

电缆终端头制作过程中有两种可能会使其进水受潮。一是受现场施工条件限制而未能及时进行电缆终端头制作, 未经密封处理的断口电缆终端头长期暴露在潮湿的空气中, 甚至浸在水中, 致使电缆终端头受潮, 绝缘下降。二是在电缆终端头制作过程中 (包括户内、户外终端头和中间接头) , 如果作业人员在电缆终端头绝缘密封过程中粗心大意, 没能掌握好热缩材料的温度和加热时间, 或是没有掌握好冷缩头的预压力和加压时间, 特别是当压接的接线鼻与绝缘层断口存在间隙时, 在运行中因潮气或雨水进入会逐步受潮, 并极有可能伴随着超标的局部放电而影响运行。

2.5 电缆运行环节

一是凝露、潮气或水分沿电缆本体有破损的部位进入交联电缆内部。二是人为因素而引起的电缆破损或击穿事故, 特别是在城市建设与改造施工中, 或者使用大型建筑机械的建筑工地尤为严重。当发生此类事故时, 交联电缆绝缘遭严重破坏, 要么直接中断供电, 要么铠装、护套被损坏引起故障。

3 电缆受潮的防范措施

根据经验, 要现场处理电缆受潮引起的绝缘降低是非常困难的。在实际操作中, 如果发现电缆端部存在明显进水现象, 通常的做法是锯掉前端几米, 看里面是否干燥, 如果不行就继续向前锯。但如整条电缆已进水或绝缘较低, 就只能更换电缆。因此, 防止电缆受潮主要以预防为主, 通过长期实践总结如下具体对策。

3.1 加强购买及入库环节管理

购买电缆时, 采取招、投标方法, 选出质优价廉的产品, 注重入库验收及试验报告审查。同时考虑10 kV中性点小电流接地系统在单相接地时, 电缆要承受1.73倍的相电压, 且按要求要运行2 h, 因此有必要增加电缆绝缘厚度, 降低场强, 有效防止树枝化放电。

3.2 加强贮存环节管理

保证电缆两端部密封良好, 特别是对于锯开的电缆端头, 无论是存放还是敷设, 均要用绝缘塑料带密封, 且敷设后要及时进行电缆头的制作。因条件限制确实无法立即制作的, 应将电缆头密封包好 (最好采用电缆专用的绝缘密封套) 后架空摆放。

3.3 加强施工环节管理

实践证明, 一旦电缆受潮, 则最早出现击穿现象的往往是电缆头, 电缆头制作的好坏, 直接影响电缆的整体寿命。因此, 对于特殊工种的电缆从业人员, 不但要严格资格准入, 而且要不断提高其技术水平, 加强施工工艺及流程管理, 有效防止在制作过程中电缆受潮引起绝缘降低。根据经验, 应主要控制以下几方面。

(1) 施工人员在剥离电缆半导体层时一定要认真细致, 既要将半导体层清理干净, 又要尽量避免损伤主绝缘, 特别是用刀力度一定要掌握恰当, 若划得太浅, 半导体层很难剥除;若划得太深, 便会伤及绝缘层, 最后一定要将主绝缘表面打磨光滑。

(2) 制作热缩电缆头时, 充分考虑到当热缩材料加热硬化后就不再具有弹性的材料特性, 既要防止火焰损坏屏蔽层及绝缘层, 又要注意在长期的运行中, 由于热胀冷缩的原因, 逐渐在电缆结合处产生微小间隙, 导致电缆受潮。

(3) 使用性能稳定、具有弹性、长期运行不开裂的硅橡胶冷缩电缆头附件, 严格执行制作工艺流程, 防止起泡或密封不严缺陷存在。

(4) 电缆敷设主要采用直埋或电缆沟形式, 因此在电缆涵管设计时, 要尽量走直, 减少弯头, 使电缆便于敷设, 同时充分考虑电缆沟 (井) 的排水问题。在电缆直埋敷设时, 尽可能采用新型塑料、玻璃钢等材料作为护套管道, 确保管道耐腐蚀、内壁光滑、强度与韧性良好, 减少电缆外护套破损现象的发生。

3.4 加强运行环节管理

电缆绝缘 篇9

1 矿物绝缘电缆的主要特性

1.1 安全性

据统计, 电气火灾的发生次数以及所造成的损失均属各类火灾之首。分析其中由线路引发的占电气火灾的一半之多, 所以合理地选择电缆是避免电气火灾或即使发生火灾也能可靠保证消防设备供电的连续性, 进而尽早灭火, 减少损失的重要环节。矿物绝缘电缆是由铜和氧化镁制成。铜的熔点为1083℃, 氧化镁的熔点是2800℃。所以在其温度不超过1000℃时, 电缆结构不会出现问题。因此在绝大部分场所是不会因熔化或燃烧而解体的, 更不会传播火种。

矿物绝缘电缆是由无机材料制成, 它不会放出任何烟雾和有害气体。矿物绝缘电缆在火灾时, 可保证3小时以上的持续供电时间, 远远大于国家规范的要求。在耐过电压方面, 传统电缆在超过其极限耐压值发生意外时被击穿, 绝缘层被损坏, 电缆必须更换, 而矿物绝缘电缆击穿的是击穿处的空气电离作用, 氧化镁熔化后成份不会改变。所以矿物绝缘电缆在耐过电压和性能稳定性方面远远优于传统电缆。

在防水、防爆方面, 矿物绝缘电缆是最安全的电缆。由于其护套是无缝铜管, 水、油和气体不会渗透到电缆内部, 在有腐蚀性的特性场所可加装PVC护套, 多种的防护措施使其有极高的安全性。在耐机械损伤方面, 矿物绝缘电缆可经受剧烈的机械破坏, 而不会损害其导电性能, 在电缆外径变形到原外径1/3的情况下仍可正常工作。在耐辐照方面, 因为其为无机材料制成, 材料自身时性稳定, 可长期保持较高绝缘电阻, 而传统电缆其绝缘层在强辐照下很容易老化, 绝缘特性降低出现危险。从上述各方面的比较可以看出, 矿物绝缘电缆是最安全的电缆。

1.2 耐火性

按照英国BS6387电缆耐火特性测试标准, 只有矿物绝缘电缆能满足以下三种测试:A明火燃烧950℃, 持续3小时。B明火燃烧650℃, 喷淋水持续15分钟。C明火燃烧950℃, 每隔30秒用重物撞击。

1.3 高可靠性

一种定义耐火电缆的依据是GB12666.6-90《电线电缆耐火性试验方法》和IEC331 (1970) , 这一标准定义:“耐火电缆是在长时间燃烧以及长时间燃烧后仍能继续正常工作的电缆;假设火的大小足以破坏施加火焰处的有机材料。”就其结构而言, 耐火电缆就是在导电线芯上缠绕云母带再挤塑料绝缘和护套, 从试验内容上是一种单一的火焰燃烧环境。对于电缆系统而言, 结构的破坏和热绝缘的损坏并不重要, 主要判断准则是该电缆在整个火灾过程中维持电路的完整性如何。矿物绝缘电缆内部结构紧密, 铜外套在高温下不会脱落, 即有重物冲击, 一般情况下只会变形而不会断裂, 它有先天的优越性。所以在耐火性能上矿物绝缘电缆占有绝对的优势。电缆除了火的作用外, 建筑物的移动、振动以及水的冲击对电缆有更加不良的作用。矿物绝缘电缆在带15KW水泵负载的实验中, 可以发现在水喷淋冲击其所载电流几乎没有变化, 所以矿物绝缘电缆的耐火性能是极为可靠的。

在完全正常的使用条件下, 最长的使用寿命是40年左右, 聚氯乙烯绝缘电缆的使用寿命约为20年。如果出现过载情况发生, 寿命会大幅度降低, 如果发生局部火灾, 电缆受损还必须更换。按建筑物正常的使用寿命计算, 电缆也至少得更换2次以上。矿物绝缘电缆的寿命取决于铜护套的氧化速度, 其氧化速度与其工作温度有关, 即使在250℃下长期使用, 需要2.57年才使铜护套氧化0.025mm, 即使是最小规格的矿物绝缘电缆 (其铜护套厚度为0.46mm) 其寿命也可达数百年, 远远超过建筑物的使用寿命而实际上电缆也不可能长期在250℃下使用。即使铜护套氧化, 其氧化物-氧化铜仍是良导体, 对其性能的影响很小。所以, 矿物绝缘电缆是一种“永久性电缆”。

1.4 经济性

电缆的经济性应从两方面考虑:一是初投资、二是运行费用。从初投资方面, 由于矿物绝缘电缆的结构与材料和其他电缆不同, 同截面电缆单位长度的价格要比聚氯乙烯绝缘电缆 (包括阻燃和耐火电缆) 高, 但是矿物绝缘电缆的使用温度为95℃, IEC364-5-52394年修订版规定裸矿物绝缘电缆使用温度可达105℃, 因而载流量要比耐火电缆高得多。若按允许温升到90℃来选择矿物绝缘电缆, 在25mm2以下时, 其截面比耐火电缆小一个截面等级, 而35mm2及以上时 (35mm2及以上的矿物绝缘电缆为单芯结构) , 可以小两到三个截面等级。相对于耐火电缆单纯从价格上相差不大, 在矿物绝缘电缆相对与耐火PVC电缆NH-VV (70℃) 、耐火PVC钢带铠装电缆NH-VV22 (70℃) 、耐火低烟无卤电缆NH-DW-YJE (90℃) 的性格比较中, 相同载流量下的价格差在-22%~37%之间。可以看出矿物绝缘的价格并不是很高, 但其优异的性能指标是其它传统电缆无法比的, 所以矿物绝缘电缆的性价比是非常高的。

矿物绝缘电缆可以直接明敷, 不需其它的防火附件 (如防火桥架或耐火线槽等) , 桥架或线槽部分可以节省很多的资金, 因为矿物绝缘电缆的外层为铜护套可以作为接地线, 节省一根电缆, 而且接地效果和可靠性更好, 也节省了相应的施工费用。矿物绝缘电缆施工方便, 节省施工时间和强度。

从使用费用方面, 矿物绝缘电缆允许在更高的温度下使用, 截面35mm2及以上为单芯结构, 散热条件好, 只需明设, 这样就会使电缆比在其明敷时载流量更低, 同截面时损耗比矿物绝缘电缆要大得多。所以在经济性方面从整体考虑, 矿物绝缘电缆优于传统电力电缆。

1.5 易于施工

相同截面下, 矿物绝缘电缆的外径、体积、重量比传统电缆小得多。据俄罗斯学者计算, 在1050A的三相交流线路中, 矿物绝缘电缆与橡皮绝缘电缆相比, 重量轻30%, 外型尺寸小67%。美国电气保险商试验室 (UL) 确认矿物绝缘电缆比其他电缆穿刚性电缆管 (Rigid Conduit) 重量轻60%, 所需空间少80%。另外矿物绝缘电缆允许的弯曲半径比其它电缆小得多, 其弯曲半径根据规格不同在电缆外径的2~6倍之间, 远比传统电缆的10~30倍要小, 所以安装的要求比传统电缆宽松, 所需的空间也小, 劳动强度也低, 尤其是在改造工程中, 其优势更为明显。所以矿物绝缘电缆在施工便捷方面远优于传统电缆。

2 工程应用

某工程位于广州天河路以南、体育东路以东地段的十字路口, 地处商业、办公中心地带。总建筑面积约222, 850平方米, 属于一类超高层建筑。包括地下室裙楼及塔楼部分, 地下室三层, 建筑面积约51, 426m2, 为车库、设备房及商业部分。裙楼五层, 建筑面积约39, 548m2, 主要为商场、餐厅等。搭楼部份:A搭50层, 建筑高度207.6m, 建筑面积约60770m2, 主要功能办公楼:B搭29层, 建筑高度为127m, 建筑面积约32, 146m2, 主要功能为服务式公寓;C塔33层, 建筑高度为127m, 建筑面积约39, 050m2, 主要功能为服务式公寓。结构类型是钢筋混凝土框筒一筒中筒结构。

本工程的供电电源为:本工程从二个市区ll OKV变电站引来三路10KV电源, 供裙楼地下室及A塔办公楼用电, 二路电源同时分段工作, 第三路为备用电源, 当任一路工作电源失压时, 备用电源通过母联开关自动投入工作。另外引来一路环网进线电源供B塔、c塔服务式公寓用电, 四路10KV进线电缆从建筑物南侧穿管埋地引入地下二层的裙楼中压配电房。再由中压配电房送电至各高低压配电房进行功能送电。

低压配电房一为B、C区塔楼动力配电房, 分别以母线和电缆出线至B、C区强电井, 由强电井送入塔楼各层用电部位;低压配电房二为C区塔楼照明配电房, 以母线出线至C区强电井送电至塔楼各层用电;低压配电房三为A、B、C区制冷机房配电房, 以母线出现至地下三层制冷机房配电;低压配电房四为B、C区裙楼动力、照明配电房, 分别以母线和电缆出线至B区裙楼电井, 由此电井送入B、C裙楼各层用电部位;低压配电房五为B区塔楼照明配电房, 以母线出线至B区强电井送电至塔楼各层用电。

本工程消防用电部分采用矿物绝缘电缆, 应用效果良好。

3 矿物绝缘电缆的施工工艺

不可在电缆规定的最高工作温度范围外长期工作。电缆在敷设前, 均应检查电缆是否完好, 绝缘电阻是否达到标准要求。计算敷设电缆所需长度时, 应考虑留有1%的余量。布线过程中, 电缆锯断后应立即对其端部进行临时性密封。电芯电缆敷设时, 应逐根敷设, 待每组布齐并矫直后, 再作排列绑扎, 绑扎间距以1~1.5m为宜。

对于大截面单芯电缆, 用于交流电网时应采取涡流消除措施, 在交变电流作用下, 铜护套上会形成横向涡流, 会造成能量损耗, 当线路负荷特别大而需要两组以上的电缆时, 可按图的形式排列两组或多组电缆, 但每组之间要留有两倍电缆外径的距离, 而且每组电缆接线位置应相同。此外, 在电缆进配电箱, 柜时, 为固定电缆在箱柜的板面上打孔, 同样为防止电缆在进箱柜的铁皮面上产生旋涡, 在箱柜板面上应按图所示的方式开孔, 或加垫非磁性材料的隔板固定电缆, 这种支架一般采用铝母线或铜母线加工制作, 打孔、用采用扁钢或角钢制作支架时这时也应参加上述方法开孔, 以防涡流产生。

由于电缆的绝缘材料在空气中易吸潮, 施工时应做好防潮, 当发现潮气进入端部。可剪去受潮段, 也可用火焰喷灯直接对电缆的绝缘电阻达到100Mφ以上才能进行安装终端和中间联按器。在终端和中间联接器的安装过程中, 要多次及时测量电缆的绝缘电阻值, 因安装时电缆受潮, 或金属碎屑未清除干净, 均可造成绝绝不合格。电缆的终端应牢固定在电缆和电气设备上, 利用铜护套作接地线时, 应接地可靠。在附件安装前, 工程施工人员应按电气, 回路将相应规格电缆敷放到位。在敷放过程中, 应确保电缆不受损伤。电缆在敷设或安装过程中, 不应随意分割。只有在附件安装时方可割断。且电缆一但分割, 便必须即时安装终端和联接器。

在桥架T形弯, L形弯, 穿越墙洞, 电气竖井, 进出配电柜箱等弯曲度大, 空间狭小处敷设时要按照工厂安装说明的弯曲方法进行冷弯, 以免在操作中损伤电缆铜护套。

根据设计图纸绘制“电缆敷设走向图”认真核对电缆的根数, 规格、长度、走向, 中间接头位置及与其他管道交叉的间距等。敷设时应在专用的电缆放线架上进行, 逐根放线逐路捆扎, 做到横平竖直, 在处理中间接头, 终端头时要留足操作余量, 避免交叉和重叠, 电缆平行敷设时如有多个中间联接器, 其位置相互错开。

在各项准备工作完成后, 公司技术人员到达现场, 对联接器、终端的安装方法进行指导, 工程安装单位应安排固定专业人员进行学习。电缆埋地敷设时, 最好不要有中间接头, 如无法避免, 则接头处须做好防水处理。电缆全长均为直线敷设或所联接电器可能产生振动时, 应在允许的场合设置膨胀环。

4 施工器具

矿物绝缘电缆在安装过程中, 不需要专用安装工具, 与普通塑料电缆一样, 各安装公司的通用器具即可完成终端及联接器的制作。所需施工工具及测量仪器有:锯弓、管子割刀、斜口钳、喷灯、螺丝刀、管丝钳、强力机械压钳 (液压钳) 、欧姆表等。

应用规范:

⑴GB50045高层民用建筑设计防火规范2003修订版;

⑵GB50127-94电力工程电缆设计规范;

⑶GB50067-97汽车库、修车库、停车场设计防火规范;

电线电缆绝缘厚度不确定度评定 篇10

1 样品的制备

试验所采用的样品型号为227 IEC 01 (BV) 450/750V 1×2.5, 在成品电缆上截取100 mm长的样品段共三段, 每两段之间间隔一米以上, 从绝缘层上去除所有护层, 抽出导体, 注意不要损坏绝缘层或使其变形, 每一试件由一绝缘薄片组成, 应用适当的工具 (锋利的刀片如剃刀刀片等) 沿着与导体轴线相垂直的平面切取薄片, 每个样品从三段上各切取一薄片。

2 试验设备

JT20数字投影仪, 精度:0.005 mm。

3 试验方法

将薄片置于投影仪的工作面上, 切割面与光轴垂直, 每一薄片从最薄点开始测量, 旋转60°后再测量, 共6点, 三薄片共计18个点, 取平均值。

4 试验数据

共做了12组数据, 其中10组为实验室环境下测得的数据 (见表1) , 其他两组分别为浸水24 h后测得数据和35℃平衡24 h后数据 (见表2) 。

从表中看出, 浸水24 h后和35℃平衡24 h后数据与实验室环境下数据接近, 故在实际测量中温度和湿度的因素不考虑, 仅考虑设备本身的误差和重复测量。

5 结果与分析

5.1 不确定度的A类评定

从表1得出在实验室环境下10次重复测量测得数据 (见表3) 。

平均值:

平均值的实验标准差:

5.2 不确定度的B类评定

根据JJF1093-2002投影仪校准规范中给出的最大允许误差 (MPE) :

式中:L为相应的测量段尺寸

5.3 合成标准不确定度

5.4 扩展不确定度

取包含因子k=2, 置信水平约为95%。

电缆绝缘 篇11

关键词：高压电缆；绝缘电阻；电缆接头；故障查找

0 引 言

新屯矿地面至井下各中央变电所共有入井高压电缆7趟，电源分别来自地面35kV变电站，井下变电所双电源分别来自地面35kV站的两段母线。其中，-450中央变电所有入井高压电缆2趟，分别是地面35kV变电站656#至-450中央变电所2#，MYJV22-6 3×185mm 5000m和645#至-450中央变电所1#，MYJV22-6 3×185mm 5000m，另外-450中央变电所还有一趟备用电源，来自井下-190中央变电所8#至-450中央变电所0#，MYJV22-6 3×185mm 2200m。

1 事情经过

今年4月份，冀中能源峰峰集团新屯矿在做地面35kV变电站656#至-450中央变电所2#，MYJV22-6 3×185mm 5000m电缆的高压预防性试验时，遥测该趟电缆绝缘值三相相间分别为2500MΩ、2500MΩ、2500MΩ，对地绝缘分别为A相1500MΩ、B相为1500MΩ、C相为200MΩ。随后进行了该趟高压电缆的耐压试验，试验电压DC 15000V，其中C相在升压至6000V再向上升压时，无法再进行升压，同时泄露电流集聚增大，试验人员发现该情况后随即停止了该趟电缆的耐压试验，用摇表再次遥测该高压电缆，发现此时三相相间分别为2500MΩ、2500MΩ、2500MΩ，对地分别为A相1500MΩ、B相1500MΩ、C相<1MΩ。判断该趟高压电缆一相对地击穿，已无法再进行送电。

2 采取的措施

2.1 立即通知-450中央变电所修理工拆开2#高压隔爆开关电源侧电缆三相电缆头，并对电缆头用稀料擦拭干净后重新遥测该趟电缆绝缘值，发现绝缘值基本没有变化。随即判断是由该电缆本身故障造成，因无法立即恢复该趟高压线路供电，立即启用了另外一趟高压备用线路进行供电，即使用了自-190中央变电所8#至-450中央变电所0#线路。

2.2 联系新屯矿相关技术人员、主管区长、现场经验丰富的技师、班工长共同商讨解决方案，组成了该项目的临时攻关小组。小组决定立即安排修理工去查看该趟高压供电电缆的完好情况，并随手做好详细的记录。第二天安排矿机电区电气技术员、实习技术员等组成的一组人员去查看该趟高压供电电缆，即通过两批次不同人员的查找和确认，将该趟高压电缆确信无疑的标示出来。随后联系电缆故障测试仪厂家技术人员进行技术咨询，最终基本确定了该趟高压电缆的故障点位置。

3 查找高压电缆故障点方法

3.1 试验方法：采用电缆故障测试仪查找电缆故障，利用我矿现有高压预防性试验仪器和电缆故障测试仪中的高压组件箱、DMS-B型定点仪对电缆故障点位置进行精确定位。其原理是将冲击高压电源送至电缆故障线使其故障点产生放电，产生振动声波信号，并采取适当拉开高压组件箱球隙间距，提高冲击电压数值的方法增大电缆故障点放电声音，使用DMS-B型定点仪进行电缆故障点的声音定点探测。

3.2 试验仪器包括：GY50/5-高压试验控制箱、YDSB轻型高压试验变压器、MF47型万用表、ZC-7型绝缘电阻表、高压组件箱、DMS-B型定点仪、高压验电笔、高压定相仪等。

3.3 试验原理图：

3.4 试验步骤：通过仔细阅读电缆故障测试仪使用说明书和向厂家技术人员咨询，我们基本掌握了高压组件箱中两个放电金属小球的放电间隙调整方法，按3000V/mm进行调整，在实际测试时我们首先按2mm进行调整，即先升高电压至6000V进行电缆的高压击穿试验，现场我们就听到了高压组件箱中两个高压小球的放电声音，随后我们戴上电缆故障定点仪倾听放电声音，调整试验电压值使放电声音每隔数秒中放电一次，并熟悉、牢记该声音。然后我们矿方技术人员下井戴上电缆故障定点仪去井下查找该故障电缆的故障点，无果而返。第二次试验时将高压组件箱中两个放电金属小球的间隙调整至5mm，将查找电缆故障的测试电压升高至15000V，同时通过调整试验电压数值使高压组件箱中放电金属小球的放电声音每隔数秒钟放电一次，同时安排了两名电气技术人员用电缆故障定点仪下井去倾听、查找电缆故障点位置，最终在皮带机道中发现了该趟高压电缆一个电缆冷缩接头处有较清晰的异常放电声音，初步判断该电缆在此电缆接头处有故障。

4 电缆故障的处理与恢复

4.1 断开高压电缆接头

通过商讨决定，在井下皮带机道疑似故障点处断开高压电缆，然后去掉一段有故障的电缆后重新将电缆连接起来。为了减少不必要的麻烦，我们在-450变电所和地面35KV站各安排1名修理工盯住该趟高压电缆的两端，在该高压电缆两端各封地线，各悬挂“有人工作，严禁送电”字样警示牌，严禁任何人给该趟电缆送电，然后主管区长和工长、技术员去现场进行高压电缆的断开工作。在锯断该故障电缆之前，并做好现场安全措施的前提下，在用电缆故障定点仪判定的故障点位置附近至少楔入3根长钢钉，钢钉应穿透电缆芯线，在打完钢钉之后如没有发现异常，将锯与地线一端可靠连接，戴上绝缘手套锯断该高压电缆。

4.2 连接高压电缆接头

断开该高压电缆接头后将接头全部去除，然后分别剥开电缆接头电话联系-450中央变电所和地面35KV站修理工分别将该趟电缆两端的封地线拆除，然后分别遥测自断开处往下至-450变电所的电缆绝缘值和至地面35KV站段的电缆绝缘值，经遥测该两段高压电缆的三相芯线相间绝缘均为2500MΩ，对地分别为A相1000MΩ、B相2000MΩ、C相1500MΩ和A相1500MΩ、B相1500MΩ、C相1500MΩ，经过现场处理电缆接头后，我们临时使用高压接线盒将刚刚断开的两段高压电缆连接起来，并将高压电缆的地线引出，将高压接线盒地线与临时安装的局部接地极连接好。

4.3 空载线路试送电

通知井下-450变电所修理工再次遥测该趟高压电缆绝缘值，经摇测电缆三相相间绝缘值分别为AC相：2200MΩ，BC相：2000MΩ，AB相：2300MΩ；对地绝缘A相1000MΩ，B相2000MΩ，C相1500MΩ。联系地面35KV变电站进行该趟高压线路的恢复送电工作，此时井下-450变电所2#高压隔爆开关严禁合闸，且该趟电源线不得与高压隔爆开关接线腔中接线柱进行连接。

5 该趟高压线路定相与恢复送电工作

因该趟高压电缆中间重新做过接头，-450中央变电所内有两趟来自地面35KV站的高压供电电缆，两趟高压电缆在-450中央变电所内通过联络高压隔爆开关汇合，因不能确定新连接好的高压电缆是否与原来供电的高压电缆三相电源是否同相位，在使用该趟高压线路供电之前必须进行高压定相工作。因此使用高压定向仪在-450中央变电所内2#高压隔爆开关电源处进行该趟电缆的定相工作，在做该项工作之前需提前在该电缆的三相芯线上做上标记，定相时每确定一相后在记录本上做好标记，待三相均定好相之后做好一次完整记录，为确保万无一失，有必要再进行定相一次或安排可靠的人员进行监督，定相完毕后，联系地面35kV站停该趟高压线路电源，进行该趟电缆与变电所高压隔爆开关的接线工作，接线完毕后，联系地面35kV站恢复该趟高压电缆的正常供电。经现场送电，送电后该趟高压供电线路运行正常。

6 结语

通过本次查找高压电缆故障，我们得出如下经验：每年进行高压预防性试验时，必须提前遥测电缆绝缘值，测定电缆吸收比，对于电缆中间接头多，绝缘性能差的电缆不再进行耐压试验。必须严格按照操作规程和停送电程序操作，工作时执行好施工措施，严禁冒险作业。强化职工与管理人员责任心，在日常工作中加强对各电缆冷缩接头的管理、查看与定期检查工作，日常维护到位。严禁长时间过负荷和甩掉开关的保护使用电缆，维护好井下电缆。平时的基础工作应做到位，管理上应到位。日常工作当中要加强学习，及时总结工作经验、吸取事故教训，不断改进工作方法、提高效率，增强自己的业务能力和责任心、执行力。

参考文献：

[1]DMS-B型定点仪使用说明书.

矿物绝缘电缆在工程中的应用 篇12

某工程为大空间展厅为主的多层综合性公共建筑,地下1层,地上主体1层,局部4层。建筑总高度23.85m,建筑占地面积42 655.99m2,总建筑面积118 267.99m2,其中地上建筑面积76 254.72m2,地下建筑面积42 013.27m2

2 电气工程概况

2.1 规模概况

本工程设4个变电所和1个发电机房。变压器总安装容量约17 000kVA,发电机1台,容量为1 500kW,地下室发电机储油间存储柴油。电气按火灾危险环境21区设计;其余场所按正常环境设计。线路的过载信号机漏电火灾报警信号装设于线路首段(变电所)

2.2 施工环境概况

本工程1号变电所在3层西北侧,2号变电所在4层西南侧,3号变电所在屋面东南侧,4号变电所在3层东北侧;而送风机房和排烟机房主要分布在地下室和3层南北侧,发电机房、制冷主机房及消防水泵房均设在地下室。建筑环境决定了矿物绝缘电缆布线长、接头多。同时该工程所处位置属亚热带海洋性气候,温和多雨,空气湿度高,热湿同季,而全年平均气温为21℃,气候环境决定了整个矿物电缆的施工过程在高湿度环境下进行。

3 矿物绝缘电缆安装特点

3.1 接头处易受潮

矿物电缆的绝缘层由矿物氧化镁组成。在电缆头施工中,电缆端头剥开后导体裸露,容易与空气中的水分发生化学反应,生成能导电的氢氧化镁。电缆的绝缘电阻一般在100 MΩ以上,若在1 h内未完成电缆头的制作,绝缘电阻可下降到10MΩ以下,甚至降到0.5MΩ。这样电缆在工程运用中必然存在电气安全隐患。

3.2 施工难度大

与一般电缆相比,矿物电缆硬度较高,重量约为一般电缆的2倍,敷设时不易达到平行整洁的观感效果,且线路长、接头多,查找故障点困难。因此,施工难度较大,在进出配线箱处和桥架内弯曲成型也较困难。

4 矿物绝缘电缆施工工艺流程

矿物绝缘电缆施工工艺流程如图1所示

5 施工过程中出现的问题及原因分析

5.1 电缆施工中出现的问题

在矿物电缆施工特点及施工工艺的综合影响下,该工程的矿物绝缘电缆在安装施工过程中,曾出现过以下问题。

1)矿物绝缘电缆敷设到位后,绝缘阻值在0.5MΩ以下。

2) 3楼南侧空调用动力箱,矿物电缆敷设过程中转弯半径过小,导致设备跳闸,接触器被烧坏。

3)电缆未做到横平竖直。多次返工、整改过程中电缆反复弯折,氧化镁松动,引发短路。

4)电缆分配不合理,如敷设距离近,将长电缆截断使用;而敷设距离远的柴油发电机房采用的电缆却太短,导致中间接头太多。

5)制作电缆终端接头和中间接头未灌热熔胶或灌胶量不足。

6)电缆螺栓未拧紧,送电后出现发热甚至“爆炸”现象。

7)电缆错位,地下室SF13的电缆接到了地下室PY13动力箱上,而PY13的电缆接到了SF13上,部分动力箱的主用电源与备用电源错位。

8)多芯电缆黄色、绿色、红色、蓝色及黄绿双色,区分不清。

5.2 原因分析

分析施工过程中出现的以上问题,主要原因归结为人和施工环境的因素,具体表现在以下方面。

1)管理人员

为按工期完成用电系统的试运行,管理人员存在未严格按照规范要求进行电缆敷设的情况。如敷设前未用500V摇表进行绝缘电阻摇测,部分电缆本身短路或内部有缺陷被直接拉进桥架;为尽快投入使用,电缆敷设时转弯半径太小,电缆敷设凌乱,管理人员监管不力。

2)生产厂家

厂方技术人员在指导制作电缆头的过程中未及时、准确地将制作方法传达给操作人员;厂家提供的电缆存在缺陷,在未使用的情况下存在内部短路或绝缘不合格的情况。

3)操作人员

临时组建的电缆安装工人缺乏必要的责任心,在电缆敷设和连接过程中,常出现电缆头未压紧及电缆头与箱柜螺栓未拧紧的现象。工人对电缆头的制作操作技术水平相差较大,出现不合格,导致正式送电后出现短路“爆炸”。同时,由于是临时组建的班组,有的工人身兼数职,在各专业之间流动,造成人员业务不熟练。为加快进度,部分操作人员未将绝缘材料热熔胶灌入就将端子密封,导致中间接头、终端接头短路。电缆在终端接头、中间接头的过程中将铜皮剥的过长,在使用过程再剪掉,材料浪费严重。同时存在施工不注意细节,如棉纱不清洁、用口吹氧化镁粉末等;施工操作不连续和施工完后长时间不通电运行使用。

4)施工环境

绝缘物氧化镁极易吸潮,在施工过程中,环境因素是造成矿物绝缘电缆绝缘阻值达不到要求的重要原因之一主要表现在:①低压配电房多半在地下室,施工环境潮湿;②工程防水措施不到位,下雨会出现积水甚至淤泥。

6 结语

在现代配电系统中矿物绝缘电缆有广泛的使用空间,其耐火性、耐久性、安全性、可靠性、施工便捷和经济性是传统电力电缆所无法取代的。矿物绝缘电缆全部材料都采用无机材料,具有防火、载流量大、耐机械损伤、无卤无毒、防爆、防水、耐腐蚀、寿命长、安全、耐过载、耐高温成本低等特点,已广泛应用于高层建筑、石油化工、机场、隧道、船舶、海上石油平台、航空航天、钢铁冶金、购物中心、停车场等场所。通过在本工程中矿物绝缘电缆的施工应用,结合施工过程中出现的问题,分析原因,总结施工经验,以期为后续相似工程提供参考。

参考文献

[1]张文明.矿物绝缘电缆与柔性无机矿物绝缘电缆在工程应用中的比较[J].建筑施工,2011(6):490-491.

[2]强冠军,车群转.浅谈矿物绝缘电缆的特性及施工注意事项[J].陕西建筑,2009(12):46-47.

[3]张明,郑玲,王海江.浅析并联大电缆敷设对电气系统的影响[J].施工技术,2015,44(S1):858-860.