电缆护套厚度

电缆护套厚度（共7篇）

电缆护套厚度 篇1

1 引言

电线电缆质量事关人身和财产安全, 因此, 电线电缆产品的检测十分重要, 而电缆绝缘护套厚度是其中一个重要的指标。很多生产企业为了节约成本偷工减料或者生产工艺落后, 控制不及时, 总是出现绝缘护套偏心、厚度不足或厚度不均等现象。在GB/T 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》中规定厚度测量装置为:“读数显微镜或放大倍数至少10倍的投影仪, 两种装置读数均应至0.01mm。”这种测量方法需要将待测的绝缘或护套投影仪上进行投影, 然后再对投影部分进行手工测量。该方法测量过程枯燥、速度慢、精度不高且受人为因素影响大。近年来, 机器视觉技术发展迅速, 提高了很多领域的自动化程度。于是本文提出了一种基于机器视觉的图像检测方法, 通过摄像头采集图像, 再进行图像处理和分析, 即可得到我们需要的测量结果。机器视觉的检测方法, 不仅测量效率比人工测量高, 而且测量准确, 让检验人员从枯燥的测量过程解放出来, 大大降低了测量的劳动强度和成本。目前, 国内尚无检测机构将机器视觉用于电线电缆绝缘护套尺寸的自动检测, 因此急需研究新的电线电缆绝缘护套测量方法, 开发电线电缆绝缘护套检测系统。

2 测量系统

测量系统主要由两部分组成:硬件部分和软件部分。硬件部分主要完成图像采集工作, 主要由摄像机、光学镜头、光源、计算机等组成;软件部分主要完成图像处理工作, 主要以Matlab为工作平台, 通过软件编程完成待测图像的平滑滤波处理、二值化处理以及边缘提取等图像处理, 实现待测样品的尺寸测量和输出。

2.1 硬件部分

2.1.1 光学镜头

镜头是测量系统的关键部件之一。选择镜头时主要考虑成像面的焦距、倍率、景深、视角、工作范围和接口等参数。在视觉检测系统中, 应该选用畸变小的远心镜头。根据被测物体的特点, 本测量系统中选用的镜头是由两个基本镜头通过接口组合成的远心成像镜头。其中镜头型号:GCO-2304、GCO-2302, 接头型号:GCO-230204。

2.1.2 摄像机

在检测过程中, 摄像机的任务就是将光学信号转换成电信号, 摄像机的选择主要取决于检测任务和工作条件。在本测量系统中, 我们从成本、处理速度、实用性等方面考虑, 选用的摄像机型号为UI1540-M。

2.1.3 光源

被测物体所成像的质量, 在很大程度上依赖于其照明情况, 因此光源的设计就成为了本测量系统的一个重要组成部分。系统的重复性和精度受光源强度、光照稳定性及均匀性的很大影响, 其中任何一个细节出问题都有可能使整个系统的设计不能得以成功。

(1) 照明方式

在机器视觉照明系统中, 最常用的照明方式有前向照明、背向照明和同轴光照明。视觉系统的照明通常以背向照明为主, 可突出物体与背景间差别。当需突出图像中物体各部分间差别时, 一般采用前向照明。综上分析, 本课题研究的是电缆绝缘护套尺寸测量, 所以本系统采用背向照明。

(2) 光源

目前在机器视觉系统中可以选用的光源主要有日光灯、白炽灯、水银灯、钠灯和LED光源等。LED光源功耗低, 发光效率高, 发热少, 寿命长, 响应速度快, 亮度稳定, 运行成本低, 且可设计成不同形状, 是目前机器视觉中应用最多的一种光源。所以, 本系统选用LED光源。

2.2 软件部分

在本课题中, 我们选用Matlab软件为开发平台, 编写程序完成图像处理和尺寸测量工作, 其中包括图像预处理、图像分割、边缘检测、系统标定、尺寸测量、显示测量结果等内容。

2.2.1 图像处理

在机器视觉测量系统中, 软件设计是关系到系统测量准确与否的一个重要原因。良好的图像处理算法能减小硬件产生的影响。因此, 在系统硬件确定的情况下, 软件算法的选择非常重要, 算法应该尽量合理高效。在图像处理部分, 先对图像进行滤波和阈值分割处理, 再用canny算子对图像进行边缘检测, 得到单像素边缘, 然后用最小二乘法提取亚像素边缘, 最后进行绝缘护套的厚度参数测量。

2.2.2 系统标定

机器视觉测量系统是通过镜头采集的图像来计算物体的实际尺寸的, 因此需要建立图像像素与实际长度的对应关系。这里通过标定已知尺寸的标准件来对测量系统进行标定, 简化了标定过程。经过计算, 本测量系统标定系数为0.01183。

3 测量系统的实现

为了证明本文所设计的测量系统的可行性, 我们选取一种常见的试样进行厚度测量试验, 如图1所示。用前面所述的处理方法对图像进行边缘提取, 如图2所示。

在GB/T2951.11-2008中规定, 这种形状的试样首先径向寻找最薄点, 然后大约间隔60°再测一点, 共测量6点。该试样通过本系统测得厚度平均值为0.9001mm。

将试样用传统的投影仪的测量方法进行测量, 得到平均值为0.901mm。可以看出, 两者差值为0.0009mm, 说明本系统测量精度较高。试验中整个程序运行时间为11.750000s, 而人工测量一片试样大约需要5分钟时间, 由此可以看出, 本系统大大缩短了检测时间, 使检测速度得到很大提高。

结语

本文以电线电缆绝缘护套为对象, 提出了一种新的测量方法, 设计了一套基于机器视觉的电线电缆绝缘护套厚度测量系统。该系统是机、光、电一体化的智能化检测产品, 它将机器视觉的快速性、可靠性与图像处理技术相结合, 实现了电线电缆绝缘护套的自动测量。文中对测量系统的硬件组成和软件算法进行了分析和选择, 并且通过测量试验, 证明该系统不仅测量速度快, 而且避免了人为因素的影响, 测量更加准确, 大大降低了测量的劳动强度和成本, 具有重大应用意义。

摘要：传统的电缆绝缘护套厚度测量方法存在繁琐、速度慢、受人为因素影响大等缺点, 本文针对这些缺点提出了一种新测量方法, 设计了一套基于机器视觉的电线电缆绝缘护套测量系统。文中介绍了测量系统的组成, 通过试验证明测量系统的测量精度符合标准要求, 而且具有速度快、操作简便、精度高等优点, 对提高工作效率和检测精度有重要的意义。

关键词：机器视觉,图像处理,厚度测量

参考文献

[1]GB/T 2951.11-2008, 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法[S].

[2]闰枫, 吴斌.视觉检测系统中的光源照明方法[J].兵工自动化, 2006, 25 (11) :85-86.

电缆护套厚度 篇2

关键词：电缆护套厚度,电缆护套抗张强度,测量,不确定度评定

电线电缆护套厚度和抗张强度测量结果的准确性和有效性, 影响到对该项目的合格判定, 特别是检测结果接近产品性能的极限值时, 只有给出测量结果的不确定度才能进行正确的判定。

1护套厚度的标准不确定度评定

1.1设备与方法

1.1.1设备与样品。DTT-A低倍投影仪 (精度0.01mm) ;橡胶冲片机 (TY-4025) ;挤包绝缘电力电缆

1.1.2试样的制取。按照GB/T 2951.11-2008中8.1.3规定的方法制取Á试样。

1.1.3测量方法。按照GB/T 2951.11-2008中8.2规定的方法进行测量, 6次测量的平均值为测量结果。

1.2结果分析

1.2.1 A类标准不确定度评定。电线绝缘厚度的测试仪器为电缆截面投影仪, 测得观测值 (xi) 和平均值 (x) , 结果如表1所示。

平均值

平均值的实验标准差

1.2.2 B类标准不确定度评定

(1) 示值误差导致的不确定度。低倍投影仪的计量检定证书标示:护套厚度误差为0.0043mm, 半宽0.00215mm, 视作均匀分布。由示值误差导致的不确定度:

(2) 实验室环境温度导致的不确定度。电缆护套聚氯乙烯塑料的热膨胀系数β为80×10-6mm/mm·℃, 一般实验室环境温度为25℃±5℃, 则由实验室环境温度波动带来的试样变形引起的标准不确定度为:

1.2.3合成标准不确定度

1.2.4扩展不确定度。U=kuC=2×0.0468=0.0936 (mm) 。取包含因子k=2, 置信水平约为95%。

1.3测量结果

绝缘厚度平均值x= (1.8850mm±0.0936mm) 。k=2, 具有约95%的置信水平。

2护套抗张强度的标准不确定度评定

2.1设备与方法

2.1.1设备与样品。电子万能试验机CMT6104, 测量范围10k N (1级, 示值误差±1%) 。挤包绝缘电力电缆 (VVÁÁ3*2.5 mm2) , 检测项目为护套老化前抗张强度。

2.1.2试样的制取。按照GB/T 2951.11-2008中9.1.3规定的方法将电缆的护套制成哑铃试件, 已测得哑铃试件宽度4.00mm, 厚度1.89mm。

2.1.3测量方法。按GB/T 2951.11-2008规定, 测量并记录断裂时最大拉力Fm, 计算抗张强度Rm。

2.2结果分析

2.2.1数学模型

式中:Rm-试件的抗张强度, N/mm2;

Fm-试件断裂时的拉力，N;

A-试件截面积;A=ab;mm2;

a-哑铃试件宽度, mm;

b-哑铃试件厚度, mm。

2.2.2 A类标准不确定度评定。5个试件的测量及计算结果如表2所示。拉力平均值

平均值的实验标准差

2.2.3 B类标准不确定度评定。 (1) 电子万能试验机示值误差引入的不确定度uÁ (f) 。

本次实验使用的试验机的示值误差限为±1%, 误差分布满足均匀分布, 取k=3, 则引入的相对不确定度 换算为绝对不确定度u2 (f) =102.60×0.58%=0.591 (N) 。

(2) 试验机分辨力引入的不确定度u3 (f)

该试验机的分辨力Á为0.01N, 根据经验公式, 引入的不确定度为

由于上述各个因素所引入的测量不确定度彼此不相关, 所以力值测量的标准不确定度可合成为:

2.2.4护套抗张强度的合成标准不确定度抗张强度的标准不确定度为:

其中c为灵敏系数,

2.2.5 护套抗张强度的扩展不确定度

由表2可知, 试验力值测量所引入的不确定度分量是占优势的分量, 满足正态分布。取包含因子k=2, 于是扩展不确定度为

2.3测量结果

护套抗张强度平均值RÁ= (13.6 N/mm2±0.2 N/mm2) 。k=2, 具有约95%置信水平。

3结论

在电线电缆护套厚度和抗张强度的测试结果中, 标准不确定度的分量主要为:低倍投影仪的读数分散性和最大允许示值误差, 电子万能试验机的读数分散性和最大允许示值误差;在检测结果接近产品性能的极限值时, 应进行测量不确定度的评定。

参考文献

[1]中华人民共和国国家计量技术规范.JJF1059-1999[J].

[2]中华人民共和国建设部标准.JGJ103-1996[J].

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T12706.1-2008[J].

电缆护套厚度 篇3

当单芯电缆线芯通过交流电流时, 由于交变磁场的作用, 会在金属护层上产生感应电压, 感应电压的大小与电缆的长度、运行电压等有关。以110k V的单芯电缆为例, 当单段电缆长度达1000米时, 其中一端会有超过80伏的感应电压, 超过了安全规程和运行经验认可的65伏的规定范围;如果单段电缆长度在700至800米左右, 其金属护层上的感应电压大约在60伏左右。所以对于长度在700米以内的电缆, 我们通常采用一段直接接地, 另一端经保护器接地的方法;对于线路较长的, 在适当长度下, 断开金属护层, 中间接头采用交叉互联经避雷器接地, 两侧电缆终端则直接接地的方式。

如果电缆金属护层出现两点直接接地的情况, 不可避免在金属护层中就会产生感应电流, 此感应电流的大小与接地电阻、电缆的长度及线芯的电流有关。金属护套上的感应电流会产生很大的损耗, 使电缆局部发热, 不仅浪费电能, 关键还会降低电缆输送能量, 严重减少电缆使用寿命, 威胁电缆安全运行。另外电缆金属护层如果直接接地或暴露在外, 也会导致金属护层被腐蚀, 护层腐蚀击穿后, 水分将极易进入电缆绝缘层, 并在绝缘层上产生水树及电树, 后果将不堪设想。所以高压电缆中需要金属护层保持对地绝缘与隔绝, 也就是说电缆的外护套必须维持在一定数量级的绝缘水平上。

2 对深圳地区高压电缆外护层预防性试验的统计

随着城市电力建设的高速发展, 高压输电电缆被大量的使用, 已成为城市输送电能的主角。自1989年深圳第一条110k V电缆投产以来, 至2009年8月份投入运行的的110k V及以上电压等级的电缆已有170回共390多公里。且每年以超过60公里以上的速度在增加。深圳地区的高压电缆不少都有运行环境恶劣、施工质量不够稳定等因素, 不少已出现了外护套绝缘偏低或者损坏的问题。前几年电缆班组工作重点多放在防止外力破坏方面上, 随着电缆专业运行管理工作的不断完善, 近年来我们电缆专业加强了对电缆外护套绝缘的定期检测, 并对检测不合格的电缆组织力量进行故障点查找和修补工作。

我们自2004年6月份开始对电缆外护套进行了大量的预试检测, 预试的标准采用了南方电网公司颁布的Q/CSG10007-2004《电力设备预防性试验规程》中的规定:外护套绝缘电阻每千米不低于0.5MΩ。

据笔者统计, 自2004年6月份至2009年7月份的五年时间里, 我们深圳地区对管辖下的170回电缆线路中的150回进行了外护套预防性试验, 并对54回外护套绝缘不合格的电缆进行了故障查找及修复工作。预试结果统计见表1。

从表1可以发现, 高压电缆外护套合格率只有64%, 还有36%的电缆存在不同程度的外护套接地故障, 且接地故障的数目非常之多, 竟达318处之多。经过我们五年多的努力, 这218处外护套接地故障点中的279处已经查明, 且已经修复了其中243处。

修复外护套故障点需消耗非常大的工时, 每条电缆线路, 少则4、5天, 多则10天才能完成几处故障点的查找及修复。如在2007年1月26日至2月2日我们曾经对220k V深水乙线进行了外护套故障查找及修复工作, 修复结果及消耗工时见表2。

3 高压电缆外护套接地故障的类型及原因分析

据笔者的统计, 在过去5年我们检测出的318处外护套接地故障的类型见表3。

从表3可以非常清晰的发现, 高压电缆外护层接地故障主要的原因有:施工方面的原因、白蚁的咬食、接地线击穿、接地箱进水、中间接头密封不良及其他故障六大类。

3.1 电缆施工的原因

外护套接地故障的主要原因是施工造成, 故障绝大多数是由电缆敷设及施工时造成的轻微损伤发展而成, 在做耐压试验时未被发现, 虽短时间内不至于击穿, 但经过一段时间, 金属护套上的电压就会把薄弱点击穿。如电缆沟内小石头、小盖板等尖锐物对电缆外护套的挤压造成的薄弱点就极容易被击穿。运行中我们也发现当接地线、接地箱被人偷盗时, 外护套的感应电压也往往会把外护套上的这些薄弱点击穿。另外, 电缆外护套在过路管道内的故障也有3处, 说明管道没有清理干净或管道埋设质量不佳等原因造成了缺陷。

图1就是非常典型的电缆施工过程中外护套被硬物挤压伤及铲伤的例子。

3.2 白蚁的危害

深圳属于白蚁多发地区, 我们的高压电缆也深受其害。象深水甲、乙线、梅水线、水核线、水芬Ⅰ、Ⅱ线、清岭线这几回高压电缆都曾经发生严重的大面积蚁害, 最严重的地方10多米范围内的电缆外护套千疮百孔、体无完肤, 甚至埋深2米以上的电缆也难逃白蚁的危害。白蚁不但蛀蚀电缆的外护套, 蚁酸也会腐蚀电缆的金属护套, 严重威胁电缆绝缘层的安全。图2是典型的蚁害图片。

3.3 接地线的击穿

接地线的故障分为单芯电缆的故障和同轴电缆的故障, 竟然也有18处之多。从笔者修复过的这18处接地线故障分析, 这些故障莫过于两大原因造成, 一是施工原因, 施工人员不够细心, 让尖锐物或硬物碰伤了接地线的外皮, 接地线上的感应电压把薄弱点击穿。第二个原因是接地线的选料, 以前我们多采用1k V电缆作接地线, 外皮比较薄, 施工中就较容易损伤外皮, 造成故障。现在我们要求对单芯电缆采用10k V电缆就基本上杜绝了此类故障。对于同轴电缆, 内芯的绝缘已经是采用了10k V电缆的绝缘层, 绝缘水平已经足够, 只是外层笔者认为完全有必要加厚绝缘层, 保障接地线外芯的绝缘水平。因为目前发现的同轴电缆对地故障全部是外层绝缘层的故障。

图3为地线的典型故障。图4就是典型的接地箱进水图片。

3.4 接地箱进水

接地箱的故障为数不少, 达16只之多, 归咎原因主要是因为接地箱防水密封性能不够理想, 在南方多雨的的运行环境中不能起到很好的防水密封作用。还有一些接地箱防水密封性能很好, 但接地箱也常会储存不少的水, 分析原因, 发现水是从接地线的另一终端进入, 把接地线作为了管道, 流入到了接地箱。造成这种现象的原因有两个, 一是接地箱安装在电缆终端头处时, 终端头处的接地线终端线耳的防水密封没有处理好;二是中间头处, 中间头的防水罩及防水密封材料失效, 水分进入到中间头的金属护层处, 再通过接地线流入到接地箱。对于后者, 接地箱采取立式安装的方法可减少进水的机会。

3.5 中间头防水密封不良

中间头防水密封不良, 也会造成高压电缆外护套接地系统故障。如我班管辖的110k V马向线, 该批采用了德国某公司的电缆附件, 防水罩及防水密封剂的防水性能完全不能适应南方多雨、电缆沟常常水浸的环境, 采用了此种附件的8个中间头全部进水至同轴电缆处, 造成外护套绝缘全部不合格的恶劣后果。教训是我们对电缆附件的选型要严格把关, 尽量采取成熟定型的设计尤为重要。

另外还有三回路的三个中间头由于安装人员的不细心, 造成中间头的金属护套接地的例子。

4 采取的对策

1) 对高压电缆、中间头、接地箱及接地线的选型及设计方面充分考虑深圳多雨水、南方多白蚁等运行环境恶劣的条件, 如选用HDPE、退灭虫护层等防白蚁性能更好的高压电缆, 选用防水密封性能更好的电缆附件, 使外护套绝缘有更好的安全保障。2) 在电缆敷设、安装等环节高度重视施工质量。在土建施工、电缆准备、电缆敷设及安装过程中应加强现场监督检查力度, 尤其要求电缆沟道内不能有尖锐物, 电缆转弯半径足够、滑轮的布置要合理、敷设电缆的措施及技术要求要足够。3) 运行部门制定《110k V及以上等级电力电缆线路验收管理规定》, 上报主管部门审核、颁布并实施, 使越来越多参与高压电缆施工的施工单位及监理单位有详细、严格的执行标准, 做到有章可循;运行部分严把验收关、杜绝电缆带病运行。4) 运行部门严格按预试规程对电缆线路进行预试, 对外护套绝缘不合格的电缆线路争取停电机会进行外护套故障查找及修复。对于运行班组, 还需在提高查找外护套故障效率方面采取措施。如采用较好的仪器、工具, 更熟练掌握故障测试技术等。5) 高压电缆因为接地箱、接地线的被盗而引起外护套击穿的例子也有不少, 所以在电缆防盗方面运行部门在组织、技术层面上应加大力度, 保障电缆的安全运行。

5 结语

单芯电力电缆外护套故障的查找 篇4

1 电缆外护套故障原因分析

致使电缆发生故障的原因是多方面的, 常见原因有:

1) 机械损伤导致电缆故障;

2) 桥架托盘下沉导致电缆故障;

3) 电缆绝缘物的流失导致电缆故障;

4) 长期过负荷运行导致电缆故障;

5) 环境潮湿导致电缆故障;

6) 电缆接头制作工艺不当导致的电缆故障;

7) 电缆外护套感应电流导致的电缆故障;

8) 制造质量差导致的电缆故障。

2 单芯电力电缆外护套故障寻测方法——电感冲闪法原理

接上电源, 整流器对电容充电, 当充电电压高到一定数值时, 球间隙被击穿, 电容器上的电压通过球间隙的短路电弧和电感L直接加到电缆的测量端。冲击电波沿电缆向故障点传播。只要电压足够大, 故障点就会因电离而放电。故障点放电所产生的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去。为了使反射波不至于被测试端并联的大电容短路, 在电缆和球隙之间串联一电感线圈, 它可借助于闪测仪观察到来回反射的电压波形。

电感冲闪法几乎能适应任何类型的故障。大量实践证明, 电感冲闪法是对付那些被人们用别的方法测不出来而被称之为最顽固的故障的最强有力手段。

3 电感冲闪法的实际应用

乙烯总变联络线变的2条6kV高压进线电缆B5611、B5612是单铝芯电缆, 共计24条, 全长近2 100m。其探测过程如下:

利用电缆故障检测仪探测显示20m处、84m处、448m处、816m处、1 184m处均有接地故障, 其中A2#故障部位有5处, B1#故障部位有8处, 见表1。经分析及现场勘测后发现绝大部分故障原因为电缆受外力所致, 外层电缆绝缘损坏和老化严重导致绝缘层自然龟裂。84m处为电缆故障部位密集区, 此处中间电缆头变形严重, 单芯电力电缆外护套长期流经较大感应电流, 其产生的电弧已将整个电缆头击穿, 使主绝缘损坏而发生单相接地故障。

利用上述方法我们对B5632进线电缆进行了故障点的定位工作。B5632进线电缆摇测绝缘为5根电缆不合格 (A1#、A3#、B1#、C2#、C3#) 。在对C3#电缆外护套故障查找中, 电缆故障检测仪器显示波形为不放电波形, 分析说明电缆外层接地故障点已实接地, 放电现象不明显, 粗测距离为80m, 实地检查后发现此电缆故障点位于84m处, 测试误差相当小, 故障原因为电缆头内护套龟裂造成主芯线对外护套层放电, 必须重新制作电缆头, 后经耐压1.5kV, 泄漏量为15uA, 合格, 见表2。

此次共计查找总变2条联络线电缆故障电缆11根, 外护套故障部位23处, 制作电缆中间头2个, 并恢复两条进线的正常运行。实践证明利用此法进行单芯电力电缆外护套故障点的查寻, 既方便又快捷, 是一种行之有效的电缆故障点准确定位的好方法。

4 结论

在电缆故障测寻时, 采用此便可准确迅速地确定故障点位置, 为故障的迅速查找处理, 尽快恢复送电赢得宝贵的时间。但是如果测寻不得法, 则可能导致设备的损坏和故障的扩大。

参考文献

[1]门汗文, 崔国璋, 王海, 译.电力电缆及电线[S].北京:中国电力出版社, 2001, 6.

[2]国家电力公司发输电运营部编.供用电生产常用指导性技术文件及标准 (第五册, 电力电缆及附件) [S].北京:中国电力出版社, 2003, 3.

电缆护套厚度 篇5

近年来,随着土地资源的稀缺及居民对景观要求越来越高,城市电缆线路工程每年在大幅度增加。目前,在电网中35kV以上高压电缆多为交联聚乙烯单芯铜导体电缆。其工作电流产生的交变磁场在金属护套上产生感应电压,如护套通过大地或回流线形成通路,则金属护套上将产生环流,从而导致电缆载流量下降,发热严重时甚至会烧毁接地线及电缆护套,并且,长期的护套环流将导致电缆老化加速,影响电缆使用年限。由于单芯电缆自身特性、工程项目特殊性限制、施工误差等,电缆金属护套环流势必存在。如何选择合理的接地方式,找出具体工程影响环流的主要因素,减小环流损耗,是设计单位需要探讨的课题。

1 电缆护层接地原因

当单芯电缆线芯通过电流时就会有磁力线交链金属屏蔽层,产生感应电压,感应电压的大小与电缆长度和流过电缆的电流成正比。当电缆很长时,感应电压叠加可达到危及人身安全的程度;当线路遭遇操作过电压时(或雷击时),护套上将形成很高的感应电压,甚至可将金属护套绝缘击穿。此时,如果将金属屏蔽层两端三相互联接地,必然会在波纹铝护套产生感应电流,其值可达电缆导体负荷电流值的50%～95%,形成损耗,同时增高电缆运行温度,直接影响电缆线路的输送容量和电缆的老化程度。

因此,对于单芯电缆线路的接地,不能简单地将电缆波纹铝护套两端直接接地,其接地方式,必须使电缆线路在正常负荷电流运行下,波纹铝护套上没有感应电流通过。

2 影响环流大小的因素

2.1 金属护套的接地方式

2.1.1 护层单端接地

为减少金属护套内的环流,最简单的方法就是将电缆护层单端接地。在系统发生短路时,短路电流流经线芯,不接地端会出现较高的工频感应电压,在电缆外护层不能承受这种过电压而损坏时,将出现多点接地,形成环流。因此,在采用一端互联接地时,必须采用措施限制护层上的过电压。根据《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007的要求,单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时,金属护套的感应电压不应超过50V、100V(未采取不能任意接触金属护套的安全措施时,不大于50V;如果采取了有效措施,不大于100V),并应对地绝缘。因此,对于不长(一般小于500m)的电缆线路,可采取将电缆护层一端接地,另一端经保护器接地的接地方式,如图1所示。

2.1.2 护层中点直接接地,两端经护层保护接地

由于电缆工作电流较大,或电缆长度较长,电缆护层单端接地感应电压超过100V时,护层单端接地方式已不适用,可结合电缆分段,采用电缆护层中点接地,两端经护层保护接地的方式,如图2所示。此方式适用于电缆长度大于单根电缆分段长度,但小于2倍分段长度的情况。考虑制造、运输、施工的难度,一般电缆长度不应超过1000m,设计时可将电缆分段长度控制在500～800m。

采用护层单端接地和护层中点直接接地,两端经护层保护接地的方式,因在电缆一端安装了保护器,所以在正常运行情况下,不会产生环流或仅有泄漏电流,但在故障情况下产生环流。如果线路故障属于自恢复性(如保护器遭雷击或系统短路时的正常动作),那么环流会在故障自恢复时消失,此类事故对安全运行影响较小;如果线路故障属于永久性的(如保护器被盗或击穿,造成两端直接接地),那么需要尽快处理故障,不然所产生的环流有扩大故障范围的可能。

2.1.3 护层交叉互联

当电缆线路较长,大于2倍分段长度时可采用电缆护层交叉经保护器节点,两端直接接地方式,如图3所示。采用此种方式一般应保证每一分段电缆长度接近(或相等),当分段长度有偏差或电缆排列不完全对称,则三段感应电压向量和不为零,护层两端有一个合成电缆,在护套内产生环流。但由于电压一般较小,同时循环电流必须经过接地级电阻、大地电阻,故环流值也较小。

采用护层交叉互联接地方式正常运行时会有环流产生,因为无论怎样将电缆分段换位,三相电缆金属护套的阻抗不可能完全相等。因此,只能在设计之初采用有效的方式将环流控制在运行允许的范围内。

2.1.4 护层不完全交叉互联

当电缆分段数为3或3的倍数时,可采用完全交叉互联,但分段数不为3的倍数时,多余分段不能组成交叉互联段,可将上述几种护层接地方式结合使用。

2.1.5 电缆换位,护层交叉互联

由于电缆换位,同时电缆分段长度相近,所以不论电缆排列对称与否,三相护套的合成电压总为零,没有循环电流。电缆换位需要通道空间较大,一般仅在电缆隧道中实施,同时换位后两端电缆中处同一位置的电缆相位不同,运行管理不便,因此这种方式虽然对于抑制环流效果最佳,但采用较少。

2.1.6 护层两端接地

单芯电缆护层上的感应电压大小与电缆的长度和负荷电流成正比。当电缆线路很短,传输功率很小时,护套上的感应电压极小,护套两端接地形成回路后,护套中的环流相应较小,对电缆的载流量才影响不大,可采用护层两端接地方式,如图4所示。此方式最不常用,一般只适用于长度极短、小负载的电缆线路。对于海底电缆,由于只能采用软接头,电缆无法分段,电缆较长或电流较大时也只能采用此方法。此种方式正常运行时会有环流产生,这是不得已的一种接地方式,其设计就是在可接受的环流下运行线路。

2.2 其它影响因素

2.2.1 通道内回路数

电缆通道内回路数不同对电缆护层的影响也不同,单回路电缆环流情况比较简单,计算护套环流时,多回路不能以单回路情况来简化,必须严格按照实际敷设情况进行计算。多回路相邻敷设时,其护层感应电压均存在,且敷设不均匀时感应电压很大,其护套环流将更大,对实际运行造成的影响也更恶劣。

2.2.2 电缆排列方式

文献[4]通过计算分析了双回路高压电缆不同排列方式下护层环流情况。通过计算,电缆金属护套采用交叉互联时,护套环流最高可达线芯载流量的11.4%,最低为1.3%。可见,多回路共通道情况下,电缆敷设时的排列方式对金属护层环流影响较大。

2.2.3 接地电阻

接地电阻对高压电缆系统影响较大,需根据情况配置。若接地电阻设置较小,将造成护层环流成倍增长,电缆接地短路时的接地电流急剧上升,破坏电缆的热稳定;若接地电阻设置过大,电缆接地短路将会导致接地电压较高,从而造成电缆绝缘击穿。国内电缆护层接地电阻多设置为0.1～2Ω。

3 电缆护套环流计算

以某110kV三回电缆线路共沟敷设为例,分析减小环流的可行性。一回线路的一个交叉互联单元如图5所示,护套环流的等值电路如图6所示。

U1～U9分别为四回路9相电缆线芯上通过的电流(Ic1～Ic3)在A、B、C 3相电缆金属护套上产生的感应电势;U1′～U19′为四回路9相电缆护套上的环流(Is1～Is9)在电缆A、B、C 3相金属护套上产生的感应电势;R为电缆金属护套的电阻;X为电缆金属护套的自感抗;R1和R2为电缆两端的接地电阻;R3为大地的漏电阻。假设电缆交叉互联的3段长度分别为L1、L2和L3。

由图6可得到方程组如下:

由方程组可得电缆金属护套环流计算公式:

一条电缆线路中电缆型号、接地电阻确定后,式中分母即已成定值。因此,影响电缆环流值的主要因素:通道中所有电缆线芯电流对计算相电缆护套上的感应电压;通道中所有电缆护套上环流度计算相的感应电压;同回路其它两相电缆护套上的环流。

4 环流限值的确定

国内各地方电力运行部门根据经验,制定了两大类标准:将金属护套环流控制在负载电流的10%内;将金属护套环流控制在10A内。这两类标准在高压电力电缆线路上执行起来差异较大,以东莞地区1回电缆带2台63MW主变为例,其正常运行情况电缆最大负荷电流约660A,对于第一类标准,环流值需控制在66A内,略显偏大;对于第二类标准,环流值需控制在1.5%内,难以实现。

近年来,各地方出台试行规则,如南网佛山局建议环流控制在负载电流的5%内;国网南京局建议环流控制在负载电流的7%内。至于哪种标准更合适,要根据电缆线路实际情况,如回路数、敷设方式等区别对待。

5 结语

(1)采用何种护层保护接地方式应根据工程电缆线路长度、电缆排列形式、通道大小等情况进行比选、优化设计。采用电缆护层交叉互联接地方式时,单元中的三段电缆尽可能等长,以减小电缆环流。

(2)对于不同的工程,其他因素对环流影响程度有所不同,实际应用中需找出具体工程影响环流的主要因素予以防治。

(3)减少环流途径:同一回路电缆尽可能趋于三角形排列;增大共通道各相电缆的间距;电缆采用即交叉互联又换位的敷设方式,单元中的三段电缆尽可能等长;优化共通道中电缆的排列方式;在交叉互联接线回路中加装电抗器。

摘要：介绍电缆金属护层环流产生的原因、金属护套的接地方式及影响环流大小的各种因素,分析减少环流的方式、方法。

关键词：单芯电力电缆,护套环流,影响因素,限值

参考文献

[1]牛海清,王晓斌,等.110kV单芯电缆金属护套环流计算与试验研究[J].高电压技术,2005,31(8):15-17

[2]刘英,王磊,等.双回路电缆护套环流计算及影响因素分析[J].高电压技术,2007,33(4):143-146

[3]欧景茹.高压单芯电缆金属护套感应电压计算及其保护方式[J].吉林电力,2001,(3):14-16

[4]贾欣,曹晓珑,喻明.单芯电缆计及护套环流时载流量的计算[J].高电压技术,2001,27(1):25-26,38

[5]王康新,高海洋,等.超高压交联电缆排列方式与护套环流分析研究[J].广东电缆技术,2009,(3):14-18

电缆护套厚度 篇6

大庆市从第一条110k V电缆投入运行至今, 已有110k V电缆外护套故障多回, 尤其从110k V电缆被广泛应用在新的输电工程中, 使得110k V电缆线路在大庆市的输电线路中占有的比例越来越大, 在新建城市电网中占主导地位。110k V电缆线路的安全运行对整个大庆市电网的安全稳定运行都有着非常重要的意义。110k V电缆的外护套对电缆有着重要作用, 但它又不同于10k V三芯电缆的外护套, 它不仅起着防护作用, 更重要的是起电气绝缘作用, 一旦外护套受损形成金属护套接地, 则会破坏高压电缆金属护套的正确接地, 使金属护套形成接地回路而产生环流。

在环流的运作过程中, 由于相关因素的影响, 会导致其附加损耗程度的提升, 由于其金属护套的变化、电缆温度的不断提升, 这些因素的影响, 会大大降低电缆的输电能力, 从而不利于现实工作的解决。受到这些因素的影响, 受损处的空气及其相关水分会通过这个漏洞侵入, 这不仅加速了金属护套的老化, 严重的会影响到电缆主绝缘的问题。在此过程中, 为了实现电缆环节的稳定运行, 要积极针对现实问题, 展开电缆外护套故障预防模式的应用。一旦发现电缆外护套受损就必须尽早处理以保证电缆的安全运行。截止目前, 我局现运行的110k V电缆的外护套大多都采用的是波纹铝护套挤压聚乙烯绝缘外涂石墨导电层的电缆, 由于外护套抗损能力较弱, 使得在敷设或运行中由于种种原因造成外护套受损, 本文针对我局工作人员在工作中所遇到的外护套故障问题, 结合实例对外护套故障进行查找分析及处理。

电缆敷设环节是影响外护套故障环节的重要因素, 一般来说, 通过对直埋敷设及其沟道敷设的应用, 实现电缆敷设系统的健全, 促进其内部各个环节的有效协调, 该过程的优化, 是一种隐蔽工程, 其电缆的线路是比较长的。在此过程中, 如果应用跨步电压法实现对电缆外护套故障点的有效定位测量, 就会不利于日常工作的开展, 特别是对于日常工作效率的提升具备更加的影响, 该环节也具备比较大的盲目随意性, 难以实现其相关故障点的有效排除。在此过程中, 可以通过电桥法的应用, 实现对故障点问题的有效解决。

在线路较短、施工环境较好或已将电缆外护套的故障点进行过粗测的情况时, 对故障点进行精确定位, 此时即可使用跨步电压法。跨步电压法是目前对外护套故障点定位应用较广泛有效的方法, 我局所采用的是由山东淄博科汇电力电器设备有限公司的故障探测仪来进行故障点的定位, 在电缆金属护套上施加由高压直流电源提供的一个间歇脉冲电流, 电流经电缆外护套故障点流入大地, 此时故障点处的电流将呈辐射状向四周流散, 在离接地点最近的地方电势最强, 在离接地点越远的地方电势也就逐渐转弱。

用故障定位仪的两根金属探针沿电缆的走径量取跨步压降, 根据定位仪的指针偏转方向来确定电位差, 在故障点的附近时电位差迅速增加, 当定位仪在故障点的上方时, 电位差为零指针不偏转, 离开故障点后指针反偏。在测量时应使两根探针位置相对固定且均匀向前移动, 定位仪的探针所插深度也应一致且尽量插深, 当探针不能插入大地时, 可将探针头用湿布包裹进行测量。

2 外护套故障环节的分析

在敷设环节中, 如果不能保证其电缆应用环节的深化, 就容易出现外护套的损伤问题。特别是如果没有做好相关的敷设工作, 也会导致外护套故障的出现。比如敷设前对工作现场未进行彻底打扫, 使得电缆在敷设时被地面硬物划伤;穿管时未对预埋管管口进行打磨, 使得管口毛刺划伤电缆;因敷设时牵引力过大或电缆原厂牵引头质量不好, 造成在敷设时牵引头与电缆本体断裂外护套损伤;敷设时野蛮施工或放线滑轮摆放不当, 造成电缆外护套被挤伤或割伤;敷设完后人员监护不到位, 使得电缆被人为砸伤或造成人为烧伤;电缆敷设完后未将电缆在支架上固定牢固, 造成电缆滑落砸伤。制作电缆头时造成接地故障, 制作中间接头时, 接地引出线密封不好, 造成进水受潮;竣工试验前, 未将接地部分的石墨导电层刮除干净造成放电通路。电缆运行后, 电缆巡线员巡视不到位, 造成外力破坏使得外护套接地;电缆长期运行后, 由于外护套受到外界的腐蚀, 造成外护套自然老化而造成故障。

3 外护套故障的处理

造成外护套故障的原因很多但处理方法大致相同。例如, 2004年110k V火三、桥三电缆工程, 全线均采用直埋敷设, 由于当时施工环境较差, 工作人员又对敷设110k V电缆的经验较少, 造成了1根110k V电缆成外护套故障。故障发生后对外护套故障进行查找与处理, 将故障点处电缆挖掘出8米左右, 清理埋沙并将电缆故障点处架高;根据受损程度, 用玻璃将故障点周围石墨导电层刮干净并将受损部位外护套割除;检查故障点金属外护套是否有损伤, 若无损伤进行下一步修复;用J-30自粘带填充裸露金属护套部分, 恢复外护套内部绝缘部分并搭接到外护套以上8厘米;用3M防水带半搭接包绕在J-30带上两层, 并覆盖到电缆外护套以上18厘米, 以保持足够的防水绝缘要求;用半导电带半搭接包绕两层, 将电缆两端石墨导电层连接, 以恢复原电缆表面石墨导电层部分;用环氧玻璃丝带半搭接包绕两层将半导电带覆盖, 以保证足够的机械强度;用3M防水带半搭接包绕两层覆盖环氧玻璃丝带, 以保证最外部的防水;用PVC自粘胶布半搭接包绕两层将3M防水带覆盖, 以保证防水带不宜受外界腐蚀。

结语

通过以上的分析总结可得知:由于110k V电缆的特性, 其金属护套必须按照正确的方式进行接地, 这样才能减少金属护套上感应环流的损耗。

摘要：110kV电缆外护套故障查找与处理的目的是使已故障的外护套处理后接近达到了电缆原有的密封、防水、机械强度及电气上的要求, 外护套故障点修复成功。本文将针对110kV电缆外护套的相关故障问题展开研究, 实现对这一环节的分析处理, 满足现实工作的需要, 保证日常工作的稳定运行。

关键词：外护套,故障点,粗测,精测,接地电阻

参考文献

[1]韩伯锋.电缆故障闪测仪原理与电缆故障测量[M].西安:陕西科学技术出版社, 1993.

[2]刘明生.电力电缆故障的测寻[M].北京:冶金工业出版社, 1985.

电缆护套厚度 篇7

关键词：海底光纤复合电缆,金属护套光单元,感应电势,感应电流

0 引言

海底光纤复合单芯电力电缆与两条独立的单芯海底电缆和海底光缆(也可以将两者捆扎在一起敷设)相比,虽然具有敷设时间短、路由窄、总成本低等优势,但也存在制造复杂、维修不便、终端安装麻烦等劣势,可见海底光纤复合单芯电力电缆的优势并不明显。因此,单芯海底电缆一般不复合光纤单元。目前海底光纤复合电力电缆的电力线芯常用三芯结构。

敷设于海底的海底光纤复合电力电缆(即海底光电复合缆)有径向阻水的要求,但如果仅采用高分子聚合物护套,只能给海底光纤复合电力电缆提供短期有限的保护,而采用金属护套或金属阻水层,只要保持结构完好就能有效地阻止外部的水分和离子对海底光纤复合电力电缆的入侵,从而保证电缆的设计工作寿命[1]。因此,为满足长期浸泡在海水中的环境条件要求,海底光纤复合电力电缆常采用金属护套。随着使用的电压等级逐渐提高和导体截面的不断增大,在海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套较少采用统包结构,更多地采用分相金属护套。与之复合的光单元也必须单独具有径向和纵向阻水功能。光单元的纵向阻水常采用填充阻水油膏或添加其它阻水材料的方式,一旦光单元破损可将进水阻止在较短的长度内,便于维修工作的进行;光单元的径向阻水就需要采用金属护套。这就是海底光纤复合三芯电力电缆中光单元几乎全是金属护套结构的原因,光单元金属护套结构中最简单又实用的是不锈钢束管结构。

光单元采用了金属护套,在电力线芯运行时金属护套上就会产生感应电势,本文将就海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套光单元感应电势进行计算,以期从感应电势和感应电流方面探讨光单元金属护套结构的可行性。

1 金属护套光单元感应电势的计算

图1示出了海底光纤复合三芯电力电缆中金属护套光单元至各相线芯之间的中心距离,图中P为金属护套光单元,A、B、C分别为三相绝缘电力线芯,金属护套光单元P可以看成一根和三相绝缘电力线芯A、B、C平行的导体[2],三相绝缘电力线芯相互间的中心距离分别表示为S、mS、nS,光单元P与三相绝缘电力线芯之间的中心距离分别为D、βD和αD。

根据电工原理,金属护套光单元P与线芯电流IA、IB、IC间的磁通量ΦPA、ΦPB、ΦPC和磁通量总和ΦP可按下式计算:

式中RP,GM为光单元P的几何平均半径。

假定三相绝缘电力线芯电流是平衡的,线芯A通过的电流为I,则有:

将式(5)代入式(4),可得:

通常金属护套光单元是放置在海底光纤复合三芯电力电缆的边隙处[3],如图2所示。

假设成缆前绝缘电力线芯(包含可能有的屏蔽及分相护套等)直径为d,则金属护套光单元的允许最大直径为(实际上一般金属护套光单元的直径都小于dP),金属护套光单元中心距海底光纤复合三芯电力电缆中心的距离这样,图1中可得α≈1.907,β=1,式(6)可简化为:

当金属护套光单元只在一端接地时,海底光纤复合三芯电力电缆单位长度上金属护套光单元的感应电势为:

以上均以光单元金属护套采用非磁性材料(如非磁性不锈钢束管和铅、铝、铜管等)进行计算的,如果是磁性材料,则另当别论。

2 实例计算

现以型号规格ZS-YJQF41-26/35 3×150+12B1的海底光纤复合三芯电力电缆(如图3所示)为例,对金属护套光单元感应电势进行计算。该海底光纤复合三芯电力电缆金属护套光单元采用了不锈钢束管结构,内含12芯G.652D单模光纤,不锈钢束管外径为3.0mm。根据某海域的气象条件,用户规定该缆的最大持续载流量为350A,当金属护套光单元一端接地时,可计算得其感应电势UP=14.19V/km。

如果该海底光纤复合三芯电力电缆的长度为8km,金属护套光单元在一端接地时,其感应电势为113.5V;金属护套光单元两端接地,则其最大感应电势不大于60V,尚在安全范围内。并且,海底电缆或复合缆其金属护套在线路的两端都是直接互联并接地的。当然,当金属护套光单元两端接地时,金属护套光单元中有感应电流流过,但非磁性金属材料构成的光单元直流电阻一般都较大,外径3.0mm、管壁厚度为0.2 mm的不锈钢束管光单元20℃时的直流电阻约为399Ω/km,如再考虑接地电阻等,最终在该海底光纤复合三芯电力电缆系统中金属护套光单元的感应电流约为30mA,因此可忽略不计。

3 结论

综上所述,海底光纤复合电力电缆中光单元使用非磁性金属材料结构,如不锈钢束管或纵包铝塑复合带,只要缆长不长(针对以上实例,≤8km),其感应电势在安全范围内,感应电流可忽略不计;当缆长太长(针对以上实例,>8km)时,应计算金属护套光单元上的感应电势,必要时可采取适当措施,以防感应电势和感应电流过大对人和设备造成伤害。如果海底光纤复合电力电缆中光单元使用磁性材料,且又在光单元外施加磁性的镀锌钢丝或磷化钢丝作加强件,此时应考虑涡流损耗等对复合缆及设备不利情况,最好尽量不予使用。

参考文献

[1]王国忠.中压电缆的防水综合护层[J].电线电缆,1996(6):9-13.

[2]郑肇骥,王琨明.高压电缆线路[M].北京:水利电力出版社,1983:239-241.