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高压电缆故障分析之一
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发表于： 08:33:31
一、高压电缆故障分析
按照故障产生的原因进行分类大致分为以下几类：厂家制造原因、施工质量原因、设计单位设计原因、外力破坏四大类。下面进行分类介绍：
1、厂家制造原因
厂家制造原因根据发生部位不同CONTROL ENGINEERING China版权所有，又分为电缆本体原因、电缆接头原因、电缆接地系统原因三类。
1.1电缆本体制造原因
一般在电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等，
有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久出现故障，大部分在电缆系统中以缺陷形式存在，对电缆长期安全运行造成严重隐患。
1.2电缆接头制造原因
高压电缆接头以前用绕包型、模铸型、模塑型等类型，需要现场制作的工作量大，并且因为现场条件的限制和制作工艺的原因，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，所以容易发生问题。现在国内普遍采用的型式是组装型和预制型。
电缆接头分为电缆终端接头和电缆中间接头，不管什么接头形式，电缆接头故障一般都出现在电缆绝缘屏蔽断口处，因为这里是电应力集中的部位控制工程网版权所有，因制造原因导致电缆接头故障的原因有应力锥本体制造缺陷、绝缘填充剂问题、密封圈漏油等原因。
1.3电缆接地系统
电缆接地系统包括电缆接地箱、电缆接地保护箱（带护层保护器）、电缆交叉互联箱、护层保护器等部分。一般容易发生的问题主要是因为箱体密封不好进水导致多点接地，引起金属护层感应电流过大。另外护层保护器参数选取不合理或质量不好氧化锌晶体不稳定也容易引发护层保护器损坏。
2、施工质量原因
因为施工质量导致高压电缆系统故障的事例很多，主要原因有以下几个方面：一是现场条件比较差，电缆和接头在工厂制造时环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控制。二是电缆施工过程中在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，另外接头施工过程中由于绝缘暴露在空气中，绝缘中也会吸入水分CONTROL ENGINEERING China版权所有，这些都给长期安全运行留下隐患。三是安装时没有严格按照工艺施工或工艺规定没有考虑到可能出现的问题。四是竣工验收采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。五是因密封处理不善导致。中间接头必须采用金属铜外壳外加PE或PVC绝缘防腐层的密封结构，在现场施工中保证铅封的密实，这样有效的保证了接头的密封防水性能。
3、设计原因
因电缆受热膨胀导致的电缆挤伤导致击穿。交联电缆负荷高时，线芯温度升高，电缆受热膨胀，在隧道内转弯处电缆顶在支架立面上，长期大负荷运行电缆蠕动力量很大，导致支架立面压破电缆外护套、金属护套，挤入电缆绝缘层导致电缆击穿。
二、高压电缆头制作技术
1、高压电缆头的基本要求
电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件，电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件，电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆本体一样能长期安全运行，并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆附件应具有以下性能：
线芯联接好: 主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故障电流的冲击；长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍；应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；此外还应体积小、成本低、便于现场安装。
绝缘性能好: 电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理，有改变电场分布的措施。
2、电场分布原理
高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电
场。也就是说，正常电缆的电场只有从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线CONTROL ENGINEERING China版权所有，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。
在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，我们采取分散这集中的电力线（电应力），用介电常数为20~30，体积电阻率为108~1012&O&cm 材料制作的电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证电缆能可靠运行。
要使电缆可靠运行，电缆头制作中应力管非常重要，而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果。在电缆本体中，芯线外表面不可能是标准圆
CONTROL ENGINEERING China版权所有
，芯线对屏蔽层的距离会不相等，根据电场原理，电场强度也会有大小，这对电缆绝缘也是不利的。为尽量使电缆内部电场均匀，芯线外有一外表面圆形的半导体层，使主绝缘层的厚度基本相等，达到电场均匀分布的目的。
在主绝缘层外，铜屏蔽层内的外半导体层，同样也是消除铜屏蔽层不平，防止电场不均匀而设置的。
为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小CONTROL ENGINEERING China版权所有，电场分散不足。一般在20~25mm左右。
在做中间接头时，必须把主绝缘层也剥去一部分，芯线用铜接管压接后，用填料包平（圆）。有二种制作方法：
热缩套管: 用热缩材料制作的主绝缘套管缩住，主绝缘套管外缩半导体管，再包金属屏蔽层，最后外护套管。
预制式附件: 所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。为中空的圆柱体，内孔壁是半导体层，半导体层外是主绝缘材料。
预制式安装要求比热缩的高，难度大。管式预制件的孔径比电缆主绝缘层外径小2~5mm。中间接头预制管要两头都套在电缆的主绝缘层外控制工程网版权所有，各与主绝缘层连接长度不小于10mm。电缆主绝缘头上不必削铅笔头（在电缆芯线上尽量留半导体层）。 铜接管表面要处理光滑，包适量填料。
关键技术问题：附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的要求。另外也需采用硅脂润滑界面，以便于安装,同时填充界面的气隙，消除电晕。预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用，有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。预制管外面同热缩的一样，半导体层和铜屏蔽层控制工程网版权所有，最外面是外护层。 （待续）
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加TA为好友 发表于： 15:41:07 1楼
好，太好，学到不少知识，我们厂的TCR高压电缆头放炮了三次了
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版& 规导& 读主要是一些电力电缆产品：包括生产工艺，流程，及在生产过程中容易出现的问题等等，我们大家都可以一起来讨论。
谁能帮助我总结一下高压电缆总是击穿的原因请完整一些
1#谁能帮助我总结一下高压电缆经过耐压实验总是击穿的原因请完整一些....
2#以下是四点个人意见:(1)偏心(2)绝缘料中有杂质，即来料不良(3)挤出时，绝缘护套里有焦粒等现象(4)绝缘外表面残留应力造成线体表面“块”结构烦请高手多多指正，并加以补充~~~~让砖头来的更猛烈些吧！~~HOHO 帖 子 奖 罚 执行：lsbxy8d&增加了5 积分 & 增加 10 金币 &&时间： 9:57:04原因：下面都奖励了,怎么能不给你奖励呢?
3#1、材料本身的耐压强度不够2、绝缘层太薄超过其耐压3、绝缘表面有破皮、损伤等4、耐压测试时方法不当，如电压、测试方法等 帖 子 奖 罚 执行：skywish&增加了5 积分 &&&时间： 9:03:30
4#还有以下实际碰到过的情况：（1）紧压圆形导体外层存在较多、较大的毛刺。（2）内屏蔽嵌入绝缘层。（3）交联管压力不够，导致绝缘层中出现大量目力可见的气泡。（4）交联管压力、温度不合适，导致绝缘层出现热应力。（5）内屏蔽材料含潮量超标。（6）内屏蔽局部出现脱节。（7）绝缘线芯绕包铜带屏蔽前，受到深及绝缘的磕碰伤。（8）交联挤出机温度等未调整好，导致绝缘层中出现个别未塑化的料粒。 帖 子 奖 罚 执行：skywish&增加了10 积分 &&&时间： 9:03:13
5#以上各位说的都对，楼主自己检查吧
6#看来楼主应该已经收获了~呵呵~各位高手厉害!能否问下,楼主做的是什么型号的电线?规格做得如何?线径?绝缘厚度?屏蔽?不妨就事论事把你的电线告诉大家.共同讨论.
7#真的有可能是耐压实验&
8#外屏蔽嵌入绝缘和屏蔽的破损还有交联度不够屏蔽和成缆的环节也有关不能使电缆破损
9#1）紧压圆形导体外层存在较多、较大的毛刺。（2）内屏蔽嵌入绝缘层。（3）交联管压力不够，导致绝缘层中出现大量目力可见的气泡。（4）交联管压力、温度不合适，导致绝缘层出现热应力。（5）内屏蔽材料含潮量超标。（6）内屏蔽局部出现脱节。（7）绝缘线芯绕包铜带屏蔽前，受到深及绝缘的磕碰伤。（8）交联挤出机温度等未调整好，导致绝缘层中出现个别未塑化的料粒。 帖 子 奖 罚 执行：不喜欢水的鱼&增加了2 积分 & 增加 10 金币 &&时间： 13:42:23原因：鼓励讨论
10#4楼说的比较完整，可以从这几个方面防止
11#1.导体材质，绞合模具有很大的关系2.绝缘料是不是有杂质3.挤出时偏心度控制不好4.挤出温度压力的影响，导致绝缘产生气泡&
12#一切以保护绝缘为切入点。
13#学习了，有长进
14#受教了，谢谢　
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&&&&&&& 摘要：电缆是输电系统的的重要载流部件，具有安全性强及占地面积小等特征，其运行的好坏对供电稳定性有着直接的影响。本文主要对地铁高压电缆击穿故障进行分析，并提出相应防治措施。
&&&&&&& 关键词：高压电缆；击穿故障；防治
&&&&&&& 前言
&&&&&&& 随着现代经济的发展，城市用电和企业用电量不断增加，而电力电缆成为电力运输中不可或缺的重要载体，供电系统的运行是否稳定、状态是否良好直接决定了地铁能否实现正常运行，高压直流电缆的工作状况也会对地铁线路的供电安全性起到决定性作用。在众多电缆故障中，因绝缘不良导致的电缆击穿是最为常见的，必须得到充分的关注与重视。
&&&&&&& 一、高压电缆易被击穿部位分析
&&&&&&& （一）绝缘问题
&&&&&&& 高压电缆在长期的运行中，绝缘问题也会随之增加，增加了击穿故障的风险。比如绝缘层老化和电老化，这两种问题的产生，当绝缘介质长时间在高压条件下运作时，在一定程度上会出现游离现象，一旦发生电离现象，其腐烛性的化学气体对绝缘层造成一定的腐蚀性。
&&&&&&& （二）附件问题
&&&&&&&& 高压电缆在长期的使用中或安装过程中其终端接头未按要求进行有效处理，是诱发击穿故障的原因之一。特别是附件中的材料在长期的使用中老化，或者有些材质质量不合格，也会诱发击穿故障。具体原因分析如下几点：(1) 高压电缆制作时其导线压接质量得不到保证，容易造成接头部位的电阻过大，从而影响附件出现热胀冷缩现象，提高了被击穿的风险。另外是在制作过程中没有按照规范进行，导致接口密封性不好，从而容易受潮。(2)& 半导体剥开时，其绝缘表面已被破坏，在安装中处理不当容易出现介质游离现象；
&&&&&&& （三）电缆外护层问题
&&&&&&& 目前我国大部分的电缆外保护层选择了聚氯乙稀和聚乙稀这两种材料，这两种材料对高压电缆起到以下作用：(1) 绝缘作用；大部分直流高压电缆采用了单芯的结构制造，在运行过程中，由于电缆的外壳是金属制作的，在运行过程中为了避免金属层上感应电压形成环流的影响，一般需要将电缆外壳与地壳连接，从而达到消除或缓解环流的目的。(2) 保护作用；由于直流高压电缆的铺设条件比较复杂，各个地区的含水量和腐蚀性存在较大的差异，从而导致直流高压电缆会遭受不同程度的破坏，有的时候也会遭受老鼠、白蚁的损坏，因此需要做好电缆外护层的制作与安装工作，以达到良好的保护效果；
&&&&&&& 二、 电缆击穿故障分析
&&&&&&& XX地铁高压侧电缆出现放电击穿故障，被击穿的电缆一端与避雷器端连接，另一端则连接了接触轨，当时事故发生时故障区域不存在开行状态的列车。通过对故障区域的避雷器进行外观检查与拆卸后发现，事故并未引发击穿或闪络现象。根据送检的相关情况来看，考虑到开关存在的瞬间电流过载，而跳闸后又出现成功的自动重合闸情况，可以得出此次故障的原因在于发生了瞬间的金属性接地故障，因此排除了其它的相关故障原因。
&&&&&&& (一) 电缆绝缘部分因长期局部放电而产生了老化。如前所述，电缆的主绝缘层已出现了一定程度的渗水，再加上主绝缘层因剥接工艺过程中存在的质量控制问题而造成电缆铜芯、绝缘层等出现不同程度的割伤，最终导致主绝缘层遭受破坏，平滑过渡层与外护套之间也出现了气隙，这将大大增加出现电晕的可能性。就相对介电常数而言，乙丙橡胶的值大于气隙的值，因此乙丙橡胶的内部电场强度要小于气隙，这就会引发局部放电，进而导致绝缘老化与腐蚀，最终增大材料的电导率，出现绝缘损伤。
&&&&&&& 在沿面放电和局部放电的共同作用下，热缩套管不再具有足够的绝缘与防水功能，长期处于这种环境中，再结合事故发生之前长期的雷雨天气导致的较高湿度，最终造成局部放电的区域越来越大，在电缆经过暂态过电压的过程中，电缆的绝缘薄弱点发生了瞬时闪络性击穿，导致电缆出现了短时间内的电流大量泄漏，最终造成电缆线芯通过金属箱体实现了接地，引发短路。
&&&&&&& (二) 直流电缆中的介质沿面进行放电，造成其绝缘性能的下降。在电缆的制作过程中，电缆的热缩套管内混入了汗液、杂质等，其位于终端头以外的部分处于露天环境中，受到巨大的温差与极度潮湿的环境影响，热缩套管出现了一定的劣化。雨季大量水分会附着于电缆高压侧表现，很容易透过热缩套管的气隙进入到电缆的剥接层当中。与此同时，气隙、杂质等诸多因素也可能会引发介质的沿面放电，这些因素都会导致主绝缘的失效。
&&&&&&& 三、电缆击穿防治措施
&&&&&&& （一）根据现场采用不同的敷设方法。在地形条件允许或电缆根数超过6根的情况下采用电缆隧道、电缆沟埋的敷设方法；若采用直接埋地敷设需保证0.7m-1m的深度并在表面均匀铺设一层10cm左右厚度的细沙，在细沙表面再加铺一层砖，同时还要栽设相应的标志桩。
&&&&&&& （二）对外护套加强密封。不管电缆外护套是在敷设还是吊装、运输的过程中发生故障，都须做出及时的修复，以避免电缆在进水情况下形成树枝状物。对于破损长度小的外护套可以进行防水胶带缠绕密封，对破损长度大的可以用CIAC电缆接续附件密封。
&&&&&&& （三）通过搭建临时帐篷、让施工人员佩戴手套、防止灰尘等方法来对电缆头的制作环境进行改善。
&&&&&&& （四）在对电缆头施工质量进行保证时，需注意严禁在剥去半导层使用力过猛、仔细对中间连接管与端子内的氧化膜进行去除、保持连接管与端子压接表面的光滑、对热缩套管两端采取缠密封胶、正确选择单芯电缆屏蔽护层接地的方式，并尽量使用一些冷缩材料。
&&&&&&& （五）在技术方面，要对电力系统的谐波与过电压进行消除，运用小电流接地选线，对电缆隧道采取相关防火技术与设施，同时要建立起巡检制度，加强对电缆沟内有无进水、外皮有无损伤、终端头与中间头温度有无超标、示温蜡片有融化或颜色变化等方面的巡检。除此之外，还要加强对电缆的日常维护，对出现异常的电缆做出有效的维修，在发现电缆使用寿命到期的情况下进行及时的更换。 除以上几点之外，要想为高压电缆及其附属的连接电缆提供运行过程中的安全保障，还应从以下几个方面着手：
&&&&&&& 1.故障预防。应定时进行直流高压电缆绝缘性能的测试工作，这在一定程度上能够对电缆绝缘性能的劣化趋势进行分析与比对，若所收集到的数据存在异常，则应进一步对极化指数与吸收比进行测量，并对二者的值进行综合计算，从而判断设备的整体运行状况。
&&&&&&& 2.强化电压负荷检测工作。应切实做好对电缆运行负荷的常态化跟踪与检查，确保直流高压电缆的载流量始终低于允许持续载流量。若长时间存在直流高压电缆的过负荷运行情况，就必须尽快对其进行整改与核查工作，从而尽可能地延缓电缆绝缘性的老化，实现电缆使用寿命的延长。
&&&&&&& 3.规避新线路的施工隐患。为加强供电的可靠性与安全性，在新线路的施工介入期对新线路的接触网直流高压电缆及其连接电缆进行积极协调，确保其施工与安装满足优化后的电缆头包扎与制作工艺要求。与此同时，在后续新线路的施工建设中应将上述要求列入工程标准并严格执行。在新线路的电缆敷设过程中应严格按照相关规定进行，充分考虑到工程周边的地形地貌等实际情况，尽最大可能规避各类施工隐患。
&&&&&&& 四、结束语
&&&&&&& 高压电缆故障主要是由于环境潮湿及温差高等因素影响，对其绝缘层的性能造成很大影响。从而造成电缆线芯通过金属箱体实现接地，出现短路事故。这种故障不易被发现，潜伏时间长，因此，我们需要加强检测能力，保障地铁的安全运营。
&&&&&&& 参考文献
&&&&&&& [1]刘雪亮.浅析电缆火灾原因及防火对策[A].建筑科技与管理学术交流会论文集[C].2016（5）：194+202.
&&&&&&& [2]白晓斌，黄东利，李向明.高压电力电缆火灾原因分析及防范措施[J].电线电缆，2011（1）：37-39.&
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