武汉第二电线电缆有限公司 金 飞
为了确定绝缘状态,必须进行一些绝缘测试和维护,这通常被称为绝缘预防性测试,电缆是由导电芯、绝缘层以及护套三部分构成的。电缆可以被分类为三个不同的种类。技术人员提供的纸绝缘电力电缆和橡塑绝缘电力电缆,其中包括聚氯乙烯绝缘电力电缆和交联聚乙烯绝缘电力电缆、乙丙橡胶绝缘电力电缆、电容式充油电缆等,其防护性能试验项目如下。
一是纸绝缘电缆:要进行绝缘电阻测量(主绝缘)以及主绝缘直流耐压试验。
二是塑料绝缘电缆:要进行绝缘电阻测量(主绝缘、护套绝缘、内衬绝缘)、主绝缘直流耐压试验以及交叉互联系统试验,大修后或者有必要时可进行铜屏蔽层电阻和导体电阻比试验。
三是充油电缆:主要进行电缆护套直流耐压试验、交叉互联系统试验以及电缆油试验。
通过对电源线进行绝缘性能的一次检测,笔者能够了解电源线是否出现老化、受潮的情况,以及是否有电阻受到测试线绝缘性能的影响。对于不同类型的电力电缆,其测试方法也应有所不同。1kV以下的电缆使用1kV 兆欧表,1kV 及以上的电缆使用2.5kV 兆欧表,而6kV 及以上的电缆则使用5kV 兆欧表。在检测时首先要将电源线与电源相接好,然后再通过试验回路使被测电源线接地,并把试验设备固定好。在塑料绝缘电力电缆的绝缘性能极差的情况下,可以使用万用表来测量屏蔽层与屏蔽层、屏蔽层与地面之间的直流电阻。在通电一段时间后,笔者需要重新配置正负极的连接方式,并确保其正确性。由于温度和湿度都会引起电阻变化。受到湿度的作用。因此,要在绝缘层表面涂上一层防潮剂。如果保温层处于潮湿状态,那么安装是必须的。
因此应对电缆附件进行全面检查和修理。当电缆被埋在地下时,需要对接地钢的保护绝缘进行测量,并检查外部护套是否损伤。要检查内导体绝缘层有无破损。
笔者还需对金属的保护层以及金属设备的绝缘电阻进行测量,并检查其内部壳体是否损伤。在有水或湿气存在时,要注意检查内绝缘层是否破损。这两项测量数据能够揭示绝缘材料是否会受到湿气的不良影响。电缆敷设在沟渠或电缆支架中时,应保证支点处的外壳不被损坏,也不被浸入水中或特殊场所,外帘的性能很难测量温度,更重要的是测量铜保护层对钢屏蔽的电阻。电缆终端或套管表面的土壤和水分对绝缘有积极影响。另外,必须加保护环,并且保护环必须连接到兆欧表的“保护”端。如果电缆是三芯电缆,可以用相位参数作为两端保护环之间的连接,如图1所示。
图1 测量绝缘电阻时的屏蔽接线
直流保护电压测量交流电源线之所以采用直流电压测量,主要是因为电源容量较大,不宜采用大容量的测量电源,所以改为直流承受额定电压,降低额定电压。直流电阻电压测量通常采用整流半波电路,因采用较大电容的电缆,故滤波电容不需要安装。但当电力线路的电压大于35kV以上时,应采用双电压互感器并保持额定电压。测量泄漏电流的仪器一般采用微安表,微安表应与端子相连也可以与端子电位端子相连。总的来说,采用直流测试与交流测试相比造成的部分损坏和极小[1]。
直流测试的缺点是没有交流测试严格准确。直流测试与电导率成反比,交流测试中性电缆的功率分布与介电常数成反比,直流测试有两个指标,其一是电压的精确测量,其二是电压接通的时间。普通电力线路其直流测试电压等级电压约为400~600kV/cm 是交流试验电压的2倍,试验时间一般为5~10min。一般情况下,直流电阻测试5min内可能会出现误差,GB50150-91规定最长测试时间为15min。
电源线的漏电流非常微小,通常仅为几到几十微安。因此用微安计来检测其漏电电流就可以了。受到测试设备中使用的高压电缆和其他弱电流的干扰,当微安表与非电位端连接进行测量时,很多的测量数据都是不准确的,有时误差可能高达数倍到数十倍。实际测试时,应尝试在电位端子末端的导线上连接一个微安表。在进行微安表的测量过程中,对电缆及其两端的保护是至关重要的。对于完整的电缆,我们可以使用图2展示的保护闭锁技术。当微安表工作一段时间后,由于外界因素如电压波动等引起绝缘击穿而造成事故。此外,微安表采用的是金属屏蔽层进行保护,而从微安表到待测物体的连线则使用金属屏蔽线进行防护,电缆的两端则使用保护帽和保护环进行保护。为了防止干扰,在测试前最好将电缆全部裸露在外,然后再把其插入仪表中。由于屏蔽层和导体之间仅有微小的空隙,因此没有必要具有高度的绝缘性能[2]。
图2 测量直流泄漏电流时的屏蔽方法
在测试地点,无法使用上述模型,因为电缆末端相距较远,并且看不到连接处。有些操作使用的是三相电缆的另一相作为两端的保护连接,但使用这种方法是因为测量漏电流包括另一相的漏电流,并且每相要承受两个电压电阻,这个过程的平衡需要探索。在其表面采用两端同时测量的方法,即在不带电的高压端加一个微安表,同时记录两端的漏电流值。此时,高压端测量的漏电流包括电源线的漏电流、漏电流和杂散电流,而另一端测量的是漏电流和杂散电流[3]
目前国内外学者研究总结了比较成熟的电学测量方法-残余电压法,使用残余电压法测量的发明成果和贡献比较大。残余电压法的测量原理如图3所示。在正式测量时,应将开关K2断开,同时将K3开关进行接地处理,采用直流输电进行接地测试开关K1电压,1mm 绝缘厚度的充电电压采用1kV,充电约10min 左右,此时间段开关K1和K2应交替接地,开关K1和K2接地完成大约10s 后,同时将开关K1和K2打开,测试开关K3的剩余电压。XLPE 电缆的测量数据与tan 值之间展现出了很好的关联性。因此,必须通过改变电缆终端之间的距离来达到目的。通过研究发现,交联聚乙烯电缆在经历不同的老化阶段后,其残余应力会有所不同,电缆受损的程度越严重,其残余应力也就越高。
图3 残余电压法测量原理
反向电流吸收法的测量原理如图4所示。测量之前首先要把开关K1拨到电源一侧,然后才能把开关K2闭合,电源通电10min1kV 直流电压,断开电源3min 后,将开关K1进行接地处理,此时将开关K2打开,采用电流表进行反向吸合电流的测量。测量30min 电流值Q,测量时应主要开始时间应在电流源断开3min 之后进行,至33min结束。
图4 反向吸收电流法测量原理
在实际运行过程中,老化退化的6.6kV 交联聚乙烯电缆的吸收值、绝缘电阻,以及tan 与电缆的ACU 击穿电压之间的关系显示,QU 的关系明显优于tan-U,而绝缘电阻与U 之间的相关性则是最弱的。可见,当监测电缆损坏时,需要测量Q 和tan。由于两者都依赖于全绝缘特性,且测量残余误差时外界干扰较少,因此测量结果更加准确。
电位衰减法与吸收电荷、绝缘电阻、tank 和交流击穿电压有关,电位衰减法是测量电缆放电后的自放电压降率,测试时,先充电,然后自行放电,因为静电电压表的绝缘大于电缆的绝缘,如果电缆绝缘良好,自行放电就会很慢;如果电缆绝缘不好,输出电压会很快下降。
导致电缆绝缘故障失效的原因较多,各项实践经验证明,若电缆本身材料的芯线绝缘和护套绝缘出厂质量合格,进场检查验收合格,即电缆制造质量好,使用过程中没有受到超载、过电压等人为操作 因素影响,且电力电缆的设计符合设计规范要求,电缆的敷设符合施工规范要求,那么电缆被破坏的主要原因在于挖掘、挤压或者地下腐蚀等外部环境,电缆本身在使用过程中会受到外部环境等因素的影响,使得电缆的绝缘层出现不同程度的老化,导致电缆绝缘层被破坏发生绝缘故障。