交聯(lián)聚乙烯電纜一般故障分析

1、交聯(lián)聚乙烯電纜一般故障分析    一、交聯(lián)聚乙烯電纜的結(jié)構(gòu)特點交聯(lián)聚乙烯電纜相間主絕緣是交聯(lián)聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形，還有兩層半導體膠涂層。在芯線的外表面涂有第一層半導體膠，它可以克服電暈及游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。在相間絕緣外表面涂有第二層半導體膠，同時擠包了一層0.1mm厚的薄銅帶，它們組成了良好的相間屏蔽層，它保護著電纜，使之幾乎不能發(fā)生相間故障。二、事故原因根據(jù)國內(nèi)外報導，交聯(lián)聚乙烯電纜發(fā)生事故的原因如下：1、水樹枝劣化它是交聯(lián)聚乙烯電纜事故的主要原因，約占事故的71%，多發(fā)生于自然劣化。所謂“樹枝”不過是一個形象名詞，它指固

2、體介質(zhì)擊穿破壞前，固體介質(zhì)中產(chǎn)生的樹枝狀裂痕和放電痕跡。樹枝的產(chǎn)生引起絕緣進一步的惡劣化，不久將導致全部擊穿。所以樹枝現(xiàn)象也是預擊穿現(xiàn)象。按樹枝化形成的原因，樹枝可分為電樹枝、水樹枝和電化樹枝(也可歸為水樹的特例)。電樹枝是由于絕緣內(nèi)部或不同材料交界面存在氣隙及雜質(zhì)，或者屏蔽層存在缺陷、突出夾角等，引起電場集中，產(chǎn)生局部放電而逐步形成電樹枝。電化樹枝，由化學因素造成的絕緣材料細微開裂，或由于化學雜質(zhì)引起的樹枝。水樹枝，它是水浸入絕緣層，在電場作用下形成的樹枝狀物。它的特點是引發(fā)樹枝的空隙含有水分，它在比發(fā)生電樹枝低得多的場強下即可發(fā)生。樹枝有的大多不連續(xù)，內(nèi)凝有水分，主干樹枝較粗，分枝多且密密

3、麻麻。水樹枝一般是從內(nèi)半導電層、屏蔽層與絕緣層界面上引發(fā)出來。若絕緣體內(nèi)存有氣隙或雜質(zhì)，則會在電場方向產(chǎn)生并加劇蝶形領結(jié)狀水樹枝。這些水樹枝不僅受電纜結(jié)構(gòu)的影響，而且還受半導作層性能和形狀、含水率、電壓等級、電纜芯溫度以及浸水條件等因素的影響。水樹枝延伸最主要的條件是高溫和浸水，這時水樹枝的長度可以達到絕緣厚度的一半以上。水樹枝具有消失和重現(xiàn)的特點，有的水樹枝受熱、干燥、抽真空后會消失形態(tài)，浸入熱水中又會重現(xiàn)。水樹枝不會直接導致?lián)舸?，但會使絕緣強度降低，促進老化作用，縮短壽命。(a)水樹枝長度;(b)蝶形領結(jié)長度由圖三可以看出，后者比前者的交流擊穿電壓稍高。在此，將水樹枝形狀引用平均電場中的旋

4、轉(zhuǎn)橢圓體相近似的概念，則樹枝末梢的電場E表示如下E=2U/d*1/ln(l/r)*l/r式中 r-突起末端的曲率半徑，mml-突起的長半徑，mm;d-電極間的間隙寬度mm;U-外加電壓，kV。設電纜絕緣的固有擊穿電場強度為 600kV/mm， r=0.0025mm， d=4mm時，計算U和的關系，則圖4-21中的(a)和(b)的理論值和實測值的結(jié)果基本一致。若水村校長度在1mm以上，則交流擊穿電壓比理論值要高些，這是因為水樹枝已開始具有向橫向擴展的能力和水樹枝末端的已經(jīng)緩和的緣故。根據(jù)現(xiàn)場運行經(jīng)驗，水樹枝劣化特征如下：(l)僅發(fā)生在6kV高壓以上的交聯(lián)聚乙烯電纜中。(2)從投運到破壞的時間需要

5、數(shù)年至十幾年，大多數(shù)在10年以上。(3)貫通絕緣體的水樹枝狀劣化，大部分能維持正常工作電壓以上的電壓值，只有在發(fā)生脈沖電壓等異常電壓時才產(chǎn)生破壞。(4)環(huán)境溫度高時，劣化進程加快。(5)電纜構(gòu)造對故障有很大關系，對用棉帶做基布的半導體層的電纜要特別注意。(6)全屏蔽的3.3kV交聯(lián)聚乙烯電纜，由于接地有可能發(fā)展為相間短路。2、屏蔽銅帶斷裂在屏蔽銅帶一端接地的電纜中，當屏蔽銅帶斷裂時，非接地一端的銅帶成為非接地狀態(tài)，該銅帶上將感應出高電壓，其值為Ug=C1/(C1+C2)U式中 C1-電纜芯與非接地一端銅帶間的電容;C2-非接地一端銅帶對地電容。這個高電壓若導致斷裂部位發(fā)生放電，往往引起絕緣破壞

6、。屏蔽銅帶斷裂的特征是：(1)單芯電纜比三芯電纜的事故多。(2)從投運到破壞的時間，從數(shù)周到數(shù)年不等。(3)斷裂部位的導體電阻增大到數(shù)千歐，不能保護非接地側(cè)電纜的對地閃絡。(4)斷裂部位放電時冒火、冒煙，嚴重時可能引起火災。3、銅屏蔽接地故障交聯(lián)聚乙烯電纜銅屏蔽接地故障已逐漸引起現(xiàn)場的重視。例如某地區(qū)的交聯(lián)聚乙烯電纜多半采取直埋方式，為此將終端頭的銅屏蔽地線和鋼銷地線分別引出，接地線截面分別不小于25mm2和10mm2，從熱縮手套下引出時應互相絕緣，通過以上兩項改進，就有條件在終端頭處定期測量鋼銷對地和鋼槍對銅屏蔽的絕緣電阻，可間接反映電纜內(nèi)、外護套有無損傷，從而可以判斷電纜是否受潮。4、電纜

7、護層故障高壓單芯交聯(lián)聚乙烯電纜能否安全可靠地運行，與其護層能否安全可靠運行關系密切。電纜護層采用一端接地方式時，要求該電纜的護層必須絕緣良好。當電纜護層發(fā)生接地時，運行中電纜護層將受到交變磁場的作用，在鋁波紋護層上將產(chǎn)生感應電壓，使在接接地端和電纜護層的絕緣不良處產(chǎn)生“環(huán)流”?！碍h(huán)流”使鋁波紋層發(fā)熱，并使輸送容量降低 30%40%;而且嚴重的可將金屬護層燒穿。護層燒穿后將使電纜的主絕緣裸露在外，與地下(或空氣中)的水分或潮氣相接觸，使絕緣層遭受破壞，最終導致絕緣擊穿。5、線芯屏蔽層厚薄不均勻電力電纜線芯在緊壓過程中容易產(chǎn)生尖銳毛刺。隨著運行電壓升高，導體表面電場增大，毛刺尖端電場嚴重畸變，導致引發(fā)主絕緣樹枝狀放電。因此，3kV及以上的交聯(lián)聚乙烯電力電纜均要求設計由半導電材料構(gòu)成的線芯屏蔽層和絕緣屏蔽層。半導電線芯屏蔽層的主要作用是：均勻線芯表面電場、防止氣隙、提高電纜局部放電電壓、屏蔽線芯毛刺、抑制樹枝引發(fā)和樹技狀放電，還起熱屏障作用。因此它直接影響電纜的安全運行和壽命。故障的原因是線芯屏蔽層較薄、體積電阻率偏高，不足以屏蔽線芯毛刺或銅屑所引起的畸變電場尖端放電，主絕緣迅速被破壞，最后