在供电系统中,所有的电力设备都可能存在一些问题,诸如设计问题、安装问题、质量问题、运行问题、管理问题等等。但不管什么问题,最终都可能引起设备故障。电力电缆作为一种输电的主要设备也毫不例外会因种种原因出现故障。由于工作的原因,本人在与国内的厂矿企事业单位相关的技术人员接触过程中,发现了一些混乱性的甚至于明显错误的东西,而争论性的一些问题,也是肯定存在的。下面仅以电力电缆故障有关的一些问题做粗浅的论述。
由于电力电缆的种类繁多,如按电压等级分类,大约有三大类:低压电缆、中压电缆、高压电缆;若按绝缘材料分类,大约有四大类:油浸纸介质电缆、塑料电缆、橡皮电缆、充油或充气电缆等。其结构组成也各不相同,因此,我们从分析电缆故障的角度出发,来对电缆的结构组成进行归结,以便找出共性。
由于电力电缆的种类较多,结构组成不尽一致,加上人们的工作属性和人们的目的要求不同等原因,使得电缆故障的分类方法较多,这里归纳以下几种情况:
按电缆的组成材料分类(物理特性)
分析电力电缆的结构组成,我们可以得出电缆主要由两大部分组成:金属导体,如导体芯线、金属屏蔽层、金属外护套等;绝缘体,如主绝缘层(油浸纸、聚氯乙烯(XLPE)、聚乙烯(PVC)、导体故障(开路故障)
顾名思义,导体故障是电缆中的金属导体所出现的故障,这里主要指芯线导体(如铜线、铝线)和金属屏蔽层(如铅包、铜带)故障。橡胶(PE));非金属外护层(PE、PVC),因此电缆故障也分为两大类:
导体故障(开路故障)
顾名思义,导体故障是电缆中的金属导体所出现的故障,这里主要指芯线导体(如铜线、铝线)和金属屏蔽层(如铅包、铜带)故障。
断线故障:即RAA′=∞,也就是说电缆的芯线或金属屏蔽层在某一处或多处断开,如实际中,电缆被人为挖断、电缆被烧断、在电缆接头处,电缆芯线或电缆的两边屏蔽层根本没有连接上、XLPE电缆在生产过程中屏蔽层不连续等。
似断非断故障:即RAA′<< RO
≠∞,如电缆的芯线或金属屏蔽层某处似连非连、接头部分芯线或屏蔽线处理不好等。这种故障一般人们不易发现,但实际中是确实存在的。
对于以上两种情况的导体故障我们统称为开路故障。因此,开路故障的确切定义为:
电缆的导体损伤导致导体断开或似断非断的情况。导体包括电缆的芯线和金属屏蔽层。断线故障是开路故障的一个特例。
电缆中的绝缘层,不管是主绝缘层还是外护套绝缘层(主要对110kV及以上等级电缆),它和导体芯线一样,是电缆必不可少的重要组成部分,但相比之下要比导体材料脆弱的多。因此,在实际中,电缆的绝大多数故障都是由绝缘层不好引起的。
在物理上,绝缘材料也叫电介质,分析电介质主要考虑它的三个特性:电介质的电导(漏导)特性、电介质的击穿特性和电介质的损耗特性。这里主要考虑前两个特性。
电介质的电导:理论上,绝缘材料即电介质是不导电的,其等效电阻为∞,即当给电介质两端施加直流电压,不管是电压多高,电介质中没有电流流过,根据欧姆定律知:Ig=U/R=0。但实际上,
电介质是存在电阻的,用公式表示为:
(欧)
式中的
为电介质的电阻系数,为一常数,一般大于1012欧/厘米,而d/s只与电介质的几何尺寸有关。
因此流过电介质的电流(泄漏电流用Ig表示)一般与外加电压成正比关系。具体到电力电缆,其几何尺寸和电介质的电阻系数是一定的,所以,在额定电压下的泄漏电流Ig应该不大于某一确定的值Igm。但如果电介质的电导特性变坏即RJ变小,泄漏电流Ig变大,说明电介质存在故障。对电缆来说,这种电缆的绝缘层电导特性变坏的故障我们称之为泄漏性故障。
电介质的击穿:所有的电介质都不例外,当给电介质上施加电压后,电介质中会流过微小的泄漏电流Ig,其值随所施电压的增大基本线性增大,而当所施电压超过某一数值Us时,泄漏电流Ig突然增大,电介质xx失去固有的绝缘特性而变成导体,这种现象称之为电介质的击穿,把电压值Us称之为电介质的击穿电压.有些绝缘介质击穿后,当降低外加电压后,绝缘性能自行恢复,有些则电导特性变坏,泄漏电流明显增大。具体到电力电缆,若电缆的额定电压为Um,当给电缆加电压时,在电压加到某一数值Us时,在Us≤Um条件下,电缆绝缘击穿,说明电缆存在故障,当降压后绝缘自行恢复,这种故障称之为电缆的闪络性故障。而降压后绝缘性能不可恢复的情况则为上述的泄漏性故障。
综上所述,电力电缆绝缘层损伤一般会出现两种故障:泄漏性故障和闪络性故障。