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1、项目四 电力电缆的测试 任务一电力电缆的直流高压测试 课程名称:高电压设备测试 知识目标 1.掌握高压测试的工作原理 2.熟悉直流泄漏电流及直流耐压测试方法 能力目标 1.能用直流耐压测试仪进行电力电缆的直流泄漏电流 及直流耐压测试 2. 能够在专人监护和配合下独立完成整个测试过程 3. 能根据相关标准、规程对测试结果做出正确的判断 和比较全面的分析 任务描述 电力电缆在运行中,主绝缘要承受长期的额定电压,还要 承受大气过电压、操作过电压、谐振过电压、工频过电压 。因此电力电缆安装竣工后,投入运行前必需考核耐受电 压水平,只有在规定的试验电压和持续时间下,绝缘不放 电、不击穿,才能保证投入后的
2、安全运行。 电缆线路的薄弱环节是终端和中间接头,这往往由于设计 不良或制作工艺、材料不当而带来缺陷。有的缺陷在施工 过程和验收试验中检出,更多的是在运行电压下受电场、 热、化学的长期作用而逐渐发展,劣化直至暴露。除电缆 头外,电缆本身也会发生一些故障,如机械损伤、铅包腐 蚀、过热老化及偶尔有制造缺陷等。所以新敷设电缆时, 要在敷设过程中配合试验;在制作终端头或中间头之前应 进行试验,电缆竣工时应做交接试验。 什么是电力电缆? 架空线 电力电缆 电力传输通道 电力电缆的使用至今已有百余年历史: 1879年 爱迪生首次使用电缆实现地下输电。 1911年 德国敷设60kV高压电缆。 1913年 霍希
3、施泰特研制成分相屏蔽电缆。 1981年 研制成1000kV的特高压电力电缆。 为什么使用电缆? 输电通道小 不受环境污染影响 可靠性高 对人身及周围环境干扰小 特殊应用环境 使用电缆的优点 制造工艺复杂 造价高 施工维修麻烦 使用电缆的缺点 电缆的种类 油纸绝缘电缆 气体绝缘电缆 塑料绝缘电缆 聚氯乙烯电缆 聚乙烯电缆 XLPE(交联聚乙烯电缆) 塑料绝缘电缆 铜量铜量/1000t/1000t 5050100100 150150 6666707074747878 82828686 1 1 2 2 3 3 1. 1. 电力电缆合计电力电缆合计 2. XLPE2. XLPE电缆电缆 3. 3. 油
4、纸电缆油纸电缆 交联聚乙烯电缆 XLPE, cross linked polyethylene 30余年历史 性能优良、工艺简单、安装方便 得到广泛应用 XLIE电缆的基本结构 交联联聚乙烯绝缘电缆结烯绝缘电缆结 构示意图图 1、导体 2、导体屏蔽 3、交联聚乙烯绝缘 4、绝缘屏 蔽 5、金属屏蔽 6、填充 7、内衬层 8、铠装层 9、 外护套 1. 导电线芯:高导电率材料,绞线承圆形或扇形截面。 2. 绝缘层:高电阻率材料,tg、 低而电气强度Eb高的油 浸纸、橡皮或塑料。 3. 密封护套:保护绝缘线芯免受机械、水分、化学等的损 伤,有时外部还有保护覆盖层。 4. 半导体层的作用:均匀电场,
5、它可以克服电晕及游离放 电,使芯线与绝缘层之间有良好的过渡。 固体电介质树枝化劣化 在高电场强度作用下,固体介质内常出现树枝 状局部损坏。在电场的持续作用下,这些树枝状微通 道就可能沿电场方向贯穿整个绝缘,导致击穿。所以 树枝现象也是预击穿现象。 电树枝 水树枝 1. 电树枝 电极尖端处或微小空气隙、杂质等处电场较 强,发生的放电逐渐发展,形成较细的沟状放电通 道的碳化痕迹。 电树枝通常笼廓 较清晰 2. 水树枝 水树枝通常笼廓较模糊 水浸入绝缘层,在电场作用下形成的树枝状物。 制造过程中残留在绝缘中的微水。 运行中因机械损伤水分逐渐侵入。 电场长期作用下绝缘中形成由微小的水滴及连 接它们的水
6、丝组成的水树枝。 l 电场 l 水份 l 环境因素 l 时间 半导体层 绝缘层 内部半导体层 电缆芯 “残留水树“ “外部浸入水树“ 导致水树发展的条件 n 水树一般在电气强度较强的区域得到进一步的 发展 n 水树的老化过程通常较缓慢。 n 水树是交联聚乙烯电缆事故的主要原因,约占 事故的71%,多发生于自然劣化。 n水树枝一般是从内半导电层、屏蔽层与绝缘层 界面上引发出来。若绝缘体内存有气隙或杂质 ,则会在电场方向产生并加剧蝶形领结状水树 枝。这些水树枝不仅受电缆结构的影响,而且 还受半导作层性能和形状、含水率、电压等级 、电缆芯温度以及浸水条件等因素的影响。 n水树枝延伸最主要的条件是高温
7、和浸水,有时 水树枝的长度可以达到绝缘厚度的一半以上。 水树枝延伸的时间特性 36 kV级XLPE电缆交流击穿场强 与水树长度的关系 水树引起的绝缘故障发展过程 水树枝具有消失和重现的特点,有的水树枝受 热、干燥、抽真空后会消失形态,浸入热水中又会 重现。水树枝不会直接导致击穿,但会使绝缘强度 降低,促进老化作用,缩短寿命。长期逐步发展最 终将导致绝缘损坏. 根据现场运行经验,水树枝劣化特性如下: (l)仅发生在6kV以上的高压交联聚乙烯电缆中。 (2)从投运到破坏的时间需要数年至十几年,大多数在10 年以上。 (3)贯通绝缘体的水树枝状劣化,大部分能维持正常工作 电压以上的电压值,只有在发生
8、脉冲电压等异常电压时才产 生破坏。 (4)环境温度高时,劣化进程加快。 因此对电力电缆绝缘本体进行故障监测是可行的,也是 必要的。 电缆线路的薄弱环节 电缆线路的薄弱环节是终端和中间接头,这往往由于设计不 良或制作工艺、材料不当而带来缺陷。有的缺陷在施工过程和验 收试验中检出,更多的是在运行电压下受电场、热、化学的长期 作用而逐渐发展,劣化直至暴露。除电缆头外,电缆本身也会发 生一些故障,如机械损伤、铅包腐蚀、过热老化及偶尔有制造缺 陷等。所以新敷设电缆时,要在敷设过程中配合试验;在制作终 端头或中间头之前应进行试验,电缆竣工时应做交接试验。运行 中的电缆要按电力设备交接和预防性试验规程规定的
9、项目、 周期、要求和说明进行试验。 一、胶联电缆五阻值测量 (一)测量主绝缘电阻 (二)测量外护套绝缘电阻 (三)测量内衬层绝缘电阻 (四)铜屏蔽层电阻和导体电阻比 (一)测量主绝缘电阻 绝缘介质在直流电压作用下的电流包含充电电流、吸收电 流和电导电流。如图1所示。 图1 绝缘介质在直流电压作用下各电流与时间的关系 RO加压瞬间的绝缘电阻;R测量过程终了时的绝缘电阻; i1充电电流;i2吸收电流;i3电导电流;i总电流。 充电电流i1:决定于被试绝缘的几何尺寸、形状和材料,这部分电流 开始最大,但在10-15s10-2s之内下降至可略去地步。 吸收电流i2:主要是不均匀介质内部较为缓慢的极化形
10、成的,极化时 间从10-2s至几十分钟甚至几小时以上,这部分电流随着时间逐渐减小,通常 在一分钟之内可降至可略去地步。 电导电流i3:它又可分为两部分。一是绝缘表面的泄漏电流,其大小 与绝缘表面的脏污、受潮程度有关;二是绝缘内部的电导电流,与绝缘内部 杂质的含量、是否分层或开裂有关,其电流不随时间而 降低。 总电流I:是随时间衰减的,因此试品实际的绝缘电阻随着时间的增加 而逐渐上升,并趋向稳定。这一过程可用吸收比来表示,下式: 电缆绝缘受潮时或有贯穿性的缺陷,电导电流较大,则/的比值就小,由于 总的电流衰减过程很长,实际上要测出/是有困难的,因此现场均采用 R60S/R15S的比值,并称吸收比
11、。应用这一原理,测量电缆绝缘电阻及吸收比, 可初步判断电缆绝缘是否受潮、老化、并可检查耐压后的绝缘是否损伤。所 以,耐压前后均应测量绝缘电阻。测量时,额定电压为1千伏及以上的电缆应 使用2500伏兆欧表进行。 测量电缆绝缘电阻的步骤及注意事项如下: (1)拆除对外联线,并用清洁干燥的布擦净电缆头,然后将非被试相缆芯与 铅皮一同接地,逐相测量。试验前电缆要充分放电并接地,方法是将电缆导体及 电缆金属护套接地。 (2)根据被试电缆额定电压选择适当兆欧表。 (3)若使用手摇式兆欧表,应将兆欧表放置在平稳的地方,不接线空测,在 额定转速下指针应指到“”;再慢摇兆欧表,将兆欧表L、E端用引线短接,兆欧
12、表指针应指零。这样说明兆欧表工作正常。 (4)兆欧表有三个接线端子:接地端E、线路端子L、屏蔽端子G。为了测得准 确,应在缆芯端部绝缘上或套管部装屏蔽环并接于兆欧表的屏蔽端子G,如图2所 示。应注意线路L端子上引线处于高压状态,应悬空,不可拖放在地上。 图2 测量电缆绝缘电阻接线图 1导体;2套管或绕包绝缘;3电缆终端头;4兆欧表 运行中的电缆,其绝缘电阻应从各次试验数值的变化规律及相间的相互 比较来综合判断,其相间不平衡系数一般不大于22.5。电缆绝缘电阻的数值随 电缆温度和长度而变化。为便于比较,应换算为20时每公里长的数值。如式( 1)所示。 (1) 式中: 电缆在20时,每公里长的绝缘
13、电阻; 电缆长度为L,t时的绝缘电阻; L 电缆长度(公里); 温度系数,如表1。 表1 电缆绝缘的温度换算系数K 温度 / 0 5 10 15 20 25 30 35 40 K 0.48 0.57 0.70 0.85 1.0 1.13 1.41 1.66 1.92 停止时间较长的地下电缆可用土壤温度为准,运行不久的应测量导体直流 电阻计算缆芯温度。良好电缆的绝缘电阻通常很高,其最低数值可按制造厂规定 对0.6/1kV电缆用1000V兆欧表;0.6/1kV以上电缆用2500V兆欧表;其中 6/6kV及以上电缆可用5000V兆欧表。 n状态检修规程:修订为3年。 (5)手摇并用清洁干燥的布擦净电
14、缆头,然后将非被试相缆芯 与铅皮一同接地,到达额定转速后(每分钟120转),再搭接到被测 相导体上。由于电缆电容很大,操作时兆欧表的摇动速度要均匀, 如果转速不衡定,会使兆欧表指针摆动不定,带来测量误差。测量 完毕,应先断开火线再停止摇动,以免电容电流对摇表反充电,每 次测量都要充分放电,操作均应采用绝缘工具,防止电击。 (6)当电缆较长充电电流较大时,兆欧表开始时指示数值很小 ,应继续摇动。一般测量绝缘电阻的同时测定吸收比,故应读取 15s和60s时的绝缘电阻值。并逐相测量。 (7)每次测完绝缘电阻后都要将电缆放电、接地。电缆线路越 长,电容越大,则接地时间越长,一般不少于1min。 (二)
15、测量外护套绝缘电阻 本项目只适应于三芯电缆的外护套,进行测试时,采用500V兆欧表, 电压加在金属护套与外护层表面的石墨导电层之间,当每千米的绝缘电阻 低于0.5M时,应采用下述方法判断外护套是否进水: 直埋橡塑电缆的外护套,特别是聚氯乙烯外护套,受地下水的长期浸 泡吸水后,或者受到外力破坏而又未完全破损时,其绝缘电阻均有可能下 降至规定值以下,因此不能仅根据绝缘电阻值降低来判断外护套破损进水 。为此,提出了根据不同金属在电解质中形成原电池原理进行判断的方法。 橡塑电缆的金属层、铠装层及其涂层用的材料有铜、铅、铁、锌和铝 等。这些金属的电极电位如表2所示: 表2 金属的电极电位 金属种类 铜C
16、u 铅Pb 铁Fe 锌Zn 铝Al 电位(V) +0.334 -0.122 -0.44 -0.76 -1.33 当橡塑电缆的外护套破损并进水后,由于地下水是电解质,在铠装层的镀锌 钢带上会产生对地-0.76V的电位,如内衬层也破损进水后,在镀锌钢带与铜屏蔽 层之间形成原电池,会产生0.334-(-0.76)1.1V的电位差,当进水很多时,测 到的电位差会变小。在原电池中铜为“正”极,镀锌钢带为“负”极。 当外护套或内衬层破损进水后,用兆欧表测量时,每千米绝缘电阻值低于 0.5M时,用万用表的“正”、“负”表笔轮换测量铠装层对地或铠装层对铜屏蔽层 的绝缘电阻,此时在测量回路内由于形成的原电池与万用表内干电池相串联,当 极性组合使电压相加时,测得的电阻值较小;反之,测得的电阻值较大。因此上 述两次测得的绝缘电阻值相差较大时,表明已形成原电池,就可判断外护套和内 衬层已破损进水。 外护套破损不一定要立