电力电缆现场安装与故障诊断.

电力电缆现场安装与故障诊断2012年01月主要内容一、电缆的基本知识二、电缆线路敷设三、电缆附件及安装四、电缆线路故障诊断一、电缆的基本知识•电缆的构成：（构成电缆的三要素）•1）导体•2）绝缘•3）保护层电缆的构成导体1.导体•铜电阻系数为0.0184，比重8.9•铝电阻系数为0.031，比重2.7(铜的30%)(66kV及以上不用铝芯)•我国规定的线芯截面（mm2）规格:2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、240、300、400、500、630、800、1000等20种规格•线芯数量与形状：单芯、两芯、三芯、四芯、五芯等五种，并根据线芯的数量，将导线压成圆形、半圆形、扇形等形状；小截面实芯（即独股），大截面多股绞合绝缘2、绝缘1.油浸纸绝缘：怕水,需金属防水层,除500kV及以上超高压充油电缆外，基本被交联电缆所取代2.橡胶绝缘：乙丙橡胶电缆最高使用电压已达150kV。3.聚氯乙烯绝缘：介损大，含氯，运行温度低，一般只用于6kV及以下电压等级，将被淘汰。4.聚乙烯绝缘:熔融温度低(70℃),最高工作电压达500kV5.交联聚乙烯:通过化学或物理方法将聚乙烯分子链间相互交联。最高运行温度可达90℃，短路时导电线芯允许的最高温度可达250℃。极大地提高了电缆的安全载流量和短路容量。其最高工作电压达500kV。从1kV到220kV的各种电力电缆中，交联聚乙烯（XLPE）是当前应用最广的一种绝缘材料，几乎完全取代了纸绝缘。3、屏蔽层•是一种将电缆产品中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件；有的电缆缆产品在其内部不同相（或线组）之间也需要相互隔离（屏蔽）。可以说屏蔽层是一种“电磁隔离屏”。高压电缆的导体屏蔽和绝缘屏蔽（内外屏蔽）是为了均化电场的分布。屏蔽层保护层4、保护层•作用:保护电缆免受外界物质的侵入和防止外力损伤。•组成:内衬层（或内护套）、铠装层和外护套•材料:与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环境有关.如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压的橡塑电缆就不需要；埋在地下的电缆需要铠装，敷设在海底的电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、排管、电缆沟内的电缆又可以不要铠装；外护套是用来保护铠装层或内护套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的场所也可做成阻燃型。•1、纸绝缘电缆（1880年）1）统包型2）分相铅包型3）充油电缆•2、聚氯乙烯电缆（PVC）（1957年）•3、交联聚乙烯电缆（XLPE）（1960年）•4、特种电缆•5、超导电缆（2000年）电力电缆分类统包型电缆•在每相导电线芯上包缠称为相绝缘纸的油浸纸绝缘带，在各相线芯绞合成缆的同时，在各相线芯之间的空隙填以纸绳，外面再包缠称为统包纸的油浸纸绝缘带，•在统包纸外挤压上铅包作防水密封•根据安装场地的需要在其外部再加上不同的保护层•在15kV及以下电压等级。统包型电缆分相铅包型纸绝缘电缆•每相有一个接地的铅包，电力线完全垂直于绝缘纸•在20kV及35kV采用•致命的缺陷——气隙注：电压再高时用充油电缆分相铅包型纸绝缘电缆自容式充油电缆及XLPE电缆特点：在导电线芯中有一油管，利用单独的带有一定压力的油箱向电缆充油并保持一定的压力。可消除纸绝缘中的气隙，提高工作电场强度。最高工作电压已发展到1100kV。充油电缆XLPE电缆结构XLPE电缆XLPE电缆结构XLPE电缆结构XLPE电缆结构•导体800mm2以下采用拉模紧压成型﹐圆整度好﹐表面光滑﹐800mm2及以上采用分割导体结构﹐使电缆传输容量更大•内外屏蔽内外屏蔽料均采用进口超光滑的XLPE料﹐经净化烘干后与绝缘料三层一次挤出﹐使电缆内外导表面光洁﹐电场分布均匀﹒•主绝缘主绝缘料采用进口超净﹑超光滑XLPE料﹐与内外屏蔽三层共挤﹑紧密结合•缓冲层采用半导电丁基胶带和铜丝布的有机结合﹐既能满足电缆绝缘的热膨胀要求﹐又能使绝缘屏蔽与铝护套有效接触﹐确保电缆长期稳定运行﹒XLPE电缆结构•金属屏蔽采用2.2mm厚度皱纹铝包以满足短路容量及屏蔽之需﹐连续式皱纹铝包使电缆的径向阻水性能满足高水位环境之需﹒•沥青涂层沥青涂层可防止皱纹铝套受到腐蚀﹐电缆使用寿命更长﹒•外护层采用PVC或PE料进行挤包﹐以满足电缆电性能及机械性能之需﹐也可采用阻燃型﹑防白蚁型材料以满足不同场合之需﹒•石墨涂层作为外护层耐压电极﹐连续光滑﹒电力电缆安装全过程•通道•电缆敷设•附件安装•接地系统•中间试验•竣工试验•验收电力电缆常用敷设方式二、电力电缆敷设•电力电缆常用敷设方式：1）直埋式敷设2）预制式砖砌电缆沟敷设3）排管电缆沟敷设4）隧道电缆敷设5）非开挖方式电缆敷设直埋式敷设直埋敷设方式一般用于少量、临时性或不十分重要线路的敷设。电缆直埋一般要求进行样洞开挖，在敷设路径每40~50m挖一样洞，在转弯处和跨路口处都应挖设，已确定电缆路径的可行性。直埋电缆沟的挖设，一般深度为80cm，宽度为1根电缆40~50cm，2根电缆60cm，电缆条数增加按比例放宽。电缆敷设后现在上覆盖10cm细土或砂，再盖上电缆保护板，覆土后应在相关位置埋设电缆标桩。1、直埋式敷设2、预制或砖砌电缆沟敷设预制或砖砌电缆沟敷设•盖板搭盖至少10cm，理想的15cm•如无支架，注意电缆间距排管电缆沟敷设3、排管电缆沟敷设排管敷设方式的优点•通道利用率高•避免相邻电缆故障影响排管敷设方式的缺点•电缆外护套故障查找、修复困难•造价偏高，不易施工隧道敷设4、隧道敷设优点：•可敷设回路数多，易于巡检缺点：•造价高非开挖方式电缆敷设5、非开挖方式电缆敷设敷设要点•电缆输送机的输送速度不应超过15m/min。•工井间的电缆敷设牵引长度应根据电缆的允许拉力和现场位置而定，一般不宜大于200米。•敷设电缆时，应专人指挥，电缆走动时严禁用手移动滑轮以防压伤。•滚动电缆盘时，滚动方向应顺着电缆的缠紧方向。（控制牵引力）•牵引网套是套在电缆端头上的牵引连接工具。•电缆输送机特点：结构紧凑、重量轻、推力大。电缆附件三、电缆附件及安装•电缆附件定义：除电缆本体以外所有电缆安装用的材料。如终端头、中间接头、电缆安装用的金具、电缆卡子、绝缘材料等。本处仅指电缆终端头和中间接头。终端头和中间接头：电缆线路两端与其它电气设备相连接的电缆附件称为终端头，用于户外的称户外终端头，用于户内的称户内终端头；两根电缆相连接的电缆附件称中间接头。电缆附件技术条件•电缆附件技术条件1．导体连接好：（1）接触电阻要小且稳定。应能承受故障电流的冲击。接触电阻应不大于同长度、同截面、同材料导体的电阻的1.2倍。（2）有足够的机械强度，应能承受一定的拉力。（3）耐腐蚀，满足使用环境的要求。2．绝缘性能高：（1）耐压强度高、介质损耗低、化学性能稳定。用于户外时还应能耐受紫外线照射和大气污染。（2）有合理的改善电场分布的措施和与电缆绝缘相匹配的绝缘余度。应力锥或应力控制管等被用来改善该处的电场分布。3．密封性能可靠：（进水是电缆附件发生故障的主要原因之一）4．适应使用环境：诸如恶劣气候条件、耐受紫外线照射及各种污染、水下长期浸泡、机械拉力或压力等等。5．结构简单，便于现场安装•★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铜导线内半导体层主绝缘层铜屏蔽层外半导体层从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。图中闪烁的箭头表示电场的电力线电场分布原理•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108~1012Ω·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。下图中左边是没装应力管，右边是装应力管的电场分布情况。没有应力管的电场分布有应力管的电场分布电场分布原理附件分类中低压电缆附件主要种类•中低压电缆附件目前使用得比较多的产品种类主要有热收缩附件、预制式附件、冷缩式附件。它们分别有以下特点：热收缩附件热收缩附件•所用材料一般为以聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯（EVA）及乙丙橡胶等多种材料组分的共混物组成。•该类产品主要采用应力管处理电应力集中问题。•主要优点是轻便、安装容易、性能尚好。价格便宜。•应力管是一种体积电阻率适中（1010-1012Ω•cm），介电常数较大（20--30）的特殊电性参数的热收缩管，利用电气参数强迫电缆绝缘屏蔽断口处的应力疏散成沿应力管较均匀的分布。这一技术一般用于35kV及以下电缆附件中。因为电压等级高时应力管将发热而不能可靠工作。热收缩附件•其使用中关键技术问题是：•要保证应力管的电性参数必须达到上述标准规定值方能可靠工作。（参数法原理）•另外要注意用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口出的气隙以排除气体，达到减小局部放电的目的。•交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，因而在安装附件时注意应力管与绝缘屏蔽搭盖不少于20mm，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。•热收缩附件因弹性较小，运行中热胀冷缩时可能使界面产生气隙，因此密封技术很重要，以防止潮气浸入。预制式附件预制式附件•所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。•主要采用应力锥来处理应力集中问题。•其主要优点是材料性能优良，安装更简便快捷，无需加热即可安装，弹性好，使得界面性能得到较大改善。是近年来中低压以及高压电缆采用的主要形式。•存在的不足在于对电缆的绝缘层外径尺寸要求高，通常的过盈量在2-5mm（即电缆绝缘外径要大于电缆附件的内孔直径2-5mm），过盈量过小，电缆附件将出现故障；过盈量过大，电缆附件安装非常困难（工艺要求高）。特别在中间接头上问题突出，安装既不方便，又常常成为故障点。•此外价格较贵。预制式附件•其使用中关键技术问题是：•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。（几何法原理）•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。•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。冷缩式附件冷缩式附件•所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。•冷缩式附件一般采用几何结构法与参数控制法来处理电应力集中问题。几何结构法即采用应力锥缓解电场集中分布的方式要优于参数控制法的产品•与预制式附件一样，材料性能优良、无需加热即可安装、弹性好，使得界面性能得到较大改善，与预制式附件相比，它的优势在如安装更为方便，只需在正确位置上抽出电缆附件内衬芯管即可安装完工。所使用的材料从机械强度上说比预制式附件更好，对电缆的绝缘层外径尺寸要求也不是很高，只要电缆附件的内径小于电缆绝缘外径2mm就完全能够满足要求。因此冷缩式附件施工安装比较方便。冷缩式附件•其最大特点是安装工艺更方便快捷，安装到位后，其工作性能与预制式附件一样。•价格与预制式附件相当，比热收缩附件略高，是性价比最合理的产品。•其使用中关键技术问题与预制式附件相同•另外，冷缩式附件产品从扩张状况还可分为工厂扩张式和现场扩张式两种，一般35kV及以下电压等级的冷缩式附件多采用工厂扩张式，其有效安装期在6个月内，最长安装期限不得超过两年，否则电缆附件的使用寿命将受到影响。66kV及以上电压等级的冷缩式附件则多为现场扩张式，安装期限不受限制，但需采用专用工具进行安装，专用工具一般附件制造厂均能提供，安装十分方便，安装质量可靠。电缆附件安装基本要求电缆附件安装的基本操作工艺•基本要求：电缆附件是电缆线路中最薄弱的部分，其安装质量的好坏是电缆线路能否安全运行的关键，应给予足够的重视。•1）电缆附件在安装时要防潮，不应在雨天、雾天、大风天制做电缆附件；平均气温低于0℃时，电缆应预先加热。•2）施工中要保证手和工具、材料的清洁，操作时不应做其他无关的事（特别不能抽烟！）。•3）所用电缆附件