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电力电缆的基础知识
电力电缆的分类
按绝缘材料的不同可分为(常用):
油浸纸绝缘电缆(PILC) 2、交联聚乙烯电缆(XLPE)
聚乙烯电缆(PE) 4、聚氯乙烯电缆(PVC)
橡胶电缆(EPR)
按电压等级来分:
可分为低、中压电力电缆(35kV及以下),高压电力电缆(110kV、220kV)和超高压电力电缆(500kV)。
电力电缆的结构
有五种典型结构,其结构示意图如图1所示:
图1-a. 单芯电缆I 图1-b、单芯电缆II 图1-c 三芯电缆I
图1-d 三芯电缆II 图1-e 三芯电缆III
电缆结构示意图
图1中,导体芯线和绝缘层是必须的电缆组成部分,导体芯线的材料通常为铜芯和多股铝芯,绝缘材料如上所述有四大类。
图1-a所示的单芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构,金属屏蔽层为铅包,外护层由钢带和塑料材料等组成;
图1-b中所示的单芯电缆,通常是塑料交联聚乙烯(XLPE)绝缘介质电缆的典型结构,比图1-a中的结构多了内外半导电层和石墨层,而金属屏蔽层一般为铜带,金属护套可能是钢带(丝)、铝、铜或不锈钢等材质;
图1-c所示的三芯电缆是油浸纸绝缘介质电缆的典型结构,与图1-a所示的单芯电缆结构基本相同;
图1-d所示的三芯电缆,多为塑料聚乙烯(PVC)绝缘介质和橡皮绝缘介质电缆,一般为6kV以下低等级电缆典型结构,这样的结构也有四芯电缆情况。
图1-e所示的三芯电缆,多为XLPE绝缘介质电缆的结构与图1-a所示的单芯电缆基本相同。 分析五种电缆的典型构造,归总进来,电缆主要由五部分组成:导体芯线、绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、外护套层。
电力电缆故障的基本知识
电力电缆故障分类 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)、橡胶(PE));非金属外护层(PE、PVC),因此电缆故障也分为两大类:
1、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。以导体芯线为例,如图2所示:
图2
在图2中,电缆芯线的正常电阻值应为: RAA′ L/S(Ω) RO 式中L为电缆长度,S为芯线截面面积, 为导体电阻率,因此当电缆成型后,其电阻值RO是一个定值(一般为毫欧级)。所以,只有当RAA′>> RO才认为导体有问题,在实际中有两种情况,即两种类型故障:
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。
2、绝缘故障 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。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。等效电路如图3所示:
图3
泄漏性故障 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/RJ 0。但实际上, 电介质是存在电阻的,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。
闪络性故障
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
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