由于電力電纜的種類較多,結構組成不盡一致,加上人們的工作屬性和人們的目的要求不同等原因,使得電纜故障的分類方法較多,這里歸納以下幾種情況:
一、按電纜的組成材料分類(物理特性)
分析電力電纜的結構組成,我們可以得出電纜主要由兩大部分組成:
金屬導體:如導體芯線、金屬屏蔽層、金屬外護套等;絕緣體:如主絕緣層(油浸紙、聚氯乙烯(XLPE)、聚乙烯(PVC)、橡膠(PE));非金屬外護層(PE、PVC),因此電纜故障也分為兩大類:
1、導體故障(開路故障):顧名思義,導體故障是電纜中的金屬導體所出現(xiàn)的故障,這里主要指芯線導體(如銅線、鋁線)和金屬屏蔽層(如鉛包、銅帶)故障。以導體芯線為例,如電纜芯線的正常電阻值應為: RAA′= L/S(Ω)=RO式中L為電纜長度,S為芯線截面面積,為導體電阻率,因此當電纜成型后,其電阻值RO是一個定值(一般為毫歐級)。所以,只有當RAA′>> RO才認為導體有問題,在實際中有兩種情況,即兩種類型故障:
1.1斷線故障:即RAA′=∞,也就是說電纜的芯線或金屬屏蔽層在某一處或多處斷開,如實際中,電纜被人為挖斷、電纜被燒斷、在電纜接頭處,電纜芯線或電纜的兩邊屏蔽層根本沒有連接上、XLPE電纜在生產過程中屏蔽層不連續(xù)等。
1.2似斷非斷故障:即RAA′<< RO≠∞,如電纜的芯線或金屬屏蔽層某處似連非連、接頭部分芯線或屏蔽線處理不好等。這種故障一般人們不易發(fā)現(xiàn),但實際中是確實存在的。
對于以上兩種情況的導體故障我們統(tǒng)稱為開路故障。因此,開路故障的確切定義為:電纜的導體損傷導致導體斷開或似斷非斷的情況。導體包括電纜的芯線和金屬屏蔽層。斷線故障是開路故障的一個特例。
2、絕緣故障
電纜中的絕緣層,不管是主絕緣層還是外護套絕緣層(主要對110kV及以上等級電纜),它和導體芯線一樣,是電纜必不可少的重要組成部分,但相比之下要比導體材料脆弱的多。因此,在實際中,電纜的絕大多數(shù)故障都是由絕緣層不好引起的。電力電纜絕緣層損傷一般會出現(xiàn)兩種故障:泄漏性故障和閃絡性故障。等效電路如圖3所示:
2.1泄漏性故障
在物理上,絕緣材料也叫電介質,分析電介質主要考慮它的三個特性:電介質的電導(漏導)特性、電介質的擊穿特性和電介質的損耗特性。這里主要考慮前兩個特性。
電介質的電導:
理論上,絕緣材料即電介質是不導電的,其等效電阻為∞,即當給電介質兩端施加直流電壓,不管是電壓多高,電介質中沒有電流流過,根據(jù)歐姆定律知:Ig=U/RJ=0。但實際上,電介質是存在電阻的,流過電介質的電流(泄漏電流用Ig表示)一般與外加電壓成正比關系。具體到電力電纜,其幾何尺寸和電介質的電阻系數(shù)是一定的,所以,在額定電壓下的泄漏電流Ig應該不大于某一確定的值Igm。但如果電介質的電導特性變壞即RJ變小,泄漏電流Ig變大,說明電介質存在故障。對電纜來說,這種電纜的絕緣層電導特性變壞的故障我們稱之為泄漏性故障。
2.2閃絡性故障
電介質的擊穿:所有的電介質都不例外,當給電介質上施加電壓后,電介質中會流過微小的泄漏電流Ig,其值隨所施電壓的增大基本線性增大,而當所施電壓超過某一數(shù)值Us時,泄漏電流Ig突然增大,電介質完全失去固有的絕緣特性而變成導體,這種現(xiàn)象稱之為電介質的擊穿,把電壓值Us稱之為電介質的擊穿電壓.有些絕緣介質擊穿后,當降低外加電壓后,絕緣性能自行恢復,有些則電導特性變壞,泄漏電流明顯增大。具體到電力電纜,若電纜的額定電壓為Um,當給電纜加電壓時,在電壓加到某一數(shù)值Us時,在Us≤Um條件下,電纜絕緣擊穿,說明電纜存在故障,當降壓后絕緣自行恢復,這種故障稱之為電纜的閃絡性故障。而降壓后絕緣性能不可恢復的情況則為上述的泄漏性故障。
其中泄漏性故障可等效為一個電阻Rg,一般遠小于RJ,Rg數(shù)值有高有低,Rg高時稱為泄漏性高阻故障,Rg低時稱為泄漏性低阻故障,簡稱低阻故障(具體定義見后分析),當Rg=0時,稱之為短路故障(俗稱死接地)。實際中可通過Ω表、MΩ表或給電纜加直流電壓等方法來判知。
閃絡性故障可等效為一個小間隙,當給電纜加直流電壓,若U<Us時,其電阻值為RJ,若Um>U≥Us時,絕緣電阻為零。在實際中一般通過MΩ表判斷不出閃絡性故障的存在,只有通過給電纜加直流電壓才能發(fā)現(xiàn)。
二、按電纜的結構特性分類
分析電力電纜的結構組成,我們同時也知道電力電纜有*多三種結構形成:單芯電纜、三芯電纜、四芯電纜(主要是低壓電纜,其結構組成與圖1-d相同),因此有以下故障類型:
1.單相接地故障
電纜的其中一相對地絕緣層電導特性變壞,形成泄漏性故障,即此相對地絕緣層形成了固定的電阻通道,其電阻值或大或小或為零,這種故障其電纜導體是良好的。
2.單相故障
電纜的其中一相對地絕緣層電導特性變壞或擊穿特性變低,形成泄漏性或閃絡性故障。這種故障情況其電纜導體芯線和相間絕緣是良好的。
3.相間故障
電纜中的兩相間或三(四)相間絕緣層電導特性變壞或擊穿特性變低,形成泄漏性或閃絡性故障。這種故障情況其電纜導體芯線和相對地絕緣是良好的。
4.相間并對地故障
電纜的兩相之間并對地或三相之間并對地形成泄漏性或閃絡性故障。
5.開路故障
電纜的一芯或多芯導體或者金屬屏蔽層完全斷線或似斷非斷的情況,我們稱之為開路故障。
6.混合性故障
電纜中同時存在兩種以上故障的情況而稱之為混合性故障。
三、按電纜故障發(fā)生的原因分類
分析電纜故障發(fā)生的原因,情況很多,而直接的原因總歸起來有三種情況,也即有三種故障類型:
1.運行故障
電力電纜在運行過程中發(fā)生故障,此類故障通常以單相或多相并對地泄漏性故障較多。
2.預試故障
電力電纜在做預防性試驗時發(fā)生故障。由于規(guī)程上規(guī)定在現(xiàn)場電纜只做直流耐壓試驗。因此以往此類故障以閃絡性故障居多,也有泄漏性故障。如果以后現(xiàn)場電纜要做交流耐壓試驗,那么電纜故障的情況將會有所變化。
3.外力破壞形成故障
電力電纜由于人為破壞或自然因素破壞而形成的各種類型故障。
四、按電纜故障發(fā)生的部位分類
分析電纜的結構組成和整體線路情況,我們可把電纜故障按照下列形式分類:
1.主絕緣故障
電纜的導體芯線與地或金屬屏蔽層之間絕緣受損形成各種性質故障。一般來講,35KV及以下等級電纜,其絕大多數(shù)故障屬于此類故障。
2.護套故障
一般指電纜的金屬護套(層)或絕緣護套受損形成的故障,實際中能夠發(fā)現(xiàn)的是金屬護套對大地之間絕緣護套的故障。此類故障以泄漏性故障居多。護套故障只有在66KV及以上高電壓等級電纜才涉及到。
3.本體故障
完整的輸電電纜由電纜本體和電纜接頭兩大部分組成。因此電纜的故障肯定發(fā)生在電纜本體和電纜接頭。電纜的本體可出現(xiàn)不同性質的故障。通常因產品質量和外因損壞為主要原因。
4.接頭故障
應用電纜供電,不論電纜長短,肯定存在終始端兩個接頭。對于長距離供電電纜或者當電纜出現(xiàn)故障修復后,電纜也肯定有連接頭,即中間接頭。通常電纜故障的相當一部分為接頭故障,其表現(xiàn)性質各不相同。但通常以多相并對地泄漏性高阻故障居多數(shù)。
五、按故障外表特性或人的直覺性分類
從電纜故障發(fā)生的外特性來分析,通常有兩種類型故障:
1.外露性故障
很顯然,通過人的眼睛觀察,可以直接發(fā)現(xiàn)故障點,如:電纜的外護層或絕緣層等有明顯的損壞現(xiàn)象。這種故障多數(shù)為單相或多相對地泄漏性故障。
2.封閉性故障
與外露性故障相比較,電纜的外表完整無缺,電纜的外護層及屏蔽無明顯的損壞痕跡,這也可以稱之為電纜的內傷。在過去,封閉性故障往往和閃絡性故障相聯(lián)系,更確切的講是一種故障兩種稱謂。因為過去油浸紙介質電纜比較多。閃絡性故障多以在做預試時發(fā)現(xiàn),而電纜做預試的過程很短,電壓不足以把電纜外護層及鉛包損壞,因此而為封閉性。由于近幾年XLEP電纜的增多,它的物理特性與油浸紙電纜有所不同,往往泄漏性甚至短路,其故障點仍然封閉。因此,我們不能把閃絡性故障和封閉性故障混為一談。
六、按電纜的耐壓等級分類
電力電纜按其耐壓等級分類,一般有以下幾種常規(guī)類型:1kV、3kV、6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、330kV、500kV電纜,但分析各種等級電纜結構組成,就其共性而言,一般分為三大類:
1.低壓電纜故障
在這里我們把6kV以下的各種電力電纜故障叫做低壓電纜故障。實際中,低壓電纜故障以相對地(或金屬護套)、相間或相間并對地泄漏性故障為多數(shù),開路故障也較常見。從外特性看,低壓電纜故障多表現(xiàn)為外露型故障。
2.中壓電纜故障
以6kV、10kV及35kV等級電纜為代表的中壓電纜,在實際中使用的*多。因此中壓電纜故障是人們*關切的。此類電纜通常只考慮導體芯線,金屬屏蔽層,主絕緣層三種材料中發(fā)生的故障,經常出現(xiàn)以下幾種類型故障:開路故障、相對地、相間或相間并對地泄漏性故障、閃絡性故障。
3.高壓電纜故障
我們把35kV級以上的各種電纜稱為高壓電纜。近幾年高壓電纜在我國各地得到了較多的使用,分析其結構組成和總結各地使用情況,此類電纜故障通常有兩大類故障:
3.1導體芯線與主絕緣層所發(fā)生的故障:其故障類型及性質和中壓電纜故障情況相同。
3.2金屬護套與非金屬護套所發(fā)生的故障:其故障性質多以金屬護套對大地泄漏性故障較多。
七、按電纜損壞程度分類
電力電纜出現(xiàn)故障后,其損壞的嚴重程度差別比較大,我們這里從查找故障的角度出發(fā)進行分類:
1.單點故障
電力電纜出現(xiàn)故障是在電纜中的某一個點上,不管是單相對地,相間并對地,還是混合型故障。實際中電纜故障多數(shù)為單點故障。
2.多點故障
相對于單點故障,多點故障指的是同條電纜中有多個距測量端(終始端頭)不同距離的故障點。在實際中也常見到。
3.大面積或長距離故障
相對于電纜的點故障,大面積故障通常指的是電纜中的某一段絕緣層損壞,如常見的電纜中大面積受潮故障。
4.質量問題
這一點本來不屬于電纜故障分類范疇,但實際上在我國常常發(fā)現(xiàn)有些用戶電纜在使用很短一段時間后,出現(xiàn)整個電纜的主絕緣層電介強度下降,泄漏電流很大,表現(xiàn)為泄漏性故障的情況。用戶在現(xiàn)場有時很難判別是故障點還是質量問題。
(來源:網(wǎng)絡)
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