如何避免电缆故障与击穿？

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：纸绝缘电力电缆在运行中发生故障或击穿的主要原因是绝缘损坏。长期满负荷或经常超负荷运行的电缆,会出现绝缘老化和明显的铅包鼓胀、裂纹和漏油等缺陷,以致发展为故障。而跨越道路穿于管中的电缆则普遍发现腐蚀,绝缘损坏率和故障次数也明显多于直埋电缆。对实际事故分析表明,许多户外终端头的事故,是由于雷电过电压引起的,电缆本身有缺陷更容易在雷电过电压和内部过电压下发生击穿事故。

纸绝缘电力电缆在运行中发生故障或击穿的主要原因是绝缘损坏。运行经验表明,导致绝缘损坏的原因如下:

1.过热过负荷导致电缆绝缘损坏

电力电缆过负荷和接头发热导致绝缘损坏,在主干电缆线路中比较常见,主要原因是超负荷运行或连接点接触不良。前者属于管理上违反允许载流量规定,后者是施工质量不佳,或材料不合格,或连接工艺达不到技术要求所致。

根据《电力电缆运行规程》规定,黏性纸绝缘10kV电缆表面温度不应超过45℃。实际上,当电缆表面温度在45℃时,其电缆芯温度已达到60℃了。长期满负荷或经常超负荷运行的电缆,会出现绝缘老化和明显的铅包鼓胀、裂纹和漏油等缺陷,以致发展为故障。尤其是电缆头和中间接头,此处的连接管和端子,其接触电阻往往大于电缆本体线芯同等长度的直流电阻值。在接头盒的绝缘处理上,往往需包上比本体绝缘厚1倍的手包绝缘层,由于盒内用电缆胶填充,形成导体 (连接管)对壳的距离增大 (从绝缘强度来看是必要的,但从散热条件来说却比电缆本体困难得多)。当电缆增大时,接头盒内温度不断上升,导致发热量大于散热量,在高温、压力和电压作用下就形成了绝缘损坏。

出现接头温度升高,以致膨胀爆炸的现象不一定都是过负荷造成的。有些线路平时负荷不很大,但由于接头的导体连接工艺或铅连接管材料不合格或压接机具本身达不到技术要求,造成连接点接触不良,散热条件差,即使输送容量未达到额定数值,也仍会发热以致发生故障。上述原因从事故样品分析中经常可以发现,连接管有短路电流熔蚀痕迹;导线有断股现象;绝缘均干枯并呈龟裂状态等。说明这种接头在故障前已经过相当长时间的高温载流运行,直接加速绝缘老化和损坏。

2.密封不良导致电缆附件绝缘损坏

电缆终端头和接头盒密封性能差,引起受潮,甚至绝缘损坏在运行中是常见的。1984 年北京、天津、广州三市在同1个月内就发生了50多起户外电缆头事故。这是因为户外终端头常年经受大气、温度和干、湿等气候条件的影响,其运行条件比电缆本身更为恶劣。特别是南方地区,对密封性能非常敏感。以鼎足式电缆头为例,它的三个瓷套管以及顶盖共有6～7处可能成为受潮进水的通道。水分进入电缆头后,逐渐使绝缘受潮,导致绝缘击穿,甚至爆炸。

3.腐蚀引起受潮导致电缆绝缘损坏

电缆腐蚀穿孔引起的受潮,在运行年久的老电缆或有电腐蚀和化学腐蚀的地区中是常见的现象。此外,电缆外护层质量差也会加速电缆腐蚀穿孔。

被腐蚀的电缆铅包通常会有淡黄色或粉红色粒状腐蚀物,有腐蚀物的地方就是铅包穿孔和受潮的通道。在腐蚀孔处,地下潮湿的水分侵入铅包内使电缆纸受潮,绝缘油分解和结晶,使绝缘性能下降。在电压、温度和电场作用下,形成相间或对地击穿现象。

电缆敷设场所的环境及敷设方式对其腐蚀有重要影响。从运行实践和事故分析资料中可以发现:直埋电缆比电缆沟或是管道敷设电缆耐腐蚀。调查表明,一些在20世纪30年代敷设于黏土层中的电缆,其外护层大多数还是完整的。而跨越道路穿于管中的电缆则普遍发现腐蚀,绝缘损坏率和故障次数也明显多于直埋电缆。

4.机械损伤电缆绝缘(https://www.chuimin.cn)

这类损伤主要包括以下几个方面:

(1)直接受外力作用造成的破坏。这方面的损坏主要有施工和交通运输所造成的损坏,如挖土、打桩、起重、搬运等都可能误伤电缆,行驶车辆的震动或冲击性负荷也会造成穿越公路或铁路以及靠近公路或铁路敷设电缆的铅 (铝)包裂损。

(2)敷设过程造成的损坏。这方面的损坏主要是电缆因受拉力过大或弯曲过度而导致绝缘和护层的损坏。尤其是一些穿进管道的电缆,常发现管口部位绝缘击穿,主要原因是两端管口的弯曲半径太小。有的甚至以管口边缘作支点,严重损坏了电缆内部的绝缘。在电缆转角的地方也经常发现弯曲半径小于允许倍数的现象。

(3)自然力造成的损坏。这方面的损坏主要包括中间接头或终端头受自然拉力和内部绝缘胶膨胀作用所造成的电缆护套的裂损,因电缆自然胀缩和土壤下沉所形成的过大拉力,拉断中间接头或导体以及终端头瓷套因受力而破损等。

5.绝缘老化与绝缘干枯

绝缘老化与干枯主要出现在使用多年的电缆和接头盒内。杆上电缆和高差大的纸绝缘电缆,也有此现象。

电缆在长期运行中,因受过热、过负荷和各种过电压的作用,使本体内绝缘层发生逐渐的自然老化和干枯现象。因此其绝缘强度也逐渐地降低。国产电缆运行10～20年后,在事故处理和取样解剖时大多数有此现象。例如某6kV电缆,升压至10kV运行,经3～5年便出现绝缘油结晶、干枯和树枝状击穿。

高差较大和电缆垂直部分主要是出现干枯,因而加速绝缘老化。其原因是高端的垂直部分电缆本体内黏性绝缘剂往低处流淌,尤其是户外上杆电缆,从保护管至电缆头的一段呈垂直露空架设,表面接受太阳照射和缆芯载流发热产生的温度,加速了粘性绝缘油的溶解和流失。例如,某厂高温车间有一根上楼电缆,运行6年后,在引上垂直部分的缆身被击穿,解剖发现从地面至端头约6～7m 的一段电缆本体绝缘油流失,绝缘纸既干又脆,电缆安装高度虽有限,但说明高温场所对露空垂直敷设的电缆有很大的破坏作用。一般运行10年以上的上杆电缆容易被击穿。特别是剥掉钢带铠装的一段,经常发现铅包局部凸出和出现裂纹,在击穿点及以下几米的一段电缆绝缘层明显干枯。《电力电缆运行规程》规定这类电缆高低差不能超过15m,实际上高差在5～8m 的杆上电缆仍然容易干枯和击穿。

6.过电压导致绝缘击穿

在电力系统中出现的雷电过电压和内部过电压可能导致电缆绝缘击穿,这在保护不完善的电缆线路中也时有发生。对实际事故分析表明,许多户外终端头的事故,是由于雷电过电压引起的,电缆本身有缺陷更容易在雷电过电压和内部过电压下发生击穿事故。

如何避免电缆故障与击穿？

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