高压电缆头故障防治对策

高压电缆头故障的防治对策

【摘要】：随着电缆原材料及生产技术的发展，高压电缆越来越多地运用到城乡电网、工矿企业等生产、生活的各个领域，由于高压电缆头的制造、施工、设计、外力破坏等原因，高压电缆发生故障较为频繁，安全生产和正常生活秩序受到了影响，文章分析了高压电缆头故障产生的原因、检测的方法及防治的措施。 【关键词】：高压电缆头故障原因检测方法防治措施

一、高压电缆及附件的基本知识 1、高压电缆的电场分布原理

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，即正常电缆的电场只有从（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 图中紫色箭头表示电场的电力线 2、高压电缆头的性能要求

电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件；电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件；电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆一样能长期安全运行，并具有与电缆相同的使用寿命。 2.1线芯联接好

主要是联接电阻小、联接稳定，能经受起故障电流的冲击；长期运行后其接触电阻应不大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍；具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；此外还应体积小、成本低、便于现场安装。 2.2绝缘性能好

电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理，有改变电场分布的措施。 2.3电缆附件的重要部件

电缆附件中最重要的部件是应力管和应力疏散胶，主要用于缓和分散电应力的作用，应力管和应力疏散胶的材质构成都是由多种高分子材料共混或共聚而成，一般基材是极性高分子，再加入高介电常数的填料等等。应力管和应力疏散胶中是否含有半导体成分要看生产厂家的材料配方，有可能有，也可能没有。 3、高压电缆头的分类及特点 3．1热收缩电缆头

所用材料一般以聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯（eva）及乙丙橡胶等多种材料组成的共混物。

采用应力管处理电应力集中问题，即采用参数控制法缓解电场应力集中。主要优点是轻便、安装容易、性能尚好、价格便宜。 3．2预制式电缆头

所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。

主要采用几何结构法即应力锥来处理应力集中问题，缓解电场集中分布的方式要优于参数控制法的产品。主要优点是材料性能优良，安装 简便快捷，无需加热即可安装，弹性好，使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。 不足之处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。 3．3冷缩式电缆头

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。

最大特点是安装工艺更方便快捷，只需在正确位置上抽出电缆附件内衬芯管即可安装。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不高，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。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。

不足之处是35kv及以下电压等级的冷缩式附件一般多采用工厂扩张式，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。 二、高压电缆头故障产生的原因 1、厂家制造原因

高压电缆头以前用绕包型、模铸型、模塑型等类型，需要现场制作的工作量大，由于现场条件的限制和制作工艺原因，绝缘带层间不可避免地会有气隙和杂质，容易发生问题。现在国内普遍采用组装型和预制型电缆头。

电缆头故障一般都出现在电缆电应力集中的绝缘屏蔽断口处，应力锥本体制造缺陷、绝缘填充剂问题、密封圈漏油、密封不好进水等原因会导致电缆头故障。 2、施工质量原因

施工质量导致高压电缆头故障的事例很多，主要原因有五个方面：一是没有严格按照生产厂家的工艺规定制作电缆头。二是电缆头制作工艺控制差，在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒有可能嵌入绝缘中；绝缘暴露在空气中的时间过长，绝缘材料受潮严重。三是电缆头未及时妥善固定，电缆头受到机械应力走样变形。四施工现场温度、湿度、灰尘等环境条件比较差，电缆头清洁度达不到要求。五是竣工验收采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。 3、设计原因

电缆通道设计太狭窄，电缆弯曲半径达不到规范要求，施工中电缆头受机械应力过大，导致电缆头绝缘套破损、脱胶；电缆规格

设计不满足实际负荷要求，电缆长期过负荷运行，热膨胀导致电缆头在固定支架立面上挤伤导致击穿。 三、高压电缆头故障检测 1、测量绝缘电阻

电缆敷设前后，一定要测量电缆的绝缘电阻，以排除电缆本身的质量问题。一般采用5000v兆欧表测量电缆每一相导体对地或对金属屏蔽层间和各导体间的绝缘电阻，非测量相的导体、金属屏蔽或金属套和铠装层一起接地。

电缆头制作后测量电缆每一相导体对地和各导体间的绝缘电阻应无明显变化。 2、直流耐压试验

直流耐压试验的目的在于检验电缆的耐压强度，对发现绝缘介质中的气泡、机械损伤等局部缺陷比较有利。因为在直流电压下，绝缘介质中的电位将按电阻分布，所以当介质有缺陷时，电压主要被与缺陷部分串联的未损坏介质的电阻承受，较有利于发现介质缺陷。

对纸绝缘电缆和交流耐压试验条件不具备的情况下，允许对uo≤18kv的橡塑电缆采用直流耐压试验。纸绝缘电缆是指粘性油浸纸绝缘电缆和不滴流油浸纸绝缘电缆。

纸绝缘电缆直流耐压试验电压ut 可采用下式计算: 对于统包绝缘（带绝缘）： 对于分相屏蔽绝缘：

试验电压见下表 b-1

3、交流耐压试验

直流耐压试验不能有效发现交联聚乙烯绝缘中的水树枝等绝缘缺陷，电缆头存在某些缺陷在直流耐压试验时不会击穿，为电缆运行留下隐患；由于空间电荷累积效应，加速了绝缘老化，缩短电缆使用寿命，高压电缆直流耐压试验合格、投运不久就发生击穿的情况时常发生；现场进行直流耐压试验时发生闪络或击穿，可能会对正常的电缆和接头的绝缘造成危害。

因此要求采用交流耐压试验检查橡塑绝缘电力电缆的质量情况。橡塑绝缘电力电缆是指聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘和乙丙橡皮绝缘电力电缆。

作交流耐压试验时，电缆两端的金属屏蔽或金属套应同时接地。单芯电缆的金属屏蔽或金属套一端接地、另一端装有护层过电压保护器时，须将护层过电压保护器短接，电缆金属屏蔽或金属套临时接地。

橡塑电缆20hz～300hz交流耐压试验电压和时间见下表b-2

四、高压电缆头故障的防治对策 1、电缆附件选择

选择适合现场条件的电缆头型式，开阔场地选用冷缩电缆头，

场地狭窄选用热缩电缆头，室内潮湿场所也可以选择户外电缆头。 重要部位选择进口的如美国3m公司、德国pfistere公司产品，国产的如江苏安靠、沈阳国联、湖南长沙电缆附件厂等知名品牌。 2、保证安装质量 2.1关键工艺控制

生产厂家、电压等级不同，电缆头的制作工艺要求不尽相同，有的区别还很大，因此施工前必须认真熟悉电缆附件生产厂家提供的文字、声像资料，严格按照生产厂家的工艺规定制作电缆头，严禁凭借经验操作。 2.1.2电应力控制

电应力控制是高压电缆附件设计极为重要的部分。电应力控制就是采取适当的措施对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制，使得电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。

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108~1012ωcm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。

而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果。在电缆本体中，芯线外表面不可能是标准圆，芯线对屏蔽层的距离会不相等，根据电场原理，沿电缆径向分布的电场强度不均匀，对电缆绝缘有害。在芯线外包裹一层半导体层，使得主绝缘层的厚度基本相等，达到电场均匀分布的目的。在主绝缘层外、铜屏蔽层内设置的外半导体层，同样也是消除铜屏蔽层不平引起的电场不均匀。

为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，一般在20~25mm左右。短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。 2.1.2电缆头接地

在制作电缆头时，将钢铠和铜屏蔽层可靠接地。钢铠和铜屏蔽层分开接地是为了便于检测电缆内护层的好坏，在检测电缆护层时，钢铠与铜屏蔽间通上电压，如果能承受一定的电压就证明内护层是完好无损。如果没有这方面的要求，也可以将钢铠与铜屏蔽层连在一起接地（提倡分开引出后接地）。

电力安全规程规定：35kv及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链，这样，在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。

感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。 2.2、注意细节处理

操作电缆剥刀应调整刀口露出长度不超过加工材料的厚度，避免剥除电缆结构材料的上层时损伤到下层。

绝缘屏蔽末端处理平整光滑。电缆附件厂家一般采取涂刷半导电漆（美国elastimold、瑞士c.c等）、模塑半导电层(日本厂家)、套半导电管(美国g&w)，以及将半导电屏蔽末端刮齐并形成一光滑过度的斜坡等方法（瑞士brugg、德国k.p公司），消除绝缘屏蔽凹坑、台阶或半导电尖端等缺陷。

打磨主绝缘应采用电缆头厂家提供的绝缘砂皮或自购#120以上细砂纸，打磨完成后用不掉毛的清洁纸进行清洗，并用电吹风进行风干，也有些厂家用高热电吹风对绝缘表面进行短时间加热以保证表面光滑。

清洗主绝缘应使用厂家提供的专用拭纸、拭液，拭纸不能擦拭半导体层，拭纸一次性使用，不能在主绝缘上来回反复。 合理安排电缆头施工，电缆开剥一端、做一个电缆头，当天开剥的电缆必须完成做头，不允许批量开剥，避免电缆绝缘长时间暴露在空气中受潮。 2.3及时固定电缆头

为防止电缆自身重量、弯曲产生的应力损伤电缆头，必须在电缆头三指套后部适当的位置（约200mm处）进行可靠固定电缆。一般应在做电缆头前固定电缆，电缆头施工空间条件受限制时，如紧凑布置的gis开关柜下方，可在电缆头制作连接后及时固定。 2.4作业环境控制

水分和小杂质对电缆头非常有害的，容易引起水树和局放的发生，在接头施工中一定要注意环境湿度及粉尘情况。选择无风雨雾雪、无扬尘潮气的时机制作电缆头；工作场所事先打扫干净、照明充足；平均气温低于0℃时，电缆应预先加热；施工中随时保证手和工具、材料的清洁；操作时严肃认真，不闲谈、抽烟；电缆敷设、试验前后必须对电缆头做好密封、防止受潮。 2.5耐压试验

耐压试验是为了检验电缆内在质量，但也是破坏性试验，为避免试验对电缆造成伤害，必须严格按最新的交接试验标准（gb50150－2006）进行电缆耐压试验，对橡塑绝缘电力电缆进行交流耐压试验，对纸绝缘电缆和交流耐压试验条件不具备时对uo≤18kv的橡塑电缆进行直流耐压试验。 3、优化设计

准确掌握高压电缆的基本参数，设计的电缆通道走向合理、尺寸满足电缆弯曲半径；

同时结合现场实际，特别是引入设备处的技术处理，应充分考虑施工的可操作性，并减小电缆头对设备产生的机械应力。几点建

议：出线较多的高压配电室下方设计电缆夹层；与变压器连接采用共箱电缆或共箱母线；采用插拔式电缆头连接的gis开关柜下方取消柜间的混泥土隔断；多根电缆排列方向与设备接线端子或母线的排列方向应垂直。

参考文献：

1.现行国家标准《电力工程电缆设计规范gb 50217—1994》。 2.现行国家标准《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范（gbj50168-92）》。

3.现行国家标准《电气装置安装工程电气设备交接试验标准（gb50150－2006）》。

《额定电压26/35kv及以下电力电缆附件基本技术要求jb/t8144》

5．美国3 m公司、德国pfistere公司提供的35kv电缆头制作技术说明书。

6．广东省广电集团有限公司江毅、钟建灵 著 《交联电缆技术要求的新趋势及交流耐压试验的状况》

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。