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      直埋電力電纜絕緣電阻降低故障的原因

      人氣:發表時間:2016-10-24 16:00:08【
         直埋電力電纜絕緣電阻降低導致電纜線路故障的現象經常發生,也是電纜用戶與電纜制造廠發生質量事故糾紛最多的項目。需要從電纜材料、電纜制造和電纜施工的角度,對電纜絕緣電阻下降的原因進行全面的解釋,包括電纜材料、電纜制造、使用環境、自然條以及敷設施工等方面。主要有以下幾點:

        一、電纜絕緣受潮

        1、電纜原材料受潮
        電纜絕緣和護層所用的原材料,主要是塑料類和橡膠類材料,并由此改性衍生出許多種具有特殊功能的材料。材料制造廠在制造材料時,經過配合劑混合、混煉、造粒、冷卻和烘干等過程,以及在材料運輸、儲存期間,往往會發生程度不等的受潮,使材料含有程度不等的潮氣。因此,電纜制造廠在把材料擠包在電纜導體上之前,都要把材料進行烘干處理,擠出機組上都配有材料烘干裝置,使擠出的絕緣層和護層內不會發生氣泡和砂眼、表面不會起泡等缺陷。這是電纜制造廠的硬性工藝規定,否則電纜成品通不過出廠耐電壓試驗。

        2、電纜制造過程受潮
        在絕緣擠包過程中,絕緣層被刮傷,造成絕緣層破洞或脫膠,絕緣線芯在冷卻水槽中進水,導致絕緣電阻下降。或者在擠包護層時,發生護層被損傷而進水,使絕緣層受潮,絕緣電阻下降。當制造多芯電纜時,即使絕緣層擠包完好無損,但在絕緣線芯絞合成纜時,以及在擠包護層時也可能發生損壞而進水受潮,于是成品電纜通不過出廠耐電壓試驗。

        3、電纜施工過程受潮
        在直埋電纜施工過程中,如果電纜溝開挖、電纜埋設作業、電纜中間接頭和終端接頭制作不規范等,都很有可能損傷電纜護層和絕緣層。如果土壤潮濕或者電纜溝積水,一定會發生電纜進水。絕緣受潮后,使電纜絕緣表面電阻降低而表面泄漏電流增加,絕緣電阻下降,還會引起導體與絕緣層之間的電場畸變。絕緣內電場分布不均勻,會引發絕緣內部游離放電,甚至引起電纜擊穿。售后服務實踐證明,有95%以上的直埋電纜絕緣電阻下降事故是由施工不當引起的。

        二、電纜使用環境

        1、環境溫度

        根據介質物理學理論和工程實踐,絕緣材料的電阻隨溫度升高而呈指數式下降,而電導則隨溫度降低而按指數式增大。溫度升高導致絕緣電阻下降。這是由于絕緣溫度升高時,材料內的分子熱運動增強,使導電離子的產生和遷移數量都隨之增大。電纜通電運行后,在電壓的作用下,由導電離子運動所形成的傳導電流增大,絕緣層溫度升高,勢必造成絕緣電阻下降。
        實驗證明,電纜絕緣材料在70℃時的絕緣電阻值只有20℃時的10%。也就是說,電纜在導體工作溫度70℃時的絕緣電阻,只有在導體工作溫度20℃時絕緣電阻測量值的10%。如果供電線路發生過負荷,電纜導體溫度超過70℃,絕緣電阻下降會更嚴重。
        電纜的敷設環境溫度對絕緣電阻也有很大影響。在不同氣候帶地區(熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶)測量的直埋電力電纜的絕緣電阻是不同的。在中國,雖然電纜產品標準中都規定了導體允許的長期工作溫度,以確保電纜的絕緣水平,但在南方亞熱帶和熱帶地區,直埋敷設電力電纜的絕緣電阻下降數值,比在北方溫帶和寒帶地區下降數值大得多。這就是地區氣候條件不同對電工產品性能要求的重要差異。

        2、環境濕度
        眾所周知,電纜在制造和敷設運行過程中進水受潮,是危及電纜電氣性能和使用壽命的主要因素。不論電纜制造廠還是用戶,都對此非常重視。
        實踐經驗證明,造成電纜進水受潮的主要原因如下。
        1)材料純度
        如果電纜絕緣料中混入雜質,特別是金屬雜質,中國電線電纜網www.xianlan315.com甚至所使用的不同顏色的顏料,都會直接影響絕緣的電氣性能,使絕緣電阻下降。其原因,一是絕緣層內非金屬雜質在電纜受潮時,會吸收水分,形成眾多的導電點;二是絕緣層內的金屬雜質直接就是導電點。在導體運行溫度和外部環境溫度聯合作用下,這些導電點在絕緣層內形成導電通道,導致絕緣電阻減小和泄露電流增大,進而導致絕緣被擊穿。
        2)材料受潮
        如果電纜絕緣材料已受潮,在擠包在導體上之前又沒有烘干,將會出現絕緣層內有大量氣孔、擠出表面不光滑以及機械強度降低、甚至開裂等質量缺陷。因此,電纜廠家在擠出電纜絕緣層時,都要進行材料烘干。擠出低煙無鹵料時,更要注意烘干。這些已是電纜廠家的基本工藝常識。

        3、線路過負荷
        實驗證明,在供電線路不發生過負荷,電絕緣介質處于工作電場強度比較低的情況下,介質材料內的導電離子遷移率與電場強度大小成正比,即介質內的導電離子遷移率隨電場強度的增強而增大。當電場強度比較高時,介質內的導電離子遷移率隨電場強度的增強而增大的趨勢,逐漸由線性關系變為指數關系。介質內的導電離子遷移率增大到一定程度時,絕緣電阻突然大幅度降低,進而發?"離子雪崩",使絕緣層發生瞬間擊穿。當電纜長期超負荷運行時,通常會發生這種故障。電纜制造廠在產品出廠前,都要按產品標準進行成品耐電壓試驗。電纜用戶應根據線路額定電壓,正確選擇電纜型號,盡量避免電纜線路長期超負荷運行。

        三、自然條件

        1、白蟻損傷

        白蟻是地下電力電纜的大敵,特別是東南亞和我國南方濕熱地區,經常發生白蟻侵蝕電纜塑料護層的事故。白蟻遇到電纜時,除了啃咬之外,還會分泌出蟻酸,嚴重腐蝕電纜絕緣和護層,導致電纜絕緣性能下降甚至短路。因此,在電纜使用部門制定的敷設規程中,都有關于電纜線路防蟻措施的明文規定。
        電纜的防蟻性能試驗方法有三種,即國家標準GB2951.38和機械行業標準JB/T10696.9-2011規定的擊倒法、群體發和蟻巢法防蟻試驗。以往多年來,采用最多的是群體法。但經過多年來電纜蟻害防治經驗教訓,擊倒法和群體法試驗,并不能真實地反映電纜在不同環境中的防蟻性能。于是,廣東電網公司從2009年起的電力電纜招標中,規定防蟻電纜必須通過蟻巢法試驗,電纜試樣的被蛀蝕狀況必須要達到I級水平。

        2、鼠類損傷

        鼠類對地下電纜的損害主要是啃咬造成的機械損傷,當電纜護層材料的硬度低于老鼠門齒的硬度時,電纜就很有可能被老鼠啃咬。世界上還沒有統一的電纜防鼠試驗標準,但各國都有自己制定的試驗方法。我國JB/T10696.10-2011規定了大鼠啃咬試驗方法。另外,由山東華能線纜有限公司牽頭制定的國家標準《防鼠和防蟻電線電纜通則》,已于2016年3月19日召開了編制工作啟動會,不久我國即可擁有正式的防鼠防蟻電纜產品標準。

        3、霉菌損傷
        早在上個世紀50年代末,有些國家就已經規定濕熱帶地區使用的電器產品應具有防霉性能。我國針對出口到這些地區的電線電纜,制定了相關的濕熱帶用電線電纜防霉性標準。在我國南方部分地區,由于各年份中氣候的濕熱程度、延續時間不同、地域以及電線電纜使用環境的差異,直埋電纜霉害程度也不等。

        根據有關微生物霉菌繁殖研究報告,霉菌生長的主要條件是溫度和濕度。適合霉菌生長的一般溫度是15℃~35℃,而最適宜的溫度是25℃~30℃,當溫度低于0℃或高于40℃時,霉菌實際上停止生長。適合霉菌生長的相對濕度為80%~90%,而當相對濕度超過95%時,是霉菌生長最為旺盛的條件。因此環境溫度為30℃±2℃和相對濕度大于95%時,最適合于霉菌大量繁殖。海南島的濕熱氣候正好適合于霉菌大量繁殖生長。

        如果電纜表面大量生長霉菌,對電纜的性能有較大影響,會引起:電纜表面變色、起麻點、腐爛;絕緣電阻、體積電阻率、介電強度下降,引起漏電,甚至絕緣擊穿;絕緣和護套材料分子發生化學降解,材料機械性能明顯降低,喪失其保護作用;潮氣水分進入電纜內部,引起嚴重的電氣性能故障等。
      4、雷電影響
      在雷暴發生時,如果線路上使用的避雷器等品質不良或接地保護不妥,落雷會擊中避雷器,使線路負荷突然增大產生過電壓,導致電纜中產生過電壓沖擊浪涌,造成電纜絕緣擊穿。在我國南方包括海南島雷雨頻繁的地區,電纜線路遭受雷擊事故屢見不鮮。

        四、化學腐蝕

        1、敷設環境化學腐蝕
        如果電纜溝內的積水或直埋土壤中含有腐蝕性成分,例如硫酸或硝酸等,電纜表面長期與這些腐蝕性物質接觸,會發生嚴重的化學腐蝕。如果電纜護層被損壞,水分進入電纜后會左右縱向擴散。在某些地區的地下水質和土壤嚴重受化學污染的情況下,如果電纜路徑選擇不當,電纜溝構筑不良,回填物腐蝕性太大,都會使電纜絕緣和護套有機材料的分子發生化學降解而導致電纜被腐蝕現象,使電纜絕緣電阻下降,甚至喪失絕緣電阻。

        2、酸雨化學腐蝕
        對電纜危害嚴重的化學腐蝕因素,除了敷設環境的水質和土壤狀況以外,還有現代酸雨的嚴重影響。
        所謂酸雨,是由于大量燃燒化石燃料(煤炭、石油、天然氣)或生物物質燃料,將酸性化合物 (如二氧化硫,、二氧化碳和二氧化氮,主要是二氧化硫) 排放至空氣中,造成降雨中含硫酸、硝酸等酸性物質的現象。酸雨的主要成分是二氧化硫。一般認為,如果雨水的PH值小于5.6,可被認為是酸雨。形成酸雨的主要原因是工廠二氧化硫排放過量造成的。現在,世界上正在實施的"節能減碳"和"節能減排",其目的主要是減少硫化物和碳化物的排放量,以保護清潔的大氣環境。
        我國已有20多個省市發生酸雨災害,主要分布在長江以南地區。酸雨不但對農作物、森林、草原、魚類等造成非常嚴重的滅絕性危害,而且對金屬物品的腐蝕也相當嚴重,對電線電纜、鐵路軌道、船舶車輛、輸電線路、橋梁、房屋、機電設備等均會造成嚴重損害。
      四川大學學報曾發表一份研究報告《酸雨作用下酸性土壤酸化過程中銅的腐蝕行為》。實驗證明,酸雨會增大銅的腐蝕速率。銅的受腐蝕表面主要是氧化亞銅(Cu2O)和氧化銅 (CuO)。
        酸雨對直埋電纜的危害途徑是:空氣中的二氧化硫與雨水反應生成亞硫酸,亞硫酸被氧化成硫酸:
      SO2 + H2O = H2SO3
      2H2SO3 + O2 = 2H2SO4
        含有硫酸的雨水,在高氣溫環境中,從電纜護層破損點或電纜接頭處進入電纜,對絕緣層、護層和銅導體都會發生腐蝕作用。硫酸腐蝕電纜護層和絕緣層,使其分子結構發生降解而損壞,使絕緣電阻嚴重下降,甚至失去絕緣和保護作用。硫酸與銅反應生成藍色的硫酸銅(CUSO4)結晶體,遇水成為藍色硫酸銅溶液。。
      CU + 2H2SO4 = CUSO4 + SO2↑+ 2H2O

        前幾年,土壤腐蝕性大、酸雨重災區的重慶市某供電部門,就在電纜端部發現了藍色液體和絕緣層損壞的現象。如果電纜外皮損壞嚴重,特別是在高溫、高濕、強日光的季節,如果發生酸雨,或者土壤中的硫酸含量較大,電纜進水很多,這種藍色硫酸銅溶液會迅速沿著電纜長度上擴散,直到從電纜破損處和電纜端部溢出。硫酸銅溶液可以導電,滲入絕緣層內后,更曾強了絕緣層的導電性,進而使絕緣層的電阻急劇下降,失去絕緣作用,發生電纜短路事故。

        五、機械損傷

        多年來的電纜產品售后服務經驗證明,在用戶投訴的電纜機械事故案例中,有95%以上是由電纜安裝敷設不當或線路維護不善引起的。某供電部門曾經總結出以下幾個方面。
        1) 安裝損傷:安裝時違反操作規程;施工人員技術不熟練;制作電纜中間接頭和終端接頭時不遵守施工工藝;電纜溝不符合要求;任意野蠻牽拉;電纜彎曲半徑太小等等。這些都會導致發生電纜機械損傷。
        2) 外力損傷:在電纜敷設路徑上或附近,有其他工程施工作業,而造成電纜損傷,此現象屢見不鮮。
        3) 車輛損傷:若電纜埋設深度不夠,敷設后電纜溝覆蓋保護不良,在車輛頻繁行駛振動情況下,電纜頻繁遭受很大壓力和振動,導致電纜結構變形和損傷。
        4) 自然損傷:由氣候過于濕熱、氣溫過高、濕度過大、臺風、地震等自然現象引起的電纜損傷,即所謂的不可抗拒力損傷。
        發生機械損傷對電纜的使用壽命影響很大,尤其是在熱帶亞熱帶地區。在這些地區"高溫、高濕、強光"的季節里,直埋電纜在非常苛刻的環境中工作,每時每刻都處于濕熱環境中,就像在經受"濕熱老化試驗"。如果直埋電纜護層破損,水分潮氣進入電纜,會引起絕緣電阻急劇下降。即使損傷不很嚴重,敷設后通電檢驗正常,但時間久了,也會有水分潮氣進入電纜,使絕緣電阻下降。這一過程,根據敷設環境、自然條件和破壞程度不同,一般為2~12個月,就很可能發生運行故障。
        以上,從電纜絕緣受潮、電纜使用環境、自然條件、化學腐蝕和機械損傷五個方面,分析介紹了直埋電力電纜絕緣電阻下降、導致發生線路運行故障的原因,并提出了一些相應的糾正措施。只有電纜材料制造廠、電纜制造廠和電纜施工既用戶單位密切配合,各司其責,才能不斷提高電纜質量,保證供電線路安全。

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