【电气分享】高压电力电缆交接实验

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一、电缆基本学问

（一） 电缆基本结构

了解电缆的基本结构、原理是中止实验的前提，是确保实验措施和数据判别精确的必备条件。不同电压等级、不同材质、不同用处的电缆种类繁多，普通电缆厂家都会随电缆附上阐明书，认真阅读阐明书是展开后绪工作的前提。

图1：单芯电缆

图2：三芯电缆

图3：高电压等级电缆

图1至图3为常见的三种结构电缆。图1、图3中给出了每一层结构的称号，图2和图1相似，只不外是三芯的。电缆结构随电压等级、用处等的不同有所区别。

电缆内部大致分为导体、半导体、绝缘体三种材质的东西。

1.第一类材质：导体

又可分为三类，第一是载流部分，位于电缆最内层，国标中定义为“电缆中具有传导电流特定功用的一个部件”。第二个可导电的是：“接地屏蔽”，或者叫“金属屏蔽”，国标中定义为“将电场限制在电缆内部和（或）维护电缆免受外界电气干扰的外包接地金属层”，需求留意的是“金属套、金属箔、编织层、铠装层及接地同心导体也可作为接地金属屏蔽”。从规范能够看出：首先，这个金属屏蔽在运转中是接地的，其次金属屏蔽并非一切电缆都有，上面图1、图2中盘绕线芯的黄色一层就是金属屏蔽，也叫铜屏蔽，是用铜带螺旋缠绕而成的，但图3更高电压等级的电缆中就没有，而用“皱纹铝护套”替代铜屏蔽。“金属屏蔽”的作用主要有三个方面的作用：一是使电场方向与绝缘半径方向相同。这个很好了解，就像平板电极。二是承担不均衡电流。作为中心线，正常状况下流过电容电流，当电缆发作毛病时，铜带作为短路毛病电流回路。三是避免轴向名义放电。电缆在良好接地环境中，由于半导电屏蔽层有一定电阻，在电缆轴向可能惹起电位散布不平均而构成电缆沿面放电，而金属屏蔽层能起到进一步均压的作用，能够消弭沿面放电。第三个可导电的是“铠装层”，它“由金属带或金属丝组成的包覆层，通常用来维护电缆不受外界的机械力作用”。这一层也不是一定会有的，它的作用就是避免外力挤压、弯折等，在不存在外力破坏的中央，好比桥架内，能够不用铠装电缆。

2.第二类材质：半导电层

包含两个部分：导体屏蔽和绝缘屏蔽，前者位于主绝缘内部，紧靠导体和绝缘名义，也称为“内屏蔽”，后者位于主绝缘外部，同样也是紧靠绝缘名义，也称为“外屏蔽”。见图1、图2、图3。内外半导电层是由PE、EPM或EVA等极性聚合物和特选的高导炭黑混成的。其作用是：平均电场避免部分放电。

3.第三类材质：“绝缘体”

首先是主绝缘，最常见的就是交联聚乙烯（XLPE），这也是交联聚乙烯电缆称号的由来，在型号称号中表示为“YJ”，其中“Y”为聚乙烯（PE），“J”表示“交联”。另外就是除了主绝缘外的其它一些“绝缘”资料，它们主要起填充、紧固、支撑、阻水、隔离等作用，包含常提到的“内衬层”、“外护套”，固然把它们列入“绝缘资料”但其实不一定是绝缘的，好比外护套为了保障接地良好会在名义覆上一层导电的石墨资料。

综合所述，我们大致能够把电缆从内到外分红以下几大层：

第一层：主导体，载流的，普通是铜或铝。

第二层：主绝缘，绝缘主要靠它。起于主导体，止于金属屏蔽（或金属护套）。

第三层：内衬层，起填充、紧固、支撑、阻水、隔离等作用。起于接地屏蔽，止于铠装层。要留意这一层不同电缆可能不同（见图3）。

第四层：外护套，主要起防护作用，好比避免进水受潮、维护铠装层不被腐蚀等。

（二） 常用电缆参数

与电缆有关的电压符号：

U0——电缆设计用的每一导体与屏蔽或护套之间的额定工频电压有效值。

这里面的“屏蔽”就是前面说的“金属屏蔽”。

U——电缆设计用的任何两个导体之间的额定工频电压有效值。能够了解为系统标称电压。

Um——电缆设计用的任何两个导体之间的最高工频电压有效值。

常见的U0/U(Um)值见下表：

表1：常用电缆的U0/U(Um)值（同样适用于电缆附件）

电缆的额定电压U0（kV）

系统标称电压U(kV)

设备最高电压Um(kV)

8.7

10、15

12、17.5

21

35

40.5

26

35

40.5

64

110

126

127

220

252

二、电缆交接实验

GB50150-2016《电气装置装置工程电气设备交接实验规范》第17部分“电力电缆线路”规则的交接实验项目共计8项，包含：

1.主绝缘及外护套绝缘电阻丈量；

2.主绝缘直流耐压实验及走漏电流丈量；

3.主绝缘交流耐压实验；

4.外护套直流耐压实验；

5.检查电缆线路两端的相位；

6.充油电缆的绝缘油实验；

7.交叉互联络统实验；

8.电力电缆线路部分放电丈量。

其中：橡塑绝缘电力电缆可按第1、3、5和8款中止实验，其中交流单芯电缆应增加第4、7款实验项目。为了表示得更分明，把实验项目列于下表：

表2：橡塑绝缘电力电缆实验项目

序号

实验项目

备注

1

主绝缘及外护套绝缘电阻丈量

一切电缆

2

主绝缘交流耐压实验

一切电缆

3

检查电缆线路两端的相位

一切电缆

4

电力电缆线路部分放电丈量

66kV及以上选做

5

外护套直流耐压实验

仅单芯电缆

6

交叉互联络统实验

仅单芯电缆

7

主绝缘直流耐压实验及走漏电流丈量

U0/U为18/30kV及以下电缆选做

其中，规范中第6项“充油电缆的绝缘油实验”仅对自容式充油电缆适用，这种类型的电缆已基本淘汰。这里说一下“橡塑电缆”即指橡胶电缆和塑料电缆，前者主要指“乙丙橡皮绝缘电力电缆”（很少见），后者指“氯乙烯绝缘”、“交联聚乙烯绝缘”（常用）电缆。

（一）绝缘电阻丈量

电缆的绝缘电阻丈量详见GB/T3048.5-2007《电线电缆电性能实验措施第5部分：绝缘电阻实验》。但是，GB/T3048.5和GB50150有所不同的是，GB50150最新版本在第17.0.2的第4款中指出“对具有统包绝缘的三芯电缆，应分别对每一相中止，其他两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层应一同接地；对分相屏蔽的三芯电缆和单芯电缆，可一相或多相同时中止，非被试相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层应一同接地。”“统包绝缘的三芯电缆”是指三相导体被主绝缘包裹在一同的三芯电缆，而分相屏蔽的三芯电缆是指每一相均有金属屏蔽的电缆（如图4），常用的三芯电缆是分相屏蔽的。关于这种电缆，GB50150指出能够三相并在一同同时丈量绝缘电阻和耐压，这是为了进步实验效率，这样做的问题是一旦实验结果分歧格，就需求每相单独再中止实验以肯定是哪相出了问题，而且对实验电源的容量请求也更高。现场实验时可依据实践中止选择。

图4：分相屏蔽的三芯电缆

GB/T3048.5-2007《电线电缆电性能实验措施第5部分：绝缘电阻实验》内容条款摘录如下。

第6.6条，“测试充电时间：为使绝缘电阻丈量值基本稳定，测试充电时间应足够充沛，不少于1min，不超越5min。”

第8.3条“重复实验时，在加电压之前应使试样短路放电，放电时间应不少于试样充电时间的4倍；如因试样有剩余电荷而构成丈量结果有明显差别时，必须先中止充沛放电。关于这类试样，无论是第一次测试或重复测试，均需充沛放电。”

另外，GB50150中还提到“橡塑电缆外护套、内衬层的绝缘电阻不应低于0.5MΩ/km”。这里外护套和内衬层在前一篇已引见过，丈量外护套绝缘电阻时，兆欧表高压端接在金属套（见图5皱纹铝护套）或铠装层（见图6不锈钢带），接地端接在外护套名义（通常是接地的），丈量内衬层绝缘电阻时，兆欧表高压端接在金属屏蔽上（如有），另一端接在金属套或铠装层上。同理，丈量主绝缘电阻时兆欧表高压端接线芯（导体），另一端接金属屏蔽或金属套和铠装层，并一同接地。

表3：绝缘电阻丈量运用的仪器

实验项目

仪器

备注

主绝缘电阻丈量

2500V兆欧表

6/6kV及以上电缆可用5000V兆欧表

外护套、内衬层绝缘电阻

500V兆欧表

图5：皱纹铝护套电缆

图6：不锈钢带铠装电缆

（二）交流耐压实验

首先要说的是，规范中给出了三种耐压实验措施，交流耐压、直流耐压、0.1HZ耐压。并做如下请求：“额定电压U0/U为18/30kV及以下电缆，当不具备条件（交流耐压）时允许用有效值为3U0的0.1HZ电压施加15min或直流耐压实验及走漏电流丈量替代交流耐压实验”。常用电缆的U0/U(Um)值（同样适用于电缆附件）见表1。

交流耐压实验，GB/T3048这个规范系列并不包含电缆的交流耐压实验，在这里面我们能够参考另一个规范DL/T474.4-2006《现场绝缘实验实施导则交流耐压实验》，在规范第5.1条交流实验电压的产生方式指出“工频高电压通常采用高压实验变压器来产生；对电容量较大的被试品，能够采用串联谐振回路产生高电压”，后半句是什么意义呢，我们先来看一组公式（规范中第6.1）：

公式1：U=I*R

公式2：P=UI=U2/R

公式3：R=1/C

公式4：P=CU2

公式1、2为电压和功率公式，公式3为电容的阻抗公式，这里要说一下的是，与绝缘资料对应的是电容参数，我们能够把电缆线芯导体看作是电容的一极，把大地（金属屏蔽、金属套、铠装）看成是另一极，电缆越长，电容就越大。公式4中为电源角频率，数值上等于2πf，关于工频电源为314。C为电缆导体对地电容，U为实验电压。从公式能够看出，当实验电压及电源频率一定，需求的实验电源功率与被试品电容成正比，也就是说电缆越长，需求的电源容量越大，而电源容量越大常常意味着实验设备体积、重量越大。

DL/T474.4-2006中给出了常见被试品电容量参考值，其中电力电缆为每米50～400pF。以某8.7/15kV型号为YJV22-3×240的三芯电缆为例，该电缆厂家给出的每公里电容量为0.373μF，工频（50HZ）交流耐压实验电压为U=2U0=2×8.7kV=17.4kV，代入规范给出的公式：

公式5：P=CU2×10-3=35.46kVA

即对该型号电缆中止工频交流耐压时，每公里需求的电源容量为35.46kVA，而我们常见的实验变压器容量为5kVA、10kVA，当实验变压器容量抵达20kVA时，就曾经十分重了。

再来看GB50150提到的“3U0的0.1HZ电压”耐压是怎样一回事，从上面的公式能够看出，在被试品电容量、实验电压一定的状况下，减小实验频率能够相应减小实验设备容量。对上面的电缆中止“3U0的0.1HZ电压”耐压，能够计算出每公里电缆所需的实验设备理论容量为0.62kVA，能够看到，所需的实验设备容量大大降低，相应的实验设备也能够做得更粗笨。

再来看直流耐压实验是怎样一回事。直流耐压实验时我们能够把电源频率看成是0HZ，即直流每秒钟振动0次，即公式5中=0，那么理论上直流耐压实验中可带的电容量为无量大，被试电缆能够无量长。

但是，GB50150指出：“橡塑绝缘电力电缆采用直流耐压存在明显缺陷：直流电压下的电场散布与交流电压下的电场散布不同，不能反映实践运转状况……这一点也得到了运转阅历的证明，一些电缆在交接实验中直流耐压实验顺利经过，但投运后不久就发作绝缘击穿事故”。

再来看谐振耐压。DL/T474.4-2006《现场绝缘实验实施导则交流耐压实验》第5.3串联谐振电路中对谐振耐压的原理、推算公式讲得很分明了，大家能够自行查阅（一看就明白），这里简单说一个问题，就是为什么普通实验变压器受容量限制不能对很长的电缆耐压，而串联谐振装置却能够呢，规范中给出了一个公式：

公式6：Qs=L/R

公式6中，为角频率，在串谐电路中为可变参数，GB50150规范请求值为20HZ～300HZ；L为串联电感，R为回路电阻。Qs为质量要素，关键就在这儿，它定义为输出电压与励磁电压之比，能够了解为“串谐回路对励磁变压器（普通变压器）的放大倍数”。在公式6中，R是很小的，那么Qs能够很大，好比50，那么经串谐放大后，理论上所能耐的电缆长度就是普通工频耐压实验变压器的50倍！但同样的问题是公式右边L的大小决议质量要素的大小，也决议了串联电抗器的重量，实践上串谐装置的串联电抗器是十分重的，为了减轻重量，常常做成多个串联运用，但依然十分重。

综上所述：

1.工频实验变压器运用简单粗笨，但能够带的电缆长度不可能太长，普通用于35kV及以下短电缆耐压（细致可用理论公式计算肯定）；

2.串联谐振装置应用范围广，电缆长度能够很长，电压也能升得很高，但重量太大，现场搬运不方便，普通用于长电缆或高电压等级（35kV以上）电缆耐压；

3.交流0.1HZ耐压是交流耐压（20HZ～300HZ）与直流耐压的折衷选择；

4.直流耐压与电缆实践运转工况不符，缺陷判别不灵活，只能做为最后的选择。

来源：输变电工程设计

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