高压电缆头故障的防治对策

刘军

【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，沒有芯线轴向的电场（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。