电线电缆绝缘检测技术的分析

张忠贵

摘 要：电线电缆是电能的重要载体，在电力系统运输和分配电能的过程中发挥着重要的作用。基于此，文章主要针对电线电缆绝缘材料的种类以及老化原因进行研究，分析了电线电缆绝缘检测技术的方法，包括离线检测方法和在线检测方法，对在线检测方法中直流叠加法、直流分量法、在线tanr法、低频叠加法以及交流叠加法进行了深入系统的分析，并进一步阐述了影响电线电缆绝缘检测的因素以及解决办法。

关键词：电线电缆；检测技术；绝缘材料；低频叠加法

中图分类号：TM21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0044-02

前言

电线电缆是指用于电力、电气及相关传输用途的材料，电线和电缆分属两个区域，但并没有严格的界限，通常将芯数少、产品直径小、结构简单的产品称为电线，在电线外围均匀而密封地包裹一层不导电的材料，如：树脂、塑料、硅橡胶、PVC等，形成绝缘层，防止导电体与外界接触造成漏电、短路、触电等事故发生的电线叫绝缘电线。其他的称为电缆，导体截面积较大的称为大电缆，较小的称为小电缆，又称为布电缆。

1 电线电缆绝缘材料的概述

1.1 电线电缆绝缘材料的种类

通常情况下，电线电缆中的绝缘材料大致可以分为固体材料、液体材料以及气体材料三大类。固体绝缘材料又可以分为注射绝缘和挤出绝缘，运用最广泛的固体绝缘材料主要有强度高、耐热高的云母绝缘物和注塑型绝缘物，具体应用在电机、变压器、交流器等电力设备中。液体绝缘材料可分为绝缘油和纤维纸，其中，具有高电压、高耐电场、无气孔特性的油浸绝缘物在日常工作中应用最广泛，比如变压器、电容器以及OF油浸纸电缆。气体绝缘中采用的绝缘气体主要是空气和SF6，运用最广泛的气体绝缘材料是SF6，主要运用在充气变配电设备中。总而言之，不同设备、不同电压等级以及不同容量的电力设备应选择不同的绝缘材料，以满足绝缘要求。

1.2 电线电缆绝缘材料老化的原因

电线电缆绝缘材料在使用一定的年限之后，绝缘性能都会呈现出不同程度的老化，被称为“绝缘老化”，绝缘材料老化的原因多种多样，其中最具代表性的有热老化、机械老化以及电压老化三方面原因。热老化主要是指绝缘材料的内部结构在热量的不断作用下发生了化学变化，使得绝缘材料的绝缘性能逐渐下降，因此热老化又称为化学变化。通常情况下，随着温度的升高，化學反应的发生速度越快，绝缘材料内部的高分子有机材料会发生氧化反应，从而加快绝缘材料的老化速度。比如聚乙烯的氧化反应就是内部结构中的C-H键中H脱离导致的。热老化使得绝缘材料的电气和机械性能同时发生劣化，绝缘寿命减少，主体表现在材料的伸长率、拉伸强度等机械性的变化。例如，XLPE材料的拉伸率限制在一定的范围内，一般处于100%的状态时寿命终止。在固体绝缘系统生产、安装、运行的过程中，经常会因为机械应力的作用而出现机械老化的问题，进而形成微小裂缝，这些裂缝会随着时间的推移持续恶化，最终引发局部放电的问题。

电压老化是指电力设备在电场的长期作用下，系统内部发生的老化，其老化机理十分复杂，它包含一系列的物理变化和化学变化，主要有以下两种理论，第一种理论是：当绝缘材料达到一定电场时，其内部的电子数量会急剧增加，使得绝缘材料遭到击穿破坏，由于击穿破坏的原因主要是电子，因而这种理论称为“电击穿”。第二种理论是：在绝缘体上加上电压后，通过的微电流会产生焦耳热，导致材料被击穿破坏，因而这种理论称为“热击穿”[1]。

2 电线电缆绝缘检测技术的方法分析

2.1 电线电缆绝缘离线检测技术

电线电缆的离线检测技术主要通过介质损耗试验、局部放大试验、直流耐压试验、交流耐压试验来完成。在介质损耗试验中，介质损耗因素的使用通常采用介质损耗角的正切值来判断绝缘性能，但由于引起介质损耗因素变化的绝缘电缆的分散性较大，因此测量准确度并不高。局部放电的试验缺点是在进行现场的试验过程中，电磁的干扰比较大，使得试验结果并不准确。直流耐压试验的优点是电力设备轻便、准确得到伏安曲线、电压缺陷容易被发现，缺点是不适用与高压橡塑电缆。交流耐压试验主要是利用低频电压存在的直流和工频的特点进行检测，其优点是绝缘材料在被破坏击穿时不存在暂时性的高电压，使得短路电流比较小，电压和频率的输出稳定，因此现场的应用具有较大的灵活性、可靠性以及稳定性。

2.2 电线电缆绝缘在线检测技术

2.2.1 直流叠加法

直流叠加法是在直流电流相关试验的基础上发展而来，并在1977年正式开始大规模的应用。直流叠加法的运用，主要是为了检测变电所中各电线电缆接地电流的大小，具体实施办法是在所要测量的电线电缆的GPT中性接电处施加适当幅度以及欧姆的直流电源，依据串联电路电流处处相等的原理，从而计算出接地电流的具体值，因为绝缘电阻的阻值对线路的变化更加敏感，而且操作简单，测量方便，因此可以依据电压、电流、电阻三者之间的关系，将电流中的电流值换算成绝缘电阻的阻值。在测量过程中，可以通过变换正负电压的测量顺序，来消除地下电缆与地下矿物质发生的反应。

在进行电线电缆的测量工作中运用直流叠加法，虽然可以使测量工作更加方便、快捷，但也存在着不可避免的缺点，以线路中直流电压的测量工作来说，因为电压与内部的电流和电阻具有非常密切的关系，一旦内部电流或者电阻发生变化，电压的测量结果就与实际结果之间存在误差，而线路在运行过程中，电流和电阻的微观变化是不可避免的。另外，通常情况下电缆中的直流电压是经过接地电压的叠加而产生的，如果接地电压的连接方式出现问题，就会产生零序电压，导致整个线路出现故障，无法正常运行[2]。

2.2.2 直流分量法

在直流分量方法使用过程中，为了更好地判断电缆绝缘性能的老化程度，可以在电缆内水树枝结构附近施加一个适当幅度的交流电压，线路运行一段时间之后，电缆线路内就会产生直流电流，并利用水树枝自动整流的作用，对直流电流的大小进行测量，通过测量结果可以判断出线路绝缘性能的老化程度。电缆内水树枝的整流结构主要是可以对施加的交流电压的电流值进行有效控制，把形成的电流差值看做一个微弱的直流电流，保证该方法的顺利实施。endprint

直流分量法相比于直流叠加法，其操作更加的简便，不需要设置额外的电源就可以直接进行电缆绝缘性能的测量工作。其缺点主要是由于直流分量电流比较小，因此在测量过程中容易混入其他的杂散电流，对其造成干扰，影响测量结果。除此之外，电缆端部的电阻值在被脏污覆盖或者被雨水淋时会增大，造成较大的测量误差，因此，必须要对电缆端部进行定期的清洁，并且尽量选择在晴朗的天气中测量，保障电阻处于正常状态中。

2.2.3 在线tanr法

在线tanr在运用过程中，对电缆内的额定电压以及运行频率的测量来说，其测量结果在线路运行过程中比停电时测量的结果更加接近真实值，主要是由于线路在运行过程中，其产生的电流、电阻处于恒定的状态下，可以准确测量电流、电压的值，来推算出准确的电压值，而停电时，只能对电缆的局部电压进行测量，其测量结果会受到外部条件的限制，测量结果出现偏差。在线tanr法在测量线路内的电压、电阻值过程中，主要有时域测量法和频域测量法两种方法，时域测量法主要运用相位差法进行有效测量，具体方法为：在一段时间内测量线路内的电压、电阻值，并准确记录具体时间以及具体数值，一段时间之后，进行二次测量，并记录时间和数值，通过计算两者的时间差以及数值差，来推算相位值。这种方法的不足之处主要体现在过零比较器零点漂移的变化以及电磁波的干扰对具体时刻的确定影响较大。频域测量法的运行原理与时域测量法截然不同，主要是将运行过程中的电流、电阻值转换为适当频率下的数字化信号，然后依据数字化信号的测量办法对其进行准确测量，然后再转换为实际的电流值和电阻值。

2.2.4 低频叠加法

低频叠加法的运用，主要是为了测量线路内绝缘电阻的具体数值，通过在电缆线上施加额定数值的低频电压，依据串联电路内电流处处相等的原理，从而得出低频电流的准确值，最终根据电压和电流的具体数值，推算出绝缘电阻的大小。在上述低频电压的选择上还需要依据线路在运行过程中的频率与电流分量的具体数值，来进行恰当的选择。同时，大量的试验结果显示，采用的20V的电压幅值产生的电流相应值不会对电网的负载造成较大的影响。

在水树枝引起的电缆绝缘老化检测过程中，經常会用到低频叠加法，该方法可以有效检测出交流电的损失以及劣化程度。但在检测工程中，必须让电缆端部时刻保持着工作状态，例如，在很多电场端部中都装有应力环，即使电缆的绝缘能力处于正常状态，其电流的损失量也会比较严重，如果在检测过程中，只根据检测的信号进行电缆绝缘性能的判断，那么极有可能做出“绝缘不良”的误判断。

在低压配电网在线绝缘检测过程中可以采用低频叠加法，其基本原理是将该方法运用到中性点不接地的低压IT型配电网中，不仅可以实现对绝缘电阻大小的测量，还可以将配电网中的由于电容性泄露的电流分离出来，体现出较强的优越性。根据对电缆绝缘劣化的机理总结可知，电缆对地的绝缘程度往往受绝缘装置电阻数值影响，如果在电缆的工作环境加入工频交流电压，会导致电缆的对地分布电容出现电流泄露现象，这对于低压配电网而言，电流泄露的几率并不大，但是一旦电缆线路较长时，电流的泄露会引起严重的后果，一方面，它会影响电缆中电流测量的准确度，另一方面，在自动跟踪补偿性的漏电保护系统中，由于电流的测量精度要求更高，导致其无法有效运行。

2.2.5 交流叠加法

在交流叠加法实施过程中，主要将频率为工率2倍，外加1Hz的交流电压叠加到电缆的屏蔽层内，该交流电压的大小为50v，根据1Hz产生的劣化电流信息，可以将电缆的老化程度进行判断。通过实验研究发现，在对老化的电缆屏蔽层施加不同频率的交流电压时，并将电压频率调至100Hz，此时电缆中会产生较大的特征电流，为后续检测工作提供基础。该方式的主要优点在于检测精度高，并具有较强的抗干扰能力。另外，由于交流叠加法在检测过程中不会与高压电缆部分直接接触，因此在操作过程中比较简单，甚至可以做成便携式的检测设备。

3 影响电线电缆绝缘检测的因素以及解决办法

3.1 绝缘电阻的温度

在进行电线电缆绝缘检测过程中，随着温度的不断提升，绝缘电阻的阻值会快速下降，主要是由于伴随着温度的上升，绝缘材料内部存在的离散杂质离子获取的能量会逐渐增加，导致它的运行效率增加，促使电缆中的电流增加，因而绝缘电阻会减小。因此，温度对于电线电缆绝缘检测结果有比较大的影响，在进行测量过程中，只有保证温度的平衡，才能得到比较准确的测量数据。

3.2 读取数据的时间

在进行电线电缆绝缘检测过程中，读取数据的时间长短直接影响着检测结果的准确程度。通常情况下，读取数据的时间越长，检测数值的偏差会越大。因此，为了保持绝缘电阻阻值的稳定性，得到准确的检测数据，充电的时间一定要充裕，保持在1-5分钟内，读取数据的时间在1分钟左右为宜。

4 结束语

在电线电缆绝缘性能检测方法中，基于差额法的绝缘在线检测技术应用也比较广泛。其原理是通过对劣化的电缆施加两个频率相近的正弦电压，对其产生的电流信号进行测量，从而得出电线电缆的绝缘老化程度。通常情况下，在存在水树枝劣化的电缆中，产生的电流信号会呈现非线性的变化特征，不利于后续的电缆绝缘性能的检测工作。

参考文献：

[1]赵娟娟.电力电缆绝缘在线检测技术的发展[J].山东工业技术，2016，10：176.

[2]唐鹏.电线电缆绝缘检测技术的研究[J].民营科技，2017，03：30.

[3]李柰.电线电缆若干新绝缘材料的应用[J].科技创新与应用，2013（24）：291.endprint