電力電纜接頭溫度場(chǎng)分布探究分析

侯忠強(qiáng)

(內(nèi)蒙古新巴爾虎左旗電力有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021200)

電纜接頭又稱電纜頭。電纜鋪設(shè)好后，為了使其成為一個(gè)連接的線路，各段線必須連接為一個(gè)整體，這些連接點(diǎn)就稱為電纜接頭。電纜線路中間部位的電纜接頭稱為中間接頭，而線路兩末端的電纜接頭稱為終端頭。

一、電纜接頭常見(jiàn)故障

1.廠家制造原因

1）電纜本身。廠家在生產(chǎn)電纜的生產(chǎn)過(guò)程中，造成了電纜本身的缺陷，如電纜受潮、絕緣偏心、絕緣厚度不均勻等問(wèn)題，在投入使用后容易出現(xiàn)故障，造成危害。

2）電纜接頭。電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，在電纜接頭的制作過(guò)程中，如果因?yàn)橹谱鞴に嚨那啡倍斐呻娎|接頭的絕緣層間出現(xiàn)雜質(zhì)，容易出現(xiàn)單相接地等問(wèn)題。

3）電纜接地問(wèn)題。在電纜的接地系統(tǒng)中由于保護(hù)箱密封不好而引起水汽的進(jìn)入，就會(huì)造成保護(hù)器的損壞。

2.施工質(zhì)量原因

有些施工單位不注重施工細(xì)節(jié)的監(jiān)督，施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)溫度、濕度過(guò)高，在施工過(guò)程中不注意電纜的外部保護(hù)，在安裝時(shí)不嚴(yán)格按照施工的工藝規(guī)定，這些都會(huì)造成電纜的損壞，在用電過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)。

3.設(shè)計(jì)原因

因?yàn)殡娎|的設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致電纜容易受熱膨脹，不能負(fù)荷較大電流的流動(dòng)，用電過(guò)程中容易給電纜帶來(lái)破損，造成用電事故。

二、處理故障的措施

1）檢測(cè)電纜接頭局部放電，及時(shí)搶修。在電纜接頭金屬護(hù)層引出線上對(duì)電纜接頭開(kāi)展局部放電檢測(cè)，通過(guò)手機(jī)通訊網(wǎng)或者在電纜的接頭處設(shè)置一個(gè)嵌入式監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)對(duì)電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)反饋到檢測(cè)車(chē)上。

2）采用雙傳感器定向耦合脈沖測(cè)量方式能準(zhǔn)確地測(cè)量電纜接頭局部放電，為評(píng)估接頭絕緣狀況提供參考。

3）增加檢測(cè)人員的專業(yè)素養(yǎng)。對(duì)供電企業(yè)進(jìn)行電纜接頭局部放電的巡查監(jiān)測(cè)，對(duì)其進(jìn)行記錄，并對(duì)可能存在局部放電的接頭開(kāi)展進(jìn)一步的測(cè)量，以便了解所有電纜接頭的絕緣狀況，及時(shí)搶修。

4）對(duì)電纜局部放電發(fā)展情況的測(cè)量，能很好的了解接頭絕緣缺陷，避免用電事故的發(fā)生。

5）除了在緊急情況的時(shí)候?qū)﹄娎|接頭進(jìn)行搶修，在檢修的期間也要對(duì)非預(yù)警的電纜接頭進(jìn)行質(zhì)量的評(píng)估，做出評(píng)估報(bào)告，找出隱患加以解決。這樣不會(huì)影響生產(chǎn)進(jìn)度，還可以檢查接頭絕緣是否老化，判斷是否存在安全隱患。

三、電纜接頭溫度場(chǎng)分析

電纜接頭的溫度長(zhǎng)時(shí)間處于高溫的狀態(tài)，容易導(dǎo)致接頭處絕緣老化，容易造成用電事故。因此電纜質(zhì)量的高低通過(guò)分析電纜接頭的溫度變化，對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)和相應(yīng)的處理，可以排除電纜隱患。

1.接頭熱源

電纜接頭溫度升高主要是因?yàn)榫€路中的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來(lái)的，隨著流經(jīng)線路的電流增大，熱量增大，同樣的電阻增大，熱量也增大。

2.熱的傳遞

在電纜傳輸電力的過(guò)程中熱能主要向3個(gè)方向傳遞，向?qū)Ь€的雙方和絕緣層外部傳遞。而溫度由接頭處向兩端逐級(jí)遞減，分布到不同的環(huán)境當(dāng)中去，并適應(yīng)了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境溫度。3.電力及熱力網(wǎng)絡(luò)

1）電纜表層溫度和線芯溫度

電力電纜一般由導(dǎo)體、絕緣體和熱護(hù)套構(gòu)成。在電力電纜傳輸電能的過(guò)程中，不僅有導(dǎo)體通過(guò)電流發(fā)熱，絕緣體也會(huì)在交流電壓的作用下產(chǎn)生一定的熱量。而電纜的線芯溫度會(huì)隨著電纜負(fù)荷的增大而增大，如果高于線芯所能承受的溫度，會(huì)加速電纜的絕緣老化，造成線路故障。對(duì)于復(fù)雜環(huán)境中的電纜線路，不僅要定期檢測(cè)，也可以通過(guò)監(jiān)測(cè)電纜保護(hù)套溫度來(lái)計(jì)算導(dǎo)體實(shí)時(shí)溫度，從而控制電流量。這樣能使電纜最大限度的發(fā)揮輸送能力，避免電纜的過(guò)熱損壞造成事故。

2）溫度傳感器

電信號(hào)的產(chǎn)生是在電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程中通過(guò)傳感器將溫度值轉(zhuǎn)化而來(lái)的，種類很多，由于數(shù)字溫度傳感器可以將溫度物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并通過(guò)串行通訊總線傳送給檢測(cè)微處理器，簡(jiǎn)單高效，因此在多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，多用數(shù)字溫度傳感器，但它容易產(chǎn)生誤差。

3）數(shù)據(jù)采集與無(wú)線通訊

對(duì)電纜的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集是很必要的措施，它不僅避免了因?yàn)殡娎|的用電負(fù)荷而給電纜造成了損壞，還可以對(duì)電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)維修，避免用電過(guò)程中發(fā)生故障。

四、電纜接頭的溫度監(jiān)測(cè)

1.監(jiān)測(cè)前端

電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)的硬件應(yīng)該是遵循功耗低、體積小、穩(wěn)定可靠的硬件。采用無(wú)線通信模塊用于與巡查監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)交換。

2.溫度采集器

采集器的工作原理是單片機(jī)通過(guò)測(cè)溫通道選擇電路控制溫度傳感器完成溫度的采集，由外部?jī)?chǔ)存器儲(chǔ)存所采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)。通過(guò)主控制機(jī)對(duì)采集器上發(fā)出命令，要求采集器上傳數(shù)據(jù)至主控制機(jī)，得到采集數(shù)據(jù)。

3.主控制機(jī)

主控制機(jī)主要包括通信電路、存儲(chǔ)器電路及顯示電路等。主控制機(jī)的主要任務(wù)是將采集來(lái)的溫度數(shù)據(jù)讀入并存儲(chǔ)，發(fā)送至計(jì)算機(jī)終端。主控制機(jī)在整個(gè)過(guò)程中起到了存儲(chǔ)和通信的功能，連接了溫度采集器和計(jì)算機(jī)。

4.功能

1）由主控機(jī)向下定時(shí)或不定時(shí)的檢查各現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，或向上級(jí)傳達(dá)指令，取回信息并緩存及向上轉(zhuǎn)發(fā)；

2）服從上級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)置，管理各級(jí)網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)置包括各網(wǎng)站的接入站數(shù)、站點(diǎn)、信息內(nèi)容及數(shù)據(jù)。

3）整個(gè)系統(tǒng)具有完整的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、處理、顯示及遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免安全隱患的發(fā)生。

五、電纜接頭的結(jié)構(gòu)模型

電纜接頭根據(jù)傳熱學(xué)原理，熱量由線芯傳到電纜保護(hù)套表面，并在周?chē)h(huán)境溫度的影響下形成。為了探究電力電纜接頭溫度場(chǎng)做出如下假設(shè)：

1)假設(shè)從傳熱過(guò)程達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度不隨著時(shí)間的變化而變化，溫度場(chǎng)是穩(wěn)定的；

2)電力電纜接頭為圓柱體，則橫截面就是圓面；

3)電纜線芯的導(dǎo)體溫度是均勻的；

4)電纜接頭的各種材料的結(jié)構(gòu)特性不會(huì)隨著溫度的變化而變化；

5)各層護(hù)套之間沒(méi)有空隙，忽略結(jié)構(gòu)之間的電阻。

經(jīng)過(guò)分析可得出，電力電纜接頭的溫度場(chǎng)分布轉(zhuǎn)化為含有內(nèi)熱源的三維圓柱徑向穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題。經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出，在電纜接頭發(fā)生故障時(shí)，不僅線芯的導(dǎo)體溫度與接頭表面溫度的差值很大，而且接頭不同部位的表面溫度也是有所差別的，而離線芯導(dǎo)體距離越近則溫度越高。因此溫度傳感器應(yīng)該安裝在溫度值較高的點(diǎn)上，這樣測(cè)量得出的數(shù)據(jù)會(huì)比較準(zhǔn)確。

結(jié)語(yǔ)

由于電力電纜接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在用電過(guò)程中容易發(fā)生故障問(wèn)題，建立電力電纜接頭的傳熱模型，根據(jù)電力電纜接頭溫度場(chǎng)分布，可以確定溫度傳感器的合理安裝位置。在實(shí)際操作中，可以根據(jù)電纜接頭的表面溫度較為準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電纜接頭線芯的實(shí)際運(yùn)行溫度，對(duì)電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)維護(hù)，避免安全隱患。有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，并進(jìn)行修復(fù)，提高電力電纜的運(yùn)行安全性。

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