電纜絕緣技術的應用研究

黃 鶯，劉亭婷

四川省電力公司眉山公司，四川眉山 620010

0 引言

電氣電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開絕緣技術的支持，而絕緣技術為電氣電子技術提供安全保障。隨著社會的進步發(fā)展，高電壓、大容量、高海拔、濕熱帶和核電站都慢慢的進入人們的視野，對于電力設備運行中出現(xiàn)的高溫、高頻、航天、激光、輻射等現(xiàn)象，都對電氣設備提出了挑戰(zhàn)，因也對電氣電纜的絕緣技術也提出了更高的要求，一旦絕緣不到位，整個電氣設備都會受到傷害，輕者導致電力設備的損害，重者可能導致嚴重的經(jīng)濟損失。

1 電纜絕緣材料及絕緣老化原因分析

1.1 電纜絕緣材料

電纜的絕緣材料主要分三大類：氣體、固體、液體。氣體絕緣主要采用空氣和SF6等做為絕緣氣體。固體絕緣材料主要可分為：有機、無機兩類。液體絕緣材料主要分為：礦物絕緣油、合成絕緣油二大類。實際工作過程中，根據(jù)電氣設備電氣性能、電流、產(chǎn)生的熱量等都不一致，因此需要嚴格的按照電力設備的絕緣等級進行選擇絕緣材料。目前使用比較多的集中絕緣材料有：

1）云母絕緣物是無機固體絕緣的一種常用材料，云母絕緣物的性能，是由云母的性能來決定的，主要是擊穿電壓和擊穿強度等電氣性能；

2）油浸絕緣物是一種液體絕緣物，主要的成分有絕緣油和固體絕緣物。其中絕緣油主要是礦物油及合成油，固體絕緣物包括了絕緣紙、半合成紙、薄膜、層壓紙。其主要的特性有液體絕緣、高電壓絕緣、高耐電場、無氣孔等。

3）氣體絕緣物主要有SF6，主要特性是氣體絕緣、高耐電場、高消弧性。

另外還有一些新型的環(huán)保材料。比較典型的有以下幾種：

1）環(huán)氧酸酐型無溶劑浸漬樹脂材料。主要成分是由純環(huán)氧樹脂和酸酐組成VPI無溶劑浸漬樹脂，主要環(huán)保特性是低毒、無揮發(fā)、低溫快固化的環(huán)保型絕緣產(chǎn)品；

2）無溶劑多膠粉云母帶。這種絕緣材料的主要環(huán)保性能是適合長期儲存、低溫快固化、無溶劑揮發(fā)；

3）少膠云母帶。其主要成分是單面補強材料、高定量鱗片粉云母紙和粘合樹脂，主要環(huán)保特性是樹脂含量小，揮發(fā)性極低，基本無毒、無味、無飛粉，環(huán)境污染極小。

1.2 電纜絕緣老化的原因及表現(xiàn)

常見的老化原因有熱老化、機械老化、電壓老化等，下面對導致電纜絕緣老化的原因進行分析：

1）熱老化

熱老化通常是指熱量使得絕緣介質的化學結構發(fā)展了變化，導致其絕緣性下降。其本質是是熱量使得材料結構發(fā)生變化，這其中是在化學反應下，物體的絕緣性能發(fā)生了變化，因此熱老化也可以稱為化學老化。熱老化的發(fā)生機理是，隨著絕緣材料周圍的導熱體的熱量增加，絕緣材料的內部結構就會隨著溫度的升高就會發(fā)生氧化反應，導致了材料的內部結構發(fā)生變化，從而導致材料的電氣和機械性能都發(fā)生了變化，表現(xiàn)最明顯的現(xiàn)象是材料的伸長率、拉伸強度發(fā)生變化。

2）機械老化

電纜在生產(chǎn)、運輸、安裝、運行的過程，因為外力作用，導致電纜絕緣層局部損傷，形成機械老化。機械老化主要是針對固體絕緣而言，其主要表現(xiàn)為在機械應力作用下發(fā)生一些很細小的缺陷，而這些缺陷會隨著時間的積累，在材料的使用過程中變成一種致命傷，當外界環(huán)境突然發(fā)生變化時，之前收到損傷的部位就會表現(xiàn)出來其致命性，常見的有“電－機械擊穿”現(xiàn)象。

3）電老化

電老化是在電纜的絕緣材料長期在電流的作用下，電纜的絕緣材料會發(fā)生老化的現(xiàn)象。電纜電老化一般包括了放電引起的物理化學反應。這種絕緣擊穿的機理有：電場達到一定強度后，電子數(shù)量增多，導致絕緣材料被擊穿，這種機理是“電擊穿”，還有一種是“熱擊穿”，主要是由于導線通過電流會產(chǎn)生熱量，熱量使得材料發(fā)生擊穿破壞現(xiàn)象。

2 電纜絕緣診斷技術

電纜絕緣診斷技術就是對電纜進行絕緣性測量，通常情況包括了靜態(tài)診斷技術和動態(tài)診斷技術，靜態(tài)診斷技術是在電纜停止運行時進行的診斷技術，動態(tài)診斷技術是指在電纜工作時的診斷，這種情況也可以成為在線診斷。

2.1 靜態(tài)診斷技術

靜態(tài)診斷技術通常采用的方法有測絕緣電阻法、測直流漏電流法、測介質損耗角正切值法、電位衰減法、逆吸收電流法等。

1）測絕緣電阻法。測量絕緣電阻是最直接的判定絕緣故障的方法，其判定標準因電纜的種類、電氣性能、應用環(huán)境等有關。在民用供電線路中，絕緣電壓判定一般為：500 V電壓下，通過用兆歐表測量對地絕電阻不小于0.5M。

2）測直流漏電流法。就是通過對電流-時間曲線進行測定，曲線反映了絕緣的受潮、老化和臟污狀態(tài)。

3）測介質損耗角正切值法。它反映了絕緣老化狀況。

4）電位衰減法。這個方法就是給電纜通過一定的電壓，看電壓的衰減，因為衰減快慢與材料的老化程度有關系的。

5）逆吸收電流法。對電纜施加直流電壓后，檢測導體對屏蔽層短路時的電流。它反映絕緣介質局部缺陷、發(fā)生水樹枝等老化程度。

2.2 動態(tài)診斷技術

動態(tài)診斷技術即在線診斷技術，就是在電纜在工作時對其進行絕緣診斷。通常采用的方法是直流分量法、直流疊加法、低頻疊加法等。

1）直流分量法是在給電纜施加一定電流之后，在電纜的屏蔽層與導體之間會產(chǎn)微弱的直流電流，通過對直流電流的測量，判定電纜中樹枝化絕緣缺陷。2）直流疊加法的測量原理是通過對接地的電壓互感器中性點加直接50V直流電壓，使該直流電壓與施加電纜絕緣的交流電壓相互疊加，通過檢測電纜的屏蔽層微弱納安級直流電流，將其換算成相應的絕緣電阻。3）低頻疊加法。在電纜上面施加一個低頻電壓，通過電壓再求得一個絕緣電阻。從而能夠反映電纜的絕緣情況。

3 結論

電纜絕緣是保證眾多電氣設備安全運行的條件。本文簡單的分析了電纜絕緣材料的類型及電纜絕緣老化的原因，最后有分析了電纜絕緣的靜態(tài)診斷技術和動態(tài)診斷技術，目的是能夠通過分析能夠認識對電纜絕緣常見技術。

[1]成永紅.電力設備絕緣檢測與診斷[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]方建國.電機絕緣技術發(fā)展歷程與方向[J].絕緣材料，2011(2).

[3]張秀松.電線電纜橡塑材料的發(fā)展動態(tài)[J].電氣工業(yè)，2002(12).