交聯(lián)電纜直流電壓及泄漏電流試驗(yàn)的探討

汪 海

(無錫電纜廠有限公司，江蘇 無錫214028)

0 引言

中高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜(簡稱交聯(lián)電纜)是輸變電系統(tǒng)中的重要產(chǎn)品之一，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到國計(jì)民生。近年來，用戶對(duì)交聯(lián)電纜的安全程度越來越重視，進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)交聯(lián)電纜在敷設(shè)安裝、使用前的預(yù)防性試驗(yàn)，尤其是交聯(lián)電纜的直流電壓試驗(yàn)及泄漏電流的測試。但由于在檢測設(shè)備、試驗(yàn)方法以及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)理解上的差異，在電纜質(zhì)量的符合性方面用戶往往同電纜制造廠家發(fā)生一些爭執(zhí)。因此，如何理解標(biāo)準(zhǔn)，掌握試驗(yàn)方法，排除試驗(yàn)中的影響因素，對(duì)正確開展交聯(lián)電纜的直流電壓和泄漏電流試驗(yàn)將會(huì)起到較好的作用。

1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別

1.1 生產(chǎn)中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

交聯(lián)電纜在生產(chǎn)過程和檢驗(yàn)中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)主要是國家標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 12706—2008。交聯(lián)電纜出廠試驗(yàn)主要有工頻耐壓試驗(yàn)和局部放電試驗(yàn)，在國家標(biāo)準(zhǔn)中除例行試驗(yàn)外，還有安裝后電氣試驗(yàn)，應(yīng)在電纜和與之相配的附件安裝完成后進(jìn)行試驗(yàn)。作為交流電壓試驗(yàn)的替代，應(yīng)施加4U0直流電壓，持續(xù)15 min，不擊穿。在試驗(yàn)中沒有泄漏電流值的要求。

應(yīng)特別指出的是，直流電壓試驗(yàn)可能對(duì)被試絕緣系統(tǒng)造成損傷。建議在敷設(shè)安裝中，不要過高施加直流電壓和更多次的試驗(yàn)，這樣會(huì)對(duì)交聯(lián)絕緣造成很大的損傷，對(duì)交聯(lián)電纜的使用壽命會(huì)有很大的影響。因此，在GB/T 12706—2008中對(duì)26/35 kV的交聯(lián)電纜，取消了主絕緣直流電壓試驗(yàn)。

1.2 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

交聯(lián)電纜在敷設(shè)安裝過程中一般執(zhí)行GB 50150—2006標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)中，橡塑絕緣電力電纜試驗(yàn)允許用直流耐壓試驗(yàn)及泄漏電流測量代替交流耐壓試驗(yàn)。應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)直流耐壓試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn);橡塑絕緣電纜為Ut=4U0。

(2)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓可分4～6階段均勻升壓，每階段停留1 min，并讀取泄漏電流值。試驗(yàn)電壓升至規(guī)定值后持續(xù)15 min。其間讀取1 min和15 min時(shí)的泄漏電流。測量時(shí)應(yīng)消除雜散電流影響。

(3)泄漏電流的三相不平衡系數(shù)(最大值與最小值之比)不應(yīng)大于2;當(dāng)6/10 kV及以上電纜的泄漏電流小于20 μA和6/10 kV以下電壓等級(jí)電纜泄漏電流小于10 μA時(shí)，其不平衡系數(shù)不作規(guī)定。

(4)電纜的泄漏電流若很不穩(wěn)定，隨試驗(yàn)電壓升高急劇上升或隨試驗(yàn)時(shí)間延長有上升現(xiàn)象，電纜絕緣則可能有缺陷。應(yīng)找出缺陷部位，并予以處理。

雖然在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)泄漏電流值只做參考而不作規(guī)定，但是在敷設(shè)安裝中泄漏電流值和不平衡系數(shù)往往是決定電纜是否投入運(yùn)行的關(guān)鍵，所以正確測量泄漏電流值是非常重要的。

1.3 安裝后電氣試驗(yàn)的最新理念

長期的安裝和運(yùn)行實(shí)踐說明，直流耐壓對(duì)油紙絕緣電纜有效，而對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣不但無效，還可能有害，這已引起人們的充分重視。為了滿足交聯(lián)電纜線路的預(yù)防及交接試驗(yàn)的需要，世界各國都進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，開發(fā)新的檢測設(shè)備。其中有20～300 Hz的變頻耐壓試驗(yàn)，也有的采用0.1 Hz耐壓試驗(yàn)、紅外測溫技術(shù)等。

目前最新的理念是:(1)電力電纜是在制造廠內(nèi)完成的，產(chǎn)品質(zhì)量可由型式試驗(yàn)和工廠的質(zhì)量保證體系來保證。在制造過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)由抽樣試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，制造過程中的重大缺陷由例行試驗(yàn)檢測，因此出廠的電纜應(yīng)是合格的產(chǎn)品，電纜本體的質(zhì)量應(yīng)有保證。(2)電纜產(chǎn)品出廠以后的運(yùn)輸和敷設(shè)安裝過程中可能會(huì)受到損傷，一般多為機(jī)械性外傷，而首先是發(fā)生在外護(hù)套上。因此在新版IEC 60840中放在首位的是對(duì)外護(hù)套層的直流耐壓試驗(yàn)，用以驗(yàn)證外護(hù)套完好無損，證明對(duì)主絕緣無有害損傷。

上述的最新理念，其實(shí)也反映竣工試驗(yàn)的等效性是很復(fù)雜的，過高的試驗(yàn)電壓可能會(huì)對(duì)主絕緣產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)s短電纜系統(tǒng)的使用壽命。所以在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定“作為替代，也可施加U0，時(shí)間24 h”的交流電壓，這是一種權(quán)宜之計(jì)。但是有些新技術(shù)不一定成熟，施工現(xiàn)場很難采用，使用較多還是直流電壓試驗(yàn)及泄漏電流的測量。所以要理解標(biāo)準(zhǔn)，掌握試驗(yàn)方法，排除試驗(yàn)中的影響因素。

2 直流電壓試驗(yàn)及泄漏電流的測量

2.1 測量的目的

交聯(lián)電纜由于其電容很大，在敷設(shè)安裝現(xiàn)場進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，不可能采用大容量的工頻試驗(yàn)變壓器，故一般采用在直流電壓下測定其絕緣強(qiáng)度，以替代工頻下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)。但由于直流和工頻下?lián)舸C(jī)理不同，在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)所加的直流試驗(yàn)電壓要比工頻下的試驗(yàn)電壓高。

泄漏電流是指在高電壓下通過試品的電流。泄漏電流的試驗(yàn)與測量絕緣電阻本質(zhì)上是相同的，所不同的是施加于試樣上的直流電壓比測量絕緣電阻時(shí)更高。這樣，一方面因?yàn)樾孤╇娏鬏^大，而不需要放大器就可以直接用微安表來測定，測量結(jié)果的重復(fù)性較好;另一方面若絕緣中存在某些缺陷點(diǎn)或弱點(diǎn)，只有在較高的電場強(qiáng)度下才能暴露出來。因此，在較高的電壓下，測出泄漏電流的變化規(guī)律，可以從中判斷絕緣內(nèi)是否存在缺陷。在電力電纜中經(jīng)常將直流高壓試驗(yàn)同泄漏電流測試作為預(yù)防性試驗(yàn)的一個(gè)共同項(xiàng)目。

2.2 試驗(yàn)方法

直流電壓試驗(yàn)裝置如圖1所示。從圖1中看，交聯(lián)電纜應(yīng)與直流高壓電源及微安表串聯(lián)，當(dāng)電纜為單芯時(shí)，導(dǎo)體接高壓端，金屬套或屏蔽接地;電纜為多芯時(shí)，依次將一導(dǎo)體接高壓端，其他導(dǎo)體相互連接并與金屬套、屏蔽或鎧裝一起接地。

圖1 直流電壓試驗(yàn)裝置

在進(jìn)行直流高壓試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行泄漏電流測量時(shí)，最好要在高壓端串聯(lián)一只微安表(圖1中I處)，這時(shí)微安表處于高電位，其測得泄漏電流基本為電纜本身的泄漏值。而一般用于測量泄漏電流高壓裝置，在電源和地之間均串聯(lián)一只微安表(圖1中II處)，并直接安裝在控制面板上。這種接法為了安全和方便使用，但高壓端(包括高壓引線、保護(hù)電阻和濾波電容器等)對(duì)地的泄漏電流也會(huì)流經(jīng)微安表而造成誤差。因此，測量前必須先不接電纜，將電壓上升到測量值，這時(shí)微安表最好無讀數(shù)，如果有很小的讀數(shù)(與測量的泄漏電流比較)，可記下讀數(shù)I1，然后再接上電纜測得電流I2，則電纜的泄漏電流為I=I1－I2。如在不接電纜時(shí)，微安表的讀數(shù)很大(接近測量的泄漏電流)，則必須采取措施消除這部分泄漏電流。例如加強(qiáng)高壓端對(duì)地絕緣，高壓引線采用屏蔽線，并把屏蔽很好地接地等。

2.3 測量結(jié)果的評(píng)定

直流高壓試驗(yàn)時(shí)，電纜在施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓和持續(xù)時(shí)間內(nèi)，無任何閃絡(luò)放電，或者試驗(yàn)回路電流不隨時(shí)間而增大，則可認(rèn)為電纜通過耐受直流電壓試驗(yàn)。如果在試驗(yàn)期間內(nèi)出現(xiàn)電流急劇增加，甚至直流高壓發(fā)生器的線路開關(guān)跳閘，或試樣不可能再次耐受所規(guī)定的試驗(yàn)電壓，則可認(rèn)為電纜已擊穿。

對(duì)泄漏電流有要求的電纜，則在規(guī)定的電壓下，其泄漏電流值應(yīng)不大于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值，在讀取泄漏電流時(shí)應(yīng)在規(guī)定的電壓下停留一定的時(shí)間，以避免充電電流對(duì)測量結(jié)果的影響。應(yīng)注意的幾點(diǎn)是:

(1)微安電流表指針擺動(dòng)，可能是由于電源波動(dòng)，整流后電流電壓的脈沖系數(shù)比較大以及測試回路及電纜有充放電過程，當(dāng)擺動(dòng)幅度不大又難以消除時(shí)可以讀取其平均值作為測量結(jié)果;

(2)微安表指針突然出現(xiàn)不規(guī)則的很大沖擊，可能是由于電纜產(chǎn)生間隙性放電引起的;

(3)微安表讀數(shù)時(shí)間不斷增大，說明電纜的絕緣性能下降;

(4)多芯電纜的泄漏電流應(yīng)相對(duì)平衡，若有個(gè)別相的泄漏電流比其他相大許多，說明電纜的個(gè)別相已損傷。

3 影響泄漏電流正確讀數(shù)的因素

3.1 電纜終端的影響

電纜終端頭表面的潔凈對(duì)正確測量泄漏電流至關(guān)重要。試驗(yàn)前，必須按要求正確制作終端頭，小心剝除絕緣線芯外的所有護(hù)層，并將絕緣線芯盡可能分開，但不能將絕緣線芯彎曲過烈，以免絕緣損傷。這樣可以避免試驗(yàn)時(shí)可能造成端部放電或擊穿現(xiàn)象。

電纜終端表面應(yīng)擦試干凈，避免表面殘留油污、灰塵、水份等導(dǎo)電雜質(zhì)，以減少其泄漏電流并防止沿表面的閃絡(luò)放電。對(duì)于10 kV及以上的交聯(lián)電纜，應(yīng)仔細(xì)剝除絕緣線芯的外屏蔽層，剝除長度0.25～0.30 m，以保證不發(fā)生沿其表面閃絡(luò)放電。

3.2 溫度和濕度的影響

溫度和濕度對(duì)絕緣電阻的影響很大。溫度升高，絕緣電阻會(huì)急劇下降。同理，泄漏電流就會(huì)大幅上升。

對(duì)于不同的絕緣材料，其絕緣電阻對(duì)溫度的靈敏性也是不同的，而交聯(lián)電纜絕緣電阻隨溫度的變化則較為平穩(wěn)，但對(duì)泄漏電流值還是會(huì)有一定的影響。

4 結(jié)束語

在直流高壓試驗(yàn)及泄漏電流測試中，應(yīng)正確理解標(biāo)準(zhǔn)，掌握正確的試驗(yàn)方法，排除溫度、濕度、雜質(zhì)等其它因素，特別是電纜終端處理造成試品本身以外泄漏電流的影響，是有效開展試驗(yàn)工作的關(guān)鍵。這對(duì)于正確判斷交聯(lián)電纜的品質(zhì)，保證在敷設(shè)和使用中的安全起著重要作用。

［1］GB/T 12706—2008 額定電壓1 kV到35 kV擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［2］GB 50150—2006 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］陸 洲.煤礦用電力電纜直流電壓及泄漏電流試驗(yàn)的探討［J］.煤礦安全，2005(3):45-46.