水對(duì)電纜中間接頭損壞機(jī)理及原因分析

王永維

【摘 要】當(dāng)今日益重視供電可靠率，電纜芯里進(jìn)水，按常規(guī)技術(shù)方法做中間接頭，附件在很短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)故障。本文分析了電纜導(dǎo)體進(jìn)水的原因，以及水分對(duì)電纜中間接頭損壞的兩種現(xiàn)象。指出工程實(shí)際中水的擴(kuò)散、滲透現(xiàn)象是接頭附件在很短時(shí)間內(nèi)損壞的最主要原因，并提出了改進(jìn)方法。

【關(guān)鍵詞】電纜；進(jìn)水；損壞；措施

1.電纜芯進(jìn)水原因

針對(duì)電纜芯進(jìn)水問(wèn)題，有的廠家生產(chǎn)阻水型電纜或不斷研制新型的阻水材料，目的是盡量降低進(jìn)水對(duì)電纜的影響。對(duì)電纜來(lái)說(shuō)，由于技術(shù)及成本的原因，以及水極強(qiáng)的滲透性，一旦電纜芯進(jìn)水，除非在進(jìn)水部位及時(shí)切割掉，否則很難阻止水的縱向流動(dòng)。電纜芯進(jìn)水的原因較多，主要有下列幾種情況。

（1）在交聯(lián)工序生產(chǎn)過(guò)程中，由于電纜阻水接頭未處理好等原因?qū)?dǎo)致交聯(lián)絕緣線芯進(jìn)水。

（2）電纜運(yùn)行時(shí)，發(fā)生中間接頭擊穿等故障時(shí)，電纜井中的積水便會(huì)沿著缺口進(jìn)入到電纜；在道路、施工開(kāi)挖中，外力損壞電纜，導(dǎo)致進(jìn)水。

（3）非整筒電纜在封帽不嚴(yán)或沒(méi)有封帽情況下，電纜長(zhǎng)時(shí)間處在日曬雨林中。

（4）敷設(shè)時(shí)，封帽不嚴(yán)或沒(méi)有封帽的電纜頭有時(shí)浸在水中，使水進(jìn)入電纜。

（5）拖放電纜時(shí)，電纜頭熱縮防水套開(kāi)裂而引起。

（6）電纜敷設(shè)后，未及時(shí)進(jìn)行電纜頭制作，使未經(jīng)密封處理的電纜端口長(zhǎng)期暴露在空氣中，甚至浸在水中，使水汽大量進(jìn)入電纜。

（7）中間接頭制作時(shí)，工作人員的大意，使電纜端頭滑入到有積水的電纜井中。

2.理論分析

電纜接頭的電場(chǎng)是一個(gè)畸變電場(chǎng)，在電纜接頭線芯和屏蔽層的切斷處，會(huì)產(chǎn)生電應(yīng)力集中現(xiàn)象，電場(chǎng)強(qiáng)度最大，是整個(gè)接頭的薄弱環(huán)節(jié)。高壓電纜附件安裝時(shí)的環(huán)境條件要求較嚴(yán)，不同廠家對(duì)于濕度、潔凈度等要求皆近乎苛刻，尤其是對(duì)主絕緣與錐接觸的表面處理十分嚴(yán)格：使用非金屬顆粒砂制打磨，打磨后用無(wú)水乙醇或丙酮清洗干凈，在強(qiáng)光下觀察結(jié)果為光滑的情況下才能安裝附件。如果其表面不光滑或混入雜質(zhì)，將使此處的電場(chǎng)發(fā)生畸變，使得電力線集中，當(dāng)畸變引起電場(chǎng)強(qiáng)度超出3kV/mm的允許值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致局部發(fā)生放電。

2.1電纜中間接頭結(jié)構(gòu)

中間接頭附件主要有主絕緣體，內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層，外半導(dǎo)電屏蔽層等主要部分。對(duì)電力電纜來(lái)說(shuō)，導(dǎo)體線芯與絕緣層、絕緣層與金屬屏蔽層之間的半導(dǎo)電屏蔽層，分別稱為內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽層。電力電纜生產(chǎn)過(guò)程中，由于制造工藝的原因，不可避免地在導(dǎo)體的外表面存在尖端或突起，這些尖端或突起處的電場(chǎng)非常高，將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體尖端或突起處絕緣的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低。同時(shí)，絕緣的外表面和金屬屏蔽之間不可避免地存在空氣間隙，在電場(chǎng)作用下會(huì)引發(fā)間隙放電。半導(dǎo)電屏蔽層主要為了緩和電纜內(nèi)、外部的電場(chǎng)集中，改善絕緣層內(nèi)、外表面電場(chǎng)應(yīng)力分布，提高電纜的電氣強(qiáng)度。附件安裝時(shí)，附件內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層與壓接管及一部分電纜主絕緣接觸，附件外半導(dǎo)電屏蔽層一部分直接與電纜絕緣屏蔽層導(dǎo)通，另一部分與電纜主絕緣接觸。附件主絕緣體把內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽層絕緣。電纜主絕緣體與連接管間有一個(gè)縫隙，一旦電纜導(dǎo)體進(jìn)水，纜芯內(nèi)的水分會(huì)從縫隙口流出到附件內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層，水分含有金屬等雜質(zhì)。這種含有金屬雜質(zhì)的水分使附件絕緣產(chǎn)生水樹(shù)現(xiàn)象而擊穿及水的滲透、擴(kuò)散性現(xiàn)象導(dǎo)致的擊穿。

2.2水樹(shù)枝現(xiàn)象的損壞

水樹(shù)枝是在電場(chǎng)和水的共同作用下，絕緣材料中發(fā)生的一種老化現(xiàn)象，有蝴蝶結(jié)樹(shù)與排氣樹(shù)兩種類型。排氣樹(shù)生長(zhǎng)在絕緣表面，蝴蝶結(jié)樹(shù)生長(zhǎng)在絕緣體內(nèi)，對(duì)電纜而言，排氣樹(shù)比蝴蝶結(jié)樹(shù)具更大危害性。水樹(shù)的產(chǎn)生，將會(huì)造成絕緣介質(zhì)損耗增加，降低絕緣電阻及絕緣擊穿電壓，濕度越高，溫度越高，電壓越高，水中所含離子越多，則水樹(shù)發(fā)展越快，絕緣老化速度就越快，將導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短。正因?yàn)樗畼?shù)枝對(duì)電纜的損壞作用，有資料介紹，國(guó)外在水樹(shù)形成機(jī)理作了大量的研究，并開(kāi)發(fā)出一系列抗水樹(shù)的電纜絕緣材料。我國(guó)對(duì)水樹(shù)的抑制方法也進(jìn)行過(guò)研究，但仍有很長(zhǎng)的路要走。

2.3水的擴(kuò)散、滲透現(xiàn)象損壞

伴隨水樹(shù)的生長(zhǎng)，很多時(shí)候會(huì)在尖端由水樹(shù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為電樹(shù)結(jié)構(gòu)。一旦電樹(shù)形成，可能造成電纜絕緣在短期內(nèi)被擊穿。根據(jù)資料提供的數(shù)據(jù)，50Hz頻率時(shí)，10kV電纜導(dǎo)體芯內(nèi)有水時(shí)，在其它正常運(yùn)行下，因?yàn)樗畼?shù)的發(fā)展導(dǎo)致的擊穿至少要8年，并且擊穿概率不足10%。很多工程實(shí)際中，電纜芯內(nèi)有水，中間接頭附件會(huì)在不長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)擊穿損壞。針對(duì)這種現(xiàn)象，依作者看，纜芯進(jìn)水后，中間接頭附件擊穿不是水樹(shù)老化現(xiàn)象原因引起，水的擴(kuò)散、滲透現(xiàn)象是最主要的原因。水的滲透性、擴(kuò)散性極強(qiáng)，接頭附件內(nèi)的水會(huì)縱向向外擴(kuò)散、滲透，主要經(jīng)過(guò)導(dǎo)體連接管、附件內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層、附件主絕緣體、附件外半導(dǎo)電屏蔽層。在高電壓作用下，附件內(nèi)帶雜質(zhì)的水很容易使接頭產(chǎn)生沿面放電及閃絡(luò)放電現(xiàn)象而擊穿。同時(shí)，水在電場(chǎng)作用下，具一定的導(dǎo)電性，電壓越高，水分越多，導(dǎo)電性越強(qiáng)。這樣，中間接頭每個(gè)結(jié)構(gòu)部分通過(guò)水“導(dǎo)體”介質(zhì)而連接起來(lái)，致使運(yùn)行導(dǎo)體與地接通而放電擊穿的情況出現(xiàn)，各部分結(jié)構(gòu)“導(dǎo)通”。

3.預(yù)防措施

由以上分析，電纜芯里有水，導(dǎo)致接頭附件被擊穿，最主要的原因是水的擴(kuò)散、滲透現(xiàn)象而產(chǎn)生沿面放電、閃絡(luò)放電，以及水的導(dǎo)電連接。目前，中間接頭用冷縮附件安裝時(shí)，沒(méi)有考慮一旦電纜芯內(nèi)有積水，該如何防范。因此，必須使用一種密封防水材料，能有效防止水分流到接頭附件里，保證附件的潔凈度、干燥性。經(jīng)考證、分析，決定采用熱熔膠及熱縮管作為密封防水材料。方法是：中間接頭附件安裝時(shí)，在壓接管兩端與電纜主絕緣體接口處用密封熱熔膠緊緊的繞包、密封，套上熱縮管。然后，對(duì)熱縮管均勻加熱，熱縮管里面的熱熔膠在熱量作用下，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，液態(tài)下的熱熔膠會(huì)與熱縮管及壓接管和主絕緣體接口完全膠和在一起。冷卻后，液態(tài)的熱熔膠變?yōu)楣虘B(tài)，完全把主絕緣體和壓接管口固封起來(lái)，同時(shí)，熱縮管緊緊的包裹在外面，即使導(dǎo)體芯內(nèi)有積水，也滲漏不出來(lái)，保證了硅橡膠內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽層之間的絕緣性。密封熱熔膠和熱縮管材料為本措施使用的附加材料，目前所有中間接頭沒(méi)有這種材料。使用這些材料后，須保證壓接管與冷縮中間接頭附件內(nèi)的屏蔽層緊密接觸，以不影響其原設(shè)計(jì)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，即在采取措施堵住纜芯內(nèi)水分的同時(shí)，保證附件應(yīng)力錐連接管的壓力，防止該處電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，當(dāng)界面場(chǎng)強(qiáng)大于擊穿場(chǎng)強(qiáng)的情況下就會(huì)產(chǎn)生滑閃，電弧在電場(chǎng)作用下隨機(jī)發(fā)展，經(jīng)歷一段時(shí)間后溫度升高引起主絕緣被熱擊穿。壓接管與冷縮中間接頭附件內(nèi)的屏蔽層緊密接觸，保證不影響其原設(shè)計(jì)的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，這是難點(diǎn)及關(guān)鍵所在，必須通過(guò)實(shí)際使用檢驗(yàn)這種方法的可行性。

4.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今，社會(huì)各方面日益重視供電可靠率，電纜芯里（下轉(zhuǎn)第103頁(yè)）（上接第91頁(yè)）進(jìn)水，按常規(guī)技術(shù)方法做中間接頭，附件在很短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)故障。采取根本措施，免掉了更換電纜的大工作量及節(jié)約了時(shí)間，會(huì)更科學(xué)、更經(jīng)濟(jì)，提高了供電可靠率。采取本措施，在原附件基礎(chǔ)上只增加了兩個(gè)熱縮套及有限的熱熔膠，對(duì)一個(gè)冷縮接頭來(lái)說(shuō)，幾乎算不上成本，同時(shí)，安裝工藝簡(jiǎn)單。 [科]

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