利用萬(wàn)用表確定橡塑電纜內(nèi)襯層和外護(hù)套破損進(jìn)水的原理與方法

冀北電力檢修分公司 陳習(xí)文 張金祥 胡尊張 麻震爍 金海望

0 引言

直埋橡塑電纜的外護(hù)套，特別是聚氯乙烯外護(hù)套，受地下水的長(zhǎng)期浸泡吸水后，或者受到外力破壞而未完全破損時(shí)，其絕緣電阻均有可能下降至規(guī)定值以下，因此不能僅根據(jù)絕緣電阻值降低來(lái)判斷外護(hù)套破損進(jìn)水。為此，提出了根據(jù)不同金屬在電解質(zhì)中形成原電池的原理進(jìn)行判斷的方法[1]。

1 原電池形成的原理

橡塑電纜由內(nèi)到外通常由纜芯（一般為銅）、銅屏蔽層、內(nèi)襯層（一般為聚氯乙烯PVC）、鎧甲層（一般為鍍鋅鋼）以及包在最外層的外護(hù)套組成。圖1給出了橡塑電纜內(nèi)部金屬部分的示意圖。橡塑電纜的金屬層、鎧甲層及其涂層用的材料有銅、鉛、鐵、鋅和鋁等。這些金屬的電極見(jiàn)表1。表1中各金屬電位指的都是對(duì)地的電位。

表1 某些金屬電極電位

圖1 橡塑電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

當(dāng)橡塑電纜的外護(hù)套破損并進(jìn)水后，由于地下水是電解質(zhì)，在鎧甲層得鍍鋅鋼帶上會(huì)產(chǎn)生對(duì)地-0.76V的電位，如內(nèi)襯層也破損進(jìn)水后，銅屏蔽對(duì)地產(chǎn)生0.334V的電位，因此在鍍鋅鋼帶與銅屏蔽層之間形成原電池，會(huì)產(chǎn)生0.334-（-0.76）≈1.1V的電位差，如圖2所示。

圖2 橡塑電纜原電池

2 利用萬(wàn)用表判斷橡塑電纜進(jìn)水的原理分析

當(dāng)橡塑電纜內(nèi)部并未進(jìn)水受潮，則可以利用萬(wàn)用表測(cè)得鎧甲層對(duì)地的絕緣電阻Rx，原理圖如圖3所示，從圖中可知，調(diào)換電源U的電極對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生影響，Rx的值始終為

其中R內(nèi)為萬(wàn)用表的內(nèi)阻，U1、U2分別為R內(nèi)和Rx兩端的電壓值。

圖3 萬(wàn)用表測(cè)量電阻的原理

當(dāng)橡塑電纜內(nèi)部有進(jìn)水受潮，橡塑電纜內(nèi)部的金屬即會(huì)因?yàn)樗淖饔枚纬稍姵?，此時(shí)利用萬(wàn)用表的“正”、“負(fù)”表筆輪換測(cè)量鎧甲層對(duì)地或鎧甲層對(duì)銅屏蔽的絕緣電阻，兩者測(cè)量結(jié)果有明顯差別，其原理如圖4、5所示。其中Rx為橡塑電纜進(jìn)水后鎧甲層對(duì)地的實(shí)際絕緣電阻值，應(yīng)為一個(gè)恒值。此時(shí)萬(wàn)用表測(cè)得Rx電阻用的是銅對(duì)地兩端的電壓（包括原電池的電壓），因此與實(shí)際Rx值存在正負(fù)的偏差。

圖4 原電池與萬(wàn)用表的電源極性組合相減

由圖4應(yīng)有

圖5 原電池與萬(wàn)用表的電源極性組合相加

由圖5應(yīng)有

其中U和R內(nèi)分別為萬(wàn)用表干電池提供的電壓值和萬(wàn)用表的檔位電阻，且U的值為9V左右，U附為橡塑電纜進(jìn)水形成的原電池的電壓值，小于U，R絕1和R絕2分別為“正”、“負(fù)”表筆調(diào)換后萬(wàn)用表測(cè)量的鎧甲層對(duì)地絕緣電阻值。

從上式可以得到，U附與U值越接近，R絕1和R絕2兩者的差值就越大，所以可以根據(jù)上述兩次測(cè)得的絕緣電阻值相差較大時(shí)，就可以判斷外護(hù)套和內(nèi)襯層已破損進(jìn)水。

3 實(shí)例

例1 某一500kV變電站35kV2號(hào)所用變壓器由于雷雨天氣跳閘，經(jīng)檢查排除了變壓器本身的問(wèn)題，當(dāng)對(duì)所變橡塑電纜進(jìn)行主絕緣進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其值如表2所示。

表2 電纜各相主絕緣值

表中數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上次測(cè)量值，可以斷定該電纜內(nèi)部出現(xiàn)了問(wèn)題。用萬(wàn)用表“正”、“負(fù)”表筆調(diào)換測(cè)量鎧裝層對(duì)銅屏蔽層的絕緣電阻的值分別為5Ω和53Ω,有較大差別，初步判斷電纜已破損進(jìn)水。

立即上報(bào)上級(jí)部分進(jìn)行處理，通過(guò)將電纜挖出，查找發(fā)現(xiàn)了破損點(diǎn)，電纜里有進(jìn)水的跡象，通過(guò)截?cái)啻硕坞娎|重新連接，投入運(yùn)行后，所變正常運(yùn)行。

例2 某供電局220kV交聯(lián)聚乙烯電纜（型號(hào)為YJSQ023-220、截面300mm2、長(zhǎng)度800m）進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其外護(hù)套絕緣電阻1.58MΩ/Km，后對(duì)外護(hù)套用萬(wàn)用表電阻檔的“正”、“負(fù)”表筆交換測(cè)量鎧裝層對(duì)地的絕緣電阻，測(cè)得的結(jié)果分別是 6kΩ和62kΩ，說(shuō)明外護(hù)套損傷并受潮。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了一種能較為方便地判斷橡塑電纜有無(wú)進(jìn)水的方法。由于電纜內(nèi)部進(jìn)水形成原電池的緣故，萬(wàn)用表“正”、“負(fù)”表筆調(diào)換測(cè)量使得原電池與表內(nèi)電源極性相同或相反，相同時(shí)測(cè)得的電阻值較小，相反時(shí)測(cè)得的電阻值較大。且有當(dāng)原電池電壓值與表內(nèi)電源電壓值越接近時(shí)，兩次測(cè)量結(jié)果的差值也越大。

本文闡述的原理和方法為檢修工作中判斷橡塑電纜是否進(jìn)水提供了一種行之有效的有力幫助。

[1]華北電網(wǎng)有限公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程.北京:中國(guó)電力出版社,2011.

[2]李高明,陳威.電力橡塑電纜絕緣電阻和吸收比試驗(yàn).大眾用電,2011(9)：48-50.