低压电缆绝缘故障检测方法探析

作者：骆鸣

来源：《企业技术开发·下半月》2011年第02期

摘要：在油田生产、生活中，往往避免不了各种环境中使用电缆。由于青海油田是新老接替的油田，原老油区电缆大多年久老化。近年来随着气田、新油区的快速发展，极大地刺激了油田电力电缆需求，为了保证油田正常生产，安全、可靠用电，主要把目光投向了节能变频启动的研究推广和应用，而对低压电缆这一普遍运用的电缆线路却缺乏应有的关注。文章首先论述了低压电缆绝缘故障类型及其表现形式，然后根据低压电缆故障特点，提出了绝缘电阻检测法、直流叠加检测法和交流叠加检测法。 关键词：低压电缆；绝缘故障；检测；老化

中图分类号：TM206 文献标识码：A 文章编号：1006-8937(2011)04-0110-02

随着油田用电的快速发展，对供电可靠性和用电安全性的要求在进一步的提高，电力设备绝缘状况检测技术的发展日益显得重要，新的检测设备和新的检测技术不断在推出。电线电缆是最常用的电力设备，同时也是出现绝缘故障概率最高的设备，据不完全统计，电气绝缘不良引起的事故中波及的设备有近一半与电线电缆有关。在青海油田生产和生活中，低压电缆的数量要远远大于高压电缆的数量，尤其是生产一线、管道、炼油、住宅小区等用户的需求最为直接。针对高电压等级的电缆绝缘检测技术受到了普遍的重视，但是针对低压配电网的电线电缆绝缘检测技术的研究却进展不大。文章以低压电缆的绝缘电阻检测法、直流叠加检测法和交流叠加检测法为主要研究手段，针对上述问题研究的有效补充，论述电缆绝缘状态检测方法，并判断电缆的绝缘状态以及故障的类别。

1 低压电缆绝缘故障类型及其表现形式

低压电缆内的绝缘材料在使用一定的年限以后，绝缘性能都会呈现一定程度的劣化，这被称为“绝缘老化”。绝缘材料的老化原因是多样的、复杂的，最具代表性的主要有：热老化、机械老化、电压老化等。绝缘材料老化的表现主要有绝缘电阻下降、介质损耗增大等，对老化了的绝缘材料进行显微观察，可以发现树枝状结构存在。

① 热老化。热老化指的是绝缘介质的化学结构在热量的作用下发生变化，使得绝缘性能下降的现象。热老化的本质是绝缘材料在热量的影响下发生了化学变化，所以热老化也被称为化学老化。热老化使得绝缘材料的电气和机械性能同时产生劣化，绝缘寿命减少，但是最显著的表现还是材料的伸长率、拉伸强度等机械特性的变化。

② 机械老化。机械老化是固体绝缘系统在生产、安装、运行过程中受到各种机械应力的作用发生的老化。这种老化主要是绝缘材料在机械应力作用下产生微观的缺陷，这些微小的缺陷随着时间的流逝和机械应力的持续作用慢慢恶化，形成微小裂缝并逐渐扩大，直至引起局部放电等破坏绝缘的现象，这种现象也被称为“电一机械击穿”。

③ 电老化。电老化指的是在电场长期作用下，低压电缆内的绝缘材料发生的老化。电老化机理很复杂，它包含因为绝缘击穿产生的放电引起的一系列物理和化学效应。一般可以用绝缘材料的本征击穿场强表示绝缘材料耐强电场的性能。各种高分子材料的本征击穿场强都在MV/cm的数量级。但是，实际所以中绝缘材料的绝缘击穿强度比本征击穿强度要小很多。这其中的原因是多种的，比如厚度效应、杂质的混入、制造时产生的气孔、材料的不均匀形成的凸起产生的电极效应等。总之，本征击穿强度表征的是理想情况下材料的击穿场强。

2 低压电缆绝缘故障之绝缘电阻检测法

绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特性的主要指标，它反映了线缆产品承受电击穿或热击穿能力的大小，与绝缘的介质损耗以及绝缘材料在工作状态下的逐步劣化等均存在着极为密切的关系。

测量绝缘电阻的仪表被称为兆欧表，传统的有靠手摇动产生电压的摇表，随着数字技术的发展，出现了各种性能优良数字兆欧表。

对于采用多层绝缘的电力电缆而言，是测量线芯导体与屏蔽层之间的绝缘电阻，接线方式如，测量电压在1000V以上。对于一般低压配电网各种电线而言，可以采取测量两相间或相线对地线之间的绝缘电阻的方法，测量电压为500v或者1000V，图1所示。

绝缘电阻的判定标准根据电缆种类、电压等级、应用场合等条件不同而不同，测试电压等级不同而不同。一般规定民用低压供电线路绝缘强度标准必须达到在500V电压下，绝缘电阻值不低于0.5M；对十空调回路，必须不低于1.0 M。高压10kV配电线路，每个绝缘子绝缘电阻不应小于300M。实践证明，通过测量绝缘电阻判断绝缘状况是简单有效的方法之一。

3 低压电缆绝缘故障之直流叠加检测法

该方法是从停电测试方法中直流漏电流的测试发展而来的，最早于1977年开始应用。测量电路如图2所示。从变电所接地变压器(GPT)的中性点处接入50V直流测试电源，检测电缆的屏蔽层对地的微弱电流，并换算成相应的绝缘电阻。直流叠加法对于因电缆中水树枝引起绝缘电阻的下降比较敏感，是一种原理直截且比较容易实施的方法。

值得注意的是，当测量对象是敷设在地面以下的电缆时，电缆屏蔽层金属与土壤之间因水分和矿物盐分等物质的作用存在化学电动势，这个直流的电动势会对测量结果产生影响。为了消除这种影响，可以采取先后叠加正、负电压测量的力一法。对于低压配电网(如IT型电网)而言，也可以采用直流叠加法测量各相电缆对地的漏电流，接线方式如图3所示。

4 低压电缆绝缘故障之交流叠加检测法

该方法是将频率为工频的2倍+1Hz的50v交流电压叠加到电缆的屏蔽层，以得到1Hz的劣化特征电流信息，从而判断电缆绝缘老化状况。测量原理如图4所示，检测时先断开K。试验表明，在给老化电缆屏蔽层上叠加不同频率的交流电压时，当电压频率为100Hz时，会产生一个比较大的特征电流。进一步的研究表明，该特征电流只在有水树枝老化的电缆上产生，对于新电缆并不产生特征电流，并且当叠加电压的频率为101.4Hz时，特征电流达到最大值。交流叠加法的优点在于因迭加电压检测的是已知劣化信号，即1Hz信号，故检测精度高，抗干扰能力强。此外，这种检测方法不接触到电缆高压部分，因而测量简便，并且可以做成便携式检测设备。

5 结语

文章对低压电缆绝缘故障检测方法进行了归纳和总结，给出了各种检测方法的原理，并对各种测试方法的优缺点进行了比较分析，给出了种种测试方法的适用范围，为各种低压绝缘故障的检测系统方法选择提供了各种参考方法。

参考文献：

[1]赵品明，低压电缆线路的保护[J].中国高新技术企业,2008,24:90-92

[2]李灿欣，对煤矿井下低压供电系统漏电保护漏电动作电阻值选定的探讨[J].煤矿机电,2002,(3).