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直埋电力电缆绝缘电阻降低故障的原因
2016-7-18 阅读(1063)
直埋电力电缆绝缘电阻降低导致电缆线路故障的现象经常发生，也是电缆用户与电缆制造厂发生质量事故纠纷zui多的项目。需要从电缆材料、电缆制造和电缆施工的角度，对电缆绝缘电阻下降的原因进行全面的解释，包括电缆材料、电缆制造、使用环境、自然条以及敷设施工等方面。主要有以下几点：
一、电缆绝缘受潮
1、电缆原材料受潮
电缆绝缘和护层所用的原材料，主要是塑料类和橡胶类材料，并由此改性衍生出许多种具有特殊功能的材料。材料制造厂在制造材料时，经过配合剂混合、混炼、造粒、冷却和烘干等过程，以及在材料运输、储存期间，往往会发生程度不等的受潮，使材料含有程度不等的潮气。因此，电缆制造厂在把材料挤包在电缆导体上之前，都要把材料进行烘干处理，挤出机组上都配有材料烘干装置，使挤出的绝缘层和护层内不会发生气泡和砂眼、表面不会起泡等缺陷。这是电缆制造厂的硬性工艺规定，否则电缆成品通不过出厂耐电压试验。
2、电缆制造过程受潮
在绝缘包装过程中，绝缘层被刮伤，造成绝缘层破洞或脱胶，绝缘线芯在冷却水槽中进水，导致绝缘电阻下降。或者在挤包护层时，发生护层被损伤而进水，使绝缘层受潮，绝缘电阻下降。当制造多芯电缆时，即使绝缘层挤包完好无损，但在绝缘线芯绞合成缆时，以及在挤包护层时也可能发生损坏而进水受潮，于是成品电缆通不过出厂耐电压试验。
3、电缆施工过程受潮
在直埋电缆施工过程中，如果电缆沟开挖、电缆埋设作业、电缆中间接头和终端接头制作不规范等，都很有可能损伤电缆护层和绝缘层。如果土壤潮湿或者电缆沟积水，一定会发生电缆进水。绝缘受潮后，使电缆绝缘表面电阻降低而表面泄漏电流增加，绝缘电阻下降，还会引起导体与绝缘层之间的电场畸变。绝缘内电场分布不均匀，会引发绝缘内部游离放电，甚至引起电缆击穿。售后服务实践证明，有95%以上的直埋电缆绝缘电阻下降事故是由施工不当引起的。
二、电缆使用环境
1、环境温度
根据介质物理学理论和工程实践，绝缘材料的电阻随温度升高而呈指数式下降，而电导则随温度降低而按指数式增大。温度升高导致绝缘电阻下降。这是由于绝缘温度升高时，材料内的分子热运动增强，使导电离子的产生和迁移数量都随之增大。电缆通电运行后，在电压的作用下，由导电离子运动所形成的传导电流增大，绝缘层温度升高，势必造成绝缘电阻下降。
实验证明，电缆绝缘材料在70℃时的绝缘电阻值只有20℃时的10％。也就是说，电缆在导体工作温度70℃时的绝缘电阻，只有在导体工作温度20℃时绝缘电阻测量值的10%。如果供电线路发生过负荷，电缆导体温度超过70℃，绝缘电阻下降会更严重。
电缆的敷设环境温度对绝缘电阻也有很大影响。在不同气候带地区（热带、亚热带、温带和寒带）测量的直埋电力电缆的绝缘电阻是不同的。在中国，虽然电缆产品标准中都规定了导体允许的长期工作温度，以确保电缆的绝缘水平，但在南方亚热带和热带地区，直埋敷设电力电缆的绝缘电阻下降数值，比在北方温带和寒带地区下降数值大得多。这就是地区气候条件不同对电工产品性能要求的重要差异。
2、环境湿度
*，电缆在制造和敷设运行过程中进水受潮，是危及电缆电气性能和使用寿命的主要因素。不论电缆制造厂还是用户，都对此非常重视。
实践经验证明，造成电缆进水受潮的主要原因如下。
1、材料纯度
如果电缆绝缘料中混入杂质，特别是金属杂质，甚至所使用的不同颜色的颜料，都会直接影响绝缘的电气性能，使绝缘电阻下降。其原因，一是绝缘层内非金属杂质在电缆受潮时，会吸收水分，形成众多的导电点；二是绝缘层内的金属杂质直接就是导电点。在导体运行温度和外部环境温度联合作用下，这些导电点在绝缘层内形成导电通道，导致绝缘电阻减小和泄露电流增大，进而导致绝缘被击穿。
2、材料受潮
如果电缆绝缘材料已受潮，在挤包在导体上之前又没有烘干，将会出现绝缘层内有大量气孔、挤出表面不光滑以及机械强度降低、甚至开裂等质量缺陷。因此，电缆厂家在挤出电缆绝缘层时，都要进行材料烘干。挤出低烟无卤料时，更要注意烘干。这些已是电缆厂家的基本工艺常识。
3、线路过负荷
实验证明，在供电线路不发生过负荷，电绝缘介质处于工作电场强度比较低的情况下，介质材料内的导电离子迁移率与电场强度大小成正比，即介质内的导电离子迁移率随电场强度的增强而增大。当电场强度比较高时，介质内的导电离子迁移率随电场强度的增强而增大的趋势，逐渐由线性关系变为指数关系。介质内的导电离子迁移率增大到一定程度时，绝缘电阻突然大幅度降低，进而发生"离子雪崩"，使绝缘层发生瞬间击穿。当电缆长期超负荷运行时，通常会发生这种故障。电缆制造厂在产品出厂前，都要按产品标准进行成品耐电压试验。电缆用户应根据线路额定电压，正确选择电缆型号，尽量避免电缆线路长期超负荷运行。
三、自然条件
1、白蚁损伤
白蚁是地下电力电缆的大敌，特别是东南亚和我国南方湿热地区，经常发生白蚁侵蚀电缆塑料护层的事故。白蚁遇到电缆时，除了啃咬之外，还会分泌出蚁酸，严重腐蚀电缆绝缘和护层，导致电缆绝缘性能下降甚至短路。因此，在电缆使用部门制定的敷设规程中，都有关于电缆线路防蚁措施的明文规定。
电缆的防蚁性能试验方法有三种，即国家标准GB2951.38和机械行业标准JB/T10696.9-2011规定的击倒法、群体发和蚁巢法防蚁试验。以往多年来，采用zui多的是群体法。但经过多年来电缆蚁害防治经验教训，击倒法和群体法试验，并不能真实地反映电缆在不同环境中的防蚁性能。于是，广东电网公司从2009年起的电力电缆招标中，规定防蚁电缆必须通过蚁巢法试验，电缆试样的被蛀蚀状况必须要达到I级水平。
2、鼠类损伤
鼠类对地下电缆的损害主要是啃咬造成的机械损伤，当电缆护层材料的硬度低于老鼠门齿的硬度时，电缆就很有可能被老鼠啃咬。世界上还没有统一的电缆防鼠试验标准，但各国都有自己制定的试验方法。我国JB/T10696.10-2011规定了大鼠啃咬试验方法。另外，由山东华能线缆有限公司牵头制定的国家标准《防鼠和防蚁电线电缆通则》，已于2016年3月19日召开了编制工作启动会，不久我国即可拥有正式的防鼠防蚁电缆产品标准。
3、霉菌损伤
早在上个世纪50年代末，有些国家就已经规定湿热带地区使用的电器产品应具有防霉性能。我国针对出口到这些地区的电线电缆，制定了相关的湿热带用电线电缆防霉性标准。在我国南方部分地区，由于各年份中气候的湿热程度、延续时间不同、地域以及电线电缆使用环境的差异，直埋电缆霉害程度也不等。
根据有关微生物霉菌繁殖研究报告，霉菌生长的主要条件是温度和湿度。适合霉菌生长的一般温度是15℃～35℃，而zui适宜的温度是25℃～30℃，当温度低于0℃或高于40℃时，霉菌实际上停止生长。适合霉菌生长的相对湿度为80%～90%，而当相对湿度超过95%时，是霉菌生长zui为旺盛的条件。因此环境温度为30℃±2℃和相对湿度大于95%时，于霉菌大量繁殖。海南岛的湿热气候正好适合于霉菌大量繁殖生长。
如果电缆表面大量生长霉菌，对电缆的性能有较大影响，会引起：电缆表面变色、起麻点、腐烂；绝缘电阻、体积电阻率、介电强度下降，引起漏电，甚至绝缘击穿；绝缘和护套材料分子发生化学降解，材料机械性能明显降低，丧失其保护作用；潮气水分进入电缆内部，引起严重的电气性能故障等。
4、雷电影响
在雷暴发生时，如果线路上使用的避雷器等品质不良或接地保护不妥，落雷会击中避雷器，使线路负荷突然增大产生过电压，导致电缆中产生过电压冲击浪涌，造成电缆绝缘击穿。在我国南方包括海南岛雷雨频繁的地区，电缆线路遭受雷击事故屡见不鲜。
四、化学腐蚀
1、敷设环境化学腐蚀
如果电缆沟内的积水或直埋土壤中含有腐蚀性成分，例如硫酸或硝酸等，电缆表面长期与这些腐蚀性物质接触，会发生严重的化学腐蚀。如果电缆护层被损坏，水分进入电缆后会左右纵向扩散。在某些地区的地下水质和土壤严重受化学污染的情况下，如果电缆路径选择不当，电缆沟构筑不良，回填物腐蚀性太大，都会使电缆绝缘和护套有机材料的分子发生化学降解而导致电缆被腐蚀现象，使电缆绝缘电阻下降，甚至丧失绝缘电阻。
2、酸雨化学腐蚀
对电缆危害严重的化学腐蚀因素，除了敷设环境的水质和土壤状况以外，还有现代酸雨的严重影响。
所谓酸雨，是由于大量燃烧化石燃料（煤炭、石油、天然气）或生物物质燃料，将酸性化合物(如二氧化硫,、二氧化碳和二氧化氮，主要是二氧化硫)排放至空气中，造成降雨中含硫酸、硝酸等酸性物质的现象。酸雨的主要成分是二氧化硫。一般认为，如果雨水的PH值小于5.6，可被认为是酸雨。形成酸雨的主要原因是工厂二氧化硫排放过量造成的。现在，世界上正在实施的"节能减碳"和"节能减排"，其目的主要是减少硫化物和碳化物的排放量，以保护清洁的大气环境。
我国已有20多个省市发生酸雨灾害，主要分布在长江以南地区。酸雨不但对农作物、森林、草原、鱼类等造成非常严重的灭绝性危害，而且对金属物品的腐蚀也相当严重，对电线电缆、铁路轨道、船舶车辆、输电线路、桥梁、房屋、机电设备等均会造成严重损害。
四川大学学报曾发表一份研究报告《酸雨作用下酸性土壤酸化过程中铜的腐蚀行为》。实验证明，酸雨会增大铜的腐蚀速率。铜的受腐蚀表面主要是氧化亚铜（Cu2O）和氧化铜（CuO）。
酸雨对直埋电缆的危害途径是：空气中的二氧化硫与雨水反应生成亚硫酸，亚硫酸被氧化成硫酸：
SO2+H2O=H2SO3
2H2SO3+O2=2H2SO4
含有硫酸的雨水，在高气温环境中，从电缆护层破损点或电缆接头处进入电缆，对绝缘层、护层和铜导体都会发生腐蚀作用。硫酸腐蚀电缆护层和绝缘层，使其分子结构发生降解而损坏，使绝缘电阻严重下降，甚至失去绝缘和保护作用。硫酸与铜反应生成蓝色的硫酸铜（CUSO4）结晶体，遇水成为蓝色硫酸铜溶液。。
CU+2H2SO4=CUSO4+SO2↑+2H2O
前几年，土壤腐蚀性大、酸雨区的重庆市某供电部门，就在电缆端部发现了蓝色液体和绝缘层损坏的现象。如果电缆外皮损坏严重，特别是在高温、高湿、强日光的季节，如果发生酸雨，或者土壤中的硫酸含量较大，电缆进水很多，这种蓝色硫酸铜溶液会迅速沿着电缆长度上扩散，直到从电缆破损处和电缆端部溢出。硫酸铜溶液可以导电，渗入绝缘层内后，更曾强了绝缘层的导电性，进而使绝缘层的电阻急剧下降，失去绝缘作用，发生电缆短路事故。
五、机械损伤
多年来的电缆产品售后服务经验证明，在用户投诉的电缆机械事故案例中，有95%以上是由电缆安装敷设不当或线路维护不善引起的。某供电部门曾经总结出以下几个方面。
1、安装损伤：安装时违反操作规程；施工人员技术不熟练；制作电缆中间接头和终端接头时不遵守施工工艺；电缆沟不符合要求；任意野蛮牵拉；电缆弯曲半径太小等等。这些都会导致发生电缆机械损伤。
2、外力损伤：在电缆敷设路径上或附近，有其他工程施工作业，而造成电缆损伤，此现象屡见不鲜。
3、车辆损伤：若电缆埋设深度不够，敷设后电缆沟覆盖保护不良，在车辆频繁行驶振动情况下，电缆频繁遭受很大压力和振动，导致电缆结构变形和损伤。
4、自然损伤：由气候过于湿热、气温过高、湿度过大、台风、地震等自然现象引起的电缆损伤，即所谓的不可抗拒力损伤。
发生机械损伤对电缆的使用寿命影响很大，尤其是在热带亚热带地区。在这些地区"高温、高湿、强光"的季节里，直埋电缆在非常苛刻的环境中工作，每时每刻都处于湿热环境中，就像在经受"湿热老化试验"。如果直埋电缆护层破损，水分潮气进入电缆，会引起绝缘电阻急剧下降。即使损伤不很严重，敷设后通电检验正常，但时间久了，也会有水分潮气进入电缆，使绝缘电阻下降。这一过程，根据敷设环境、自然条件和破坏程度不同，一般为2～12个月，就很可能发生运行故障。
以上，从电缆绝缘受潮、电缆使用环境、自然条件、化学腐蚀和机械损伤五个方面，分析介绍了直埋电力电缆绝缘电阻下降、导致发生线路运行故障的原因，并提出了一些相应的纠正措施。只有电缆材料制造厂、电缆制造厂和电缆施工既用户单位密切配合，各司其责，才能不断提高电缆质量，保证供电线路安全。
