电线电缆试验方法.docx

1、电线电缆试验方法绪论随着国民经济的发展，电气化、自动化日益发达，近年来我国，发电量、高等级、容量，输送距离都有巨大增长。各种特殊的用电要求不断提出，这不但对电线电缆的生产数量提出高的要求，而且对电线电缆的性能、品种也提出了多样化的要求。但有很多种类的电缆只能理论上设计出来，在实际生产中由于工艺、原材料的选择等存在问题使得生产出来的线缆达不到其性能的要求；还有一个重要的原因是：在敷设安装及长期的运行过程中也会出现一些不能满足性能要求的现象。为了能进一步普及和提高电线电缆的生产和运行水平,保证产品质量,保证电网的安全运行,满足经济发展对电线电缆提出更高更新的要求，无论是科研单位还是生产厂家必须对电

2、线电缆进行性能的检测，及时发现缺陷，进一步减少经济损失。对电线电缆的检测国内外都有标准明确的规定：最具权威是国际电工委员会IEC，国际标准委员会；不同的国家有不同的国标GB、行业标准JB、MT、SH等、地方标准。但实质是对电线电缆产品进行性能检验，生产出性能更好、更高运用到实际中。电线电缆性能的检测主要是通过试验的方法进行验证是否满足其性能的要求；试验包括：型式试验、例行试验和抽样试验。电线电缆的检测是一个世界性的课题，检测技术的发展经历了一个漫长的过程；在国外，六十年代末期英国首先研制出了世界上第一台电缆故障闪测仪。我国在七十年代初期由西安电子科技大学原西北电讯工程学院和西安供电局联合研制出

3、了我国第一台贮存示波管式电缆故障检测仪DGC711，后来又相继推出了改良型仪器。由于我国基础工业及电缆制造水平的滞后，使得电缆故障率普遍较高，反而促进了电缆测试技术在我国得到了较大的发展和突破。国内检测方面处于领先地位的上海电缆研究所和武汉高压研究所；电线电缆行业中对中低压电缆的性能检测方面相对较为完善，而在高压方面还存在不少空白，需要继续投入资金引进国内外先进设备填充这一空白。展望未来，有许多工作等待我们去做，让我们携起手来，共同努力，为发展电线电缆性能检测做出奉献。本论文主要论述35kV及以下塑力缆的性能检测，检测的试验项目包括：型式试验、例行试验和抽样试验。由于电压等级不同，故所做的试验

4、及要求也不尽相同；本文采用比照论述，把35kV及以下塑力缆的性能检测分为：13kV，6kV35kV两部分。论述的主要内容包括以下几方面：型式试验：试验所引用的标准、试验项目、试验条件、试验原理和试验结果的分析以及试验注意事项；侧重点在电气性能试验。例行试验和抽样试验：试验所引用的标准、和验项目。不同电压等级试验的异同点。卤低烟阻燃电缆试验进行专题探讨。在做本次论文过程中要求掌握35kV及以下塑力缆中的型式试验、例行试验、抽样试验包括那些方面，及其所引用的标准；能够熟练的掌握所做型式试验中的电气性能试验的试验原理，条件，试验项目，样品的处理；对于非电性能实验了解其实验内容。掌握不同电压等级电线电

5、缆试验的异同点，低烟无卤阻燃电缆试验的特殊性。第1章 型式试验1.1引言型式试验：按一般商业原则对本标准所包含的一种类型电缆在供货之前所进行的试验，以证明电缆具有能满足预期使用条件的良好性能。该试验的特点是：除非电缆材料或设计或制造工艺的改变可能改变电缆的特性，试验做过以后就不需要重做。本章主要论述35kV及以下塑力缆检测中所做型式试验的试验所引用的标准、试验项目、试验条件、试验步骤、测量原理和试验结果的分析以及试验注意事项。1.2 所引用的标准GB/T 2951.181997 电缆绝缘和护套材料通用试验方法。 GB/T 3048.132007 电线电缆冲击电压试验方法。GB/T 7354-2

6、003 局部放电测量。GB/T 3048.122007 电线电缆电性能试验方法，局部放电的测量。IEC 60885.21991电线电缆电性能试验方法。1.3 试验条件1.3.1 环境温度 除非另有规定，试验应在环境温度(2015)下进行。1.3.2 工频试验电压的频率和波形 工频试验电压的频率应在49Hz61Hz；波形基本上为正弦波，引用值为有效值。1.3.3 冲击试验电压的波形 按 GB/T 3048.13 规定,冲击波的波前时间为 1s5s，半峰值时间在 40s60s 之间，其他方面与 GB/T 16927.1 规定一致。 1.4 电气型式试验1.4.1 电气型式试验的试验项目取成品电缆试

7、样长度10m到15m，对于不同电压等级的电缆按规定的试验顺序依次进行以下试验：1.环境温度下的绝缘电阻测量； 2.正常运行时导体最高温度下绝缘电阻测量；3.4 h电压试验；4.局部放电试验；5.弯曲试验及随后的局部放电试验；6.tan测量；7.加热循环试验及随后的局部放电试验；8.冲击电压试验及随后的工频电压试验。1.4.2 环境温度下的绝缘电阻测量本试验适用于额定电压1kVUm=1.2kV、3kV及3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆。 1.步骤：(1) 该试验可在任何其他电气试验之前的试验样品上进行。试样的有效长度不下于10米，试样两端绝缘外的覆盖物应小心地剥出除。注意不得损伤绝缘外表，尽

8、可能成圈，试样端部分露出护套的长度不小于100mm，露出的绝缘外表应保持干燥和洁净。(2) 所有外护层应去掉，测试前绝缘线芯应在环境温度下的水中浸泡至少 1h 。(3) 直流测试电压应该80V 到500V 并施加足够长的时间，以到达合理稳定的测量，但不少于1min也不超过5min。(4) 接线方式：对于单芯样品：如果有金属护套，隔离层或铠装层，导体接测量极，其金属接高压极，如无金属，可采用附加电极试样外表缠绕金属丝或在金属棒上进行测量；对于多芯试样：每根试样都应进行测量，接线方式为每个导体对其余线芯与金属护套或屏蔽层或铠装层，被测线芯接测量极，其它芯与金属层接高压极。如有要求，测量可在 (20

9、1) 下进一步证实。 2.测量原理：体积电阻率由所测得的绝缘电阻通过下式求得： (1-4-1) 式中： 体积电阻率，cm；R测量得到的绝缘电阻，； L电缆长度，cm；D绝缘外径，mm；d绝缘内径，mm。“绝缘电阻常数Ki”可按以下公式计算，以Mkm表示： (1-4-2)注：对于成型导体的绝缘线芯，比值 D/d 是绝缘外表周长与导体外表周长之比。 3.要求：从测量值计算出的数值对于额定电压1kV和3kV应不小于附录表1的规定值；对于3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆应不小于附录表2的规定值。 4.绝缘电阻测试中注意问题： 影响电阻大小的因素：(1) 材料本身的原因；(2 )材料储存的原因内部含

10、有杂质时，使绝缘内部增加导电离子使其下降；(3) 结构偏离要求造成的原因偏心使绝缘电阻下降；(4) 测试技术造成的原因：保护电极的使用，测量时保护电极与测量系统的屏蔽相连接；极化电荷的影响；温度的影响；充电时间的影响。 绝缘材料的绝缘电阻率与温度和测量时所用的强度有关：绝缘材料的绝缘电阻率随温度和场强的上升而下降；含杂质较多材料，绝缘电阻率较低的材料，随温度上升而下降较多。 绝缘电阻与温度的关系至今未见到可作为标准依据的规定，只有根据经验值进行换算，得到电阻值。 1.4.3 导体最高温度下绝缘电阻测量本试验适用于额定电压1kVUm=1.2kV、3kV及3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆。 1

11、.步骤：电缆试样的绝缘线芯在试验前应浸在电缆正常运行时导体最高温度 2 的水中至少1h。直流测试电压应。80V到500V,应施加足够长的时间,以到达合理稳定的测量,但不少于1min，也不超过5min。测量应在每相导体与水之间进行。 2.测量原理：体积电阻率和(或)绝缘电阻常数，由绝缘电阻通过 1.51 所给公式计算求得。 从测量值计算出的数值对于额定电压1kV和3kV应不小于附录表1的规定值；对于3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆应不小于附录表2的规定值。 3.试验设备及原理： 1摇表兆欧表测量：测量成品电缆的绝缘电阻，电流表的读数可以直接刻成电阻值。灵敏度不高，最高只能测量到100兆欧；电

12、压等级有500、1000、2500V。在测量中应注意电压的选择，电压太低可能暴露不出绝缘的弱点，电压太高可能发生绝缘击穿。用不同的电压等级测得的绝缘电阻往往是不可比的。 2采用检流计比较法原理而设计的检测设备：测量范围1051011，测量电压为100500V。 3采用电压电流法原理而设计的检测设备：测量范围1041016，测量电压为100V、250V、500V。对于测量产品电线电缆的绝缘电阻，不需要特殊的电极，对于测量绝缘材料的体积电阻率则可以采用三电极系统。1.4.4 4 h电压试验 1.步骤： 对于额定电压1kV、3kV及3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆，试验用绝缘线芯应在试验前浸入环

13、境温度的水中至少1h。在水与导体之间施加 4U0的工频电压，电压应逐渐升高并持续4h。对于635kV中除3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆外，试验应在室温下进行，并应在试样的导体与屏蔽间施加工频电压4h；试验电压为4U0，对应于标准额定的试验电压值见下表：表1.1 标准额定电压的试验电压额定电压U0/kV68.71218试验电压 kV24354872 2.要求：绝缘应不击穿。1.4.5 局部放电试验本试验适用于额定电压635kV具有导体屏蔽和绝缘的电缆。 1.局部放电的定义及过程： 在电场的作用下，电缆绝缘的部分区域中发生短路现象称为局部方放电。局部放电发生在绝缘结构内部气隙、导体屏蔽与绝缘

14、的交界面、导体电极的边缘毛刺或绝缘与绝缘屏蔽交界面的上，但在电极之间不形成通道。局部放电发生的过程：在电压作用下，如果绝缘内部气隙中电场强度到达气体的击穿场强，气隙就开始放电。放电结果产生大量的正负离子，这些正负离子在电场作用下各自向气隙上下移动，建立反向电场，使气隙中的总电场强度下降，放电熄灭。这样的放电持续时间很短，大约为1015秒。因此放电时气隙上的电压下降几乎瞬间的。局部放电试验应按 IEC 60885-2 规定的方法进行。应在1.73Uo电压下测量局部放电量，其数值应不高于附录表2规定。试验电源的频率取接近正弦波形的工频交流4961Hz峰值与有效值之比等于，误差7%。 2.实验步骤：

15、根据试验要求进行连线，装上试验终端30kV以下不需要终端和终端内介质，然后根据检测回路和标定进行检测回路的标定，然后进行加压测量；果是在高压下标定，先加压到规定值，然后标定，再进行局部放电测量。试验回路必须到达所需要的灵敏度，试验回路的度是指存在干扰背景下仪器能检测出的最小放电量。 3.影响局部放电的因素及放电图形分析：影响局部放电特性的多种因素：主要有电压的幅值 、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境的温度及湿度和气压等，试验结果的分析见下表：表1.2 放电图形及其分析放电图特点放电部位颇为对称的图形脉冲信号静止不动或来回移动电缆绝缘内的气隙中正半周出现几个放大大的脉冲信号负半周出现一些较

16、小的放电脉冲地位导体附近的放电图形类似，但负半周出现大脉冲高压导体附近的放电在放电导体附近这些放电脉冲可以是断续的外施电压负峰值处出现幅值大约相等、彼此间隔相等的脉冲高压尖端周围的电晕外施电压正峰值处出现幅值大约相等、彼此间隔相等的脉冲低压尖端周围的电晕零点附近出现无规则的脉冲带接地噪声 4.放电量的计算：只须在试样的一端进行放电量的测试，用测得的偏转值Amm计算出放电量q(Pc)： (1-4-3)式中 ，校准电量；注入校准电量对应测量出的偏转数值；A偏转值。 5.试验注意事项：在实际中，大量的35kV和10kV级的试验用油杯终端。要注意试验的液体媒介看媒介耐压及介质损耗量是否合格，电缆的末端

17、及绝缘和屏蔽剥切质量。油杯的终端的结构长度见下表：表 1.3 油杯的终端的结构长度试验电压kV油杯的终端绝缘总长度mm电缆剥切长度mm半导电屏蔽层浸入长度mm30及以下50015020030405060025030050607070035040010015010010006007002002501.4.6 弯曲试验及随后的局部放电试验本试验适用于额定电压635kV具有导体屏蔽和绝缘的电缆。 1.弯曲试验 在室温下试样应围绕试验圆柱体(例如线盘的简体)至少绕一整圈,然后松开展直,再在相反方向上重复此过程。此操作循环应进行二次。要求见下表：表 1.4 圆柱体的直径类型圆柱体的直径单芯三芯铅套和纵包

18、金属复合带电缆25(dD)5%20(d D)5%其他类型电缆20(dD)5%15(dD)5%注：D电缆试样实测外径，按外径测量的规定测量；d导体的实测直径，；如果导体不是圆形：S标称截面，2。 2.局部放电试验：试验完成后，应在试样上进行局部放电试验，测量结果应符合1.4.5规定。1.4.7 tan测量试验 对于额定电压低于6/1012kV的电缆不需要进行tan测量。 1.额定电压6/1012kV及以上电缆的tan测量：成品电缆试样应采用下述方法之一加热，试样应放置在液体槽或烘箱中，或者在试样的金属屏蔽层或导体或两者都通电流加热。试样应加热至导体温度超过电缆正常运行时导体最高温度 5 到 10

19、。每一方法中，导体的温度或者通过测量导体电阻确定，或者用放在液体槽、烘箱内或放在屏蔽层外表上，或放在与被测电缆相同的另一根基准电缆上的测温装置进行测量。在交流电压不低于 2 kV 和上述规定温度下进行tan测量。对于35kV应在额定电压U0下进行测量。在线缆行业中一般都采用高压西林电桥发测量，其测量基本线路图见下页： 测量原理： 电桥的平衡条件： (1-4-4) 串联等值回路：； (1-4-5 并联等值回路：； (1-4-6)采用不同的电桥，tan的计算公式也不一样，所以按试验所采用测量电桥的线路，记录相应的试验数据，计算试样的tan值。 2.试验步骤： (1) 取样：长度按产品标准规定，但不

20、得小于4米不包括电缆终端，XLPE绝缘电力电缆规定样品长度不得小于10米。(2) 试样终端的制作635kV XLPE绝缘不需要加终端设备：将电缆两端绝缘线芯之外所有元件全部除去，长度大约1m左右，钢带剥离长度比外护套短0.2m左右，绝缘屏蔽比铜带短0.2m左右。(3) 回路的搭建：对于单芯电缆，线芯导体接高压端，金属或屏蔽或附加电极接测量极；分相铅包电缆或分相屏蔽电缆，依次将每一芯线导体接高压端，其它芯线相互连接并与金属套、屏蔽一起接测量端多芯依次将每一芯线导体接高压端，其它芯线相互连接不与附加电极接至测量电极。(4) 试验时温度510。(5) 加电压与调节电桥平衡：测量时电压从较低值不应超过

21、产品标准所规定的测试电压值的40%开始，缓慢平稳地升至规定电压值；然后进行电桥平衡调节，结束后先将到40%，再切断电源。 3.试验注意事项： (1) 电桥不平衡主电桥和辅助桥或保护电路： 线路和仪器不正常； 电容或损耗角正切超出电桥的量程； 标准电容器的损耗角正切大于被测试试样损耗角正切。 (2) 电桥的灵敏度：对于一般介质损耗角不大的试样，必须先调节R3再调节C4。(3) 负损耗问题周围媒介的影响。 4.加热循环试验本试验适用于635kV中具有导体屏蔽和绝缘屏蔽的电缆。 将经过上述各项试验后的试样放在试验室的地板上，并在试样导体上通以电流，加热导体直至到达稳定温度，此温度应超过电缆正常运行时

22、导体最高温度 5 到 10。 三芯电缆的加热电流应通过所有导体。加热循环应持续至少 8h ,在每一加热过程中，导体在到达规定温度后至少应维持2 h,并随即在空气中自然冷却至少3h。对于35kV在空气中至少冷却16 h。此循环应重复20次。第20个循环后，试样应进行局部放电试验并应完全符合1.4.5规定。图1高压西林电桥基本线路1.4.8 冲击电压试验及随后的电压试验 本试验适用于额定电压635kV具有导体屏蔽和绝缘的电缆。 1.试验步骤： 耐受冲击电压试验： (1) 正极性冲击电压和波形的校准。 (2) 除非产品标准另有规定外，在试样处于相应产品标准规定的试验压力和温度条件下连续10次施加正极

23、性相应的冲击电压。 (3) 然后，立即进行负极性冲击电压值和波形的校正。 (4) 在连续施加标准规定的试验压力和温度条件下连续10次施加正极性相应的耐冲击电压时，至少应分别记录第1次和第10次冲击电压波形。 (5) 在试验期间应检查环境温度和试样温度，如有需要还应包括试样的油压和气压。 2.雷电冲击电压裕度试验。 试验要求： 试验应在超过电缆正常运行时导体最高温度 5 到 10的温度下进行。按 GB/T 3048.13 规定的步骤施加冲击电压，其电压峰值列于下表。 表 1.5 冲击电压额定电压U0/kV6102030试验电压峰值/kV6075125170采用符合GB311.4第4条所规定的冲击

24、电压测量系统，包括分压器、示波器和峰值电压表或经认可符合相应标准要求的瞬态记录仪、高压引线、阻尼电阻、高频电缆及其端部匹配和接地回路，测量试验电压峰值和波形参数。对于雷电冲击电压，也可采用符合GB311.6所规定的测量球隙来测量试验电压值。 3.试验波形的测量 : (1) 雷电冲击电压波的视在波前时间T1为15s，视在半波峰值时间T2为4060s，如下图。峰值的标准规定值与实测值之间的容许偏差为3%。 (2) 操作冲击电压波峰值时间T2为2500 s ，如下图。规定值与实测值之间的容许偏差如下表：表 1.6 规定值与实测值之间的容许偏差如下表：峰值3%波前时间20%半峰值时间60% 4.试验结

25、果的分析：电缆的每一个绝缘线芯应在经受10次正极和10次负极性冲击电压不击穿。在冲击电压试验后,电缆试样的每一个绝缘线芯在室温下应经受工频电压试验 15min.试验电压见下表规定,绝缘应不发生击穿。表1.7 试验电压值3.5 U0额定电压U0/kV3.668.71218试验电压峰值/kV12.52130.54263对于额定电压13 kV中，只需对额定电压1.8/33.6kV电缆做冲击电压试验；试验电压峰值为40kV。对于额定电压3.6/67.2kV无绝缘屏蔽的电缆；其试验电压峰值为60kV。而对于没有分相屏蔽的多芯电缆，每次冲击电压应依次施加在每相导体与地之间，其它导体连接在一起并接地。 图2

26、雷电冲击电压波形 图3操作冲击电压波形 5.试验注意事项： 1冲击电压发生器应有快速的过电流保护装置，以保证试样击穿或试样端部或终端头沿其外表闪络放电或内部击穿时能迅速切断试验电压。 2试验区周围应有金属接地栅栏，进出口连锁装、信号指使灯和“高压危险”等警告牌等安全措施。 3试验区地坪应有接地极和与其连成一整体的接地网，其接地电阻应小于0.5。冲击电压发生器的测量系统和试样的接地端及穿芯加热变压器的接地端均应与地网可靠连接。 4冲击电压发生器测量系统和试样的高压端与周围接地体间应保持足够的安全距离，以防止产生空气放电。 5为防止试验过程中对地放电或击穿所产生的暂态高压损及电源系统，一般要求在冲

27、击电压试验区域内的所有供电电源均由独立的绝缘隔离变压器供电。1.4.9半导电屏蔽电阻率的测量本试验适用于635kV有导体屏蔽和绝缘屏蔽电缆的检测。挤包的导体和绝缘半导电屏蔽电阻率，应从电缆绝缘线芯上取下的试样上进行测量，绝缘线芯应分别取自刚制造好的电缆样品和按成品加热段的附加老化试验规定的材料相容性试验方法进行过老化处理的电缆样品。 1.试验步骤：1试片的两端装上电流电极，放在绝缘板上，并用加热箱在703的温度下加热2h。(2) 加热后，将试片，电流极和绝缘板原样取出，在温度232，相对湿度505%的环境条件下放置16h。(3) 放上电位电极，电极同试片接触的刀口应垂直于电流流动方向，任何一端

28、电位电极与电流电极之间距离应不小于20mm。(4) 接通电流，在充电1min后读取电流和电压读数。(5) 同一试片应重复测量两次，每次测量前应平行地略微移动电位电极的安放位置，以便尽可能均衡的测出分布在电流极之间的试片上的电压，经移动后的电极应保持之间距离不大于20mm。测量时应在电缆正常运行时导体最高温度 2 范围内进行测量。 2.试验结果的分析与计算：体积电阻率用 表示)按下式计算：(1) 导体屏蔽 (1-4-7)式中：c体积电阻率，；Rc 测量电阻率，；Lc 电位电极间距离；Dc导体屏蔽外径，；Tc 导体屏蔽平均厚度，。2绝缘屏蔽 (1-4-8)式中：i体积电阻率，；Ri测量电阻率，；L

29、i 电位电极间距离，； Di导体屏蔽外径，； Ti导体屏蔽平均厚度，。每个试样的体积电阻率： (1-4-9) 式中，v试样的体积电阻率，cm； U电压读数的平均值，V； I电流读数的平均值，A； A试样的截面积，cm2； L同试片接触的两个电位电极之间的距离。在老化前和老化后，电阻率应不超过以下数值：导体屏蔽：1000 ；绝缘屏蔽：500 。1.5.0试验顺序 1.额定电压13kV及3.6/67.2kV无绝缘屏蔽塑力缆电气型式试验的试验顺序如下： (1) 环境温度下的绝缘电阻测量； (2) 正常运行时导体最高温度下绝缘电阻测量； (3) 4 h 电压试验； (4) 额定电压 1.8/3(3.6) kV及13kV及3.6/67.2kV无绝缘屏蔽电缆应进行冲击电压试验，试验应在另外(1015)长的成品电缆试样上进行。 2.额定电压635kV有导体屏蔽和绝缘屏蔽电缆电气型式试验的试验顺序如下： 试验的正常顺序应是： (1) 局部放电试验； (2) 弯曲试验及随后的局部放电试验； (3) t