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摘要:本文主要对电缆中的电场分布、易击穿部位进行了阐述，并根据实际事故案例，对一起电缆故障原因进行了分析。
关键词：电缆; 电场分布; 故障击穿
引言
某基地小高层箱式变电缆先后发生4次击穿故障，故障位置均在电缆中间接头位置，对电缆头电场分布绝缘特性的分析具有重要的意义。电缆头包括中间头及终端头，他们的主要作用是使电缆、电气设备构成的电气回路通畅，并保证电缆密封完好，不易受潮损坏电缆绝缘，一般情况下应具有以下性能：
（1） 线芯应对接良好，接头电阻小，能经受起故障电流的冲击；一般长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍，并应具有一定的机械强度以及一定的耐振动、耐腐蚀性能。
（2）电缆头的绝缘性能应高于电缆本体，所用绝缘材料应具有较低的介质损耗，并应有改变电场分布的措施。
1、电缆电场分布
1.1电缆绝缘层中的电场分布
电缆在运行电压的作用下，会在其周围形成基本均匀的电场分布，其强度与电压的大小和电极的形式等因素有关。电缆的长度一般比远远大于其直径。在大多数情况下，线芯和绝缘层表面具有均匀电场分布的屏蔽层。因此，单芯或分相屏蔽型圆形线芯电缆的电场均可看作同心圆柱体场。电场的电力线全是径向的，如图1所示。
电力线越密集其电场强度越大，由图1可以看出，单芯电缆绝缘层中的最大电场强度位于线芯表面上，最小电场强度位于绝缘层外表面上。
1.2、电缆头处电场分布
由于电缆头制作过程中剥除电缆的内护套、绝缘层以及半导电屏蔽层，原电缆绝缘层内部的电力线分布将发生变化，使电场发生畸变。电缆终端处电场分布比电缆本体复杂得多，电场不仅有垂直于绝缘层方向的径向分量，还有沿绝缘层方向的轴向分量。沿电缆长度方向电场分布也不均匀，比较集中在线芯、金属套端缘，在靠金属套边缘处电场强度最大，轴向电场特别强，这就造成电缆头是电缆绝缘的薄弱点。
2、电缆头应力控制
为避免电缆头击穿故障，一般应对电缆头进行电应力控制，即对电缆头处的电场分布及电场强度的控制，也就是采取适当的措施，使电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高运行的可靠性。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布，一般采用以下方法：
2.1 几何形状法
几何形状法也成为应力锥法，其实是采用应力锥缓解电场应力集中：应力锥设计是常见的方法，从电气的角度上来看也是最可靠的最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆的运行寿命。采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、冷缩式终端。
2.2 参数控制法
此种方法也称为应力管法，是采用高介电常数材料缓解电场应力集中高介电常数材料：采用应力控制层---上世纪末国外开发了适用于中压电缆附件的所谓应力控制层。其原理是采用合适的电气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs)，从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数的材料。
3一起电缆故障原因分析
李庄箱式变电站变压器容量为1250kVA,其35kV进线电缆长度约0.6km，为交联聚乙烯绝缘电缆, 2015-2016年共发生7次跳闸、其中电缆中间头击穿故障4次,采用的电缆接头采用几何形状法,严格按照产品说明书安装,且产品均在合格期,且同产品在他处应用并无类似问题,可以排除绝缘接头质量问题,击穿事故具体故障原因分析如下：
3.1 电缆选型存在的问题
电缆选型不当，据《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件第三部分：额定电压35kV电缆》（GB/T12706.3-2002）标准中规定交联聚乙烯（XLPE）导体标称截面应在（50～1000）mm2，但基地故障电缆线径为35 mm2。
3.2 电缆质量问题
电缆本身存在质量问题,在抢修过程中，发现李南线29#T接电缆存在严重质量问题，该电缆存在主绝缘偏心的问题，如表1所示。主绝缘层厚薄不均，由本文1节分析可知，电缆中电场将发生变化，某些部位电缆主绝缘将非常薄弱。对于这种电缆，如果制作过中间头，则更容易发生问题。根据《额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件》(GB/T12706.3-2008)第6.2及17.5.2条，棚户区35kV电缆截面最小值7.22mm小于标准要求，偏心度远大于标准限值，绝缘层外表面不光滑。
4小结
由上述分析可见，电缆头是电缆的薄弱环节，电缆头的电场分布决定了其将成为易受潮击穿部位，另外对于35kV交联聚乙烯（XLPE）导体标称截面应在（50～1000）mm2，不易采用电缆线径为35 mm2。在电缆安装施工中，要抽检电缆本身质量问题、严格按照标准施工，对电缆后期的安全运行具有重要的作用。
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论文作者:王森1,李青2 李杨2,李龙会2
论文发表刊物:《中国电业》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/31
标签：电缆论文; 电场论文; 应力论文; 故障论文; 屏蔽论文; 强度论文; 终端论文; 《中国电业》2019年第07期论文;