電纜故障的性質與分類

1. 以故障材料特征分類

可分為串聯故障、并聯故障及復合故障三類。

（1）串聯故障

串聯故障（金屬材料缺陷）是指電纜一個或多個導體（包括鉛、鋁外皮）斷開的故障。它是廣義的電纜開路故障。因纜芯的連續性受到破壞，形成斷線或不*斷線。不*斷線尤其不容易發現。串聯故障具體可分為：一點開斷、多點開斷、一相斷線、多相斷線等。

（2）并聯故障

并聯故障（絕緣材料缺陷）是指導體對外皮或導體之間的絕緣水平下降，不能承受正常運行電壓而發生的短路故障。它是廣義的電纜短路故障。這類故障由于纜芯之間或纜芯對外皮間的絕緣破壞而形成短路、接地、閃絡擊穿等現象，在現場出現頻率較高。并聯故障具體可分為：一相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路等。

（3）復合故障

復合故障（絕緣材料、金屬材料都出現了缺陷）是指纜芯與纜芯之間的絕緣均出現故障。它包括一相斷線并接地、兩相斷線并接地、兩相短路并接地等。

2. 以故障點絕緣特征分類

根據電纜故障點絕緣電阻Rf與擊穿間隙G的情況，電纜故障又可分為開路故障、低阻故障、高阻故障、閃絡故障四大類。該分類法為現場電纜故障zuì基本的分類方法，特別有利于探測方法的選擇。

其中，間隙擊穿電壓UG的大小取決于故障點放電通道（即擊穿間隙）的距離G，絕緣電阻Rf 的大小取決于故障點電纜介質碳化程度，分布電容 Cf 的大小取決于故障點受潮程度。

（1）開路故障

電纜金屬部分的連續性受到破壞，形成斷線，且故障點的絕緣材料也受到不同程度的破壞。現場用兆歐表測其絕緣電阻Rf 為無窮大（∞），但在直流耐壓試驗時，會出現電擊穿；檢查芯線導通情況，有斷點。現場一般以一相或二相斷線并接地的形式出現。

（2）低阻故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現接地故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻Rf小于10Z0（Z0為電纜的波阻抗，一般取10～40Ω之間）。現場一般低壓動力電纜和控制電纜出現低阻故障的幾率較高。

（3）高阻故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現接地故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻Rf 大于10Z0，在直流高壓脈沖試驗時，會出現電擊穿。高阻故障是高壓動力電纜（6KV或10KV電力電纜）出現幾率zuì高的電纜故障，可達總故障的80%以上。

現場實測時，筆者一般取Rf =3KΩ為劃分高阻與低阻故障的界線。因為Rf =3KΩ時，恰好能得到回線法電橋jīng確測量所必需的10～50mA的測量電流。

WDZ-HYAT53電纜，全塑通信電纜（4）閃絡故障

電纜絕緣材料受到損傷，出現閃絡故障。現場用兆歐表測其絕緣電阻Rf為無窮大（∞），但在直流耐壓或高壓脈沖試驗時，會出現閃絡性電擊穿。閃絡性故障比較難測，特別是新敷設的電纜進行預防性試驗出現閃絡故障時。現場一般使用直流閃絡法進行探測。

3. 以故障觸發原因及故障點特征分類

根據電力電纜在運行或預防性試驗中，電纜、電纜頭及中間盒出現不同特點的絕緣破壞，還可分為放炮故障、擊穿故障和運行故障三類。

（1）放炮故障

在工礦企業，運行中的電力電纜，由于種種原因，絕緣出現嚴重損壞，產生跳閘的事故。稱為電纜放炮。這類故障的特點是：電纜故障點多數有鉛包或銅皮破裂，外部有不同程度的變形；電纜故障性質常表現為兩相短路接地或兩相斷線并接地，其接地電阻一般較小，解剖故障點，可發現電弧擊穿的碳化點或樹狀放電碳道與裂痕。電纜放炮故障，其故障特征明顯，大多數情況下，運行值班人員都能提供放炮大致位置。所以，這類故障除少數較復雜的情況需測距外，一般只要用萬用表測定故障的具體性質（單相接地、短路接地、斷線接地等），可用聲測法直接定點，簡單明了。

（2）擊穿故障

實際工作中，因預防性試驗而觸發的電纜絕緣破壞事件，習慣稱為電纜擊穿。該類故障均發生在直流實驗電壓下，其絕緣破壞為電擊穿，接地點一般鉛包或銅皮完好，外部無明顯變形（機械創傷除外）。電纜擊穿故障多為單純性接地故障，其接地故障較高，解剖故障點，絕緣材料沒有碳化點，但通過儀器可發現碳孔和水樹枝老化結構。對電纜擊穿故障，特別是一些高阻接地性電纜擊穿故障，其測試難點在測距。由于該類故障較為隱蔽，測試參數復雜多變，缺少規律性，所以能否迅速發現電纜故障點，測距是關鍵。"高壓回線法"、"電錘法"均具有探測該類故障zuì有效的方法。

（3）運行故障

它是指工廠電力系統在運行中，電纜饋出線、電機、變壓器的電纜引線，其高壓二次回路出現電壓波動或發現接地信號（有接地保護的電力元件出現接地跳閘），排除其他電力元件故障的可能性而確定的電纜故障。這類故障的zuì大特點就是不明確。電纜運行故障的形式就是電纜放炮（如兩點接地引發的相間短路）；另一部分運行故障在做停點檢查時，由于耐壓通不過而發展成電纜擊穿故障（如電纜老化、絕緣缺陷等）；還有一部分電纜運行故障是由于電纜引出線安裝位置不當（如電纜相間或對地距離不夠、電纜頭臟污或電機基礎進水等），這些故障主要進行一些簡單處理即可；zuì不明確的是那些瞬時接地、產生不穩定閃絡的電纜運行故障。該類故障在電纜停電后，絕緣電阻測量和直流耐壓實驗有相當部分可以通過，再把電纜投入系統后，也能正常運行一段時間；剩下的就是單相接地電纜故障，它們約占電纜運行故障的40%，這種接地故障一般外部也沒有明顯變形，接地電阻也不太高（一般幾十至幾百歐）。解剖故障點有細微的碳化點。

電纜運行接地故障原因有兩種：其一，由于電纜運行時間較長，絕緣層出現自然老化；其二，電纜在腐蝕環境中，電纜護套被迅速破壞，腐蝕性氣體侵入絕緣層使其劣化。電纜絕緣層不管出現老化還是劣化，其擊穿電壓都會下降，zuì終導致額定工頻電壓下的電擊穿，從而產生電纜接地故障。這類故障可用"低壓回線法"探測；用"電錘法"探測，效果也較好。

橡套電纜中銅絲發黑的多種原因

銅絲發黑的原因是多種因素造成的，不僅僅是橡皮的配方問題，還與銅絲本身所處的狀態、橡膠加工工藝、橡膠硫化工藝、電纜的結構、護套橡膠配方、生產環境等諸多因素有關。

    1橡皮發粘和銅絲發黑的原因分析

　　1.1銅絲本身的原因在廿世紀五十到六十年代，國內大多數廠家均使用普通銅桿，銅含量為99.99%，均為有氧銅桿，生產方法都是銅錠加熱后經多道壓延后制得黑色銅桿，經過大、中、小拉將銅桿制成比較細的銅絲。因為銅本身不是無氧銅，在加工過程中銅絲表面難免出現氧化。到了廿世紀八十年代，國內引進了無氧銅桿的*生產技術，以及國內自行開發的無氧銅桿生產技術，使整個電線電纜行業均用上了無氧銅桿，這無疑是改善了銅絲的發黑問題。但由于對銅桿的加工，特別是韌煉工藝的掌握以及加工好的銅線芯存放的條件不好，使銅線芯本身已有輕微的氧化，這也是銅絲發黑的原因之一。

　　1.2橡膠配方的原因廿世紀五十年代，橡膠絕緣均采用天然膠和丁苯膠并用配方。由于絕緣橡皮直接與銅線接觸，所以就不能直接使用硫磺作硫化劑，即使用很少的硫磺也會使銅線發黑。必須使用一些能夠分解出游離硫的化合物，如前面提到過的促進劑TMTD、硫化劑VA-7，同時還要配合一些硫化促進劑來提高硫化速度和硫化程度，確保絕緣橡皮的物理機械性能和電氣性能。但從絕緣橡皮的彈性、強力和*變形看，都不如加有硫磺的橡皮（如果不考慮銅絲發黑的話）。幾十年的實踐已經證實TMTD無法解決銅絲的發黑問題。另外，絕緣橡皮要有各種顏色，紅、藍、黃、綠、黑是基本顏色，這些顏色的出現也會促使橡皮發粘和銅絲發黑。配方中的主要填充劑是輕質碳酸鈣和*，由于價格的關系，有些廠家為了降低成本，用價格特別便宜的碳酸鈣和*，這些填充劑粒子粗、游離堿的含量大、雜質多，所以物理機械性能比較差，電性能不好，還容易造成銅絲發黑。還有的廠用活性超細碳酸鈣來提高絕緣橡皮的物理機械性能，而活性鈣多數是用硬脂酸來處理的，這種酸也是促使銅絲發黑的原因。硫化劑VA-7的使用，可以改善銅絲發黑，但由于硫化程度不夠，橡皮的*變形大，會造成橡皮發粘。特別是加入促進劑ZDC以后，提高了硫化速度，為了防止焦燒，還要加入促進劑DM來延緩焦燒時間。從促進劑ZDC的結構看，是在TETD結構中兩個相連接的硫中間接上一個金屬鋅，結構式為： S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-Zn-S-C-N＜ H5C2 H5C2 與TETD結構式 S S H5C2 ‖ ‖ H5C2 ＞N-C-S-S-C-N＜ H5C2 H5C2 十分接近，在配方中還無法避開和秋蘭姆相似的結構銅絲發黑可能時間略長一點，但沒有從根本上解決。

　　2從電線電纜結構分析

　　2.1銅的催化老化是橡皮發粘的重要原因前蘇聯電纜科學研究院試驗證明：硫化過程中銅從與橡膠接觸處滲入到絕緣橡膠中，1.0-2.0mm厚度的絕緣橡皮含銅0.009-0.0027%。*，微量銅對橡皮有*的破壞作用，也就是我們通常說的重金屬對橡膠的催化老化。在絕緣硫化過程中，秋蘭姆析出若干游離硫與銅反應，形成活性含銅基團： CH3 │ CH2-CH-C-CH2- │ │ S S │ │ Cu Cu 在老化時，較弱的-S-S-鍵斷裂，形成活性含銅基：Cu-S-，它與橡膠作用，同時與氧作用，破壞橡膠的長鍵分子，使橡膠變軟變粘，是低分子鏈的組合。法國橡膠研究院研究發粘重現問題時也指出：如果橡膠中含有有害的金屬，如：銅、錳等重金屬鹽類，那么不管促進劑的種類，均會發生橡膠發粘現象。

　　2.2橡套電纜中硫磺向絕緣橡皮和銅線表面的遷移前蘇聯科學家應用放射性同位素證實了電纜護套橡膠中硫擴散的可能性。以天然橡膠為基的硫化膠中，在130-150℃的溫度下，游離硫的擴散系數約為10-6cm2/s。連續硫化的生產廠，硫化護套橡膠時，溫度在185-200℃之間，這個擴散的系數就更大。由于橡套游離硫的擴散，改變了秋蘭姆橡膠的結構，可能形成多硫鍵。這些多硫化合物通過化學分解和化合實現遷移，即"化學擴"。由于遷移的結果，不僅可改變絕緣橡皮的結構，降低其耐熱性，而且硫與銅表面反應，形成硫化銅和硫化亞銅，導致銅線發黑。反過來，硫化銅和硫化亞銅加速橡膠的老化，又導致發粘現象的發生。

WDZ-HYAT53電纜，全塑通信電纜　　3加工工藝方面的原因

　　3.1橡料加工方面的原因在以天然膠和丁苯膠并用為基礎的絕緣配方中，天然膠需要通過塑煉來提高橡膠的可塑性。有些大廠為了產量，用密煉機塑煉，還要加入少量的化學增塑劑--促進劑M來提高塑性。如果塑煉溫度和生膠濾橡時的溫度控制不好，出現140℃以上的高溫，當生膠放到開煉機上緩慢通過滾筒，而上面的積膠由于受到熱氧和促進劑M的同時作用，會發現橡膠表面好象涂了一層油，實際上是橡膠分子在化學增塑劑的促進下斷鏈比較嚴重，產生了比較軟和粘的較小分子量橡膠。雖然后來與丁苯膠并用混煉出絕緣橡料，這些小分子量的天然膠被均勻地分散在膠料中，這些膠料擠包在銅絲上進行連續硫化后，當時可能看不出什么問題，但已經為橡膠粘銅絲埋下了一個隱患，也就是說，這些小分子量的天然膠將首先出現局部粘銅絲現象。絕緣橡皮加硫化劑和促進劑的工藝也十分重要。有些小廠在開煉機上加硫化劑，就是將裝有硫化劑的罐子，在滾筒的中部倒入，中間很多，而兩邊較少。當硫化劑吃入橡皮中，翻三角的次數較少，會使硫化劑在橡料中分布不均勻。這樣在擠包連續硫化時，含硫化劑比較多的地方很容易出現銅絲發黑現象，在發黑的地方時間一長，還會出現橡皮粘銅絲的現象。

　　3.2絕緣橡皮硫化方面的原因有些企業為了追求產量，連續硫化管只有60米長，蒸汽壓力是1.3Mpa,而硫化速度要開到120米/分，這樣絕緣橡膠在管中的停留時間只有30秒。橡皮本身是熱的不良導體，絕緣線芯表面溫度大于190℃，當溫度傳熱到與銅線接觸的里層橡皮時，又被銅線吸熱，銅線升溫到與里層橡皮溫度接近時，硫化的橡皮電線芯已經出硫化管了。這樣里層橡皮溫度比較低，大約為170℃，停留只有幾秒鐘就出硫化管，進入冷卻和收線，絕緣橡皮就會硫化不足。為了達到足夠的硫化。促進劑TMTD的用量（作硫化劑用）高達3.4%，過量的硫化劑，在硫化過程中放出的游離硫也多，除供交聯橡膠分子外，還有多余的游離硫。這是促使銅線表面發黑的原因。

　　總之，解決銅線發黑的問題，難度仍然較大，從銅絲到橡皮的每一道工序都要認真對待，才能取得較好的效果。膠種選擇和硫化體系的采用仍是問題的關鍵所在。這個問題的解決需要經歷時間的考驗。