【正文】 ，在各類電氣事故波及的設(shè)備中，與電線電纜有關(guān)的占了幾乎50%，其中大部分又是因?yàn)榻^緣損壞所致。高壓電力電纜在區(qū)域間傳輸大量電能的重要作用，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，人們對(duì)的它的絕緣檢測(cè)非常重視，已經(jīng)做了很多研究。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，居民、廠礦用電量近幾年在飛速的增加，但是對(duì)人們對(duì)低壓配電網(wǎng)絕緣狀況的監(jiān)測(cè)卻還沒(méi)得到足夠的重視，并因此造成了相當(dāng)?shù)娜藛T傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，給人民群眾的生產(chǎn)、生活帶來(lái)了很大的負(fù)面影響。因此，為了更加準(zhǔn)確、可靠、方便的測(cè)量到反映電纜絕緣系統(tǒng)劣化程度的特征量，及早發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，避免事故的發(fā)生，不斷研究先進(jìn)的絕緣檢測(cè)技術(shù)和開(kāi)發(fā)出合適的絕緣檢測(cè)裝置是十分必要和迫切的。 電力電纜的分類現(xiàn)在使用的35 KV以下的電力電纜主要有橡皮絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電力電纜、油浸紙絕緣電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜:35KV以上電力電纜主要有高壓充油電力電纜、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜、SF6氣體絕緣電力電纜等。電力電纜按其絕緣層的結(jié)構(gòu)不同又可以分為油浸絕緣統(tǒng)包電纜、鉛包電纜、自容式充油電纜、橡皮絕緣電纜、聚氯乙烯絕緣電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜等幾種類型。[4][5] 油浸紙絕緣統(tǒng)包電纜[6]油浸紙絕緣電纜是將電纜線芯先分相包纏上油浸絕緣紙，在線芯之間的空隙內(nèi)填充油浸麻繩或紙帶，然后再用油浸絕緣紙將幾個(gè)線芯統(tǒng)包起來(lái)。統(tǒng)包紙不但滿足了線芯與外防護(hù)層的絕緣要求，而且還起到纏緊各個(gè)線芯的作用。電纜線芯統(tǒng)包后，外部再包上防腐蝕和防外力損傷的護(hù)套層。統(tǒng)包型電纜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，價(jià)格也比較便宜，因此得到廣泛使用。統(tǒng)包電纜具有如下缺點(diǎn)：（1）統(tǒng)包電纜線芯之間的空隙內(nèi)有大量的電纜油存在，當(dāng)使用溫度發(fā)生變化時(shí)，電纜油和其他填充物就會(huì)出現(xiàn)一定的空間。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電纜芯空間的氣體就要發(fā)生游離現(xiàn)象，使電纜絕緣遭到破壞（2）散熱能力差，絕緣容易老化，因此載流量受到一定的限制。（3）由于電纜內(nèi)部有大量的電纜油存在，當(dāng)電纜垂直安裝或安裝地帶兩端有地面高差時(shí)，電纜油就很容易流向低洼的部位，使該部位護(hù)套內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致低端電纜漏油或外護(hù)套脹裂，使電纜受到損壞。（4）由于電纜芯都統(tǒng)包在一起，線芯無(wú)分相接地屏蔽，而是共用一個(gè)外護(hù)套接地，所以易引起短路故障。為避免電纜油流動(dòng)引起損傷，電纜浸漬劑應(yīng)選用電纜工作的正常溫度下不會(huì)發(fā)生流動(dòng)的浸漬劑，我們稱此種類型的電纜為不滴流統(tǒng)包電纜。 分相鉛包電纜分相鉛包電纜又稱為單芯電纜。在線芯的外部包纏有兩層半導(dǎo)體紙，用以消除線芯表面平整而引起的電場(chǎng)畸變。半導(dǎo)體層外部包纏絕緣紙，絕緣紙外部纏一層半導(dǎo)體紙，然后包上鉛包護(hù)套和防腐層。分相式單芯電纜采用圓形線芯，分相屏蔽絕緣性能好，內(nèi)部無(wú)油浸漬填充料存在，不會(huì)發(fā)生電纜油外漏現(xiàn)象。分相式電纜散熱性能好，可以增加線芯的載流量。在安裝修理時(shí)易于操作，彎曲時(shí)變形較小，因此它不但適應(yīng)于10KV及以下的電纜制作，同時(shí)也適應(yīng)于35KV電壓等級(jí)的電纜制作。 自容式充油電纜自容式充油電纜在導(dǎo)線芯的中心留有一個(gè)油道，油道與外部的供油箱相連接。當(dāng)電纜溫度升高時(shí)，內(nèi)部的浸漬劑受熱脹，多余的浸漬劑通過(guò)油道流到供油箱內(nèi)。當(dāng)電纜溫度下降時(shí)，浸漬劑收縮，供油箱內(nèi)的油回流到電纜芯油道，保持電纜線芯內(nèi)部始終無(wú)間隙，不會(huì)發(fā)生游離現(xiàn)象使絕緣層遭到破壞，同時(shí)也避免了電纜溫度上升發(fā)生熱膨脹時(shí)使內(nèi)部壓力增大，損傷絕緣層和外護(hù)套。自容式充油電纜制造工藝復(fù)雜，一般在高電壓電纜制造時(shí)才采用。自容式充油電纜具有以下特點(diǎn)：（1）電場(chǎng)分布與單相電纜相同，使絕緣層在最佳狀態(tài)下工作。（2）運(yùn)行時(shí)不受溫度變化影響，保持內(nèi)壓在穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)造成護(hù)套層損傷故障。（3）電纜內(nèi)部無(wú)間隙存在，使絕緣強(qiáng)度大為增強(qiáng)。（4）散熱條件好，允許工作溫度高，載流量大。 橡皮電纜橡皮電纜是在導(dǎo)線線芯外擠壓一層橡皮作為絕緣層，用麻作填料，在線芯外部包纏橡膠布帶或玻璃纖維帶以防止線芯松散。再擠壓一層鉛包層，最外層包上防腐用的鋼帶作為外護(hù)套。橡皮電纜也可以采用聚氯乙烯或氯丁橡皮作為密封層。橡皮電纜的特點(diǎn)：（1）橡皮電纜耐電暈，耐腐蝕性能較差，不能制成高電壓電纜。（2）橡皮電纜柔軟易彎曲且耐低溫性能好，適用于較低溫度下和變動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。（3）橡皮電纜電氣性能和化學(xué)性能穩(wěn)定，防水、防腐性能好。 聚氯乙烯電纜聚氯乙烯電纜構(gòu)造與油浸絕緣紙電纜基本相同，它的絕緣層是采用聚氯乙烯材料，內(nèi)填充也是采用不吸潮的麻繩等材料，外面再包纏內(nèi)襯層將線芯固定，最后再擠壓上外護(hù)套層。此種電纜的外護(hù)套有三種形式：無(wú)鎧裝、內(nèi)鋼帶或內(nèi)鋼絲鎧裝、裸鋼絲鎧裝。聚氯乙烯電纜有如下特點(diǎn)：（1）具有良好的電氣性能，耐油、耐燃，價(jià)格便宜。（2）化學(xué)性能穩(wěn)定，安裝維護(hù)方便。（3）介質(zhì)損失大，且溫度升高時(shí)其電氣性能和機(jī)械性能明顯下降，因此限制其使用電壓在6KV及以下電壓等級(jí)，且運(yùn)行溫度不得超過(guò)65KV。 交聯(lián)聚乙烯電纜交聯(lián)聚乙烯電纜的結(jié)構(gòu)與聚乙烯電纜基本相同，它是在電纜線芯上先擠包一層1mm厚的半導(dǎo)體交聯(lián)聚乙烯，在絕緣層外面也要包一層半導(dǎo)體丁基橡膠或擠包一層半導(dǎo)體層。成纜時(shí)線間的空隙也用填料填充使其成圓形，再纏內(nèi)襯層將三芯固定，最后再擠壓外護(hù)套進(jìn)行鎧裝。交聯(lián)聚乙烯電纜具有如下特點(diǎn)：（1）耐熱性能和絕緣性能好，載流量大。（2）重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。（3）線芯分相屏蔽，不容易發(fā)生相間短路事故。但其價(jià)格較貴，成本較高。[4][5][7]電力電纜經(jīng)過(guò)敷設(shè)和長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使用，可能會(huì)發(fā)生故障，影響電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。必須及時(shí)分清故障原因，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，從而消除故障。了解電纜的故障原因及故障類型，對(duì)于快速的定出故障點(diǎn)十分重要。電力電纜故障的原因是多方面的，大致可分為以下幾種：[8](1)機(jī)械損傷。機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜故障事故的比例較大。例如在安裝過(guò)程中，不小心碰傷電纜；機(jī)械牽引力過(guò)大而拉傷電纜；或電纜過(guò)度彎曲而損傷電纜，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后就有可能發(fā)展成故障。(2)電纜絕緣的破壞。電纜絕緣的破壞是故障產(chǎn)生的主要原因，特別是塑料絕緣的電力電纜，絕緣在長(zhǎng)期電場(chǎng)的作用下，就會(huì)發(fā)生樹(shù)枝化放電，使絕緣降解破壞，造成貫穿擊穿。電纜密封不嚴(yán)，絕緣層進(jìn)入水分而受潮，使電纜絕緣性能下降，甚至造成樹(shù)枝狀放電或直接貫穿性擊穿，導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障。另外，在大氣過(guò)電壓和電力系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓的作用下，使電纜絕緣層擊穿，形成故障，這種情形下?lián)舸c(diǎn)一般是由于存在材料缺陷。(3)護(hù)層的腐蝕。由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受到腐蝕出現(xiàn)麻點(diǎn)、開(kāi)裂或穿孔，致使水分進(jìn)入電纜也可以造成故障。電力電纜故障的分類方法比較多，通常有以下幾種方法：(1)從故障形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(包括鉛、鋁外皮)斷開(kāi)；并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣下降，而不能承受正常運(yùn)行電壓。導(dǎo)體斷路往往是電纜故障電流過(guò)大而燒斷的，這種故障一般伴有并聯(lián)接地或相間絕緣下降的情況。實(shí)際發(fā)生的故障絕大部分是單相對(duì)地絕緣下降故障。電纜故障點(diǎn)可用圖21所示的電路來(lái)等效。Rf代表故障點(diǎn)處絕緣電阻，G是擊穿電壓為Ug的擊穿間隙，Cf代表局部分布電容，上述3個(gè)數(shù)值隨不同的故障情況變化很大，并且相互之問(wèn)并沒(méi)有必然的聯(lián)系。間隙擊穿電壓Ug的大小取決于放電通道的距離，電阻R的大小取決于電纜介質(zhì)的碳化程度，電容C的大小取決于電纜絕緣材料的性質(zhì)和故障點(diǎn)受潮的程度，數(shù)值很小，一般可忽略。圖21 電纜故障等效電路圖[8](2)根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開(kāi)路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。①開(kāi)路(斷路)故障：電纜的各線芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體斷開(kāi)。具體表現(xiàn)為電纜相間或相對(duì)地絕緣電阻達(dá)到所要求的范圍值，但工作電壓不能傳送到終端，或終端有電壓，但負(fù)載能力很差(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波同相)。②低阻絕緣故障：按照過(guò)去工程慣例，凡是電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻小于10倍電纜特性阻抗的電纜絕緣故障稱為低阻絕緣故障。有時(shí)把故障點(diǎn)殘余絕緣電阻接近零的故障稱為短路故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波反相)。③高阻故障：按照過(guò)去工程慣例，把電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻大于10倍電纜特性阻抗的故障均稱為高阻故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)反射不明顯)。④閃絡(luò)性故障：試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，泄漏電流突然升高，監(jiān)視泄漏電流的表針間歇性擺動(dòng)。電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)象消失，但電纜絕緣仍有極高的阻值。閃絡(luò)性故障多是在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內(nèi)。 絕緣老化的原因及類型對(duì)于固體絕緣材料在使用一定的年限以后，絕緣性能都會(huì)呈現(xiàn)一定程度的劣化，這被稱為“絕緣老化”。這些損壞和劣化主要是由于機(jī)械力的作用、熱的作用、電場(chǎng)的 作用、化學(xué)腐蝕等因素綜合作用產(chǎn)生的。由于絕緣層的介質(zhì)損耗，可能造成電纜過(guò)熱，進(jìn)而加速了絕緣層老化。電纜過(guò)負(fù)荷或散熱不良，安裝于電纜密集區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜，穿在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜，都會(huì)因過(guò)熱而使絕緣加速老化。絕緣材料老化的表現(xiàn)主要有絕緣電阻下降、介質(zhì)損耗增大等，對(duì)老化了的絕緣材料進(jìn)行顯微觀察，可以發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)存在。絕緣材料的老化原因是多樣的、復(fù)雜的，最具代表性的主要有:熱老化、機(jī)械老化、電壓老化等。[9] 熱老化熱老化指的是絕緣介質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)在熱量的作用下發(fā)生變化，使得絕緣性能下降的現(xiàn)象。熱老化的本質(zhì)是絕緣材料在熱量的影響下發(fā)生了化學(xué)變化，所以熱老化也被稱為化學(xué)老化。一般情況下，化學(xué)反應(yīng)的速度隨著環(huán)境溫度的升高而加快。用于絕緣的高分子有機(jī)材料會(huì)在熱的長(zhǎng)期作用下發(fā)生熱降解，主要是氧化反應(yīng)，這種反應(yīng)也被稱為自氧化游離基連鎖反應(yīng)，如聚乙烯的氧化反應(yīng)就是從CH鍵中H的脫離開(kāi)始的。熱老化使得絕緣材料的電氣和機(jī)械性能同時(shí)產(chǎn)生劣化，絕緣壽命減少，但是最顯著的表現(xiàn)還是材料的伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械特性的變化。例如,XLPE材料被認(rèn)為當(dāng)拉伸率從初始的400%～600%降低到100%時(shí)壽命終止。[9]一般地區(qū)，大氣的溫度對(duì)熱老化的作用不明顯，炎熱高溫的地區(qū)作用相對(duì)大些，但不是主要因素，熱老化主要是電力設(shè)備自身產(chǎn)生的比較大的熱量所致，如電能損耗、局部放電等引起的較大的溫升。為了防止絕緣材料被氧化，減緩連鎖反應(yīng)的速度，一般都是采用添加抗氧化劑的方法。聚乙烯的抗氧化劑常使用苯酚系化合物，其主要作用是提供H，與氧化老化連鎖反應(yīng)中產(chǎn)生的ROO結(jié)合，以阻止連鎖反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累表明絕緣材料的熱老化壽命與溫度的關(guān)系服從Arrhenius定律，: （）f(T):表示老化狀態(tài)的物理量；EA:引起老化所必須的能量；T:熱力學(xué)溫度；fC, k:常數(shù)，式中,fC, k和k由材料的特性決定。由上式可以看出T越高，對(duì)材料的絕緣要求也越高，相同絕緣材料的使用壽命成指數(shù)下降。熱氧化老化是熱和空氣中氧長(zhǎng)期聯(lián)合作用所引起的一種老化形式。由于應(yīng)用中的絕緣材料大部分都是要和空氣接觸(空氣中氧對(duì)氧化機(jī)理有很大影響)，熱氧化老化是有機(jī)絕緣材料老化的一種主要形式，習(xí)慣上又稱為熱老化。 機(jī)械老化機(jī)械老化是固體絕緣系統(tǒng)在生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行過(guò)程中受到各種機(jī)械應(yīng)力的作用發(fā)生的老化。這種老化主要是絕緣材料在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生微觀的缺陷，這些微小的缺陷隨著時(shí)間的流逝和機(jī)械應(yīng)力的持續(xù)作用慢慢惡化，形成微小裂縫并逐漸擴(kuò)大，直至引起局部放電等破壞絕緣的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也被稱為“電機(jī)械擊穿” 。它對(duì)絕緣老化的速度有很大的影響。 電老化電老化指的是在電場(chǎng)長(zhǎng)期作用下，電力設(shè)備絕緣系統(tǒng)中發(fā)生的老化。電老化機(jī)理很復(fù)雜，它包含因?yàn)榻^緣擊穿產(chǎn)生的放電引起的一系列物理和化學(xué)效應(yīng)。一般可以用絕緣材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)表示絕緣材料耐強(qiáng)電場(chǎng)的性能。各種高分子材料的本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)都在MV/cm的數(shù)量級(jí)。但是，實(shí)際中絕緣材料的絕緣擊穿強(qiáng)度比本征擊穿強(qiáng)度要小很多。這其中的原因是多種的，比如厚度效應(yīng)、雜質(zhì)的混入、制造時(shí)產(chǎn)生的氣孔、材料的不均勻形成的凸起產(chǎn)生的電極效應(yīng)等等?？傊菊鲹舸?qiáng)度表征的是理想情況下材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。[9]固體絕緣材料的絕緣擊穿機(jī)理主要有以下兩種理論:(1).達(dá)到一定電場(chǎng)時(shí)，電子數(shù)量急劇增加，使得絕緣材料遭到擊穿破壞，由于擊穿破壞的主要原因是電子，因而稱為“電擊穿” ；(2).在絕緣體上加上電壓后，有微電流通過(guò)，由這一電流產(chǎn)生的焦耳熱導(dǎo)致材料擊穿破壞， 這被稱為“熱擊穿”。此外，還有上文提到的“電—機(jī)械擊穿”，也是原因之一。和熱老化壽命類似，絕緣材料的電老化壽命t與電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系滿足“n次方法則”，如式2. 2所示： （）前已提及，介質(zhì)電老化的主要原因是介質(zhì)中的局部放電。固體介質(zhì)耐受局部放電的性能是有差別的，例如有機(jī)高分子聚合材料的短時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)很高，但因耐受局部放電的性能差，因此長(zhǎng)時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)并不高。在絕緣設(shè)計(jì)時(shí)必須將工作場(chǎng)強(qiáng)選得比局部放電起始場(chǎng)強(qiáng)低，以保證電氣設(shè)備有足夠長(zhǎng)的壽命。 其它類型其它類型還包括光氧化，臭氧氧化，生物氧化，高能輻射氧化等。當(dāng)然絕緣老化是電場(chǎng)、熱、機(jī)械力、環(huán)境(水分、陽(yáng)光等)等眾多因素綜合作用的結(jié)果，是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，在推算絕緣材料使用壽命時(shí)應(yīng)該盡量綜合以上因素考慮。 絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)作用下的特性絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，會(huì)呈現(xiàn)出極化、電導(dǎo)、損耗等