电缆故障分类

电力电缆故障产生的原因及其分类

一、引起电缆故障的原因

地下电力电缆故障复杂多变，引起电缆故障的原因大致可归纳为以下几类。

1.机械损伤

由机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。有些机械损伤很轻微，当时并未造成故障，要在数月甚至数年后损伤才发展成故障。造成电缆的机械损伤的主要原因有：

（1）安装时损伤。安装时不小心碰伤电缆；机械牵引力过大拉伤电缆；过度弯曲折伤电缆。

（2）直接受外力损伤。在安装后的电缆路径上或附近进行土建施工，使电缆直接受外力损伤。

（3）行驶车辆的震动或冲击性负荷也会造成地下电缆的铅（铝）包裂损。

（4）因自然现象造成的损伤。如中间接头或终端头的内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；装在管口或支架上的电缆外皮擦伤；因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。

2.绝缘受潮

绝缘受潮后会引起电缆耐压下降而产生故障。电缆受潮的主要原因有：

（1）因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水。

（2）电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝。

（3）金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔。

3.绝缘老化变质

绝缘老化会引起电缆耐压下降而产生故障。电缆老化的主要原因有：

（1）电缆介质内部的渣质或气隙，在电场作用下产生游离和水解。

（2）电缆过负荷或电缆沟通风不良，造成局部过热。

（3）油浸纸绝缘电缆的绝缘物流失。

（4）电力电缆超时限使用。

4.过电压

过电压会使有缺陷的电缆绝缘层发生电击穿，引起电缆故障。其主要原因有：大气过电压（如雷击）；内部过电压（如操作过电压）。

5.设计和制作工艺不良

电缆头与中间设计和制作工艺不良，也会引起电缆故障。其主要原因为：电场分布设计不周密；材料选用不当；工艺不良，不按规程要求制作。

二、电缆故障的性质与分类

1.以故障材料特征分类

可分为串联故障、并联故障及复合故障三类。

（1）串联故障

串联故障（金属材料缺陷）是指电缆一个或多个导体（包括铅、铝外皮）断开的故障。它是广义的电缆开路故障。因缆芯的连续性受到破坏，形成断线或不完全断线。不完全断线尤其不容易发现。串联故障具体可分为：一点开断、多点开断、一相断线、多相断线等。

（2）并联故障

并联故障（绝缘材料缺陷）是指导体对外皮或导体之间的绝缘水平下降，不能承受正常运行电压而发生的短路故障。它是广义的电缆短路故障。这类故障由于缆芯之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏而形成短路、接地、闪络击穿等现象，在现场出现频率较高。并联故障具体可分为：一相接地、两相接地、两相短路、三相短路等。

（3）复合故障

复合故障（绝缘材料、金属材料都出现了缺陷）是指缆芯与缆芯之间的绝缘均出现故障。它包括一相断线并接地、两相断线并接地、两相短路并接地等。

2.以故障点绝缘特征分类

根据电缆故障点绝缘电阻Rf与击穿间隙G的情况，电缆故障又可分为开路故障、低阻故障、高阻故障、闪络故障四大类。该分类法为现场电缆故障最基本的分类方法，特别有利于探测方法的选择。电缆故障等效电路见图1-1。

其中，间隙击穿电压UG的大小取决于故障点放电通道（即击穿间隙）的距离G，绝缘电阻Rf 的大小取决于故障点电缆介质碳化程度，分布电容 Cf 的大小取决于故障点受潮程度。

（1）开路故障

电缆金属部分的连续性受到破坏，形成断线，且故障点的绝缘材料也受到不同程度的破坏。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 为无穷大（∞），但在直流耐压试验时，会出现电击穿；检查芯线导通情况，有断点。现场一般以一相或二相断线并接地的形式出现。

（2）低阻故障

电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf小于10Z0（Z0为电缆的波阻抗，一般取10～40Ω之间）。现场一般低压动力电缆和控制电缆出现低阻故障的几率较高。

（3）高阻故障

电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 大于10Z0，在直流高压脉冲试验时，会出现电击穿。高阻故障是高压动力电缆（6KV或10KV电力电缆）出现几率最高的电缆故障，可达总故障的80%以上。

现场实测时，笔者一般取Rf =3KΩ为划分高阻与低阻故障的界线。因为Rf =3KΩ时，恰好能得到回线法电桥精确测量所必需的10～50mA的测量电流。

（4）闪络故障

电缆绝缘材料受到损伤，出现闪络故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf为无穷大（∞），但在直流耐压或高压脉冲试验时，会出现闪络性电击穿。闪络性故障比较难测，特别是新敷设的电缆进行预防性试验出现闪络故障时。现场一般使用直流闪络法进行探测。

3.以故障触发原因及故障点特征分类

根据电力电缆在运行或预防性试验中，电缆、电缆头及中间盒出现不同特点的绝缘破坏，还可分为放炮故障、击穿故障和运行故障三类。

（1）放炮故障

在工矿企业，运行中的电力电缆，由于种种原因，绝缘出现严重损坏，产生跳闸的事故。称为电缆放炮。这类故障的特点是：电缆故障点多数有铅包或铜皮破裂，外部有不同程度的变形；电缆故障性质常表现为两相短路接地或两相断线并接地，其接地电阻一般较小，解剖故障点，可发现电弧击穿的碳化点或树状放电碳道与裂痕。电缆放炮故障，其故障特征明显，大多数情况下，运行值班人员都能提供放炮大致位置。所以，这类故障除少数较复杂的情况需测距外，一般只要用万用表测定故障的具体性质（单相接地、短路接地、断线接地等），可用声测法直接定点，简单明了。

（2）击穿故障

实际工作中，因预防性试验而触发的电缆绝缘破坏事件，习惯称为电缆击穿。该类故障均发生在直流实验电压下，其绝缘破坏为电击穿，接地点一般铅包或铜皮完好，外部无明显变形（机械创伤除外）。电缆击穿故障多为单纯性接地故障，其接地故障较高，解剖故障点，绝缘材料没有碳化点，但通过仪器可发现碳孔和水树枝老化结构。对电缆击穿故障，特别是一些高阻接地性电缆击穿故障，其测试难点在测距。由于该类故障较为隐蔽，测试参数复杂多变，缺少规律性，所以能否迅速发现电缆故障点，测距是关键。“高压回线法”、“电锤法”均具有探测该类故障最有效的方法。

（3）运行故障

它是指工厂电力系统在运行中，电缆馈出线、电机、变压器的电缆引线，其高压二次回路出现电压波动或发现接地信号（有接地保护的电力元件出现接地跳闸），排除其他电力元件故障的可能性而确定的电缆故障。这类故障的最大特点就是不明确。电缆运行故障的极端形式就是电缆放炮（如两点接地引发的相间短路）；另一部分运行故障在做停点检查时，由于耐压通不过而发展成电缆击穿故障（如电缆老化、绝缘缺陷等）；还有一部分电缆运行故障是由于电缆引出线安装位置不当（如电缆相间或对地距离不够、电缆头脏污或电机基础进水等），这些故障主要进行一些简单处理即可；最不明确的是那些瞬时接地、产生不稳定闪络的电缆运行故障。该类故障在电缆停电后，绝缘电阻测量和直流耐压实验有相当部分可以通过，再把电缆投入系统后，也能正常运行一段时间；剩下的就是单相接地电缆故障，它们约占电缆运行故障的40%，这种接地故障一般外部也没有明显变形，接地电阻也不太高（一般几十至几百欧）。解剖故障点有细微的碳化点。

电缆运行接地故障原因有两种：其一，由于电缆运行时间较长，绝缘层出现自然老化；其二，电缆在腐蚀环境中，电缆护套被迅速破坏，腐蚀性气体侵入绝缘层使其劣化。电缆绝缘层不管出现老化还是劣化，其击穿电压都会下降，最终导致额定工频电压下的电击穿，从而产生电缆接地故障。这类故障可用“低压回线法”探测；用“电锤法”探测，效果也较好。

高阻故障

电缆故障根据电缆故障点电阻值可分为电缆高阻故障和电缆低阻故障。当对电缆高阻故障进行直流耐压试验时，提高试验电压，电缆的泄漏电流变化不大，当电压升高到某个值时电缆故障点击穿，泄漏电流突然增大，多次重复试验得到的击穿电压基本相同。这种电缆故障被称为可击穿的高阻电缆故障。这种可击穿的电缆高阻故障用二次脉冲法或三次脉冲法配合冲击放电法可以迅速准确的定位故障点的位置。

电力电缆的高阻故障还有一种情况。在进行直流耐压试验过程中，泄漏电流很大且与试验电压基本同步上升，始终不出现电流突变现象。这种故障被称为不可击穿的电缆高阻故障。这种电缆故障绝大部分是由于电缆主绝缘层进水受潮引起，主要有以下几种原因：电缆中间头或终端头质量缺陷或电缆施工工艺不规范，导致密封不良或密封失效；电缆本体制造缺陷，电缆外护层有孔洞或裂纹；电缆外护套被外力破坏或被腐蚀穿孔。这时就要使用高压电桥法进行测试。

电缆主绝缘层进水受潮时，由于故障点放电面积大，能量不集中，不能出现明显的放电电弧，所以用二次脉冲法或三次脉冲法不能得到有效的故障波形。对于这种故障，在进行电缆故障定位时要先对电缆进行烧弧。烧弧就是用电缆故障测试设备给故障电缆施加一个高压直流电压，由于泄漏电流绝大部分都集中在电缆故障点，电缆故障点处由于电流的热效应会产生较高的温度，电缆绝缘层内的水分在高温的作用下汽化膨胀，从电缆破损处排出电缆，电缆绝缘层内水分构成的放电通道被打断，出现放电间隙。在烧弧过程中要随时注意调节烧弧电流大小，在保证烧弧效果的同时，尽量避免对电缆其它部位的主绝缘造成损伤。当故障点的水分充分排出后，不能击穿的高阻故障就已经转化为能够击穿的高阻故障，故障点的耐压也可以