淺談電力電纜及其附件的選擇及常見故障

一 概述

在城市軌道供電系統中，電力電纜及其附件作為城市供電系統的重要組成部分，電力電纜及其附件的正確合理選擇直接影響著地鐵投資的經濟性以及供電系統的安全可靠性，本文從電力電纜類型的選擇、電纜附件的選擇及其安裝工藝、電力電纜過電壓及其接地方式以及電纜常見故障及預防措施等幾個方面作一簡單的介紹。

二 電力電纜類型的選擇

在地鐵供電系統中，根據地鐵設計規范要求，電力電纜和控制電纜在地下敷設時應采用低煙無鹵阻燃電纜，在地上敷設時，可采用低煙阻燃電纜。

1 電纜導體的選擇：高壓電纜的導體主要分為銅導體和鋁導體兩種，選擇導體截面和導體材料主要考慮兩個因素，其一是載流量，其二是允許通過的短路電流。在電纜敷設方式、環境條件和護層結構一定的情況下，電纜的載流量和短路電流的大小主要取決于導體的直流電阻，對于相同直流電阻的銅和鋁兩種導體，鋁導體的重量不到銅導體的50％，價格比銅導體便宜，然而由于銅的直流電阻率較低，相同截面積的銅芯電纜的載流量約為鋁芯電纜的1.5倍，且銅導體具有接觸電阻小，機械強度高、彎曲性能好等優點，因此在地鐵供電系統中一般采用銅作為電纜的導電材料。

2 電纜截面積的選擇：電力電纜截面積的選擇主要有按照電纜載流量選擇和按照經濟電流密度選擇兩種方式，電纜載流量應滿足系統在最大運行方式下的負荷要求，并留有一定裕量，并且能夠滿足動穩定性、電壓損失以及敷設溫度、環境等的要求。根據城市軌道供電系統的特點，高壓電力電纜、中壓電力電纜應按照遠期高峰小時用電負荷進行選擇，低壓電力電纜根據動力照明相關計算選擇，直流牽引電纜按照Ⅵ類重牽引負荷特性進行選擇。

3 電纜外護套的選擇：電纜外護套主要作用是防止水分滲入、機械損傷和承受短路電流等。常用的有銅、鋁、鉛和不銹鋼護套等，對于地下電纜的外護套，常見的故障有：a.電纜旁邊的硬物損傷；b.施工遺留缺陷；c.白蟻及其它蛀蝕等三種，因此電纜電纜外護套的選擇應首先考慮選擇硬度較高和防蟻性能較好的外護套，其次選擇考慮耐腐蝕的金屬護套，目前，大都采用銅和鋁護套。

三 電力電纜附件的選擇及其安裝工藝

電纜附件主要包括電纜終端頭、電纜中間頭兩種，選擇時應注意裝置類型、絕緣特性。機械強度、金屬護層、接地方式等。

電纜終端是高壓電纜投入電網運行時必不可少的附件，分為熱縮式、冷縮式等幾種，熱縮電纜終端主要以橡塑為基本材料，用輻射或化學方法使聚合物的線性分子鏈變成網狀結構即交聯，經擴張至特定尺寸，使用時適當加熱即可即可自行回縮到擴張前的尺寸。電纜終端安裝時先由電纜端部開始量取約一米左右，剝去該段電纜外護套，據下端外護套段口30mm的屏蔽層上用銅編織袋包扎一圈，并與屏蔽層焊接牢固，然后固定應力管、壓端子，在銅接線端子外依次套上兩根端子襯管加熱固定包繞填充膠然后固定密封管及防雨裙。冷縮式電纜終端是利用彈性體材料在工廠內注射硫化成型，在經擴張、襯以塑料螺旋支撐物構成。冷縮式電纜終端的安裝較為簡單，無需專用工具，然而冷縮式電纜終端原材料的價格較貴，造價成本較高，因此目前市場上一般采用的仍然為熱縮式電纜終端。

電纜與SF6全封閉電氣相連按時采用封閉式終端，與高壓變壓器想連接時采用象鼻式終端，與電器相連具有整體插接功能時采用插接式終端，與其它電器連接時采用敞開式終端。

當電纜線路較長時，由于電纜的接續以及電纜線路金屬套互連接地的需要，必須采用接頭。按其功能，以將電纜金屬套、接地屏蔽和絕緣屏蔽在電氣上斷開或連續分為絕緣接頭與直通接頭。電纜接頭的構造類型選擇應按連接電纜的絕緣類型、安裝環境、作業條件等來選擇，電纜接頭有絕緣接頭、T形或Y形分支接頭、轉化接頭、直通接頭等幾種類型。

四 電纜常見故障及措施

在城市軌道供電系統故障中，電力電纜的故障是比較頻繁的，因此了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損壞，快速地判定出故障點是十分重要的。電纜故障一般有以下幾種：(1)接地故障：電纜一芯或多芯接地；(2)短路故障：電纜兩芯或三芯短路；(3)斷線故障：電纜一芯或多芯被故障電流燒斷或外力破壞搞斷，形成完全或不完全斷線；(4)閃絡性故障：這種故障大多發生在預防性試驗中，并多數出現在電纜接頭處。當所加電壓達某一值時擊穿，電壓低至某一值時絕緣又恢復；(5)綜合性故障。同時具有兩種或兩種以上性質的故障。電力電纜故障的原因大致可歸納為以下幾類：

1 機械損傷

機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機械損傷很輕微，當時并沒有造成故障，但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發展成故障。造成電纜機械損傷的主要有以下幾種原因：a.安裝時損傷：在安裝時不小心碰傷電纜，機械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜；b.直接受外力損壞：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷；c.行駛車輛的震動或沖擊性負荷會造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損；d.因自然現象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護套；因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷；因土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或導體。

2 絕緣受潮

絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：a.因接頭盒或終端盒結構不密封或安裝不良而導致進水；b.電纜制造不良，金屬護套有小孔或裂縫；

c.金屬護套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。

3 絕緣老化變質

電纜絕緣介質內部氣隙在電場作用下產生游離使絕緣下降。當絕緣介質電離時，氣隙中產生臭氧、硝酸等化學生成物，腐蝕絕緣；絕緣中的水分使絕緣纖維產生水解，造成絕緣下降。過熱會引起絕緣老化變質。電纜內部氣隙產生電游離造成局部過熱，使絕緣碳化。電纜過負荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區、電纜溝及電纜隧道等通風不良處的電纜、穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會因本身過熱而使絕緣加速損壞。

此外，電力電纜在帶電前及投運后，為防止電纜故障的發生，應該按照相關規程對電纜作預防性試驗，試驗主要包括下列內容：測量絕緣電阻、直流耐壓試驗及泄漏電流測量、檢查電纜線路的相位、充油電纜的絕緣油試驗等。

五 結束語

目前，城市軌道供電系統電力電纜多埋于地下，由于電纜故障情況及埋設環境比較復雜，變化多，因此給電纜巡檢及各級電力作業人員帶來很大的不便，為了有效防范電纜及電纜頭的故障，減少故障帶來的損失，電纜生產廠家、電纜施工單位應該規范化生產和施工，并做好相關出廠及竣工試驗，建設和運營人員應該加強對電纜的檢查及維護，熟悉電纜的埋設走向與環境，在電纜發生故障時，能夠正確分析電纜故障的原因，確切判斷出電纜故障性質，有效的選擇電纜故障測量方法與儀器，確保地鐵供電系統的安全可靠。