高压电缆泄漏电流和直流耐压试验分析

高压电缆泄漏电流和直流耐压试验分析

王昆1孟祥伟1缴春景2

（1.海洋石油工程股份有限公司天津300452；2.中海油田服务股份有限公司天津300452）

摘要：本文针对高压电缆泄漏电流和直流耐压试验，简单介绍了试验的方法及原理，深入分析了影响泄漏电流和直流耐压试验的主要因数，并针对这些因数提出了合理的预防措施。通过对试验结果分析判断方法的探讨，较为全面的提出了关于电缆泄漏电流和直流耐压试验的判断依据和指导性意见。

关键词：泄漏电流；吸收比；闪络；XLPE

Abstract：InviewoftheleakageofelectricityandDCwithstandingvoltagetestforhighvoltagepowercable,thisarticleintroducesthemethodandprincipleofthetest.ItgoesdeepintoanalysesthemainfactorswhichcaninfluencetheleakageofelectricityandDCwithstandingvoltagetest.Italsoadvancedsomereasonableguardagainstmeasuresforthefactors.Throughdiscussingtheanalysismethodofthetest,itadvancedthebasisofjudgmentandtheguidingsuggestionsabouttheleakageofelectricityandDCwithstandingvoltagetestforhighvoltagepowercable.

keywords：theleakageofelectricity；absorptance；flashover；XLPE

1引言

在电气工程安装施工过程中，所有高压电缆在敷设后，均要进行安装交接试验；运行中的电缆及电力设备由于容易受不良环境的影响而造成不同程度的损伤，使得其绝缘性能下降，因此也要进行定期的预防性试验。传统的高压直流耐压试验是获得绝缘状况的最简单方法，通过在耐压试验的同时测其泄漏电流值，以判断电缆的绝缘体是否良好。由于泄漏电流的测试工作，是在高压直流的情况下测读微安表的电流值，其测量值受到测试线路、温度、湿度、电缆两端芯线间的分叉距离、芯线下绝缘层表面的受潮与污染情况等因素的影响，这使得测量结果存在诸多的偏差因数，严重时可导致判断错误。因此，测试过程中必须采用相应的措施，以保证测试结果的真实性。

下面就我们现场多次测试中遇到的影响测试结果的因数和预防措施，以及针对试验结果如何准确的分析和判断，谈几点看法。

2试验方法及原理

直流耐压试验的目的是通过测试高压电缆的泄漏电流来检验电缆的耐压强度。它对发现绝缘介质中的气泡、介质损伤、机械损伤等局部缺陷比较有利。

直流耐压试验和泄漏电流试验的原理都是通过分阶段的施加电压对电缆进行逐级充电，同时读取和分析泄漏电流的值来判断电缆及电气设备是否存在故障的测试办法。只是直流耐压试验所使用的电压段要比泄漏电流试验的高。通常情况下，这两种试验方法一般都结合起来进行，即在试验的过程中先由泄漏电流试验电压开始逐级升压，随着电压的升高，分段读取泄漏电流值，最后进行直流耐压试验[1]。其试验方法及原理如图2-1所示。

图2-1直流耐压试验方法及原理

由于电力电缆具有很大的电容，因此在电路中可以把被测电缆看作一个大容量电容Cx。图中Vx是高压硅堆，最高电压不得超过其额定反峰值电压的1/3～1/2。图中R为限流电阻，用于限制试验品击穿时的短路电流，以保护试验设备，R阻值的选择原则是，在试验品发生击穿时，能将短路电流限制在硅堆的容许电流之内，一般取10～20Ω/V。图中滤波电容C的作用是减小整流输出直流电压的脉动，其容量应选择在0.1μF左右。考虑到测试结果的准确性，应将微安表放在屏蔽罩内。

当电路导通时，变压器UT输出的正弦波通过硅堆之后，只剩下一个极性的半正弦波电压；半波电压在电容C的作用下变得趋于平缓，形成直流电压。在直流电压下，流过电缆Cx绝缘内部的泄漏电流由电容电流，吸收电流和传导电流三者叠加而成，其数值随时间变化而变化。

正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400~600kV/cm，所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍，试验时间一般选为5~10min[2]。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来，GB50150—91规定了最长的持续试验时间为15min。交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的直流耐压和泄漏电流试验电压标准见表1[3]。

表1交联聚乙烯（XLPE）电力电缆的直流耐压试验电压

3影响泄漏电流和直流耐压试验的主要因数

影响泄漏电流和直流耐压试验的主要因数有测试线路、温度、湿度、电缆两端芯线间的分叉距离、芯线下绝缘层表面的受潮与污染情况等[4]。

3.1测试装置本身的泄漏电流

测试装置是否漏电，可以通过在测试线路接线、检查完毕后，空载输出的情况下，通过预送高压直流电来检查微安表是否有电流指示来判断。若微安表有电流指示，则表明测试装置本身漏电。应采取技术保护方法加以消除或更换测试装置来解决。

3.2温度的影响

温度的影响分为电缆本身的温度和环境温度的影响。环境温度的影响当然也要通过电缆本身温度的升高而起作用。

电缆本身的温度影响是指运行中的电缆，特别是满负荷运行的电缆芯线，温度可达65-90℃。这些运行中的电缆，若停电后未冷却至常温，如果此时测试，因其绝缘电阻随温度的升高而降低，相应的泄漏电流就偏大，有时会成倍的超过标准参与值。又如，若刚做完热缩套等材料的电缆头，当电缆头温度未冷却至常温而进行测试，其泄露电流会大大超过标准参考值。因此，对于此类电缆，为保证结果的正确性，一定要保证测试前电缆已冷却至常温状态。

国家标准电气试验室测试温度规定为20℃，但现场测试温度不可能都符合此温度。一般情况下，在环境温度超过40℃时，不宜对电缆做泄露测试，尤其是桥架敷设的电缆。

3.3湿度的影响

在某项目的高压电缆测试中，得到如表3-1所示的部分数据。该表给出了同一根额定电压为8.7/15KV，导线截面3×70mm2，电缆长度82米，绝缘种类为聚氯乙烯的电缆，在试验电压为15KV的情况下，分别在雨天18℃和晴天29℃测试所得出的数据。从数据来看，雨天所测出的数据偏大，被测电缆的绝缘电阻偏小。

表3-1同一根交联聚乙烯（XLPE）电缆两次测试的部分数据对比

空气中的湿度对不同绝缘材料的泄露影响不尽相同，对于交联高压电缆，空气中的湿度如果过大，空气中的水分就会附着于的芯线和绝缘层上，构成对铠装带和其它芯线的表面泄漏电流，结果会增大测试泄露电流值。因此，测试时应选择空气湿度小，较干燥的天气，测试前应尽可能把芯线及铠装上的水分及油污清除。

3.4芯线间距离的影响

如果对电缆线芯的其中一芯进行打压，则该线芯与其它线芯、地及其它导体的距离不能太近，否则通过空气对芯线、地及其它物体放电产生漏电流。在电场作用下，导线周围的空气发生游离，产生对地的泄漏电流。空气的湿度越大其漏电流也越大。

有时因电缆端头所处空间位置的限制，为了保证芯线间、对地及其它物体有一定的距离，用绝缘杆、绝缘带等物来支撑，拉开芯线。如果绝缘杆、绝缘带的绝缘等级较低或不干净，而固定点的位置又不适当等，也会产生漏电流。

以上两种情况，可采取适当增加电缆终端头的长度及采用符合测试要求的绝缘体作支撑等措施来解决。

3.5污秽物的影响

电缆终端头芯线及绝缘层表面有水分、盐分、尘埃等污秽物，能构成导电通路。在高压电场作用下亦可以产生，被测试芯线对其它芯线及地的漏电流。因此，测试前必须对电缆头进行清洁。

3.6操作方法不当的影响

操作方法不当，会对试验的结果产生很大的影响。如测试电路接线不正确、被试电缆实验前未放电、被试电缆升压速度过快、被试电缆实验后未充分放电、泄漏电流的读取时间不准确等，这些都会造成实验结果的失真，甚至电缆的绝缘产生损伤，造成击穿。因此，应制定严格详尽的操作实验规程并严格的按照实验规程进行操作。

4试验结果的分析判断

电缆通过直流耐压试验而未发生击穿现象，可认为该电缆的绝缘合格，可投入运行。当试验结果不能完全符合试验标准时，就应对实验结果进行分析、判断，并做出是否投入运行的决定。

4.1通过计算吸收比进行判断分析

对于不均匀的绝缘试品，如果绝缘状况良好，则绝缘吸收电荷现象明显，如果绝缘受潮严重或者内部有集中性的通道，则这一现象不明显。工程上使用“吸收比”来反映这一特点。吸收比一般使用极化指数K来表示，即

（4-1）

式中，——t=60s时的绝缘电阻值；——t=15s时的绝缘电阻值。式中的绝缘电阻，通过在相应时间内记录的泄漏电流计算而得，其计算公式如（4-2）所示：

（4-2）

式中，、、分别为t时刻的测试电压、泄漏电流和绝缘电阻值；

对于电容较大的绝缘试品，可以用K2表示：

（4-3）

式中，——t=10min时的绝缘电阻值；——t=1min时的绝缘电阻值。

当（4-1）和（4-3）绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1；当绝缘受潮时，K值将变小，一般认为如K＜1.3时，就可判断绝缘可能受潮。当K值小于1时，则应是具体情况酌情提高试验电压或延长试验持续时间，看现象是否还持续出现；若在一定的情况下，泄漏电流升高不多且没有上升趋势，则该电缆可投入运行，隔2-3个月后应再进行测试；若泄漏电流持续升高，则一般应使之击穿，找出击穿点，进行抢修。

当（4-1）和（4-3）绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1；当绝缘受潮时，K值将变小，一般认为如K＜1.3时，就可判断绝缘可能受潮。当K值小于1时，则应是具体情况酌情提高试验电压或延长试验持续时间，看现象是否还持续出现；若在一定的情况下，泄漏电流升高不多且没有上升趋势，则该电缆可投入运行，隔2-3个月后应再进行测试；若泄漏电流持续升高，则一般应使之击穿，找出击穿点，进行抢修。

4.2通过泄露电流进行判断分析[5]

当电缆芯线加入电压的时，电缆聚合物介质内部会有电子注入，形成空间电荷，当空间电荷达到饱和时，产生的稳定电流就是电缆的泄露电流大小。因为空间电荷达到饱和，所以该处的电场强度降低，从而难于发生击穿。当半导体介质存在缺陷，比如有凸出处和污秽点等时，在该处会容易聚集更多的空间电荷。随着外加电压的增大，产生的泄漏电流比正常情况下要大。通过观察微安表上的电流变化，可以有效地判断电缆是否出现故障。图4-1为泄漏电流与电压的曲线图，根据图中曲线的形状可以判断电缆的绝缘情况。

图4-1泄漏电流与电压的曲线图

曲线1：泄漏电流和电压关系几乎呈一直线，且上升较慢，表示绝缘良好。

曲线2：泄漏电流上升较快，但是泄漏电流和电压关系几乎呈一直线，则表示电缆绝缘有可能受潮，导致绝缘表面泄漏过大。这种电缆只要通过直流耐压试验即可投入运行，但半年至一年后应再进行测试。

曲线3：泄漏电流猛增，与电压关系不是一条直线，表示绝缘可能有集中性缺陷存在。这种电缆不能投入运行，一般应人为地加高压使之击穿，找出击穿点，进行抢修。

曲线4：如0.5倍试验电压（0.5）附近泄漏电流迅速增长（电子活动增加），则说明绝缘损坏严重，有击穿的危险。这种电缆不能投入运行，一般应人为地加高压使之击穿，找出击穿点，进行抢修。

电缆三相泄露电流应基本平衡，如有某一相泄露电流特别大（在排除外因后），则说明该相绝缘可能存在一定的缺陷。因此，当测得的不平衡系数大于2时，当确定是由电缆内部绝缘缺陷引起时，可隔半年后测试。如果泄漏电流最大的一相泄露电流绝对值仍较小，对于10KV及以上电缆小于20uA，6KV及以下电缆小于10uA时，则不必列入测试计划，可直接投入使用。

此外，若泄漏电流很不稳定，而这种不稳定不是由于试验电源电压波动引起的，且偏差又不大于±20%，可能是电缆内部有微小空隙引起，应隔半年后进行测试。

4.3通过其它方法进行判断分析

①电缆经直流耐压试验后绝缘击穿。不能投入运行，应立即找出击穿点并进行抢修。

②在额定试验电压下电缆绝缘有闪络现象。若闪络次数不多（5次以下），闪络时间间隔较长，持续进行试验时闪络不再出现，则该电缆可以投入运行，隔半年再停电测试；若闪络次数多且频繁，应立即停止打压，稍等片刻，待闪络处的绝缘冷却后再进行测试，若闪络仍然出现，则应使用仪器找出闪络点进行抢修。

5结束语

近年来，高压电力电缆的现场试验方法和试验标准发生了很大的变化。新的试验方法如调频串联谐振试验、超低频0.1Hz耐压试验和振荡电压试验、热松弛电流诊断试验（IRC试验）、介损TD（）诊断试验和局部放电试验等，逐渐的开始应用于电缆的测试，这使得电缆的测试数据和手段更加多样化，电缆的预防性试验也更趋于准确、完善。

参考文献

[1]陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].北京：中国科学技术出版社，2001.

[2]国际电子工程师IEEE标准.STD400-2001.

作者简介

王昆，男，1983年生，硕士研究生，主要从事海洋工程电气、仪表方面的工作。

孟祥伟，男，1969年生，高级工程师，维修公司工程技术部经理，主要从事海洋工程技术方面的指导和管理工作。