高海拔下全介質(zhì)自承式光纜電氣絕緣性能的研究

摘 要：全介質(zhì)自承式光纜也稱ADSS，為非金屬結(jié)構(gòu)。它以其優(yōu)良的電氣絕緣性能和小負(fù)荷等優(yōu)點廣泛地應(yīng)用于高壓輸電線路中。在1970m海拔下，對300mm和330mm兩種長度的ADSS試品進(jìn)行時間為1min的耐85kv的工頻電壓試驗。試驗結(jié)果表明：ADSS試品出現(xiàn)了擊穿聲和閃絡(luò)的現(xiàn)象，試驗驗證了ADSS的絕緣性不能滿足在1970m海拔下85kv試驗電壓下電氣設(shè)備的絕緣要求。ADSS通常布放在空間電位不大于20kv的位置上?？梢岳酶纳乒饫|護(hù)套的方式，加強(qiáng)ADSS的電氣性能，使其適用于1970m海拔以下，室外環(huán)境的35k的高壓電氣設(shè)備中。

關(guān)鍵詞：全介質(zhì)自承式光纜；電氣絕緣性能；耐壓試驗；高海拔

1 引言

全介質(zhì)自承式光纜（All Dielectric Self-Supporting）又稱為ADSS，俗稱電力光纜。ADSS纜芯為PBT松套管結(jié)構(gòu)，光纖和防水油膏填充滿PBT松套管，為了使得光纜在承受負(fù)載拉伸到光纜最大額定負(fù)載前保證光纖在光纜中不受到任何應(yīng)力，需要在PBT松套管中留有一定的光纖余長；采用FRP（纖維增強(qiáng)塑料）加強(qiáng)芯和芳綸繞包作為加強(qiáng)機(jī)械性能構(gòu)件滿足光纜安裝和施工所需要的強(qiáng)度，F(xiàn)RP加強(qiáng)芯和芳綸纖維的扭矩平衡絞合使得光纖具有良好的防扭性能。ADSS結(jié)構(gòu)說明其有自承式和全介質(zhì)兩個特點：自承式表明其機(jī)械強(qiáng)度十分重要，光纜自身的加強(qiáng)構(gòu)件能承受自重及外界負(fù)荷；全介質(zhì)說明光纜采用全介質(zhì)材料，使光纜可處于高壓強(qiáng)電場環(huán)境中，能耐受強(qiáng)電場的影響。對于220kv線路電壓，光纜的外護(hù)套可采用特殊交聯(lián)聚乙烯配方材料，交聯(lián)鍵可以保證外護(hù)套不導(dǎo)電，且使其表面具有制冷特性，可以降低外護(hù)套表面溫度，從而保證材料特性和防止熱塑性老化，使得ADSS在25kv以下感應(yīng)電場中的防電腐蝕性，對于60kv線路電壓，光纜的外護(hù)套可使用W6級高模量的聚乙烯材料，可以保證ADSS在不同氣候和環(huán)境條件下適合12kv以下感應(yīng)電場。

圖1 ADSS光纜的結(jié)構(gòu)示意圖

高海拔地區(qū)的空氣稀薄、氣壓小，空氣中的離子更容易被電離形成電弧；另外高海拔空氣稀薄，空氣的密度會低，散熱困難，絕緣擊穿電壓也會降低。高海拔條件對于污染絕緣放電特性的影響，主要在于氣壓影響。隨氣壓的降低，污染絕緣的直流和交流閃絡(luò)電壓都會降低，污閃電壓與氣壓P之間成非線性關(guān)系，可以表示為：

其中U0為常壓P0時的污閃電壓，下降指數(shù)n的大小反應(yīng)氣壓對于污閃電壓的影響程度。本文對ADSS進(jìn)行1970m高海拔下的耐壓試驗。

2 ADSS試品

將每一種ADSS試品中截取長度約400mm（不能小于330mm）的一段，并且要求這段套管是完好無缺的，不能出現(xiàn)被損壞的痕跡。用兩股柔軟的銅絲分別緊緊纏繞在套管上，作為電極。

取兩銅絲的內(nèi)側(cè)之間的長度為330 mm，記為試品1#；以同樣的方式再選取一次，取兩銅絲的內(nèi)側(cè)之間的的距離為300 mm，記為試品2#。

3 工頻實驗原理

根據(jù)《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求》[4]，對聚四氟乙烯套管施加85kv的工頻試驗電壓，要求試驗的耐壓時間為1min。工頻耐壓試驗采用串聯(lián)諧振耐壓試驗裝置（又稱為變頻串聯(lián)諧振裝置或串聯(lián)諧振耐壓試驗設(shè)備），運(yùn)用串聯(lián)諧振原理，利用勵磁變壓器激發(fā)串聯(lián)諧振回路，調(diào)節(jié)變頻控制器的輸出頻率，使回路電感L和試品C串聯(lián)諧振，諧振電壓即為加到試品上電壓。

4 ADSS工頻耐壓實驗

實驗要求對無污染的ADSS試品進(jìn)行工頻耐壓試驗：工頻電壓為85kv，時間為1min。根據(jù)《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求》，在規(guī)定的時間內(nèi)，即1min內(nèi)，ADSS試品發(fā)出擊穿響聲（或斷續(xù)放電聲）、冒煙、出氣、焦臭、閃絡(luò)、燃燒等，都是不允許的，應(yīng)查明原因。如果這些現(xiàn)象確定是由ADSS試品產(chǎn)生的，則認(rèn)為是該ADSS試品的電氣絕緣性達(dá)不到要求，試驗沒通過；如果ADSS試品未發(fā)生擊穿或表面閃絡(luò)，則認(rèn)為ADSS通過了該項試驗。試驗結(jié)果參見表1。

表1 工頻耐壓試驗結(jié)果

根據(jù)《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共同技術(shù)要求》，工頻電壓試驗?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)ADSS試品的危險缺陷，用來檢驗ADSS試品在工頻交流工作電壓下的絕緣性能。試驗結(jié)果：1min，工頻電壓85kv的耐高壓試驗中：ADSS試品1#和2#出現(xiàn)擊穿聲和閃絡(luò)的現(xiàn)象現(xiàn)象，并未通過實驗。

5 ADSS光纜的工頻耐壓實驗結(jié)論

此次試驗所在地點海拔為1970m，相關(guān)試驗的考核在此條件下進(jìn)行，長度為300mm和330mm的ADSS不能夠通過工頻85kv的1min耐壓試驗。實驗表明：試品在工頻電壓85kv下不能夠保持其原有的電絕緣水平，不能滿足1970m海拔下電氣設(shè)備絕緣性能。ADSS的護(hù)套材料明顯絕緣性能不佳，特別是在電場不均情況下，一旦起暈，該材料即會被損壞，其耐電痕性能較差。

6 結(jié)束語

ADSS是無金屬結(jié)構(gòu)，可避免雷擊的可能；直徑小、中糧輕，可以減少冰凌、風(fēng)力的影響，亦可減輕塔架和支撐物的負(fù)荷；安裝、維護(hù)方便。由于ADSS與高壓電力線同路，所以其表面除了要求與普通光纜一樣能抗紫外先輻射外，還要求能長期經(jīng)受高壓強(qiáng)電場環(huán)境的考驗。本文分別通過對ADSS光纜試品進(jìn)行時間為1min的耐85kv的工頻電壓試驗，證明了ADSS不能滿足在1970m海拔、試驗電壓85kv的絕緣要求。在空間電場的作用下，布防在高壓電力線路上的ADSS特別是遭到污染后的ADSS護(hù)套，可能在其表面產(chǎn)生電腐蝕，從而形成電痕。ADSS布放在空間電位不大于12kv的位置時，可以采用聚乙烯護(hù)套，但布放在大于12kv的位置時，應(yīng)采用耐電痕聚乙烯護(hù)套。ADSS通常布放在空間電位不大于20kv的位置上。因此若想將ADSS使用在1970m海拔以下，室外環(huán)境的35k的高壓電氣設(shè)備中，需要選擇耐電性能更好的護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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[3]李耀星.中國絕緣材料產(chǎn)品及應(yīng)用手冊[M].第一版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[4]全國高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T11022-1999中國標(biāo)準(zhǔn)書號[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[5]中華人民共和國電力部科技司、安生司.GB/T16434-1996中國標(biāo)準(zhǔn)書號[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

[6]全國絕緣子標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T4585-2004中國標(biāo)準(zhǔn)書號[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

作者簡介：李建發(fā)（1983-）云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，工程師，從事高壓試驗、高壓設(shè)備在線監(jiān)測工作。