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技術(shù)文章

電纜故障測(cè)試中故障點(diǎn)的擊穿
   電線故障調(diào)試儀中不論是直閃法還是沖閃法，只有使故障點(diǎn)放射并且是充分放射，獲得正確的脈沖電流波形，才能保障正確地測(cè)量故障距離。本節(jié)討論電線故障點(diǎn)的穿透形式以及使得電線故障點(diǎn)充分放射的措施。
1. 電線故障點(diǎn)穿透的形式
   電線故障點(diǎn)穿透基本上可分為電穿透與熱穿透兩種形式。
   電穿透是當(dāng)電壓很高，場(chǎng)強(qiáng)足夠大時(shí)，介質(zhì)中存在少量的自由電子將在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生碰撞游離，自由電子碰撞中性分子，使其激勵(lì)游離而產(chǎn)生新的電子和正離子，這些電子和正離子獲得電場(chǎng)能量后又和別的中性分子相互碰撞，這個(gè)過程不斷發(fā)展下去，使介質(zhì)中電子流“雪崩”加劇，造成絕緣介質(zhì)穿透，形成導(dǎo)電通道，故障點(diǎn)被強(qiáng)大的電子流瞬間短路。我們?cè)陔娋€故障調(diào)試中，使用直流高電壓或沖擊高電壓使電線故障點(diǎn)穿透，作用時(shí)間很短，屬于電穿透。
   熱穿透是電線絕緣介質(zhì)在電場(chǎng)的作用下，由于介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量使絕緣介質(zhì)溫度升高，若發(fā)熱量大于向周圍媒質(zhì)散發(fā)出的熱量，則溫度持續(xù)上升，隨著溫度不斷升高，使絕緣介質(zhì)發(fā)生燒焦，開裂或局部熔斷，*后導(dǎo)致穿透。熱穿透電壓作用時(shí)間長(zhǎng)，一般發(fā)生在電線運(yùn)行過程中。
   圖 4.18給出了電線絕緣介質(zhì)穿透后，出現(xiàn)的放射通道。在電線故障調(diào)試中，在直流或沖擊高壓的作用下，放射通道產(chǎn)生電弧，出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，每一次穿透，將使絕緣介質(zhì)進(jìn)一步遭到破壞，放射通道進(jìn)一步擴(kuò)大。一般來說，將使故障點(diǎn)電阻降低，臨界穿透電壓下降。而在一些特殊情況下，比如故障點(diǎn)受潮比較嚴(yán)重時(shí)，由于故障點(diǎn)放射電弧產(chǎn)生的熱量使故障點(diǎn)水分蒸發(fā)，起到干燥作用，反而會(huì)出現(xiàn)故障點(diǎn)絕緣電阻升高的現(xiàn)象。 
2. 如何使故障點(diǎn)充分放射
由高壓設(shè)備供給電線的能量可由下式代算：
W=CV 2 /2 
   即高壓設(shè)備供給電線的能量與貯能電容量 c成正比，與所加電壓的平方成正比。在故障點(diǎn)不穿透放射或雖有放射現(xiàn)象，但放射不充分時(shí)，波形上觀察不到故障點(diǎn)反射回波，可通過增大貯能電容量C或提高沖擊電壓V，來使故障點(diǎn)充分放射。 
  1) 進(jìn)行直閃調(diào)試時(shí)，提高直流電壓到規(guī)定值并維持足夠的時(shí)間（如 6KV油浸紙絕緣電線，規(guī)定的預(yù)防試驗(yàn)電壓為30KV，試驗(yàn)時(shí)間5分鐘），直至故障點(diǎn)穿透為止。如仍不穿透，可經(jīng)過一段時(shí)間后再試，往往絕緣冷卻后，可使故障點(diǎn)穿透。 
  2) 進(jìn)行沖閃調(diào)試時(shí)，加大球間隙，提高施加到電線上的電壓，可使故障點(diǎn)容易穿透。電線故障點(diǎn)往往是由遠(yuǎn)端反射電壓造成的加倍電壓而穿透的，如球間隙放射沖擊電壓為 10KV，電線上故障點(diǎn)可獲得接近20KV的電壓。因此，實(shí)際調(diào)試時(shí)，應(yīng)注意選擇沖擊電壓值*好不要超過規(guī)定的電線泄漏試驗(yàn)電壓的50%～70%。 
  3) 提高儲(chǔ)能電容的容量，加大了高壓設(shè)備供給電線的能量，實(shí)際上也增加了電線上電壓持續(xù)時(shí)間，有利于故障點(diǎn)的穿透。圖 4.19給出了典型的電線故障點(diǎn)穿透電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線A，以及不同電容量C時(shí)電線上得到的電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線1、2、3、4（不考慮遠(yuǎn)端反射電壓的影響），當(dāng)后者與曲線A相交時(shí)，即可發(fā)生直接穿透。同樣沖擊電壓的前提下，曲線1、2的電容較大，與曲線A有交點(diǎn)，故會(huì)使故障點(diǎn)穿透；而曲線3、4對(duì)應(yīng)的情況，電容量較小，盡管電線上電壓較高，但衰減快，與曲線A無(wú)交點(diǎn)，故不會(huì)造成故障點(diǎn)穿透。 
  4) 進(jìn)行沖閃調(diào)試時(shí)，使球間隙多次放射，把故障點(diǎn)燒一段時(shí)間后，利用“累積效應(yīng)”，故障點(diǎn)被進(jìn)一步破壞，會(huì)使得穿透電壓降低，放射延時(shí)縮短。
3. 故障點(diǎn)在接頭處的情況
   故障點(diǎn)發(fā)生在電線本體，無(wú)論是直閃法或沖閃法，一般來說，都會(huì)出現(xiàn)比較典型的波形。但如果是故障點(diǎn)發(fā)生在電線的中間接頭或終端頭時(shí)，往往碰到一些異常現(xiàn)象，有必要討論一下。
   常見的電線接頭有多種：預(yù)制接頭、熱縮材料接頭、環(huán)氧樹脂接頭、瀝清接頭和充油接頭。而預(yù)制接頭、熱縮材料接頭現(xiàn)在使用是極普遍的。接頭的方便性、可靠性，較過去都有很大的提高，但仍然是故障高發(fā)點(diǎn)。過去八十年代，環(huán)氧樹脂接頭和瀝清接頭使用是極普遍的，往往由于做接頭時(shí)的拙劣工藝而使接頭存在空氣泡、電裂紋及有害雜質(zhì)，造成事故隱患，故在環(huán)境溫度、濕度變化大、負(fù)荷超載及預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)形成故障。電線頭（接頭、終端頭）出現(xiàn)了故障，調(diào)試時(shí)有以下現(xiàn)象：
  1) 開始時(shí)，故障點(diǎn)電阻值很低，無(wú)法進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。經(jīng)高壓沖擊后，絕緣電阻會(huì)越來越高，并無(wú)故障點(diǎn)穿透跡象。
  2) 調(diào)試時(shí)，偶而出現(xiàn)故障點(diǎn)放射，但不穩(wěn)定。
  3) 放射延時(shí)特別長(zhǎng)。
   碰到以上現(xiàn)象，都應(yīng)考慮故障點(diǎn)可能在接頭上。這時(shí)，應(yīng)耐心一些，采取使故障點(diǎn)充分放射的措施，以獲得正確的測(cè)距效果。確不奏效時(shí)，可以對(duì)照?qǐng)D紙，找出接頭位置挖開，通過觀察接頭是否正常，能否聽到微弱的放射聲等措施找出故障點(diǎn)。
4. 專用高壓信號(hào)發(fā)生器
   我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)上使用的電線故障調(diào)試高壓設(shè)備是分散式的，由自耦調(diào)壓器、升壓變壓器、硅堆、電容、球間隙以及監(jiān)視儀表等組成，存在以下問題：
  1) 每次使用時(shí)人工接線、查線，費(fèi)時(shí)且十分不方便。
  2) 通過改變球間隙大小（改變球間隙放射電壓）來改變施加到電線上去的沖擊高壓，只能大體估計(jì)大小，不能準(zhǔn)確控制沖擊高壓的幅值，而且放射時(shí)間間隔亦不可調(diào)。
  3) 改變接線或人工調(diào)節(jié)球間隙時(shí)，每次均需人工放射，費(fèi)時(shí)間，且不**。
  4) 無(wú)隔音措施，球間隙放射噪聲大。
專用的電線故障調(diào)試高壓信號(hào)發(fā)生器是為克服以上問題所設(shè)計(jì)的，有以下特點(diǎn)：
  1) 設(shè)備集裝了調(diào)壓器、升壓器、高壓硅堆、電容器等，避免了每次使用時(shí)，在這些設(shè)備之間人工接線。
  2) 使用觸頭代替球形放射間隙，可預(yù)先把儲(chǔ)能電容上電壓調(diào)整到任意預(yù)定值，啟動(dòng)電磁鐵，帶動(dòng)可移動(dòng)觸頭與靜觸頭接觸，把電容上能量釋放到電線上去。有消音措施，產(chǎn)生放射噪聲小。
  3) 具有周期性連續(xù)沖擊放射功能，即對(duì)電容進(jìn)行持續(xù)充電，每隔一定的時(shí)間（ 3s～10s可調(diào)）后，觸頭自動(dòng)閉合一次，電容上電壓施加到電線上去，使故障點(diǎn)放射，并重復(fù)進(jìn)行。該方式特別適用于故障定點(diǎn)調(diào)試。 
  4) 在電源關(guān)閉或停電時(shí)，自動(dòng)對(duì)儲(chǔ)能電容放射。
   使用專用高壓信號(hào)發(fā)生器，可大大加快電線故障調(diào)試速度。由于避免了人工接線不恰當(dāng)造成的儀器記錄波形的不規(guī)范，使故障測(cè)距結(jié)果準(zhǔn)確可靠。在故障定點(diǎn)時(shí)，因連續(xù)兩次放射的時(shí)間固定，有利于區(qū)別電線故障放射引起的振動(dòng)與環(huán)境干擾。

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