中压电缆铜带力学性能试验与断裂故障分析.pdf

61电力安全技术第25卷(2023年第6期)中压电缆铜带力学性能试验与断裂故障分析邹勇波，曹立新(江苏荣宜电缆有限公司，江苏 无锡 214200)Mechanical Performance Tests and Fracture Analysis ofCopper Strip of Medium-voltage CablesZOU Yongbo,CAO Lixin(Jiangsu Rongyi Cable Co.,Ltd.,Wuxi 214200)摘 要 介绍了中压电缆金属屏蔽层的规程要求与铜带力学性能试验，结合二例因铜带断裂而引发电缆故障的案例分析，阐述了铜带力学性能及施工工艺对电缆安全运行的影响，并提出了防范电缆铜带断裂的改进建议。关键词 中压电缆；金属屏蔽层；铜带；力学性能Abstract:The procedural requirements for metal shielding layer of medium-voltage cables and the mechanical performance tests on copper belt are described.Combined with the analysis of two cases concerning cable failures caused by copper belt fracture,the effects of mechanical performance of copper belt and its construction process on the safe operation of the cables are expounded,and suggestions for improving the prevention of cable copper belt fractures are put forward.Key words:medium-voltage cable;metal shielding;copper strip;mechanical properties中图分类号:TM247 文献标识码:A 文章编号:1008-6226(2023)06-0061-0330 kV(Um=36kV)电缆及 GB/T 12706.32020额定电压1 kV(Um=1.2 kV)到35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第 3 部分：额定电压35 kV(Um=40.5 kV)电缆中，对金属屏蔽层有如下规定。(1)中压电缆的绝缘线芯上应有金属屏蔽层2。(2)绝缘屏蔽应由非金属的半导电屏蔽层与金属层组合而成。(3)金属屏蔽层应包覆在每根绝缘线芯或缆芯的外面。(4)金属屏蔽方式分为金属带屏蔽、金属编织屏蔽、金属丝的同心层或金属丝疏绕与金属带的组合结构组成。(5)铜带屏蔽应由一根重叠绕包的软铜带组成，重叠绕包铜带间标称搭盖率为本身带宽的0引言目前，电缆路线的应用越来越广泛，并起到架空线无法替代的作用1。但是其在应用过程中也暴露出许多电缆故障的问题，造成了一定的经济损失。因此，某公司在中压电缆金属屏蔽层铜带力学性能试验及弯曲性能抗开裂试验的基础上，选取典型案例进行分析，探讨铜带伸长性能对电缆的安全运行的影响并提出改进建议。1中压电缆金属屏蔽层规定在 GB/T 12706.22020额定电压 1 kV(Um=1.2 kV)到 35 kV(Um=40.5 kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第 2 部分：额定电压 6 kV(Um=7.2kV)到第25卷(2023年第6期)电力安全技术6215%，最小搭盖率不应小于本身带宽 5%。(6)铜 带 标 称 厚 度 为：单 芯 电 缆 不 小 于0.12 mm、三芯电缆不小于 0.10 mm、铜带的最小测量厚度不应小于标称值的 90%。2铜带力学性能试验介绍2.1铜带力学性能标准中压电缆屏蔽用铜带的力学性能应符合标准GB/T 110912014电缆用铜带中的相关要求，见表 1。中压电缆屏蔽用铜带常选用牌号 T2、状态 O60，对应的抗拉强度值为 220270 MPa，伸长率为大于等于 30%。表 1中压电缆屏蔽用铜带力学性能要求牌号状态抗拉强度/MPa规定塑性延伸强度/MPa伸长率/%维氏硬度/HVTU1，TU2，TU3，TUP0.003O6020026065100 355060O8022027570105 325065O81235290-305570T2，TP1O6022027070110 305065O8023028575120 285570O81245300-25-2.2铜带拉伸性能试验根据国家标准 GB/T 110912014 中第 4.3章节的规定，带材的拉伸力学性能按照国标 GB/T 228.12010金属材料 拉伸试验 第 1 部分：室温试验方法的规定进行试验，试样号为国标GB/T 228.12010 附录 B 表 B.1 中的 P02；试验机型为 JSL-50kN 型电子拉力试验机，拉伸速度设定 250 mm/min；为防止夹伤铜带，夹取位置按照要求作特殊处理；试验记录有效数据，只取在原始标距内断裂的数值。选取 A，B 厂家生产的中压电缆用铜带并按照标准要求制作试样(分别为 A，A，A，B，B)进行拉伸试验，结果见表 2。2.3弯曲性能抗开裂试验根据 GB/T 12706.22020 中 18.2.4 条款进行试验。试验采用 A，B 厂家的 YJV22 型成品电缆，电压等级为 26/35 kV，规格为 3400 mm2，线芯直径为 47.8 mm，铜带绕包平均搭盖率为 20%，成品外径为 122 mm。试样绕线盘筒体 1 圈后松开展直，然后在相反方向重复此过程，循环 3 次后发现线盘筒体直径逐渐减小，完成弯曲性能抗开裂试验后剖开电缆观察铜带是否有断裂等现象，相应试验结果见表 3。表 2铜带拉伸试验记录试样厚度/mm宽度/mm断裂峰值力/N断裂后标距长度/mm抗拉强度/MPa断裂伸长率/%判定A 0.10012.52756722034合格A 0.10012.53026924238合格A 0.10012.52886523030合格B 0.09712.5304532506不合格B 0.09512.53125526410不合格表 3铜带绕包后弯曲性能抗开裂试验试样筒体直径/mm是否断裂或开裂A 1 800否B 1 800否A 1 200否B 1 200否A 1 000否B 1 000否A 700否B 700是上述试验结果表明，B 厂铜带断裂伸长率性能数据较差，弯曲试验表现也相对较差。3案例分析3.1案例 1广钢集团广州钢铁股份有限公司机动处 35 kV供电系统中，两回 35 kV 联络线为单芯交联聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套(型号 ZR-YJV、电压等级26/35 kV、规格 1300 mm2)，采用金属屏蔽层单端接地的运行方式。故障发生时，该公司水电厂二总降站的母线发现有接地信号且持续 8 s，60 s 后 1号发电机受电网波动冲击解列，2 号发电机跳闸，同时一总降站 2 号主变 35 kV 出线柜(3502)和二总降站 35 号柜(为同一回路联络柜)跳闸3。故障发生前，联络线的载流量远远小于该电缆额定载流量，不存在电缆过载发热情况，同时故障点非电缆接头，也没有浸泡在水中。调查发现，该电缆在制造过程中由于工期较紧出现外护套松脱返厂重塑的情况，而剥离外护套为63第25卷(2023年第6期)电力安全技术手工操作，在经过盘具的多次卷绕后电缆金属屏蔽层受到损伤，导致金属屏蔽层断裂后引起电缆绝缘层加速老化，最终造成电缆绝缘层击穿。3.2案例 22005-01-07T20:00，某企业发生 35 kV 电力电缆发生烧毁事件1。该电缆从四总降至 35 kV 区域变电站，全长 1 700 m，划分为 4F4 和 4F10 两段 电 缆,每 路 9 根 电 缆(A11/B11/C11，A21/B21/C21，A31/B31/C31，各相有 3 根电缆并联运行)，双回路供电；电缆途径电缆沟、电缆竖井、电缆桥架。故障发生点在电缆沟中，在电缆 B 相取 3 m 故障处进行解剖，发现 B 相电缆铜带绕包处存在未搭接区域并有断裂痕迹；同时 B 相多处解剖发现铜带有断裂现象，C 相解剖并未发现此现象。经了解，在电缆敷设过程中，电缆沟沟底未铺垫沙子或软土，表面也未加水泥或其他的盖板，电缆受到石头或其他重物挤压且弯曲半径小于规定的弯曲半径，使铜带受损，受损点接触电阻变大，导致局部区域热量升高和局部放电量增大，最终造成电缆绝缘层击穿。3.3总结通过上述 2 起电缆故障案例的分析，造成故障的主要为电缆金属屏蔽层断裂所引发，而金属屏蔽层断裂的原因有两方面：一是电缆敷设施工工艺不当，造成电缆铜带损伤；二是铜带本身质量不达标，铜带开裂或断裂后造成金属屏蔽电位悬浮，电气连接断开，铜带间隙存在感应电位差，导致铜带间隙放电，使铜带间隙附近的绝缘受损，造成环型烧伤，同时铜带感应电压过高，对电缆支架放电，最终导致电缆永久性的损坏4。3.4改进建议为防范铜带制造质量缺陷以及不规范施工工艺造成铜带断裂故障，提出如下建议。(1)制造方增加对电缆用铜带原材料进厂时的检测频次。严格挑选盘具，严禁使用小于电缆所能承受的弯曲半径的盘具5。(2)采购方采购电缆时应竟可能选择铜丝疏绕+铜带反紥方式的电缆。因疏绕+铜带反紥方式比铜带方式有更大的屏蔽截面积且电阻小，保证了电缆足够的弯曲度及故障电流的通过量，因此，铜丝屏蔽+铜带反紥效果远比其他屏蔽方式好，而且连续性比较可靠。(3)施工方严格按照电缆的施工工艺规范进行操作，严禁暴力施工。4结束语电缆击穿主要是由金属屏蔽层多点断裂造成的，而金属屏蔽层断裂的原因也较为复杂：一是铜带本身质量不过关；二是电缆制造、运输及敷设过程产生的铜带断裂现场等。因此，在制造和使用中压电缆时，应在电缆的设计制造、型号选择、运输与施工以及日常运行中的维护与保养等多个方面进行严格的把控，确保电缆的安全使用。参考文献：1 杨建军35 kV 电力电缆击穿事故原因分析 J企业技 术开发，2012，31(1)：52-53.2 吕建忠，史亚南，张翼东电力电缆故障原因分析及预 防措施 B内蒙古电力技术，2006(2):43-45.3 王明飞城市轨道交通供电系统 10 kV 电缆的选择 B.电气化铁道，2008(1):40-42.4 刘再波 35 kV电缆金属屏蔽层断裂引起的故障分析J.冶金丛刊，2002(05)：38-39，50.5 薛福连35 kV 及以下电力电缆故障的原因及对策 B 电力电缆，2003(6)：39-40.6 裴清春，甘 露，王 鹏，等电缆装盘长度计算公式 修正 J电力电缆，2013(3)：41-42，46.收稿日期：2022-10-19；修回日期：2022-12-30。作者简介：邹勇波(1994)，男，助理工程师，主要从事电线电缆设计、生产与维护等工作，email：。曹立新(1974)，男，技师，主要从事电线电缆设计、生产与维护等工作。欢迎刊登广告