2020-09-25 09:42:24

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充气电缆用干燥的氮气作绝缘介质的电缆。是油纸绝缘电缆中的一种。它是向油纸绝缘电缆内部充以高压力的氮气,使气体密度增加,气体分子的平均自由行程减少,以提高其游离电场的强度。由于氮气价廉,不会燃烧,且在高差较大的电缆线路中不存在充油电缆静压问题,因此充气电缆有它的特殊的适用场所。

基本信息

  • 中文名称

    充气电缆

  • 外文名称

    gas filled cable    

  • 类型

    单芯和三芯

  • 绝缘材料

    氮气填充油纸绝缘

  • 影响因素

    气体间隙大小

  • 应用范围

    33-138kv电力电缆线路

折叠 编辑本段 简介

充气电缆用高压力的氮气填充油纸绝缘中的气隙以提高绝缘性能的一种电力电缆。曾用于33~138kV的电力电缆线路中,有些也用于275kV级的电缆线路。因为充气电缆绝缘中不含大量的易燃电缆油,对防火要求较高的场所(如隧道等)尤为适宜。

充气电缆的油纸绝缘中的气隙被高压力的氮气填充后,其绝缘强度与氮气的压力成近似线性比例。按不同电压等级的气体工作压力的不同,充气电缆可分为低压力、中压力和高压力三种,气体的压力分别为0.15MPa、0.45MPa和1.45MPa。

充气电缆的游离电场强度与沿电场方向的气体间隙大小有关,间隙厚度愈小则游离电场强度愈高。因此,充气电缆和充油电缆一样,常使用薄纸带作为绕包绝缘以提高其电气强度。

充气电缆所用的气体大多采用干燥氮气。氮气与浸渍纸绝缘直接接触,是绝缘的组成部分,其含水量不超过0.03%,纯度在99.95%以上。氮气不纯会使电缆绝缘酸化和受潮,并使介质损耗因数增加。近年来也有试用SF6负电性气体的,以提高绝缘层总体的击穿强度。

折叠 编辑本段 工作原理

充气电缆的原理与充油电缆完全不同,绝缘内部的气隙不是被消除,而 是用高压力的氮气来填充以提高其游离电场强度。

根据气体放电理论,气体的起始游离电场强度与其压力亦即与气体分子的平均自由程有关,随着压力的增加,气体密度增加,气体分子的平均自由程将减少。为了能达到撞击游离,气体分子或离子就必须在较短的路程中积聚更多的能量,这就需要增加电场强度。因此,若在电缆绝缘内充以高压力的氮气时,电缆内部气隙起始游离的电压就可以大大提高。

在图1.4.1中示出了单芯充气电缆在线芯处起始游离的电场强度与铅包内氮气压力的关系。这条电缆绝缘是用0.06毫米厚的预浸渍纸制成的,导体截面为161平方毫米,绝缘厚度为3.8毫米。

充气电缆的游离电场强度与沿电场方向的气体间隙大小有关。间隙厚度愈小则游离电场强度亦愈高(·见图1.4.2)。此外,在同样的压力下,工频击穿和冲击击穿强度亦随纸带厚度减小商提高(见图1.4.3和1.4.4)。因此充气电缆与充油电缆一样,也可以使用薄纸来包绕绝缘以提高其电气强度。但是,必须注意,气隙的体积和形状会在很大程度上影响游离电场强度,而这种特性是无法测量的,并且它会受一些不可控制的现象如热膨胀、浸渍剂的渗透等的作用而变化。

充气电缆有单芯的和三芯的,电压为15~132千伏。图1.4.5和1.4.6分别示出了单芯和三芯的铅包充气电缆。

折叠 编辑本段 充气电缆结构与特点

充气电缆的构造与充油电缆相似。两者的区别在于气道的构造与油道不完全相同,而且纸绝缘的浸渍与加工过程也不同。单芯充气电缆有的线芯中心有一个气道;有的则是铅包与绝缘表断的屏蔽层之间留出2.5毫米的空隙作气道,或者采用椭园形线芯与园形铅包,使铅包与绝缘层这间形成两条月牙形气道。三芯电缆由于可利用芯与芯之间的空隙作气道,较好地解决了供气问题。但形式也有区别;有的只用一根金属导气管,有的除金属导气管外,还有~根管壁有孔的弹性塑料管,而有些则有两根螺旋形气道,再加一根导气管。金属导气管是用无缝金属管制成,它的管壁上也没有气孔,其作用只是保证气体能直接传送到每一个接头盒中,在那里气体就可以沿三个缆芯周围的空隙或螺旋形气道流到电缆内部绝缘中去。

充气电缆的原理与充油电缆完全不同,绝缘内部的气隙不是被消除,而是用高压力的氮气来填满气隙以提高它的游离电场强度。因为氮气是一种隋性气体,具有非常稳定的分子结构,不容易发生游离放电。电缆中充入压缩氮气后,气体与浸渍纸绝缘直接接触,也是绝缘的组成部分,其工作电场强度就会大大提高,可以使用在较高的电压等级中。

充气电缆按照氮气压力的不同,分为低压、中压和高压三种。其工作压力分别为1.2~2、3~6、12~15公斤/厘米,运行电压分别为35、20~75、35~275千伏。运行电压在138千伏及以下者有单芯和三芯两种型式,138千伏及以上者则一般只有单芯型式。

折叠 编辑本段 充气电缆漏气点的确定

充气电缆在运行中可能出现漏气的现象。这时应尽快地找出漏气地点,消除漏气使压力恢复正常,防止绝缘击穿。

寻找漏气地点是不容易的工作。漏气量愈小,困难愈大。为了确定漏气区域或线段,一般都采用气体流向指示器。气体总是向漏气地点流动的,这样就能够准确地找到漏气的线段。当线路发生漏气时将指示器与线路中某一接头盒中的导气管相连如图10.4.1所示。

气体流向指示器是由两个串联的玻璃瓶组成的,每个瓶盛有约半瓶变压器油,并用盖封住。当气体流过指示器时,其流动方向可由油的气泡来判断。按照气体的流动方向,油渐渐从一个瓶流到另一个瓶。如果被检查的电缆段没有漏气,则气体不会流动,油里不会有气泡,而且两个瓶里的油面水平也保持不变。

气体流动的方向还可以用其他仪器如差动压力计等来指示。此外,也可以用别种方法来确定漏油的线段。例如,在电缆两端保持同样的气体压力,然后在各接头盒处测量压力。最接近漏气地点的接头盒,其压力将最小。

当充气电缆的漏气量较大时,还可以采用加热的方法在约2米长的电缆外部装设加热线圈使这一小段电缆能够被加热到80~90℃。在距离加热线圈两侧各约400~500毫米处以同等间距(约100~150毫米)在电缆上装置几个热电偶或热敏温度计。然后对加热线圈进行若干小时的加热。由加热线圈发出的热量将有一部分被流向漏气地点的气体传给电缆上的热电偶或热敏温度计,从而可以判断漏气点是在加热线圈的哪一侧。这种方法的灵敏度与电缆的大小和绝缘厚度有关。电缆的尺寸愈大,灵敏度就愈低。

当漏气的线段已经确定后,可以进一步寻找漏气地点。测寻的方法有流量法,压力法,示踪气体法,声测法等。运行人员应根据漏气量的大小,电缆的结构和敷设方式以及现场的其他条件考虑选择最合适的测寻方法。

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