35kV 电缆金属屏蔽层断裂引起的故障分析 刘再波
(广钢集团广州钢铁股份有限公司机动处)
摘 要本文阐述了单芯中压交联电缆金属屏蔽层的作用，分析了金属屏蔽层断裂引发电缆单相接地的原因及使用 中出现的问题，提出了防范的措施。
关键词单芯电缆金属屏蔽层 断裂绝缘老化
ANALYSIS 0F THE TRoUBLE CAUSED BY THE BREAKING oF
THE M【E1：AL SHICLD FOR 35 KV CABLE
Liu Zaibo
(Mechanic Power Dept．of GIS)
Abstract This paper describes the function of the cable metal shield in single-core、medium —voltage ，AC ，and analyzes the cause of cable grounding in single—．phase arisen from the breaking of the metal shield and the prob—． 1ems existed in the application ，thereby the counter—measure is put forword．
Key words cable-in single—core metal shield break isolation outdated
1 概述
6～35kV 中压交联电缆在我国电力系统和工业
企业中被大量应用，其中不少是单芯交联电缆。其金
属屏蔽层作为电屏蔽层，用于保证单芯交联电缆的外
导电层各部位电位均等，在电缆正常运行时通过电缆
的充电电流，在电缆发生故障时，作为故障电流的通
路，能承受故障电流。根据电力安全规程规定，电气
设备非接地端的金属外壳都要接地。当单芯电缆线
芯通过电流时，就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它
的两端出现感应电压。此时，如果将金属屏蔽层两端
三相互联接地，则金属屏蔽层会出现很大的环流，使
屏蔽层发热，浪费电能，降低载流量，加速绝缘的老
化，因此单芯电缆金属屏蔽层应该一端接地。
2 事故过程
我公司的35kV 供电系统见图1，属于中性点不
接地系统，两回35kV 联络线为单芯交联聚乙烯绝缘
氯乙烯阻燃护套电力电缆ZR —YJV 一26／35 1×300
rnm2。两回联络线都采用了金属屏蔽层一端接地的
运行方式。故障发生时，我公司水电厂二总降站的
35kV 珊段母线发现有接地信号，持续时间约有8秒钟
之久，约1分钟后1 发电机受电网电压波动冲击解
列，2#发电机跳闸，同时一总降站2 主变35kV 出线
柜(3502#)和二总降站35 柜(为同一回路联络柜) 跳
闸。
3 事故分析
事故发生后，我们查看了有关柜继电保护的动作情况
和3720监控系统的运行监视记录。根据故障录波
图，在故障发生的瞬间，A 相发生振荡，电流急剧增
加，持续十多个周波，证明A 相首先发生单相接地后
短时间内发展成为三相接地短路而发生爆炸。
该联络线电缆投运时间仅一年多。根据运行记
录分析，在故障发生前，联络线的正常负荷电流仅为
几十安，远小于电缆的额定载流量，不存在电缆发热
情况。同时，故障点既非电缆接头，亦非浸泡在水中，
周围环境对电缆的影响不大，在竣工验收时的试验记
录(包括耐压试验、绝缘电阻测试、泄漏电流及介损测
试) 合格。经分析，引发事故的主要原因是：该联络线
电缆在制造过程中由于工期较紧，出现外护套松脱，
后由生产厂家重塑外护套，而剥离外护套的过程是手
工操作，损伤金属屏蔽层，而金属屏蔽层断裂后将引
起电缆绝缘的加速老化。
单芯中压交联电缆的金属屏蔽层有铜带屏蔽结
构或铜丝铜带组合结构。考虑到电缆的成本，大量电
缆为铜带屏蔽结构，铜带厚度从0．08nm 至0．12n1I11，__
搭盖约为15％
在电缆敷设时，电缆外护套发生破损，或电缆敷
设后受外力，外护套损坏，水分都会进入电缆(尤 是
6．3kV
—— - - 一
6kV 【I 【段 6k7 【V 段
直埋电缆、电缆沟l 勺敷没的电缆有水时) ，懵弛铜带眸
蔽层 如果铜带田蔽层被腐蚀断裂．则从铜带
1 发电机
11Mw 6k~ 2G
1 升压变l
1 5Mv^由 }
1． 5
执
’’’
电
r
，
铜带断裂处
1 外护套2 铜带屏蔽层3 外半导电层4 绝缘体
5金属导体
图2 35kV单芯交联电缆结构图
如果上述状态持续发展，外半导电层的电阻将进
一步增大。在铜带屏蔽层断裂处，铜带屏蔽层非接地
端与接地端之间的电位差E 可用下式求得：
E=C1／(C1+C，) ×U (1)
式q-：C — — 绝缘体的静电容量，取0．267 fF／km 、
C ，— — 外护套的静电容量，取2．67 fF／km 。
U — — 对地电压，为35000／√3V
贝1 E=0．267／(0．267+2．67) ×35000／, ／3=1837 02
V ，在E ：1837．02V 电位差的作用下，产生放电现象
进一步加速电缆从绝缘体表层开始老化。
假如，电缆是在空气中敷放，在铜带屏蔽层断裂
金属屏蔽层对单芯交联电缆的安全运行起着重
要的作用，造成本次电缆故障的主要原因是在重塑电
缆外护套的过程中损伤了金属屏蔽层，电缆在运行的
过程中受电磁力影响，损伤处金属屏蔽层的断裂不断
扩大，最终使整个金属屏蔽层断裂，充电电流和铜带
屏蔽层非接地端在铜带屏蔽层断裂处电位差产生的
放电现象引起电缆绝缘老化，使电缆在运行一年多的
时间里出现故障。因此，为了确保单芯交联电缆能够
安全运行，除了确保电缆的质量可靠，在施工和运行
维护过程中，要注意以下几点：
(1)电缆敷放时应保证施工质量，尽量避免外护
套破损。
(2)有条件时，35kv 单芯电缆外护套可采用双
层外护套组合而成。内层为线性低密度聚乙烯护套，
外层为聚氯已烯护套，以提高电缆护套强度，在电缆
敷设时，即使外护套破损，内护套也不会破损。
(3)改善电缆敷设环境，防止水分进入电缆。
(4)单芯电力电缆金属屏蔽层仅一端接地时，应每
季测量其金属屏蔽层对地的电压差。
一般用作制钮扣的铜带材，其厚度小于0．25min 时
杯突值在9 8mm 以下、厚度小于0．30mm 时杯突值
在10．0mm 以下为宜。
(4)对相同材质的不同使用意见表明，在检验
材料力学性能时不能忽视对材料晶粒度的检测。结
合图2、图3、图4的H65 0．23mm ～0．30mm 薄带软
片的晶粒度大小图片显示：在用户反映材料过火(出
现极轻微麻现象) 时，晶粒度值只为35“m 。因此，
对既要求有一定的深冲性能又必须保证冲制品表面
光滑的铜带材产品，其晶粒度最佳在35“m 以内；如
是特软片，其晶粒度也应小于45 m，否则冲制后易
出现表面粗糙，不易抛光。过多强调杯突值高低而
忽略材料的晶粒度值可能会造成使用七的不合适：
(5)在工艺制度确定后，生产中能否严格执行
工艺并结合设备运行状况、顾客使用要求来调整 L
艺参数，是稳定和保证质量的关键。
4 结束语
(1)钮扣用H65铜带的生产工艺经多次试验证
明是可行的，并在实际生产中制定了专用工艺制度；
(2)影响产品质量的因素是多方面的，提高和
保证质量必须综合考虑人员素质、工艺、设备、检验
手段和对材料的不同使用要求来采取相直的措施，
以最终满足市场和顾客对产品的要求
—L —；止—；止—；止—；止—；止 —；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止j 止—；止j 止— 上 上j 止j 止 j止j 止j 止j 止j 止j 止 j止j 止．址．；止j 止j 止 — t ．址．址．；止．址．址j
止—址
(上接第34页)
阳铲成孔，局部地段用地质钻成孔，清孔后，插入钢 总体来说，该工程采用土钉墙支护是成功的，节 筋，灌注1：0．5水泥砂浆至孔13溢出，在水泥砂浆凝 约工程费用约100万元，同时大大缩短了支护施工
固后，补浆一次。 时间，保证了该工程的顺利投产。
5 结束语
参 考 文 献
[1]龚晓南等编《深基坑工程设计施工手册》中国建筑工业出版牡，1998．7
[2]余志成等编《深基坑支护设计与施工》，中国建筑工业出版社，l994 6
瑗i j尊 i R 毫 菇 罩囝 i 定 f ' 一渖一j ；妊 饪 矗囊妊囊 fj 囊 爱 f 楚 迎{ 鼋 圣 囊 玲，，G ， ， 、 ；
(上接第39页)
(5)按照《电力设备预防性试验规程》的要求．
定期测量交联电缆的铜带屏蔽层电阻和导体电阻
比。当铜带屏蔽层电阻和导体电阻比值增加时，表
明铜带屏蔽层的直流电阻增大，铜带屏蔽层可能已
被腐蚀，应注意。
(6)由于我公司的供电系统属于中性点不接地
系统，35KV 电缆在发生单相接地故障时，短短几秒
内就发展为相间短路 因此，在运行的过程中要根
据线路的实际情况，允许线路发生单相接地时．直接
切除故障线路。
参 考 文 献
[1] 江日洪．《交联聚乙烯电力电缆线路》中国地质出版社，1997年11月
[2] (电业安全工作规程汇编》江西省科学情报科学研究所，l99~1年3月
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35kV 电缆金属屏蔽层断裂引起的故障分析 刘再波
(广钢集团广州钢铁股份有限公司机动处)
摘 要本文阐述了单芯中压交联电缆金属屏蔽层的作用，分析了金属屏蔽层断裂引发电缆单相接地的原因及使用 中出现的问题，提出了防范的措施。
关键词单芯电缆金属屏蔽层 断裂绝缘老化
ANALYSIS 0F THE TRoUBLE CAUSED BY THE BREAKING oF
THE M【E1：AL SHICLD FOR 35 KV CABLE
Liu Zaibo
(Mechanic Power Dept．of GIS)
Abstract This paper describes the function of the cable metal shield in single-core、medium —voltage ，AC ，and analyzes the cause of cable grounding in single—．phase arisen from the breaking of the metal shield and the prob—． 1ems existed in the application ，thereby the counter—measure is put forword．
Key words cable-in single—core metal shield break isolation outdated
1 概述
6～35kV 中压交联电缆在我国电力系统和工业
企业中被大量应用，其中不少是单芯交联电缆。其金
属屏蔽层作为电屏蔽层，用于保证单芯交联电缆的外
导电层各部位电位均等，在电缆正常运行时通过电缆
的充电电流，在电缆发生故障时，作为故障电流的通
路，能承受故障电流。根据电力安全规程规定，电气
设备非接地端的金属外壳都要接地。当单芯电缆线
芯通过电流时，就会有磁力线交链金属屏蔽层，使它
的两端出现感应电压。此时，如果将金属屏蔽层两端
三相互联接地，则金属屏蔽层会出现很大的环流，使
屏蔽层发热，浪费电能，降低载流量，加速绝缘的老
化，因此单芯电缆金属屏蔽层应该一端接地。
2 事故过程
我公司的35kV 供电系统见图1，属于中性点不
接地系统，两回35kV 联络线为单芯交联聚乙烯绝缘
氯乙烯阻燃护套电力电缆ZR —YJV 一26／35 1×300
rnm2。两回联络线都采用了金属屏蔽层一端接地的
运行方式。故障发生时，我公司水电厂二总降站的
35kV 珊段母线发现有接地信号，持续时间约有8秒钟
之久，约1分钟后1 发电机受电网电压波动冲击解
列，2#发电机跳闸，同时一总降站2 主变35kV 出线
柜(3502#)和二总降站35 柜(为同一回路联络柜) 跳
闸。
3 事故分析
事故发生后，我们查看了有关柜继电保护的动作情况
和3720监控系统的运行监视记录。根据故障录波
图，在故障发生的瞬间，A 相发生振荡，电流急剧增
加，持续十多个周波，证明A 相首先发生单相接地后
短时间内发展成为三相接地短路而发生爆炸。
该联络线电缆投运时间仅一年多。根据运行记
录分析，在故障发生前，联络线的正常负荷电流仅为
几十安，远小于电缆的额定载流量，不存在电缆发热
情况。同时，故障点既非电缆接头，亦非浸泡在水中，
周围环境对电缆的影响不大，在竣工验收时的试验记
录(包括耐压试验、绝缘电阻测试、泄漏电流及介损测
试) 合格。经分析，引发事故的主要原因是：该联络线
电缆在制造过程中由于工期较紧，出现外护套松脱，
后由生产厂家重塑外护套，而剥离外护套的过程是手
工操作，损伤金属屏蔽层，而金属屏蔽层断裂后将引
起电缆绝缘的加速老化。
单芯中压交联电缆的金属屏蔽层有铜带屏蔽结
构或铜丝铜带组合结构。考虑到电缆的成本，大量电
缆为铜带屏蔽结构，铜带厚度从0．08nm 至0．12n1I11，__
搭盖约为15％
在电缆敷设时，电缆外护套发生破损，或电缆敷
设后受外力，外护套损坏，水分都会进入电缆(尤 是
6．3kV
—— - - 一
6kV 【I 【段 6k7 【V 段
直埋电缆、电缆沟l 勺敷没的电缆有水时) ，懵弛铜带眸
蔽层 如果铜带田蔽层被腐蚀断裂．则从铜带
1 发电机
11Mw 6k~ 2G
1 升压变l
1 5Mv^由 }
1． 5
执
’’’
电
r
，
铜带断裂处
1 外护套2 铜带屏蔽层3 外半导电层4 绝缘体
5金属导体
图2 35kV单芯交联电缆结构图
如果上述状态持续发展，外半导电层的电阻将进
一步增大。在铜带屏蔽层断裂处，铜带屏蔽层非接地
端与接地端之间的电位差E 可用下式求得：
E=C1／(C1+C，) ×U (1)
式q-：C — — 绝缘体的静电容量，取0．267 fF／km 、
C ，— — 外护套的静电容量，取2．67 fF／km 。
U — — 对地电压，为35000／√3V
贝1 E=0．267／(0．267+2．67) ×35000／, ／3=1837 02
V ，在E ：1837．02V 电位差的作用下，产生放电现象
进一步加速电缆从绝缘体表层开始老化。
假如，电缆是在空气中敷放，在铜带屏蔽层断裂
金属屏蔽层对单芯交联电缆的安全运行起着重
要的作用，造成本次电缆故障的主要原因是在重塑电
缆外护套的过程中损伤了金属屏蔽层，电缆在运行的
过程中受电磁力影响，损伤处金属屏蔽层的断裂不断
扩大，最终使整个金属屏蔽层断裂，充电电流和铜带
屏蔽层非接地端在铜带屏蔽层断裂处电位差产生的
放电现象引起电缆绝缘老化，使电缆在运行一年多的
时间里出现故障。因此，为了确保单芯交联电缆能够
安全运行，除了确保电缆的质量可靠，在施工和运行
维护过程中，要注意以下几点：
(1)电缆敷放时应保证施工质量，尽量避免外护
套破损。
(2)有条件时，35kv 单芯电缆外护套可采用双
层外护套组合而成。内层为线性低密度聚乙烯护套，
外层为聚氯已烯护套，以提高电缆护套强度，在电缆
敷设时，即使外护套破损，内护套也不会破损。
(3)改善电缆敷设环境，防止水分进入电缆。
(4)单芯电力电缆金属屏蔽层仅一端接地时，应每
季测量其金属屏蔽层对地的电压差。
一般用作制钮扣的铜带材，其厚度小于0．25min 时
杯突值在9 8mm 以下、厚度小于0．30mm 时杯突值
在10．0mm 以下为宜。
(4)对相同材质的不同使用意见表明，在检验
材料力学性能时不能忽视对材料晶粒度的检测。结
合图2、图3、图4的H65 0．23mm ～0．30mm 薄带软
片的晶粒度大小图片显示：在用户反映材料过火(出
现极轻微麻现象) 时，晶粒度值只为35“m 。因此，
对既要求有一定的深冲性能又必须保证冲制品表面
光滑的铜带材产品，其晶粒度最佳在35“m 以内；如
是特软片，其晶粒度也应小于45 m，否则冲制后易
出现表面粗糙，不易抛光。过多强调杯突值高低而
忽略材料的晶粒度值可能会造成使用七的不合适：
(5)在工艺制度确定后，生产中能否严格执行
工艺并结合设备运行状况、顾客使用要求来调整 L
艺参数，是稳定和保证质量的关键。
4 结束语
(1)钮扣用H65铜带的生产工艺经多次试验证
明是可行的，并在实际生产中制定了专用工艺制度；
(2)影响产品质量的因素是多方面的，提高和
保证质量必须综合考虑人员素质、工艺、设备、检验
手段和对材料的不同使用要求来采取相直的措施，
以最终满足市场和顾客对产品的要求
—L —；止—；止—；止—；止—；止 —；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止—；止j 止—；止j 止— 上 上j 止j 止 j止j 止j 止j 止j 止j 止 j止j 止．址．；止j 止j 止 — t ．址．址．；止．址．址j
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(上接第34页)
阳铲成孔，局部地段用地质钻成孔，清孔后，插入钢 总体来说，该工程采用土钉墙支护是成功的，节 筋，灌注1：0．5水泥砂浆至孔13溢出，在水泥砂浆凝 约工程费用约100万元，同时大大缩短了支护施工
固后，补浆一次。 时间，保证了该工程的顺利投产。
5 结束语
参 考 文 献
[1]龚晓南等编《深基坑工程设计施工手册》中国建筑工业出版牡，1998．7
[2]余志成等编《深基坑支护设计与施工》，中国建筑工业出版社，l994 6
瑗i j尊 i R 毫 菇 罩囝 i 定 f ' 一渖一j ；妊 饪 矗囊妊囊 fj 囊 爱 f 楚 迎{ 鼋 圣 囊 玲，，G ， ， 、 ；
(上接第39页)
(5)按照《电力设备预防性试验规程》的要求．
定期测量交联电缆的铜带屏蔽层电阻和导体电阻
比。当铜带屏蔽层电阻和导体电阻比值增加时，表
明铜带屏蔽层的直流电阻增大，铜带屏蔽层可能已
被腐蚀，应注意。
(6)由于我公司的供电系统属于中性点不接地
系统，35KV 电缆在发生单相接地故障时，短短几秒
内就发展为相间短路 因此，在运行的过程中要根
据线路的实际情况，允许线路发生单相接地时．直接
切除故障线路。
参 考 文 献
[1] 江日洪．《交联聚乙烯电力电缆线路》中国地质出版社，1997年11月
[2] (电业安全工作规程汇编》江西省科学情报科学研究所，l99~1年3月
维普资讯 http://www.cqvip.com__