高海拔下全介质自承式光缆电气绝缘性能的研究
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摘 要：全介质自承式光缆也称ADSS，为非金属结构。它以其优良的电气绝缘性能和小负荷等优点广泛地应用于高压输电线路中。在1970m海拔下，对300mm和330mm两种长度的ADSS试品进行时间为1min的耐85kv的工频电压试验。试验结果表明：ADSS试品出现了击穿声和闪络的现象，试验验证了ADSS的绝缘性不能满足在1970m海拔下85kv试验电压下电气设备的绝缘要求。ADSS通常布放在空间电位不大于20kv的位置上。可以利用改善光缆护套的方式，加强ADSS的电气性能，使其适用于1970m海拔以下，室外环境的35k的高压电气设备中。
关键词：全介质自承式光缆；电气绝缘性能；耐压试验；高海拔
1 引言
全介质自承式光缆（All Dielectric Self-Supporting）又称为ADSS，俗称电力光缆。ADSS缆芯为PBT松套管结构，光纤和防水油膏填充满PBT松套管，为了使得光缆在承受负载拉伸到光缆最大额定负载前保证光纤在光缆中不受到任何应力，需要在PBT松套管中留有一定的光纤余长；采用FRP（纤维增强塑料）加强芯和芳纶绕包作为加强机械性能构件满足光缆安装和施工所需要的强度，FRP加强芯和芳纶纤维的扭矩平衡绞合使得光纤具有良好的防扭性能。ADSS结构说明其有自承式和全介质两个特点：自承式表明其机械强度十分重要，光缆自身的加强构件能承受自重及外界负荷；全介质说明光缆采用全介质材料，使光缆可处于高压强电场环境中，能耐受强电场的影响。对于220kv线路电压，光缆的外护套可采用特殊交联聚乙烯配方材料，交联键可以保证外护套不导电，且使其表面具有制冷特性，可以降低外护套表面温度，从而保证材料特性和防止热塑性老化，使得ADSS在25kv以下感应电场中的防电腐蚀性，对于60kv线路电压，光缆的外护套可使用W6级高模量的聚乙烯材料，可以保证ADSS在不同气候和环境条件下适合12kv以下感应电场。
图1 ADSS光缆的结构示意图
高海拔地区的空气稀薄、气压小，空气中的离子更容易被电离形成电弧；另外高海拔空气稀薄，空气的密度会低，散热困难，绝缘击穿电压也会降低。高海拔条件对于污染绝缘放电特性的影响，主要在于气压影响。随气压的降低，污染绝缘的直流和交流闪络电压都会降低，污闪电压与气压P之间成非线性关系，可以表示为：
其中U0为常压P0时的污闪电压，下降指数n的大小反应气压对于污闪电压的影响程度。本文对ADSS进行1970m高海拔下的耐压试验。
2 ADSS试品
将每一种ADSS试品中截取长度约400mm（不能小于330mm）的一段，并且要求这段套管是完好无缺的，不能出现被损坏的痕迹。用两股柔软的铜丝分别紧紧缠绕在套管上，作为电极。
取两铜丝的内侧之间的长度为330 mm，记为试品1#；以同样的方式再选取一次，取两铜丝的内侧之间的的距离为300 mm，记为试品2#。
3 工频实验原理
根据《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》[4]，对聚四氟乙烯套管施加85kv的工频试验电压，要求试验的耐压时间为1min。工频耐压试验采用串联谐振耐压试验装置（又称为变频串联谐振装置或串联谐振耐压试验设备），运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和试品C串联谐振，谐振电压即为加到试品上电压。
4 ADSS工频耐压实验
实验要求对无污染的ADSS试品进行工频耐压试验：工频电压为85kv，时间为1min。根据《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》，在规定的时间内，即1min内，ADSS试品发出击穿响声（或断续放电声）、冒烟、出气、焦臭、闪络、燃烧等，都是不允许的，应查明原因。如果这些现象确定是由ADSS试品产生的，则认为是该ADSS试品的电气绝缘性达不到要求，试验没通过；如果ADSS试品未发生击穿或表面闪络，则认为ADSS通过了该项试验。试验结果参见表1。
表1 工频耐压试验结果
根据《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》，工频电压试验能有效地发现ADSS试品的危险缺陷，用来检验ADSS试品在工频交流工作电压下的绝缘性能。试验结果：1min，工频电压85kv的耐高压试验中：ADSS试品1#和2#出现击穿声和闪络的现象现象，并未通过实验。
5 ADSS光缆的工频耐压实验结论
此次试验所在地点海拔为1970m，相关试验的考核在此条件下进行，长度为300mm和330mm的ADSS不能够通过工频85kv的1min耐压试验。实验表明：试品在工频电压85kv下不能够保持其原有的电绝缘水平，不能满足1970m海拔下电气设备绝缘性能。ADSS的护套材料明显绝缘性能不佳，特别是在电场不均情况下，一旦起晕，该材料即会被损坏，其耐电痕性能较差。
6 结束语
ADSS是无金属结构，可避免雷击的可能；直径小、中粮轻，可以减少冰凌、风力的影响，亦可减轻塔架和支撑物的负荷；安装、维护方便。由于ADSS与高压电力线同路，所以其表面除了要求与普通光缆一样能抗紫外先辐射外，还要求能长期经受高压强电场环境的考验。本文分别通过对ADSS光缆试品进行时间为1min的耐85kv的工频电压试验，证明了ADSS不能满足在1970m海拔、试验电压85kv的绝缘要求。在空间电场的作用下，布防在高压电力线路上的ADSS特别是遭到污染后的ADSS护套，可能在其表面产生电腐蚀，从而形成电痕。ADSS布放在空间电位不大于12kv的位置时，可以采用聚乙烯护套，但布放在大于12kv的位置时，应采用耐电痕聚乙烯护套。ADSS通常布放在空间电位不大于20kv的位置上。因此若想将ADSS使用在1970m海拔以下，室外环境的35k的高压电气设备中，需要选择耐电性能更好的护套进行保护。
参考文献
[1]《电气电子绝缘技术手册》编辑委员会.电气电子绝缘技术手册.第一版，北京：机械工业出版社，2008.1.
[2]李卫国，屠志刚.电气设备绝缘试验与检测[M].第一版，北京：中国电力出版社，2006.
[3]李耀星.中国绝缘材料产品及应用手册[M].第一版，北京：机械工业出版社，2006.
[4]全国高压开关设备标准化技术委员会.GB/T11022-1999中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，1999.
[5]中华人民共和国电力部科技司、安生司.GB/T16434-1996中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，1996.
[6]全国绝缘子标准化技术委员会.GB/T4585-2004中国标准书号[S].北京：中国标准出版社，2004.
作者简介：李建发（1983-）云南电力技术有限责任公司，工程师，从事高压试验、高压设备在线监测工作。