電力電纜接頭溫度場分布探究分析

侯忠強

(內蒙古新巴爾虎左旗電力有限責任公司，內蒙古 呼倫貝爾 021200)

電纜接頭又稱電纜頭。電纜鋪設好后，為了使其成為一個連接的線路，各段線必須連接為一個整體，這些連接點就稱為電纜接頭。電纜線路中間部位的電纜接頭稱為中間接頭，而線路兩末端的電纜接頭稱為終端頭。

一、電纜接頭常見故障

1.廠家制造原因

1）電纜本身。廠家在生產電纜的生產過程中，造成了電纜本身的缺陷，如電纜受潮、絕緣偏心、絕緣厚度不均勻等問題，在投入使用后容易出現故障，造成危害。

2）電纜接頭。電纜接頭分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，在電纜接頭的制作過程中，如果因為制作工藝的欠缺而造成電纜接頭的絕緣層間出現雜質，容易出現單相接地等問題。

3）電纜接地問題。在電纜的接地系統中由于保護箱密封不好而引起水汽的進入，就會造成保護器的損壞。

2.施工質量原因

有些施工單位不注重施工細節的監督，施工現場出現溫度、濕度過高，在施工過程中不注意電纜的外部保護，在安裝時不嚴格按照施工的工藝規定，這些都會造成電纜的損壞，在用電過程中出現危險。

3.設計原因

因為電纜的設計不合理而導致電纜容易受熱膨脹，不能負荷較大電流的流動，用電過程中容易給電纜帶來破損，造成用電事故。

二、處理故障的措施

1）檢測電纜接頭局部放電，及時搶修。在電纜接頭金屬護層引出線上對電纜接頭開展局部放電檢測，通過手機通訊網或者在電纜的接頭處設置一個嵌入式監測計算機對電纜進行實時監控，及時把檢測到的數據反饋到檢測車上。

2）采用雙傳感器定向耦合脈沖測量方式能準確地測量電纜接頭局部放電，為評估接頭絕緣狀況提供參考。

3）增加檢測人員的專業素養。對供電企業進行電纜接頭局部放電的巡查監測，對其進行記錄，并對可能存在局部放電的接頭開展進一步的測量，以便了解所有電纜接頭的絕緣狀況，及時搶修。

4）對電纜局部放電發展情況的測量，能很好的了解接頭絕緣缺陷，避免用電事故的發生。

5）除了在緊急情況的時候對電纜接頭進行搶修，在檢修的期間也要對非預警的電纜接頭進行質量的評估，做出評估報告，找出隱患加以解決。這樣不會影響生產進度，還可以檢查接頭絕緣是否老化，判斷是否存在安全隱患。

三、電纜接頭溫度場分析

電纜接頭的溫度長時間處于高溫的狀態，容易導致接頭處絕緣老化，容易造成用電事故。因此電纜質量的高低通過分析電纜接頭的溫度變化，對電纜進行檢測和相應的處理，可以排除電纜隱患。

1.接頭熱源

電纜接頭溫度升高主要是因為線路中的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的，隨著流經線路的電流增大，熱量增大，同樣的電阻增大，熱量也增大。

2.熱的傳遞

在電纜傳輸電力的過程中熱能主要向3個方向傳遞，向導線的雙方和絕緣層外部傳遞。而溫度由接頭處向兩端逐級遞減，分布到不同的環境當中去，并適應了當地的環境溫度。3.電力及熱力網絡

1）電纜表層溫度和線芯溫度

電力電纜一般由導體、絕緣體和熱護套構成。在電力電纜傳輸電能的過程中，不僅有導體通過電流發熱，絕緣體也會在交流電壓的作用下產生一定的熱量。而電纜的線芯溫度會隨著電纜負荷的增大而增大，如果高于線芯所能承受的溫度，會加速電纜的絕緣老化，造成線路故障。對于復雜環境中的電纜線路，不僅要定期檢測，也可以通過監測電纜保護套溫度來計算導體實時溫度，從而控制電流量。這樣能使電纜最大限度的發揮輸送能力，避免電纜的過熱損壞造成事故。

2）溫度傳感器

電信號的產生是在電纜接頭溫度監測過程中通過傳感器將溫度值轉化而來的，種類很多，由于數字溫度傳感器可以將溫度物理量轉換為數字量并通過串行通訊總線傳送給檢測微處理器，簡單高效，因此在多點溫度檢測系統中，多用數字溫度傳感器，但它容易產生誤差。

3）數據采集與無線通訊

對電纜的實時數據采集是很必要的措施，它不僅避免了因為電纜的用電負荷而給電纜造成了損壞，還可以對電纜進行實時監控，及時維修，避免用電過程中發生故障。

四、電纜接頭的溫度監測

1.監測前端

電纜接頭溫度監測的硬件應該是遵循功耗低、體積小、穩定可靠的硬件。采用無線通信模塊用于與巡查監測裝置進行通信，完成數據交換。

2.溫度采集器

采集器的工作原理是單片機通過測溫通道選擇電路控制溫度傳感器完成溫度的采集，由外部儲存器儲存所采集來的溫度數據。通過主控制機對采集器上發出命令，要求采集器上傳數據至主控制機，得到采集數據。

3.主控制機

主控制機主要包括通信電路、存儲器電路及顯示電路等。主控制機的主要任務是將采集來的溫度數據讀入并存儲，發送至計算機終端。主控制機在整個過程中起到了存儲和通信的功能，連接了溫度采集器和計算機。

4.功能

1）由主控機向下定時或不定時的檢查各現場采集的數據，或向上級傳達指令，取回信息并緩存及向上轉發；

2）服從上級計算機的設置，管理各級網絡，這些設置包括各網站的接入站數、站點、信息內容及數據。

3）整個系統具有完整的對數據進行采集、傳輸、處理、顯示及遠程監控的能力，實現遠距離通信，實時監控，避免安全隱患的發生。

五、電纜接頭的結構模型

電纜接頭根據傳熱學原理，熱量由線芯傳到電纜保護套表面，并在周圍環境溫度的影響下形成。為了探究電力電纜接頭溫度場做出如下假設：

1)假設從傳熱過程達到熱平衡時，溫度不隨著時間的變化而變化，溫度場是穩定的；

2)電力電纜接頭為圓柱體，則橫截面就是圓面；

3)電纜線芯的導體溫度是均勻的；

4)電纜接頭的各種材料的結構特性不會隨著溫度的變化而變化；

5)各層護套之間沒有空隙，忽略結構之間的電阻。

經過分析可得出，電力電纜接頭的溫度場分布轉化為含有內熱源的三維圓柱徑向穩態導熱問題。經過計算可以得出，在電纜接頭發生故障時，不僅線芯的導體溫度與接頭表面溫度的差值很大，而且接頭不同部位的表面溫度也是有所差別的，而離線芯導體距離越近則溫度越高。因此溫度傳感器應該安裝在溫度值較高的點上，這樣測量得出的數據會比較準確。

結語

由于電力電纜接頭結構復雜，在用電過程中容易發生故障問題，建立電力電纜接頭的傳熱模型，根據電力電纜接頭溫度場分布，可以確定溫度傳感器的合理安裝位置。在實際操作中，可以根據電纜接頭的表面溫度較為準確地監測電纜接頭線芯的實際運行溫度，對電纜進行實時監控，及時維護，避免安全隱患。有利于及時發現故障隱患，并進行修復，提高電力電纜的運行安全性。

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