电力电缆接头温度场分布探究分析

摘 要：在实际的电力传输过程中，长距离的电缆线每100米左右就有一个接头，由于电缆接头众多，并且容易发生内部故障和外部故障，引发的电缆火灾在整个电缆事故中约占一半以上。如果电缆元件的热容量小，测点与接头间应注入高绝缘导热好的材料，电缆与环境间则使用绝热材料。当用电设备正常运行时，接头处的电阻会随着电缆内外温差的增大而增大，也就是说可以将电缆的温度作为接头故障的预警信号。

关键词：电缆接头；温度场；传热学

中图分类号：TM24 文献标识码：A

电缆接头又称电缆头。电缆铺设好后，为了使其成为一个连接的线路，各段线必须连接为一个整体，这些连接点就称为电缆接头。电缆线路中间部位的电缆接头称为中间接头，而线路两末端的电缆接头称为终端头。

一、电缆接头常见故障

1.厂家制造原因

1）电缆本身。厂家在生产电缆的生产过程中，造成了电缆本身的缺陷，如电缆受潮、绝缘偏心、绝缘厚度不均匀等问题，在投入使用后容易出现故障，造成危害。

2）电缆接头。电缆接头分为电缆终端接头和电缆中间接头，在电缆接头的制作过程中，如果因为制作工艺的欠缺而造成电缆接头的绝缘层间出现杂质，容易出现单相接地等问题。

3）电缆接地问题。在电缆的接地系统中由于保护箱密封不好而引起水汽的进入，就会造成保护器的损坏。

2.施工质量原因

有些施工单位不注重施工细节的监督，施工现场出现温度、湿度过高，在施工过程中不注意电缆的外部保护，在安装时不严格按照施工的工艺规定，这些都会造成电缆的损坏，在用电过程中出现危险。

3.设计原因

因为电缆的设计不合理而导致电缆容易受热膨胀，不能负荷较大电流的流动，用电过程中容易给电缆带来破损，造成用电事故。

二、处理故障的措施

1）检测电缆接头局部放电，及时抢修。在电缆接头金属护层引出线上对电缆接头开展局部放电检测，通过手机通讯网或者在电缆的接头处设置一个嵌入式监测计算机对电缆进行实时监控，及时把检测到的数据反馈到检测车上。

2）采用双传感器定向耦合脉冲测量方式能准确地测量电缆接头局部放电，为评估接头绝缘状况提供参考。

3）增加检测人员的专业素养。对供电企业进行电缆接头局部放电的巡查监测，对其进行记录，并对可能存在局部放电的接头开展进一步的测量，以便了解所有电缆接头的绝缘状况，及时抢修。

4）对电缆局部放电发展情况的测量，能很好的了解接头绝缘缺陷，避免用电事故的发生。

5）除了在紧急情况的时候对电缆接头进行抢修，在检修的期间也要对非预警的电缆接头进行质量的评估，做出评估报告，找出隐患加以解决。这样不会影响生产进度，还可以检查接头绝缘是否老化，判断是否存在安全隐患。

三、电缆接头温度场分析

电缆接头的温度长时间处于高温的状态，容易导致接头处绝缘老化，容易造成用电事故。因此电缆质量的高低通过分析电缆接头的温度变化，对电缆进行检测和相应的处理，可以排除电缆隐患。

1.接头热源

电缆接头温度升高主要是因为线路中的电流在接头电阻处的损耗所释放出来的，随着流经线路的电流增大，热量增大，同样的电阻增大，热量也增大。

2.热的传递

在电缆传输电力的过程中热能主要向3个方向传递，向导线的双方和绝缘层外部传递。而温度由接头处向两端逐级递减，分布到不同的环境当中去，并适应了当地的环境温度。

3.电力及热力网络

1）电缆表层温度和线芯温度

电力电缆一般由导体、绝缘体和热护套构成。在电力电缆传输电能的过程中，不仅有导体通过电流发热，绝缘体也会在交流电压的作用下产生一定的热量。而电缆的线芯温度会随着电缆负荷的增大而增大，如果高于线芯所能承受的温度，会加速电缆的绝缘老化，造成线路故障。对于复杂环境中的电缆线路，不仅要定期检测，也可以通过监测电缆保护套温度来计算导体实时温度，从而控制电流量。这样能使电缆最大限度的发挥输送能力，避免电缆的过热损坏造成事故。

2）温度传感器

电信号的产生是在电缆接头温度监测过程中通过传感器将温度值转化而来的，种类很多，由于数字温度传感器可以将温度物理量转换为数字量并通过串行通讯总线传送给检测微处理器，简单高效，因此在多点温度检测系统中，多用数字温度传感器，但它容易产生误差。

3）数据采集与无线通讯

对电缆的实时数据采集是很必要的措施，它不仅避免了因为电缆的用电负荷而给电缆造成了损坏，还可以对电缆进行实时监控，及时维修，避免用电过程中发生故障。

四、电缆接头的温度监测

1.监测前端

电缆接头温度监测的硬件应该是遵循功耗低、体积小、稳定可靠的硬件。采用无线通信模块用于与巡查监测装置进行通信，完成数据交换。

2.温度采集器

采集器的工作原理是单片机通过测温通道选择电路控制温度传感器完成温度的采集，由外部储存器储存所采集来的温度数据。通过主控制机对采集器上发出命令，要求采集器上传数据至主控制机，得到采集数据。

3.主控制机

主控制机主要包括通信电路、存储器电路及显示电路等。主控制机的主要任务是将采集来的温度数据读入并存储，发送至计算机终端。主控制机在整个过程中起到了存储和通信的功能，连接了温度采集器和计算机。

4.功能

1）由主控机向下定时或不定时的检查各现场采集的数据，或向上级传达指令，取回信息并缓存及向上转发；

2）服从上级计算机的设置，管理各级网络，这些设置包括各网站的接入站数、站点、信息内容及数据。

3）整个系统具有完整的对数据进行采集、传输、处理、显示及远程监控的能力，实现远距离通信，实时监控，避免安全隐患的发生。

五、电缆接头的结构模型

电缆接头根据传热学原理，热量由线芯传到电缆保护套表面，并在周围环境温度的影响下形成。为了探究电力电缆接头温度场做出如下假设：

1)假设从传热过程达到热平衡时，温度不随着时间的变化而变化，温度场是稳定的；

2)电力电缆接头为圆柱体，则横截面就是圆面；

3)电缆线芯的导体温度是均匀的；

4)电缆接头的各种材料的结构特性不会随着温度的变化而变化；

5)各层护套之间没有空隙，忽略结构之间的电阻。

经过分析可得出，电力电缆接头的温度场分布转化为含有内热源的三维圆柱径向稳态导热问题。经过计算可以得出，在电缆接头发生故障时，不仅线芯的导体温度与接头表面温度的差值很大，而且接头不同部位的表面温度也是有所差别的，而离线芯导体距离越近则温度越高。因此温度传感器应该安装在温度值较高的点上，这样测量得出的数据会比较准确。

结语

由于电力电缆接头结构复杂，在用电过程中容易发生故障问题，建立电力电缆接头的传热模型，根据电力电缆接头温度场分布，可以确定温度传感器的合理安装位置。在实际操作中，可以根据电缆接头的表面温度较为准确地监测电缆接头线芯的实际运行温度，对电缆进行实时监控，及时维护，避免安全隐患。有利于及时发现故障隐患，并进行修复，提高电力电缆的运行安全性。

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