电伴热带漏电故障分析与处理

在较寒冷的地区都采用电伴热带（ 以下简称伴热带） 对水箱和用水管路进行保温和防冻。 随着伴热带的普遍应用， 伴热带漏电现象也频频发生，严重时导致短路甚至跳闸，影响正常供电。 因此分析伴热带漏电产生的原因、 制定合理科学的工艺制作方法，从而消除安全隐患，有着重要意义。

1伴热带电缆的基本结构和技术指标伴热带种类较多， 伴热带其基本结构如图 1 所示，主要技术指标如下：温度范围： 最高工作温度 65 ± 5℃ （ 最高表面温度 85℃ ） ；热稳定性： 通断各 1 000 次， 连续 30 天， 电缆发热量维持在 90% 以上；弯曲半径：20℃ 室温时为 12． 7 mm， － 30℃ 低温时为 35． 0 mm；绝缘电阻： 电缆长度 100 m， 用 500 V 兆欧表在屏蔽层与导电线芯之间进行测量要求空气湿度在60% 时绝缘电阻大于 20 MΩ； 用 AC1500V 50 Hz 耐压仪在屏蔽层与导电线芯之间进行 1 min 试验， 无电压击穿、电流闪烁现象；工作电压： AC 220V 50 Hz；加热功率： 60 W/m；最大使用长度： 不超过 100 m。注意： 任何情况下均严格禁止将尾部线芯短接。伴热带电缆的安装流程为： 安装伴热电缆及终端→安装电源盒→测量绝缘电阻→保温及防水处理→通电试验。1 － 铜芯导线；2 － 导电塑料层；3 － 绝缘层；4 － 屏蔽层；5 － 护套层。图 1电伴热带电缆结构2问题的提出，在运营中连续发现 2冷水管伴热带及冷水箱伴热带过流，空气开关过流保护动作跳闸等现象。 经检查，故障伴热带末端存在烧损痕迹，夹层半导体材料已炭化，伴热带两极已锈蚀并有铜绿现象（ 见图 2） 。图 2故障伴热带尾端烧损痕迹在抽查实物质量时发现以下问题： ①密封胶涂打不均匀； ②堵头与伴热带存在间隙； ③喉箍未扎紧，堵头与伴热带已松脱；④屏蔽层处理方法存在问题；⑤端部斜角处理不规范（ 见图 3） 。控制电路状况： 伴热控制电路选用的空气开关额定电流为 16 A， 考虑到各种环境因素， 通过计算可知现场伴热带功率在 9 A 以内， 能满足伴热电路控制要求。现场试验： 临时采用 32 A 空气开关对故障的伴43现场 2013 年 9 月 图 3故障伴热尾端制作不良热带进行负载容量测试， 发现个别伴热带的实际电流已达到了 30 A， 超过伴热带实际用 电容量的 2倍，存在严重安全隐患。3原因分析自控温电伴热功能主要通过自控温伴热带完成，它由导电塑料和 2 根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成。 其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心， 当伴热带周围温度较低时，导电塑料产生微分子收缩，碳粒连接形成电路使电流通过，伴热带便开始发热；温度较高时，导电塑料产生微分子膨胀， 碳粒逐渐分开， 导致电路的电阻上升，伴热带自动减少功率输出，发热量便降低。 当周围温度变冷时， 塑料又恢复到微分子收缩状态，循环往复。 由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的， 其控制温度不会过高也不会过低。造成夹层半导体材料炭化的主要原因是炭化部位的工作温度超过了技术指标规定的最高工作温度，而导致温度超高的原因是电伴热带绝缘电阻值下降。 由于电伴热带是由导电塑料产生微分子收缩，碳粒连接形成电路使电流通过的，而炭化部位恰恰在电伴热带的末端， 不影响前端伴热带的正常发热。 当绝缘电阻值下降时，炭化部位的电流增大，发热加大，导致半导体材料温度过高产生炭化现象。伴热带两极锈蚀并出现铜绿的主要原因是： 南北温差大，伴热带表面产生的凝露进入堵头，腐蚀了铜线，时间长了端部就出现铜绿现象。现场试验发现个别伴热带的实际电流已达到了30 A 的主要原因是该伴热带绝缘电阻值降低。伴热带末端处理不良，堵头处封胶不严密，制作施工时工艺方法控制不严格， 这些是导致伴热带绝缘不良、漏电甚至短路，造成空气开关过流保护动作的主要原因，因此伴热带的施工工艺方法正确与否直接关系到伴热带能否正常工作。4伴热带尾端工艺改进及试验验证（ 1） 剥线用电工刀剥除伴热带一端的 保护层 30 ～ 35mm，同时用剪刀清除干净外漏屏蔽层（ 见图 4） 。（ 2） 端部进行斜角处理用剪刀对伴热带端部进行 30 ～ 45°斜角处理，目的是增加 2 根铜芯导线的距离， 提高绝缘（ 见图5，注意： 任何情况下禁止将尾部线芯短接） 。（ 3） 尾端堵头内填充密封胶采用配套的橡胶堵头。 首先检查堵头内部是否清洁（ 在剪掉屏蔽层过程中要防止铜丝落入尾端中，避免短路现象） ， 并向尾端内填充密封胶。 将剥好的伴热带端部插入堵头内，要求伴热带插到底。（ 4） 紧固喉箍采用配套的喉箍。 将喉箍摆放在距堵头 5 ～ 10mm 的位置对喉箍进行紧固， 使喉箍压在绝缘层上，处在半导体边缘， 达到不伤害发热半导体和喉箍不脱落的目的（ 见图 6） 。（ 5） 绝缘电阻试验对已制作的 3 根伴热带分别进行绝缘耐压对比试验（ 要求耐压值为 AC 1500 V/50 Hz 维持 1 min53电伴热带漏电故障分析与处理不得有闪烁和电流明显增大的现象） 。 试验结果如表 1 所示。图 6紧固喉箍表 1试验结果序号试验条件耐压试验电压值/V耐压时间/min次数绝缘耐压状况1尾 端 绝 缘 密 封30 min 内150013良好250012良好300012良好2尾 端 绝 缘 密 封24 h 后150013良好250012良好300012良好3尾端绝缘密封 1h 且在水中继续浸泡 24 h 后150012良好250013良好300013良好从表 1 可以看出， 在采用不同耐压值进行试验时，没有出现异常现象， 各项指标全部合格， 甚至连续、多次采用 AC 3000V 进行反复破坏性试验，伴热带也没有被击穿，这说明伴热带材料和密封胶材料能满足现场使用要求，尾端密封达到工艺性要求， 因此排除了材料自身存在问题的可能性，这也更加突出了伴热带安装制作过程中工艺管控的重要性。根据试验结果， 编制下发了伴热带尾端制作安装作业指导书。 一方面对所有伴热带尾端安装进行普查，发现不符合工艺要求的立即整改落实；另一方面根据伴热带的特性和技术指标要求， 对伴热带在水管道上的安装及电气接线制作制定了新的标准，明确了接线盒内的导线制作并线工艺。5水管水箱电伴热带的敷设伴热电缆按管道长度分布， 敷设时伴热电缆应平整紧贴管道或容器表面，采用耐高温纤维带固定，严禁用细铁丝或不耐高温的材料捆扎； 胶带间距小于 30 mm。 在水平管道上安装时， 敷设在管道下部45°处，伴热电缆安装时不得扭曲。 在水箱上安装伴热电缆时应缠绕在容器的中下部， 不超过 2 /3。 伴热带安装后用带铝箔胶带的防寒材进行包裹。 注意： 安装电伴热带时不得破坏绝缘层，应紧贴于被加热体以提高热效率。 若被伴热体为非金属体， 应用粘胶带增大接触传热面积，并用耐高温纤维带固定，严禁用金属丝绑扎。 法兰处介质易泄漏， 缠绕电热带时应避开其正下方。6电气连接各分电源线的截面应略大于伴热电缆的线芯截面，总电源线应能承截伴热电缆总和在最低环境温度的总电流，每根伴热电缆有独立开关、熔断器或单极断路器。接线盒并线制作： 用电工刀将伴热带端部保护层剥除，再用钝器将屏蔽层挑开扭成一股，然后用剪刀，将半导体中间部位剪开， 将半导体中间部分去除，半导体形成 2 根导线，见图 7（ a） ， 在剥伴热电缆线芯时，应避免断股引起过载；采用压线钳将接线端子压接到导线上，套入热缩管并热缩，见图 7（ b） ； 采用螺丝刀将压接制作好的导线并在接线盒内， 做好接线盒进线口的防护及防水的工作； 伴热带一端接入电源，另一端线芯严禁短接或与导电物质接触，见图 7（ c） ；接线后用硅橡胶密封， 见图 7（ d） 。 安装时应逐一测量伴热带的绝缘，屏蔽层必须接地，绝缘阻值不得小于 20 MΩ，按伴热带各路的电压、电流等参数选定双极性断电和漏电保护断路器。图 7接线盒并线制作7结束语通过规范安装制作工艺， 伴热带的绝缘性能得到了明显提高。 2012 年 3 月 下旬以来， 伴热带漏电故障得到了有效控制， 消除了 漏电安全隐患。上述工艺方案在后续的生产中得以应用， 达到了预期的效果。