一、电缆基本知识
（一）电缆基本结构
了解电缆的基本结构、原理是进行试验的前提，是确保试验方法和数据判断准确的必备条件。不同电压等级、不同材质、不同用处的电缆种类繁多，一般电缆厂家都会随电缆附上说明书，仔细阅读说明书是开展后绪工作的前提。
图1：单芯电缆
图2：三芯电缆
图3：高电压等级电缆
图1至图3为常见的三种结构电缆。图1、图3中给出了每一层结构的名称，图2和图1类似，只不过是三芯的。电缆结构随电压等级、用途等的不同有所区别。
电缆内部大体分为导体、半导体、绝缘体三种材质的东西。
1.第一类材质：导体
又可分为三类，第一是载流部分，位于电缆最内层，国标中定义为“电缆中具有传导电流特定功能的一个部件”。第二个可导电的是：“接地屏蔽”，或者叫“金属屏蔽”，国标中定义为“将电场限制在电缆内部和（或）保护电缆免受外界电气干扰的外包接地金属层”，需要注意的是“金属套、金属箔、编织层、铠装层及接地同心导体也可作为接地金属屏蔽”。从标准可以看出：首先，这个金属屏蔽在运行中是接地的，其次金属屏蔽并非所有电缆都有，上面图1、图2中围绕线芯的黄色一层就是金属屏蔽，也叫铜屏蔽，是用铜带螺旋缠绕而成的，但图3更高电压等级的电缆中就没有，而用“皱纹铝护套”代替铜屏蔽。“金属屏蔽”的作用主要有三个方面的作用：一是使电场方向与绝缘半径方向相同。这个很好理解，就像平板电极。二是承担不平衡电流。作为中心线，正常情况下流过电容电流，当电缆发生故障时，铜带作为短路故障电流回路。三是防止轴向表面放电。电缆在良好接地环境中，由于半导电屏蔽层有一定电阻，在电缆轴向可能引起电位分布不均匀而造成电缆沿面放电，而金属屏蔽层能起到进一步均压的作用，可以消除沿面放电。第三个可导电的是“铠装层”，它“由金属带或金属丝组成的包覆层，通常用来保护电缆不受外界的机械力作用”。这一层也不是一定会有的，它的作用就是防止外力挤压、弯折等，在不存在外力破坏的地方，比如桥架内，可以不用铠装电缆。
2.第二类材质：半导电层
包括两个部分：导体屏蔽和绝缘屏蔽，前者位于主绝缘内部，紧靠导体和绝缘表面，也称为“内屏蔽”，后者位于主绝缘外部，同样也是紧靠绝缘表面，也称为“外屏蔽”。见图1、图2、图3。内外半导电层是由PE、EPM或EVA等极性聚合物和特选的高导炭黑混成的。其作用是：均匀电场防止局部放电。
3.第三类材质：“绝缘体”
首先是主绝缘，最常见的就是交联聚乙烯（XLPE），这也是交联聚乙烯电缆名称的由来，在型号名称中表示为“YJ”，其中“Y”为聚乙烯（PE），“J”表示“交联”。另外就是除了主绝缘外的其它一些“绝缘”材料，它们主要起填充、紧固、支撑、阻水、隔离等作用，包括常提到的“内衬层”、“外护套”，虽然把它们列入“绝缘材料”但其实不一定是绝缘的，比如外护套为了保证接地良好会在表面覆上一层导电的石墨材料。
综合所述，我们大体可以把电缆从内到外分成以下几大层：
第一层：主导体，载流的，一般是铜或铝。
第二层：主绝缘，绝缘主要靠它。起于主导体，止于金属屏蔽（或金属护套）。
第三层：内衬层，起填充、紧固、支撑、阻水、隔离等作用。起于接地屏蔽，止于铠装层。要注意这一层不同电缆可能不同（见图3）。
第四层：外护套，主要起防护作用，比如防止进水受潮、保护铠装层不被腐蚀等。
（二）常用电缆参数
与电缆有关的电压符号：
U0——电缆设计用的每一导体与屏蔽或护套之间的额定工频电压有效值。
这里面的“屏蔽”就是前面说的“金属屏蔽”。
U——电缆设计用的任何两个导体之间的额定工频电压有效值。可以理解为系统标称电压。
Um——电缆设计用的任何两个导体之间的最高工频电压有效值。
常见的U0/U(Um)值见下表：
表1：常用电缆的U0/U(Um)值（同样适用于电缆附件）
电缆的额定电压U0（kV）
系统标称电压U(kV)
设备最高电压Um(kV)
8.7
10、15
12、17.5
21
35
40.5
26
35
40.5
64
110
126
127
220
252
二、电缆交接试验
GB50150-《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》第17部分“电力电缆线路”规定的交接试验项目共计8项，包括：
1.主绝缘及外护套绝缘电阻测量；
2.主绝缘直流耐压试验及泄漏电流测量；
3.主绝缘交流耐压试验；
4.外护套直流耐压试验；
5.检查电缆线路两端的相位；
6.充油电缆的绝缘油试验；
7.交叉互联系统试验；
8.电力电缆线路局部放电测量。
其中：橡塑绝缘电力电缆可按第1、3、5和8款进行试验，其中交流单芯电缆应增加第4、7款试验项目。为了表示得更清楚，把试验项目列于下表：
表2：橡塑绝缘电力电缆试验项目
序号
试验项目
备注
1
主绝缘及外护套绝缘电阻测量
所有电缆
2
主绝缘交流耐压试验
所有电缆
3
检查电缆线路两端的相位
所有电缆
4
电力电缆线路局部放电测量
66kV及以上选做
5
外护套直流耐压试验
仅单芯电缆
6
交叉互联系统试验
仅单芯电缆
7
主绝缘直流耐压试验及泄漏电流测量
U0/U为18/30kV及以下电缆选做
其中，标准中第6项“充油电缆的绝缘油试验”仅对自容式充油电缆适用，这种类型的电缆已基本淘汰。这里说一下“橡塑电缆”即指橡胶电缆和塑料电缆，前者主要指“乙丙橡皮绝缘电力电缆”（很少见），后者指“氯乙烯绝缘”、“交联聚乙烯绝缘”（常用）电缆。
（一）绝缘电阻测量
电缆的绝缘电阻测量详见GB/T3048.5-《电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验》。但是，GB/T3048.5和GB50150有所不同的是，GB50150最新版本在第17.0.2的第4款中指出“对具有统包绝缘的三芯电缆，应分别对每一相进行，其他两相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层应一起接地；对分相屏蔽的三芯电缆和单芯电缆，可一相或多相同时进行，非被试相导体、金属屏蔽或金属套和铠装层应一起接地。”“统包绝缘的三芯电缆”是指三相导体被主绝缘包裹在一起的三芯电缆，而分相屏蔽的三芯电缆是指每一相均有金属屏蔽的电缆（如图4），常用的三芯电缆是分相屏蔽的。对于这种电缆，GB50150指出可以三相并在一起同时测量绝缘电阻和耐压，这是为了提高试验效率，这样做的问题是一旦试验结果不合格，就需要每相单独再进行试验以确定是哪相出了问题，而且对试验电源的容量要求也更高。现场试验时可根据实际进行选择。
图4：分相屏蔽的三芯电缆
GB/T3048.5-《电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验》内容条款摘录如下。
第6.6条，“测试充电时间：为使绝缘电阻测量值基本稳定，测试充电时间应足够充分，不少于1min，不超过5min。”
第8.3条“重复试验时，在加电压之前应使试样短路放电，放电时间应不少于试样充电时间的4倍；如因试样有剩余电荷而造成测量结果有明显差别时，必须先进行充分放电。对于这类试样，无论是第一次测试或重复测试，均需充分放电。”
另外，GB50150中还提到“橡塑电缆外护套、内衬层的绝缘电阻不应低于0.5MΩ/km”。这里外护套和内衬层在前一篇已介绍过，测量外护套绝缘电阻时，兆欧表高压端接在金属套（见图5皱纹铝护套）或铠装层（见图6不锈钢带），接地端接在外护套表面（通常是接地的），测量内衬层绝缘电阻时，兆欧表高压端接在金属屏蔽上（如有），另一端接在金属套或铠装层上。同理，测量主绝缘电阻时兆欧表高压端接线芯（导体），另一端接金属屏蔽或金属套和铠装层，并一起接地。
表3：绝缘电阻测量使用的仪器
试验项目
仪器
备注
主绝缘电阻测量
2500V兆欧表
6/6kV及以上电缆可用5000V兆欧表
外护套、内衬层绝缘电阻
500V兆欧表
图5：皱纹铝护套电缆
图6：不锈钢带铠装电缆
（二）交流耐压试验
首先要说的是，标准中给出了三种耐压试验方法，交流耐压、直流耐压、0.1HZ耐压。并做如下要求：“额定电压U0/U为18/30kV及以下电缆，当不具备条件（交流耐压）时允许用有效值为3U0的0.1HZ电压施加15min或直流耐压试验及泄漏电流测量代替交流耐压试验”。常用电缆的U0/U(Um)值（同样适用于电缆附件）见表1。
交流耐压试验，GB/T3048这个标准系列并不包含电缆的交流耐压试验，在这里面我们可以参考另一个标准DL/T474.4-《现场绝缘试验实施导则交流耐压试验》，在标准第5.1条交流试验电压的产生方式指出“工频高电压通常采用高压试验变压器来产生；对电容量较大的被试品，可以采用串联谐振回路产生高电压”，后半句是什么意思呢，我们先来看一组公式（标准中第6.1）：
公式1：U=I*R
公式2：P=UI=U2/R
公式3：R=1/ƜC
公式4：P=ƜCU2
公式1、2为电压和功率公式，公式3为电容的阻抗公式，这里要说一下的是，与绝缘材料对应的是电容参数，我们可以把电缆线芯导体看作是电容的一极，把大地（金属屏蔽、金属套、铠装）看成是另一极，电缆越长，电容就越大。公式4中Ɯ为电源角频率，数值上等于2πf，对于工频电源为314。C为电缆导体对地电容，U为试验电压。从公式可以看出，当试验电压及电源频率一定，需要的试验电源功率与被试品电容成正比，也就是说电缆越长，需要的电源容量越大，而电源容量越大往往意味着试验设备体积、重量越大。
DL/T474.4-中给出了常见被试品电容量参考值，其中电力电缆为每米50～400pF。以某8.7/15kV型号为YJV22-3×240的三芯电缆为例，该电缆厂家给出的每公里电容量为0.373μF，工频（50HZ）交流耐压试验电压为U=2U0=2×8.7kV=17.4kV，代入标准给出的公式：
公式5：P=ƜCU2×10-3=35.46kVA
即对该型号电缆进行工频交流耐压时，每公里需要的电源容量为35.46kVA，而我们常见的试验变压器容量为5kVA、10kVA，当试验变压器容量达到20kVA时，就已经非常重了。
再来看GB50150提到的“3U0的0.1HZ电压”耐压是怎么一回事，从上面的公式可以看出，在被试品电容量、试验电压一定的情况下，减小试验频率可以相应减小试验设备容量。对上面的电缆进行“3U0的0.1HZ电压”耐压，可以计算出每公里电缆所需的试验设备理论容量为0.62kVA，可以看到，所需的试验设备容量大大降低，相应的试验设备也可以做得更轻便。
再来看直流耐压试验是怎么一回事。直流耐压试验时我们可以把电源频率看成是0HZ，即直流每秒钟振动0次，即公式5中Ɯ=0，那么理论上直流耐压试验中可带的电容量为无穷大，被试电缆可以无穷长。
但是，GB50150指出：“橡塑绝缘电力电缆采用直流耐压存在明显缺点：直流电压下的电场分布与交流电压下的电场分布不同，不能反映实际运行状况……这一点也得到了运行经验的证明，一些电缆在交接试验中直流耐压试验顺利通过，但投运后不久就发生绝缘击穿事故”。
再来看谐振耐压。DL/T474.4-《现场绝缘试验实施导则交流耐压试验》第5.3串联谐振电路中对谐振耐压的原理、推算公式讲得很清楚了，大家可以自行查阅（一看就明白），这里简单说一个问题，就是为什么普通试验变压器受容量限制不能对很长的电缆耐压，而串联谐振装置却可以呢，标准中给出了一个公式：
公式6：Qs=ƜL/R
公式6中，Ɯ为角频率，在串谐电路中为可变参数，GB50150标准要求值为20HZ～300HZ；L为串联电感，R为回路电阻。Qs为品质因素，关键就在这儿，它定义为输出电压与励磁电压之比，可以理解为“串谐回路对励磁变压器（普通变压器）的放大倍数”。在公式6中，R是很小的，那么Qs可以很大，比如50，那么经串谐放大后，理论上所能耐的电缆长度就是普通工频耐压试验变压器的50倍！但同样的问题是公式右边L的大小决定品质因素的大小，也决定了串联电抗器的重量，实际上串谐装置的串联电抗器是非常重的，为了减轻重量，往往做成多个串联使用，但依然非常重。
综上所述：
1.工频试验变压器使用简单轻便，但可以带的电缆长度不可能太长，一般用于35kV及以下短电缆耐压（具体可用理论公式计算确定）；
2.串联谐振装置应用范围广，电缆长度可以很长，电压也能升得很高，但重量太大，现场搬运不方便，一般用于长电缆或高电压等级（35kV以上）电缆耐压；
3.交流0.1HZ耐压是交流耐压（20HZ～300HZ）与直流耐压的折衷选择；
4.直流耐压与电缆实际运行工况不符，缺陷判断不灵敏，只能做为最后的选择。
