高压电缆击穿什么场面发生爆炸？

高压电缆击穿引发爆炸场景详解  

引言  

高压电缆作为现代社会能源传输的重要组成部分，在城市基础设施中扮演关键角色。然而，由于高压电缆的工作电压高、功率大，一旦发生故障，可能会引发严重的安全事故，包括爆炸和火灾。了解高压电缆击穿引发爆炸的具体场景及其背后的科学原理，不仅有助于采取有效措施预防此类事故，还能保障公众的安全。

高压电缆击穿引发爆炸的常见场景  

场景一：施工误操作  

2024年6月17日，河南焦作的一次施工事故引起了广泛关注。当天，工人在用电钻进行施工时，不慎钻到了地下高压电缆，导致电缆瞬间爆炸，造成两名工人受伤。据报道，这起事故发生在晚上23时50分，事发地点位于解放路和东苑路西南角。当时，两名工人正在挖掘自用排水沟，由于未能及时发现并避开地下的高压电缆，导致了这次意外事故。 

场景二：电缆质量问题  

电缆的绝缘性能是确保其正常运行的基础。如果电缆的绝缘层存在缺陷或者受到损坏，就可能导致电缆击穿，进而引发爆炸。常见的绝缘问题包括以下几个方面：  

绝缘老化：电缆长期暴露在高温环境中，会导致绝缘材料老化，失去原有的绝缘性能。这种老化现象通常会发生在整个电缆线路中，增加了发生火灾和爆炸的风险。  

机械损伤：在电缆的敷设和运行过程中，可能会遭受机械损伤，如外力碰撞、挤压等。这些机械损伤会破坏电缆的绝缘层，使其容易发生短路击穿。  

中间接头问题：电缆中间接头的制作质量对电缆的整体安全性至关重要。如果中间接头压接不紧或焊接不严，就会导致接头在运行过程中被氧化、发热，最终形成短路击穿2。  

场景三：封闭空间内气体积聚  

在封闭的电缆沟或隧道中，电缆击穿会产生大量的可燃气体，这些气体如果不及时排出，很容易积聚到危险浓度。一旦遇到新的电弧或火花，这些积聚的气体就会被点燃，引发剧烈的爆炸。  

2023年的一次研究详细探讨了这种现象。在封闭电缆沟中，10kV电缆击穿后，绝缘材料逐渐被气化成可燃气体，并在封闭环境中积聚。当这些气体接触到重新合闸操作产生的电弧时，瞬时引发了爆炸。这类事故不仅损坏电缆，还会对周边设施和人员安全构成巨大威胁。  

场景四：电缆终端故障  

电缆终端是高压电缆系统的另一个薄弱环节。如果电缆终端制造或安装过程中存在问题，比如外半导电层受损，水分和空气中的杂质可能侵入，导致绝缘性能下降。在过电压的情况下，这些缺陷可能导致电缆终端绝缘被击穿，引发爆炸。  

一个典型的案例是某次35kV电缆终端事故。电缆终端的外护套剥去过长，导致与构架接触的部分只靠绝缘伞裙保护，而不是原本的外护套。此外，在制作电缆终端的过程中，铜屏蔽层和半导体层受到了划伤，空气和湿气进入这些伤口，逐渐导致电场畸变，绝缘性能下降。最终，在过电压的作用下，电缆终端被击穿，形成了电弧短路，导致电缆终端炸裂。  

场景五：操作过电压  

投切操作是高压电缆运行中常见的维护行为，但也伴随着潜在的危险。如果操作过程中产生过电压，可能直接击穿电缆的薄弱环节，导致爆炸。  

针对某地220kV电缆投切过程中发生的爆炸事故，研究人员利用ATP-EMTP中的JMATI电缆模型，建立了投切过电压计算模型。通过对实际合闸电压暂态过程的模拟，发现电缆在该运行状态下可能出现的最高过电压倍数。结合计算结论，认为电缆爆炸的原因可能是电缆接头本身的工艺或安装问题。  

科学原理解释  

绝缘击穿  

高压电缆的绝缘层在正常运行条件下承受着高电压的压力。如果绝缘材料存在缺陷或受到外界损伤，电场强度会在这些缺陷处显著增高，导致局部放电。这些放电会进一步加剧绝缘材料的劣化，最终形成贯穿性的击穿路径，导致电缆短路和爆炸。  

气体积聚与爆炸  

在封闭环境中，电缆击穿产生的可燃气体（如甲烷、乙炔等）无法扩散，逐渐积聚。当这些气体浓度达到爆炸极限范围内（通常为气体体积分数的5%-15%），遇到新的点火源（如电弧或火花），就会引发爆炸。这种爆炸不仅会对电缆本身造成破坏，还会对周围的建筑物和人员安全构成极大威胁。  

过电压效应  

高压电缆在投切操作过程中，可能会产生操作过电压，这是由于快速变化的电磁场能量转换引起的。过电压的幅值可达正常运行电压的好几倍，足以击穿电缆的薄弱环节，导致爆炸。为了减少这种风险，必须严格遵守操作规程，使用合适的保护设备，如避雷器和浪涌吸收器。  

结论  

高压电缆击穿引发爆炸的现象虽然罕见，但其破坏力极大，必须引起高度重视。通过分析多个真实案例，我们可以看出，许多事故的发生都是由于电缆的绝缘失效、施工误操作、封闭空间内气体积聚等原因造成的。理解这些科学原理和背后的具体场景，有助于我们制定更严格的管理和操作规范，加强对电缆系统的检测和维护，从而有效预防类似事故的发生，保障公共安全。