电力电缆基础知识

第三章电力电缆基础知识电力电缆的作用及特点1电力电缆种类和结构2电力电缆型号和应用场合3电力电缆的材料4电力电缆绝缘理论5电力电缆线路设计知识6第一节电力电缆的作用和特点电缆：用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套，如铅护套、铝护套、铜护套、不锈钢护套或塑料、橡胶护套的导线。电缆的分类：电力电缆和控制电缆。电缆线路的三种类型：地下输配电线路；水下输配电线路；空中输配电线路。电缆线路的主要优点占用地面和空间少；供电安全可靠；触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性。电力电缆的适用场合输电线路密集的发电厂和变电站，位于市区的变电站和配电所。国际化大都市，现代大、中城市的繁华市区、高层建筑区和主要道路。建筑面积大、负荷密度高的居民区和城市规划不能通过架空线的街道或地区。重要线路和重要负荷用户。重要风景名胜区。电力电缆的缺点一次性投资费用大；线路不易变更；线路不易分支；故障测寻困难、修复时间长；电缆接头附件的制作工艺要求高、费用高；电力电缆电压等级电网电压等级：220／380V，3、6、10、35、110、220、330、500、750、1000kV。配电电压：低压配电380／220V、中压配电10kV、高压配电35～110kV。输电电压：特高压输电1000kV及以上；超高压输电330kV及以上；高压输电220kV。低压电缆（1KV）；中压电缆（6-35KV）；高压电缆（110KV）；超高压电缆（220-500KV）第二节电力电缆种类和结构一、电力电缆的种类：电缆的电压等级：0.6/1、1/1、3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、8.7/15、12/15，12/20，18/20,18/30、21/35、26/35、36/63、48/63、64/110、127/220、190/330、290/500kv共19种。0.6/1、3.6/6、6/10、21/35、36/63、64/110、127/220kV共7种，用于变压器中性点直接接地且每次接地故障持续时间不超过lmin的三相电力系统。1/1、6/6、8.7/10、26/35、48/63kV的电缆适用于变压器中性点不接地或非直接接地且每次接地故障持续时间一般不超过2h、最长不超过8h三相电力系统。电力电缆标称截面积标称截面(27种)：1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2500。高压和超高压电力电缆标称截面（11种）：240、300、400、500、630、800、1000、1200、1600、2000、2500电力电缆的芯数导体芯数：单芯、二芯、三芯、四芯和五芯单芯电缆：常用于传送直流电、单相交流电和三相交流电，一般中、低压大截面的电力电缆和高压、超高压电缆多为单芯。二芯电缆：用于传送直流电或单相交流电。三芯电缆：35kV及以下中小截面积的电缆线路中四芯和五芯电缆：多用于低压配电线路。电力电缆的绝缘分类1.挤包绝缘电力电缆：聚氯乙烯绝缘电力电缆交联聚乙烯绝缘电力电缆聚乙烯绝缘电力电缆橡胶绝缘电力电缆。2.油浸纸绝缘电力电缆：普通黏性油浸纸绝缘电缆。不滴流油浸纸绝缘电缆。充油电缆。气压油浸纸绝缘电缆。电缆按功能和使用场合分类阻燃电力电缆：电缆绝缘或护层中添加阻燃剂，即使在明火烧烤下，电缆也不会燃烧。耐火电力电缆：在导体外增加有耐火层，多芯电缆相间用耐火材料填充。其特点是可在发生火灾以后的火焰燃烧条件下，保持一定时间的供电。二、电力电缆的基本结构-线芯基本结构：导体(线芯)、绝缘层、屏蔽层和护层四部分。1.线芯的作用：用来输送电能。2.材料要求：导电性能好、机械性能高、资源丰富。如铜铝。3.规格与结构:380V～35kV电缆截面为2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800共19种规格，目前16~400之间的12种是常用的。电压为110kV及以上电缆的截面为240、400、630、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2500共11种规格，常用的截面规格是400、630、800、1000。导体(线芯)2）芯数：一般有单芯、二芯、三芯、四芯、五芯电缆5种形式。3）形状：圆形、椭圆形、中空圆形和扇形线芯四种。10kV以上电缆一般采用圆形线芯，绝缘内部电场均匀分布。10kV及以下的油纸电缆中采用扇形线芯。但只能用于中低压电缆，曲率半径较小处电场集中。中空圆形是充油电缆的线芯所特有的一种形状，中空处是油道。椭圆形绞合导体用于外充气钢管电缆，椭圆形导体较圆形导体能更好的经铅护套向绝缘传送压力。每种形状中还有紧压形与非紧压形之分。紧压目的：减小线芯部分因采用多股绞合线形式而引起的外径变大；减少绝缘层和外护层的使用量，减少造价和整体重量减轻，利于施工；有利于电缆线芯的阻水和降低集肤效应的影响。4)芯线的结构单根实心线芯的缺点：柔软性差而不能随意弯曲，截面越大弯曲越困难，给生产制造和电缆敷设施工带来无法克服的困难。多股导线单丝绞合线：柔软性大大增加，弯曲时的曲度不集中在一处，而分布在每根单丝上，每根单丝的直径越小，弯曲时产生的弯曲应力也就越小，在允许弯曲半径内弯曲不会发生塑性变形，从而电缆的绝缘层也不致损坏。弯曲时每根单丝间能够滑移各层方向相反绞合(相邻层一层右向绞合，一层左向绞合)，使得整个导体内外受到的拉力和压力分解。绞合单线丝越细，单丝越多，绞合节距越小，电缆的耐弯性能越好。35mm2及以下电缆的线芯可做成单股的实心导体，其余规格均采用多根单丝绞合形式的线芯。简单规则圆形绞合的线芯绞合规律：中心层是1根，其他各层以6为单位随层数递增。大截面电缆芯线结构—分裂导体结构线芯输送电能时，由于集肤效应的存在，单位面积线芯输送电流的能力会随着截面积的增加而有所降低。为了降低集肤效应的影响，提高单位面积线芯输送电流的能力和导体的利用率，将线芯做成分裂导体结构，即将整个线芯做成由几个用绝缘纸带相互绝缘单元组成的结构，每个单元呈扇形形状，外面绕包1～2层绝缘纸带，然后绞合为圆形芯线。分裂单元的数目，可分为四分裂、五分裂和六分裂，一般认为五分裂结构最为稳定，不易产生移滑变形。二、电力电缆的基本结构-绝缘层1、作用：将线芯与大地以及不同相的线芯问在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相问击穿短路，2、材料要求：1)耐压强度高。由于电缆导电部分的相间距离及其对地距离都较小，绝缘层承受着很高的电场强度，一般在1～5kV／mm之间，110kV的电缆:8～10kV／mm，500kV:14～16.5kV／mm，电压等级越高的电缆，对绝缘材料的耐压强度的要求越高。2)介质损耗角正切值低。运行于交流电场中的绝缘介质，绝缘层中将会有泄漏电流通过，使绝缘层(介质)发热，这部分损耗称为介质损耗。电压等级越高，介质损耗越大，发热就大，老化会加速。3)耐电晕性能好：绝缘层中的气泡或内外表面的凸起在很高电场下易被电离而产生放电现象，放电时产生的臭氧对绝缘层具有破坏作用。4)化学性能稳定。化学性能不稳定的材料，在外来因素的作用下，其性能易改变。5)耐低温。电缆线路的施工经常需在气温很低的情况下进行安装，一旦变脆很易损坏，就无法安装6)耐热性能好。电缆的最高允许运行温度取决于绝缘材料的耐热性能，即在绝缘材料的物理性能和化学性能不发生变化时的最高允许温度越高越好。7)机械加工性能好。具有一定的柔性和机械强度，才有利于生产制造和施工安装，8)使用寿命长。绝缘材料经过一定长的时期，均会发生老化现象，性能下降甚至无法运行。要求经久耐用。目前电缆的使用寿命一般不少于30年。常见电缆绝缘材料的种类和特点油浸纸：①耐压强度高；②介质损耗角正切值低；③价格便宜；④耐电晕性能好；⑤耐热性能较差；⑥长期允许运行温度650C；⑦使用寿命长。橡胶：①具有高的电气性能；②弹性好；③气体、水(潮气)对其的渗透性低；④在65℃以下时热稳定性能良好。聚氯乙烯：①电气性能较高；②机械加工性能好；③不延燃；④价格便宜；⑤介质损耗角正切值大；⑥耐热性和耐寒性差；⑦运行温度不能高于65℃。聚乙烯：①耐压强度高；②介质损耗角正切值低；③耐低温；④机械加工性能好；⑤耐电晕性能差；⑥耐温性能差，65℃以上时，其耐压强度急剧降低；⑦易燃、易熔和易产生环境应力而开裂。交联聚乙烯：①耐压强度高；②介质损耗角正切值低；③耐电晕；④耐环境应力开裂性能较聚乙烯好；⑤耐热性能好，长期允许运行温度可达90℃，且能承受短路时的2500C的瞬时高温。二、电力电缆的基本结构-屏蔽层6kV及以上的电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，也称为内屏蔽层和外屏蔽层。内屏蔽层（导体屏蔽层）的作用：消除导体表面的不光滑(多股导线绞合会产生的尖端)所引起导体表面电场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有较好的接触。绝缘屏蔽层：使绝缘层和金属护套有较好接触。半导电屏蔽层具有抑制树枝生长和热屏障的作用。当导体表面金属毛刺直接刺人绝缘层时，或者在绝缘层内部存在杂质颗粒、水气、气隙时，将引起尖端产生高电场而引发树枝。半导电屏蔽将有效地减弱毛刺附近的场强，从而提高耐电树枝放电特性。半导电屏蔽层有一定热阻，当线芯温度瞬时升高时，高温不会立即冲击到绝缘层，使绝缘层上的温升下降。屏蔽层--材料要求(2)材料要求。油纸电缆的导体屏蔽材料一般用金属化纸带或半导电纸带。绝缘屏蔽层一般采用半导电纸带。塑料、橡皮绝缘电缆的导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮。对于无金属护套的塑料、橡胶电缆，在绝缘屏蔽外还包有屏蔽铜带或铜丝。屏蔽层--结构、种类金属化纸：厚度为O.12mm的电缆纸的一面，贴有厚度为O.014mm的铝箔。半导电纸：在一般电缆纸浆中，掺入胶体碳粒所制成的纸，电阻率为1×107～109。Ωm。半导电塑料、半导电橡皮：电阻率1×108Ωm以下。二、电力电缆的基本结构-护层护层的作用：密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入，防止外力直接损坏电缆绝缘层，有些电缆的外护套还具有阻燃的作用。材料要求：护层材料的密封性和防腐性必须良好，并且有足够机械强度，适当考虑空气中敷设电缆外护套材料的阻燃性能。结构、种类。一般电缆的护层是由内护套、内衬层、铠装层和外被层(或外护套)等几个部分有选择的组合而成，充油电缆的护层必须有加强层。电力电缆的基本结构-内护套1)内护套作用---密封和防腐。①铅护套(铅包)：特点是易焊接、耐腐蚀、易加工，弯曲性能较好。缺点是电阻率较高，重量重，易造成土壤和水资源污染，使用时间长了后容易龟裂。②铝护套(铝包)：易腐蚀、密封连接困难，但重量轻、资源丰富，机械强度比铅护套大。一般的铝护套都制成波纹状。缺点是容易腐蚀，需要外护套保护。分为氲弧焊式、卧式连铸连轧和立式连铸连轧三种铝护套。③铜护套：对于短路容量要求大的大截面电缆，可采用铜护套，为了增加弯曲性能，可加工成波纹状铜护套。④聚氯乙烯护套：主要用于聚氯乙烯和交联聚乙烯绝缘电缆。它的缺点是耐热性和耐寒性都差，但阻燃性能好，燃烧过程中产生的浓烟有毒。⑤聚乙烯护套：其绝缘强度比聚氯乙烯高，耐热性能和耐寒性能比聚氯乙烯的好，抗渗水性也比聚氯乙烯强，但阻燃性能差。电力电缆的基本结构-外护套2)外护层又可分成以下四部分。①内衬层：它在内护套和铠装层之间，其作用是为了防止内护套受腐蚀和防止电缆在弯曲时被铠装损坏。它主要是由麻布或塑料带等软性织物涂敷沥青后包绕在内护套上的材料。②外被层或外护套：它在铠装层外，是电缆的最外层，其作用是为防止铠装层受外界环境的腐蚀。它的材料有聚氯乙烯或聚乙烯等。③加强层：这层结构是充油电缆所特有的，它是直