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1、 电力电缆线路概述 电力电缆本体 基本结构及各组成部分的作用和特点 三芯电缆实物图 截面 三芯电缆实物图 侧面 单相电缆实物 导体 电力电缆线芯的作用是传送电流 线芯的损耗主要由导体截面和电导系数来决定 为了减少电缆线芯中的损耗和电压降 电缆线芯一般由具有高电导系数的金属材料 铜或铝制成 线芯结构的一般原理 为了增加电缆的柔软行和可曲度 较大截面的电缆线芯由多根较小直径的导线绞合而成 由多根导线绞合的线芯柔软性好 可曲度较大 因为单根金属导线沿某一半径弯曲时 其中心线圆外部分必须伸长 而其圆内部分必须缩短 如线芯是由多根导线平行放置组成 导线之间可以滑动 因此 它比同截面单根导线作相同弯曲时要
2、省力的多 为了保持线芯结构形状的稳定性和减小线芯弯曲时每根导线的形变 多根导线组成的线芯都应绞合而成 绞合的形式可分为 规则绞合和不规则绞合两类 导体是提供负荷电流的通路 其主要技术指标和要求 1 导体截面和直流电阻 由于电流通过导体时因导体存在电阻而会产生热 因此 要根据输送电流量选择合适的导体截面 其直流电阻应符合规定值 以满足电缆运行时的热稳定要求 2 导体结构 导体也是电缆工作时的高压电极 而且其表面电场强度最大 如果局部有毛刺则该处的电场强度会更大 因此 设计和生产中以及使用部门在制作接头的导体连接时 要解决的主要技术问题之一就是力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺 以改善导体表面电
3、场分布 金属屏蔽 金属屏蔽的作用 1 形成工作电场的低压电极 当局部有毛刺时也会形成电场强度很大的情况 因此 也要力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺 2 提供电容电流及故障电流的通路 因此也有一定的截面要求 半导电屏蔽层 半导电屏蔽层是中高压电缆采用的一项改善金属电极表面电场分布 同时提高绝缘表面耐电强度的重要技术措施 1 首先代替导体形成了光滑园整的表面 大大改善了表面电场分布 2 同时 能与绝缘紧密接触 克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点 而把气隙屏蔽在工作场强之外 在附件制作中也普遍采用这一技术 半导屏蔽层抑制树枝生长和热屏蔽的作用 1 当导体表面金属毛刺直接刺入绝缘层时 或
4、者在绝缘层内部存在杂志颗粒 水气 气隙时 这些将引起间断产生高电场 场致发射而引发树枝 对于金属表面毛刺 半导电屏蔽将有效地减弱毛刺附近的电场 减少场致发射 从而提高耐电树枝放电特性 若在半导电屏蔽料中加入能捕捉水分的物质 就能有效地阻挡由线芯引入的水分进入绝缘层 从而防止绝缘中产生水树枝 2 半导电屏蔽层有一定热阻 当线芯温度瞬时升高时 电缆有了半导电屏蔽层的热阻 高温不会立即冲击到绝缘层 通过热阻的分温作用 使绝缘层上的温升下降 绝缘 电力电缆的绝缘层材料应具备的性能 高的击穿场强 低的介质损耗角正切 相当高的绝缘电阻 优良的耐树枝放电 局部放电性能 具有一定的柔软性和机械强度 绝缘性能长
5、期稳定 绝缘层厚度与工作电压有关 一般来说 电压越高绝缘层的厚度也越厚 但并不成比例 绝缘层的材料主要有油浸电缆纸 塑料和橡胶三种 1 油浸纸绝缘由电缆纸与浸渍剂组合而成 它具有较强的耐热性 但可曲性比较差 2 塑料绝缘主要有聚氯乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘两种 这种绝缘电气性能及耐水性能良好 能抗酸 碱 防腐蚀 它还具有允许工作温度高 机械性能好 可制造高电压电缆等优点 现在已基本上全部使用塑料绝缘电缆代替传统的油浸纸绝缘电力电缆 3 橡胶绝缘电力电缆的绝缘层为丁苯橡胶或人工合成橡胶 乙丙橡胶 丁基橡胶 优点是柔软 可挠性好 适用于移动性的用电和供电装置 但是橡胶遇到油时会很快损坏 在高电压作用
6、下容易受电晕作用产生龟裂 因此这种电缆一般用于10kV及以下电压等级 而人工合成的乙丙橡胶绝缘电缆可用到35kV电压级 绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构 1 承受工作电压及各种过电压长期作用 因此其耐电强度及长期稳定性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分 2 能耐受发热导体的热作用而保持应有的耐电强度 电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定 从生产到运行 绝大部分试验测量项目都是针对监测绝缘的各种性能为目的的 护层 为了使电缆适应各种使用环境的要求而在电缆绝缘层外面所施加的保护覆盖层 叫做电缆护层 电缆护层分为内护层和外护层 内护层是包覆在电缆绝缘上的保护覆盖层 用来防止绝缘层
7、受潮 机械损伤以及光和化学侵蚀性媒质等作用 同时还可以流过短路电流 外护层是包覆在电缆护套 内护层 外面的保护覆盖层 主要起机械加强和防腐蚀作用 常用的电缆外护层有内护层为金属护套的外护层和内护层为塑料的外护层 金属护套的外护层一般由衬垫层 铠装层和外被层三部分组成 衬垫层位于金属护层和铠装层之间起铠装衬垫和金属护层的防腐蚀作用 铠装层起机械保护作用 外被层对金属铠装起防腐蚀作用 内护层为塑料的外护层的结构有两种 一是无外护层而仅有聚氯乙稀 PVC 或聚乙稀护套 另一种是铠装层外还挤包了PVC套或聚乙烯套 其厚度与内护套相同 护层是保护绝缘和整个电缆正常可靠工作的重要保证 针对各种环境使用条件
8、设计有相应的护层结构 主要是机械保护 纵向 径向的外力作用 防水 防火 防腐蚀 防生物等 可以根据需要进行各种组合 电缆名称和型号规格表示方法 绝缘导体护层 额定电压导体截面 标准代号 电缆的名称及型号反映了电缆的主要结构要素导体 绝缘和护层的型式 规格主要表示额定电压和导体芯数与截面 由此来表示该种电缆的特点及适用场合 汉语拼音第一个字母的大写表示绝缘种类 导体材料 内户层材料和结构特点 例如 YJV22 8 7 103 240表示为额定电压8 7 10kV 导体截面为240mm2的三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯钢带铠装电力电缆 YJLV 26 351 300表示为额定电压26 35kV
9、 导体截面为300mm2的单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯非铠装电力电缆 电力电缆电压系列介绍 国际电工委员会 IEC 的表示方法为U0 U U0为电缆的设计电压 一般相当于电缆所处的电力系统的相电压 但有时不完全一致 U为电缆可用于系统的额定线电压 IEC推荐U0 U序列为 a 中低压 IEC60502 U 1 30 Um 36 对应的国标GB12706 U 1 35 Um 40 5 0 6 1 1 8 3 3 6 3 3 6 6 6 6 6 10 8 7 10 8 7 15 12 15 12 20 18 30 21 35 26 35 b 高压 IEC60840 U 45 150 Um 1
10、70 对应的国标GB11017 26 35 26 45 47 36 60 69 64 110 115 76 132 138 87 150 161 c 超高压 IEC62067 U 220 500 Um 550 对应的国标GB ZXXXXX 127 220 230 160 275 287 190 330 345 220 380 400 290 500 上述序列中 括号内电压为中国系统采用 接地方式对电缆的影响 IEC标准将电力系统划分为三类 A类 该系统任一相导体与地或接地导体接触 能在1min内与系统分离 B类 该系统仅包括单相导体与地或接地导体接触 接地故障时间不超过8h 每年总累积时间不超
11、过125h C类 该系统为所有不属于A类及B类的系统 预期会经常处于接地故障运行的系统 选用C类为宜 U0相同的电缆实际上是同一种电缆 只是用于不同的电压系统中 例如8 7 10和与8 7 15 是同一种电缆 根据实际需要而分别用于10kV系统和15kV系统 而6 10与8 7 10则是两种不同的电缆 其绝缘厚度是不同的 对于交联电缆 前者为3 4mm 后者为4 5mm 可根据电力系统中性点接地方式进行选用 中性点有效接地系统一般选用U0相当于系统相电压的电缆 如10kV系统选用6 10的电缆 35kV系统选用21 35的电缆 而中性点非有效接地系统 一般选用U0比系统相电压高一档的电缆 如1
12、0kV系统 选U0为8 7的电缆 35kV系统选用26 35的电缆 其原因是 中性点非有效接地系统在单相接地故障时 三相之间电压关系不变 允许电缆继续运行一定时间 但这时电缆非故障相电压会升高至线电压 所以为保证电缆长期可靠性 寿命 而选择高一档电缆 因此了解电缆的型号规格对予正确使用电缆 正确选用电缆附件是非常重要的 除了电压等级外 导体截面与护层结构的选择也是需要认真考虑的 常用电力电缆类型 常见电力电缆主要有三大类型 电力电缆的发展演变过程及制造工艺特点 1 油纸绝缘型2 塑料绝缘型3 橡皮绝缘型 1 按电压等级分类 常用的电缆的电压等级U0 U kV 为 0 6 1 3 6 6 6 1
13、0 21 35 36 63 64 110这种电压等级的电缆适用于每次接地故障持续时间不超过1min的三相系统 1 1 6 6 8 7 15 26 35 48 63的电缆适用于每次接地故障持续时间一般不超过2h 最长不超过8h的三相系统 也可以依据电压分 低电压电力电缆 1kV 中压电力电缆 6 35kV 高压电力电缆 110 500kV 2 按导体标称截面积分类 电力电缆的导体是按一定等级的标称截面积制造的 我国电力电缆标称截面积系列为 1 5 2 5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120 150 185 240 300 400 500 630 800 1000 1200
14、1400 1600 1800 2000mm2 共26种 3 按导体芯数类 电力电缆导体芯数有单芯 二芯 三芯 四芯和五芯共五种 4 按绝缘材料分类 挤包绝缘电力电缆包括 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 阻燃电力电缆 耐火电力电缆 架空绝缘电缆 油浸绝缘电力电缆 是历史最优久 应用最广和最常用的一种电缆 交联电缆的性能特点 电缆绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构 承受工作电压及各种过电压长期作用 因此具有长期稳定性能的绝缘是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分 电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定 从生产到运行 绝大部分试验测量项目
15、都是针对监测各种绝缘性能为目的的 作为近年来广泛使用的交联电缆的绝缘 是由单一介质交联聚乙烯 XLPE 构成 它的主要优点是 1 优良的电气性能 耐电强度高 长期工频击穿强度20 30MV m 冲击击穿强度40 65MV m 损耗小 工频时tg 0 0002 0 001 介电常数小 2 3 2 5 注 空气的工频击穿强度为1 7 2 1MV m 也是局部放电起始场强 2 耐热性能好 连续工作温度90 因而载流量较大 3 不受落差限制 因而 对于超高压长距离输电非常有利 但它也有明显的缺点 1 耐局部放电性能差 受杂质和气隙及水份的影响很大 在这些缺陷处易产生局部电场集中 发生局部放电 造成不可
16、恢复的永久性损坏 2 热膨胀系数大 热机械力效应严重 所以 交联电缆的生产特别强调纯净 尤其是高压超高压电缆的质量更是由材料的纯净度决定的 对于交联电缆附件 除了结构设计正确合理外 最重要的问题也是清洁问题 尤其是附件所涉及绝缘界面往往是电场易畸变的地方 一但有杂质 气隙等 其绝缘性能会显著下降 110kV产品电缆附件型号 例如 1 额定电压64 110kV 导体标称截面630 2 单芯交联聚乙烯绝缘电缆的全冷缩户外终端 外绝缘污秽等级IV级 表示为 CDLYJZWG464 1101 6302 额定电压64 110kV 导体标称截面630 2 单芯交联聚乙烯绝缘电缆的干式绝缘GIS终端表示为 CDLYJZGG64 1101 630 110kV全冷缩交联电缆终端CDLYJZWG464 110 1 240 800 1000 1600 110kV全冷缩交联电缆绝缘接头CDLYJJJWG464 110 1 240 800 1000 1600 CDLYJJTG464 110 1 240 800 1000 1600 110kV交联电缆GIS终端CDYJJZGG64 110 1 240 300 40
