绝缘设计原理

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1、电线电缆发展及展望绝缘设计原理课程设计电气 08 王俊凯 10041238综述：电线电缆是用于传输电力，传输信息和实现电磁能转换的一大类电工产品。作为输送 电能、传递信息和制造各种电机、电器、仪表所不可缺少的基础设备，其重要的地位不言 而喻。 同时，电线电缆又是配套行业，产品必须满足不同而相关的行业的各种需求。因此， 电线电缆又被誉为国民经济的“血管”和“神经” 。 电线电缆的应用涉及电力、信息、能源等多个领域，可以这么比喻：用于电力系统的 电力电缆，好比作为人体的血管；电磁波信息传递用的电缆如同人的神经；而作为电极、 仪表绕组（线圈）用的电磁线则好比心脏中的重要部件。 由此可以看出，电线电缆

2、在社会生活和所有经济活动中必不可少的作用和不可替代的 地位。 笔者认为，在科技发展的二十一世纪，我们有必要对这一重要电力设备的历史和基本 资料有一个详细的了解。因此，本文将对电线电缆发展历史以及与之相应的基本信息和技 术进行叙述。一电线电缆发展历史1 1、发现、发现“电电”可沿金属线传输（可沿金属线传输（18001800 年前）年前） 公元前 500 年，希腊泰勒斯发现摩擦生电。 1729 年，英国人格雷发现“电”可以沿金属线传输，人类有了“导体”的概念。 1740 年，法国的德札古利埃规定了导体与绝缘的定义。 1744 年，德国人温克勒用电线把放电火花传输到远距离，宣告了电线的诞生。 2 2

3、、“电报机电报机”的发明推动了电报电缆的研发、应用（的发明推动了电报电缆的研发、应用（18751875 年前）年前） 十九世纪初，丹麦的奥斯特、英国的法拉第、德国的欧姆、美国的亨利等大批欧美物理学家不断发现和创立了现代电学、电磁学的许多基础理论，为今后的电力、信息传输打开了闸门。 1833 年，高斯和韦伯制成了第一部电磁指针电报机，用于 1 公里长的线路上，用了 6 年。 1835 年，美国莫尔斯发明了有线电报机，促进了通信电缆的发展。 1839 年，库克、惠斯登在伦敦建成了第一条 21 公里长的电报线路。1841 年纽约港敷设了橡皮绝缘的海底电报电缆。 1851 年，英国敷设了穿越英吉利海峡

4、的海底电缆。此后，欧美各国竞相发展；二三十年间，电报电缆几乎遍连各国的主要大城市。至 1920 年，英国建成了连接英联邦各国、环绕世界的电报电缆网，引发了美、日等国敷设海底电报电缆的高潮。 3 3、线缆产品在三大领域繁荣发展（、线缆产品在三大领域繁荣发展（19801980 年前）年前） （1 1）电磁线）电磁线 （11875 年，美国人亨利取得了第一个绝缘漆和纤维专利。2）日本在 1939 年开发了玻璃漆包线；1954 年制成了硅酮漆包线。德国在 1940 年制成了聚氨酯漆包线。 3）美国道奇公司在 1951 年发明了自粘性漆包线；1963 年制成了复合漆包线。4）美国杜邦公司在 1957 年

5、发明了丙烯酸漆包线；1961 年制成聚酯亚胺漆包线和聚酰亚胺漆包线；1964 年制成聚酰胺-酰亚胺漆包线。 5）上海电缆研究所在 1966 年制成聚酰亚胺漆包线；1970 年制成聚酰胺-酰亚胺漆包线。 （2 2）通信电缆）通信电缆 1）1876 年，美国贝尔发明有线电话机，美国制造市内通信电缆。1889 年美国 WE 公司开始大批量生产纸带绕包绝缘铅包市内通信电缆。 1891 年英法海峡敷设最早的海底话缆。 1898 年英国在伦敦与伯明翰之间敷设了一条长达 46 公里的 19 个四线组成的长途通信电缆；用至1938 年又改为载波通信。 2）1921 年，美国与古巴间敷设了第一条同轴海底话缆。

6、1932 年，英国与比利时之间敷设了第一条载波传输的海底同轴电缆。 1936 年，德国制造宽带同轴电缆用以传输电视。 1939 年，德国、美国开发了聚乙烯料，应用于各种通信电缆。 1944 年，美国与法国间敷设了距离最长的（100 海里）海底电缆。 1949 年，美国制成公用天线电视电缆（CATV）。 1950 年，美国制成全塑（PE）皱纹铝带综合护层电话电缆。 3）1956 年，英、美、加三国合作敷设了第一条跨越大西洋的对称式电话电缆，全长 4300 公里；1959年，美、法、加三国合作敷设了第二条大西洋海底通信电缆（同轴式）。至 1976 年，共敷设 6 条跨越大西洋的海底通信电缆。此后，

7、在大西洋及各个海域陆续又敷设了大量的海底通信电缆，使世界各地区、各国之间信息传输全部畅通。 （3 3）电力系统用线缆）电力系统用线缆 1、1879 年，美国爱迪生发明了白炽电灯，制成黄蔴沥青绝缘电力电缆，敷设于纽约。同年，瑞士博雷尔发明压铅机，可制造铅包电缆。 1887 年，美国布鲁克斯用低粘度绝缘油浸渍纸作为电力电缆的绝缘。 1888 年，英国费伦蒂制成 10KV 油浸纸绝缘电缆（二芯，同芯式）。 1890 年，美国制成三芯油浸纸绝缘电力电缆。 1893 年，英国 BICC 公司开始生产纸力缆。 1910 年，德国在柏林敷设 30KV 三芯电缆，1911 年敷设 60KV 单芯电缆。2）18

8、77 年，美国托马斯发明了铜线冷拉工艺，使铜线抗拉强度和导电率大幅提高，可用于作架空导线。 1882 年，德国采用铜架空线输送直流电，1886 年采用美国用架空线传输交流电。 1895 年，美国首次制成铝架空线；1908 年采用钢芯铝绞线。1915 年首次生产铜包钢线。 1922 年瑞典研制出 1 号铝合金架空线。 3）1903 年，IEC 制定了靱炼铜的导电率国际标准（IACS）。 4）1917 年，意大利发明了自容式充油电缆。 1923 年，美国敷设 66KV 充油电缆；1924 年敷设 132KV 充油电缆。 1932 年，意大利在米兰敷设 220KV 充油电缆。 1938 年，瑞典南方

9、电厂敷设 380KV 充油电缆；1955 年敷设 425KV 充油电缆。 1957 年，法国制造 500KV 充油电缆。 1972 年，美国制成 500KV 钢管充油电缆。 5）1937 年德国首次研制出 PVC 绝缘电线，很快在各国得到发展。 1946 年，美国首次制成 15KV 聚乙烯绝缘电缆；1952 年采用辐照交联聚乙烯制造电线。1958 年美国采用了 DCP 后，发明化学交联法；1967 年美国康宁公司发明硅烷交联法。这些，使各种交联型线缆产品得到迅速发展。 1961 年日本购得美国专利首先制造化学交联聚乙烯电力电缆，1962 年制成 66KV 级，1973 年试制275KV 级交流

10、电力电缆和 500KV 直流电缆。1980 年研制 500KV 级交流电力电缆；并于 2000 年在东京安装，开通使用（39.8 公里）。 二电线电缆基本知识1.1.基本分类基本分类（1 1）按用处分：）按用处分：1） 电力电线电缆电力系统采用的电线电缆产品主要有架空裸电线、电力电缆、 电力设备用电气装备电线电缆等。2）通讯电线电缆用于信息传输系统的电线电缆主要有市话电缆、电视电缆、电 子线缆、射频电缆、光纤缆、数据电缆、或其他复合电缆等。3）电磁线用于实现电磁能转换的线缆，漆包线、丝包线。（2 2）按类别分五类：）按类别分五类：1）裸电线纯的导体金属，无绝缘及护套层，如钢芯铝绞线、电力机车线

11、等、接 地软线。2）电力电缆有绝缘、铠装、护层（五芯以下，结构复杂），产品主要用在发、 配、输、变、供电线路中的强电电能传输，通过的电流大(几十安至几千安)、电压高(220V 至 500kV 及以上)。3）电器装备电缆品种规格繁多，应用范围广泛，使用电压在 1kV 及以下较多， 耐油/耐寒/耐温/耐磨线缆、医用/农用/矿用线缆、薄壁电线等。-我们的发展方向4）通讯电缆两芯的电话线到几千对的话缆、同轴缆、光缆、数据电缆，甚至组 合通讯缆等。该类产品结构尺寸通常较小而均匀，制造精度要求高。5）电磁线主要用于各种电机、仪器仪表等。2、常用电线电缆的标准代号GB国家标准；JB机械部标准；SJ电子不标准

12、；YD邮电部标准；GY广电部； MT煤炭部标准；/T为推荐标准（1）PVC 塑料电线 GB 5023-1997 JB8734-1998 P）（2）阻燃系列电线电缆 GB/T19666-2005（3）无卤低烟电线 JB/T10941-2004（4）公路车辆用电线 JB/T 8139-1999（5）室内电话线 YD/T840-1996（6） 一般用途射频同轴电缆 GB/T14864-1993、JB/T10941-2004（7） 网络线 YD/T1019-1999（8）电缆的导体 GB 3956-19972.2.电线电缆的结构电线电缆的结构电线电缆产品的结构元件，总体上可分为导线、绝缘层、屏蔽和护层

13、这四个主要结构 组成部分以及填充元件和承拉元件等。根据产品的使用要求和应用场合，有的产品结构极 为简单。（1）导线导线：导线是产品进行电流或或电磁波信息传输功能的最基本的必不可少的主 要构件。导线是导电线芯的简称，用铜、铝、铜包钢、铜包铝等导电性能优良的有色金属 制成，以光导纤维作为导线。（2）绝缘层绝缘层：是包覆在导线外围四周起着电气绝缘作用的构件。即能确保传输的电 流或电磁波、光波只沿着导线行进而不流向外面，导体上具有的电位（即对周围物体形成 的电位差、即电压）能被隔绝，即既要保证导线的正常传输功能，又要确保外界物体和人 身的安全。导线与绝缘层是构成线缆产品（裸电线类除外）必须具备的两个基

14、本构件。（3）屏蔽屏蔽：是一种将电缆产品中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件；由的线 缆产品在其内部不同线对（或线组）之间也需要相互隔离。可以说屏蔽层是一种“电磁隔 离屏”。高压电缆的导体屏蔽和绝缘屏蔽是为了均化电场的分布。（4）护层护层：当电线电缆产品安装运行在各种不同的环境中时，必须具有对产品整体， 特别是对绝缘层起保护作用的构件，这就是护层。绝缘材料需要具有优良的各种电绝缘性 能，则必须要求材料的纯度极高、杂质含量极微；往往无法兼顾其对外界的保护能力，所 以对于外界（即安装、使用场合和使用中的）各种机械力的承受或抵抗力、耐大气环境、 耐化学药品或油类、对生物侵害的防止，以及减少火灾的危

15、害等都必须由各种护层结构来 承担。（5）填充结构填充结构：很多电线电缆产品是多芯的，将这些绝缘线芯或线对成缆（或分组 多次成缆）后，一是外形不圆整，二是绝缘线芯间留有很大空隙，因此必须在成缆时加入 填充结构，填充结构是为了使成缆外径相对圆整以利于包带、挤护套。（6）抗拉元件：抗拉元件：典型的结构是钢芯铝绞线、光纤光缆电缆等。总之，在近年来开发 的特种细小、柔软型，同时要求多次弯、扭曲使用的产品中，抗拉元件起着主要的作用。3 3常用材料常用材料 （1 1）聚氯乙烯）聚氯乙烯 PVCPVC 1）一般电气参数 体积电阻率 =1010 1012 m,介质损耗角正切 tg(50Hz)=0.05 0.15

16、, 介电常数 48(50Hz) 2）PVC 用于绝缘和护层材料. 3）PVC 作为电线电缆绝缘用之性能:不易燃烧、耐老化、耐油、耐化学药品、耐冲击、易 着色;但由于介电常数大,一般只作为低压电缆的绝缘材料和控制电缆的绝缘材料. 4） PVC 作为电线电缆护套用之性能:具有良的耐磨性、能抵抗油、酸、碱、菌、潮气及日 光照射等,并且对火焰的作用有自灭作性能;聚氯乙烯护套的最低工作温度的 -40 度,耐高 温可达 105 度 . （2 2）聚乙烯）聚乙烯 (PE)(PE) 1）一般物理性能:呈白色蜡状,半透明,柔而韧,稍能伸长,比水轻,无毒;燃烧特征:易燃,离 火后继续燃烧,火焰上端呈黄色而下端呈蓝色,燃烧时熔融滴落,发出石蜡燃烧时的气味;聚 乙烯加工熔点范围是 1321350C,着火温度为:3400C,自燃温度为:3900C 2）一般电气参数: 体积电阻率 1015 m,熔融指数 MI=0