電力電纜的導體、絕緣層和護層

電力電纜的導體、絕緣層和護層一、電力電纜的導體電力電纜的導體通常用導電性好、有一定韌性、一定強度的高純度銅或鋁制成。導體截面有圓形、橢圓形、扇形、中空圓形等幾種。較小截面（16mm2以下）的導體由單根導線制成；較大截面（16mm2以上）的導體由多根導線分數(shù)層絞合制成，絞合時相鄰兩層扭絞方向相反。圓形導體單線最少根數(shù)，中心一般為一根，第2層為6根，以后每一層比里面一層多6根，這樣既增加了電纜的柔軟性，也增加了導體絞合的穩(wěn)定度，便于制造和施工。對于35kV及以下的電纜，在施工現(xiàn)場需要核對電纜導體的截面時，可以測量一下電纜導體外形尺寸，與電纜各等級標準截面的尺寸進行比較，根據(jù)經(jīng)驗可判定所用電纜導體截面積的大小。充油電纜的導體由韌煉的鍍錫銅線絞成，銅線鍍錫后可大大減輕對油的催化作用。當導體的標稱截面大于1000mm2時，為了降低集膚效應和鄰近效應的影響，常采用分裂導體結(jié)構(gòu)，導體由4個或6個彼此用半導電紙分隔開的扇形導體組成。單芯充油電纜的導體中心有一個油道，其直徑不小于12mm。它一般是由不銹鋼帶或0．6mm厚的鍍錫銅帶繞成螺旋管狀作為導體的支撐，這種螺旋管支撐還具有擴大導體直徑減小導體表面最大電場強度和減小集膚效應的效果。而有的則用鍍錫銅條制成Z形及扇形型線絞合成中空油道，不需要螺旋形的支撐管。充油電纜的油道也有在鉛套下面的；對于400kV及以上的高壓充油電纜，為了提高其絕緣強度，則導體中心油道和鉛套下面的油道兼而有之。二、電力電纜的絕緣層電力電纜的絕緣層用來使多芯導體間及導體與護套間相互隔離，并保證一定的電氣耐壓強度。它應有一定的耐熱性能和穩(wěn)定的絕緣質(zhì)量。絕緣層厚度與工作電壓有關(guān)。一般來說，電壓越高，絕緣層的厚度也越厚，但并不成比例。因為從電場強度方面考慮，同樣電壓等級的電纜當導體截面積大時，絕緣層的厚度可以薄些。對于電壓較低的電纜，特別是電壓較低的油浸紙絕緣電纜，為保證電纜彎曲時，紙層具有一定的機械強度，絕緣層的厚度則隨導體截面的增大而加厚。絕緣層的材料主要有油浸電纜紙、塑料和橡膠三種。根據(jù)導體絕緣層所用材料的不同，電纜主要分為油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜和橡膠絕緣電纜?，F(xiàn)將三種電纜絕緣層的結(jié)構(gòu)及特點分述如下。1．油浸紙絕緣油浸紙絕緣由電纜紙與浸漬劑組合而成。普通油浸紙絕緣電纜紙的厚度為0．08mm、0．12mm、0．17mm三種；浸漬劑用低壓電纜油和松香混合而成，稱謂黏性浸漬電纜油。單芯電纜和分相鉛（鋁）套電纜的導體為圓形，絕緣層結(jié)構(gòu)為電纜紙帶以同心式多層繞包成圓形。10kV及以下的多芯電纜，導體為半圓形、橢圓形或扇形，絕緣層結(jié)構(gòu)為束帶式。這種結(jié)構(gòu)是在每根導體上分別繞包一部分絕緣紙（稱為導體絕緣）后，將幾根導體絞合在一起，再繞包一定厚度的電纜紙（稱為統(tǒng)包絕緣或帶絕緣），這樣在導體與導體之間為二倍導體絕緣厚度；在導體與鉛護套之間為導體絕緣厚度加統(tǒng)包絕緣厚度。充油電纜的油浸紙絕緣要求電氣性能更高，紙的厚度為0．045mm、0．075mm、0．125mm、0．175mm等幾種，介質(zhì)損失角正切值應不大于0．0026。浸漬劑為低黏度的礦物油（絕緣油），油的工頻擊穿強度應不小于60kV／2．5mm。這樣在一定油壓作用下，就大大地提高了電纜絕緣的電氣強度。電力電纜絕緣層的厚度根據(jù)電纜的工作電壓和導體標稱截面來決定，它既要保證在工頻電壓和沖擊電壓下不會被擊穿，又要保證電纜在正常施工時絕緣不會受到機械損壞。油浸紙絕緣較橡膠絕緣及聚氯乙烯絕緣具有較強的耐熱性，經(jīng)常運行溫度可達80℃，電氣強度高。黏性油浸紙絕緣用于35kV及以下電壓等級，補充油壓的油浸紙絕緣用于60kV及以上電壓等級。紙絕緣極易吸收水分，使絕緣強度大為降低，因此制造中除了將所含水分除去并進行浸漬處理外，還借助金屬護套防止水分侵入。另外，紙絕緣的可曲性比較差，因此規(guī)定了電纜最小的允許彎曲半徑及最低敷設溫度。對于這些，施工中都要特別注意，以保證絕緣性能良好。2．塑料絕緣塑料絕緣主要有聚氯乙烯絕緣和交聯(lián)聚乙烯絕緣兩種，電纜絕緣層分別由熱塑性塑料擠包制成和由添加交聯(lián)劑的熱塑性聚乙烯塑料擠包后交聯(lián)制成。這種絕緣電氣性能及耐水性能良好，能抗酸、堿，防腐蝕，它還具有允許工作溫度高、機械性能好、可制造高電壓電纜等優(yōu)點。塑料絕緣電纜是電纜產(chǎn)品技術(shù)方向之一，國內(nèi)外在低壓系統(tǒng)已基本上全部使用塑料絕緣電纜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油浸紙絕緣電力電纜。聚氯乙烯絕緣比油浸紙絕緣有很多優(yōu)點，但其絕緣的介質(zhì)損耗較大，比油浸紙絕緣的介質(zhì)損耗約大10～20倍左右，而且其電導（離子）隨電場強度的增加而急劇上升，因此在更高電壓上的應用受到了限制。在這方面聚乙烯比聚氯乙烯，絕緣性能有很大的改善，在同樣條件下，聚乙烯的交流擊穿強度提高約60％，其介質(zhì)損耗則僅為聚氯乙烯的0．5％左右。聚乙烯絕緣電纜具有絕緣性能高、比重小、耐水和耐化學藥品性能良好等特點。但是它的熔點太低，在機械應力作用下容易產(chǎn)生裂紋。為了利用聚乙烯良好的絕緣特性，克服其熔點低的缺點，采用高能輻照或化學的方法對聚乙烯進行交聯(lián)，使它的分子由原來的線型結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即由熱塑性變?yōu)闊峁绦?，從而提高了聚乙烯的耐熱性和熱穩(wěn)定性，這就是交聯(lián)聚乙烯。其主要特點是軟化點高、熱變形小、在高溫下機械強度高、抗熱老化性能好等；交聯(lián)聚乙烯電纜的最高運行溫度可達90℃，而短路時的允許溫度則達250℃。交聯(lián)聚乙烯電纜雖然具有十分優(yōu)越的電氣性能，但其絕緣內(nèi)部不可避免地會存在微孔、雜質(zhì)及其他一些缺陷等，特別是微孔的存在，使其吸水性增強，在高電場的作用下，沿電場方向引發(fā)“水樹枝”現(xiàn)象，從而使絕緣受到破壞。誠然電纜在材料選擇及制造工藝上盡力控制微孔、雜質(zhì)等是減少水樹枝狀現(xiàn)象發(fā)生的主要途徑，但在敷設施工中不合理的施工方法也會導致新的微孔形成。由于電纜終端、中間接頭的密封不良或電纜在施工斷頭處不加以密封而進水、進潮，都會使電纜在以后的運行中有可能引發(fā)水樹枝放電，對此應引起足夠重視。3．橡膠絕緣橡膠絕緣電力電纜的絕緣層為丁苯橡膠或人工合成橡膠（乙丙橡膠、丁基橡膠）。這種電纜突出的優(yōu)點是柔軟，可撓性好，特別適用于移動性的用電和供電的裝置。但是橡膠絕緣遇到油類時會很快損壞；在高電壓作用下，容易受電暈作用產(chǎn)生龜裂。因此這種電纜一般用于10kV及以下電壓等級，而人工合成的乙丙橡膠絕緣電纜可用到35kV電壓級。三、電纜護層為了使電纜絕緣不受損傷，并滿足各種使用條件和環(huán)境的要求，在電纜絕緣層外包覆有保護層，叫做電纜護層。電纜護層分為內(nèi)護層和外護層。1．內(nèi)護層內(nèi)護層是包覆在電纜絕緣上的保護覆蓋層，用以防止絕緣層受潮、機械損傷以及光和化學侵蝕性媒質(zhì)等的作用，同時還可以流過短路電流。內(nèi)護層有金屬的鉛護套、平鋁護套、皺紋鋁護套、銅護套、綜合護套，以及非金屬的塑料護套、橡膠護套等。金屬護套多用于油浸紙絕緣電纜和110kV及以上的交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜；塑料護套（特別是聚氯乙烯護套）可用于各種塑料絕緣電纜；橡膠護套一般多用于橡膠絕緣電纜。鋁的比重僅為鉛的23．8％，且鋁套的厚度比鉛套薄得多，所以鋁套電纜要比鉛套電纜輕得多。而且鋁的電阻系數(shù)比鉛小得多，鋁套的短路熱容量大，在短路電流持續(xù)時間稍長的系統(tǒng)中，一般標準厚度鋁套即能滿足要求；如計算中熱穩(wěn)定不夠時可將鋁套稍加厚一些就能滿足技術(shù)要求，無需增加銅絲（或銅帶）屏蔽，因此鋁套電纜既經(jīng)濟又實惠，敷設省力；使用皺紋鋁護套的電纜，其外徑相應較大，使電纜盤的尺寸也相應要大些，因而敷設施工也有一定的難度。相比之下，鉛護套要比鋁套重得多，鉛套要滿足技術(shù)中的短路熱穩(wěn)定要求，鉛套的截面必須比鋁套的大得多，但由于鉛套結(jié)構(gòu)緊密，化學穩(wěn)定性好，較鋁耐腐蝕，因此鉛套的使用決不會被鋁套所取代。在陸上使用的各種電纜各有特征及利弊，在直埋及排管敷設中宜優(yōu)先考慮選擇鉛套電纜，而過江及海底電纜一定要采用鉛套。因為一旦外護套破損后鋁套很快會穿孔，不如鉛套耐用。按電纜在使用中受力和外護層的結(jié)構(gòu)情況，鉛護套的厚度分為三類，每一類又隨著導體截面增大而加厚。第一類：電纜有鎧裝層（或麻被）保護，使用中僅有機械外力而不受拉力的電纜，鉛護套厚度為1．2～2．0mm。第二類：各種分相鉛套電纜，鉛護套厚度為1．2～2．5mm。第三類：沒有任何外護層的裸鉛套電纜，以及用于水下敷設等承受大的拉力的鋼絲鎧裝電纜，鉛護套厚度為1．4～2．9mm。充油電力電纜還考慮到內(nèi)部承受壓力以及敷設運行條件等因素，因此鉛護套更要厚些。表1－31充油電力電纜鉛護套厚度（mm）鉛包前直徑鉛套厚度電纜型號CYZQ102CYZQ302CYZQ141標稱厚度最小厚度標稱厚度最小厚度標稱厚度最小厚度50及以下3．02．73．53．23．53．250．1～70．003．53．24．03．74．03．770．1以上4．03．74．54．24．54．2由于鋁護套的機械強度比鉛護套大得多，因此各種形式電纜的鋁護套，厚度是統(tǒng)一的，其厚度為1．1～2．0mm。還有一種新型的護套結(jié)構(gòu)叫做綜合護套，是由鋁箔PE復合膜縱向搭蓋卷包熱風焊接，在擠包外護套后與護套結(jié)合成一體。具有綜合護套的電纜，其重量輕、尺寸小，在零序短路容量不大的系統(tǒng)中使用有降低造價的優(yōu)勢；在零序短路容量較大的系統(tǒng)內(nèi)需加銅絲屏蔽。綜合護套的金屬箔作徑向阻水是有效的阻水層，但其抗外力破壞及外護套穿孔后的耐腐蝕作用是脆弱的。國產(chǎn)的綜合護套110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜最早用于杭州，自1992年以來運行良好。上海在地鐵一期工程中引進德國的這類電纜用于直埋及排管的線路中，德國產(chǎn)品的阻水層采用水膨脹粉，而不用阻水帶。聚氯乙烯絕緣電纜和35kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的內(nèi)護層為聚氯乙烯護套或聚乙烯護套。其厚度為1．6～3．4mm，隨著導體直徑的增大而加厚。2．外護層外護層是包覆在電纜護套（內(nèi)護層）外面的保護覆蓋層，主要起機械加強和防腐蝕作用。常用電纜的外護層有內(nèi)護層為金屬護套的外護層和內(nèi)護層為塑料護套的外護層。金屬護套的外護層一般由襯墊層、鎧裝層和外被層三部分組成。襯墊層位于金屬護套與鎧裝層之間，起鎧裝襯墊和金屬護層防腐蝕作用。鎧裝層為金屬帶或金屬絲，主要起機械保護作用，金屬絲可承受拉力。外被層在鎧裝層外，對金屬鎧裝起防腐蝕作用。襯墊層及外被層由瀝青、聚氯乙烯帶、浸漬紙、聚氯乙烯或聚乙烯護套等材料組成。根據(jù)各種電纜使用的環(huán)境和條件不同，其外護層的組成結(jié)構(gòu)也各異。常用各型號電力電纜的外護層結(jié)構(gòu)見有關(guān)各種電纜型號表。內(nèi)護層為塑料護套的外護層的結(jié)構(gòu)有兩種。一種是無外護層而僅有聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯護套；另一種是鎧裝層外還擠包了PVC套或聚乙烯套，其厚度與內(nèi)護套相同。外護層結(jié)構(gòu)見表1－3～表1－5。傳統(tǒng)的PVC外護套因PVC的工作溫度較低，對于運行溫度高且有護層絕緣要求的高壓交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜已不太適合，所以現(xiàn)采用高密度聚乙烯（HDPE）或低密度聚乙烯（LLDPE）作外護層已很普遍。但無阻燃性，明敷設時要考慮防火措施或采用阻燃型電纜。使用HDPE作外護層可提高護層的絕緣水平，外護套與皺紋金屬套間應有黏結(jié)劑。充油電力電纜外護層結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯層、加強層、保護層、鎧裝層和外被層組成電纜型號外護層結(jié)構(gòu)內(nèi)襯層加強層保護層鎧裝層外被層CYZQ102瀝青－塑料