電力電纜結(jié)構(gòu)及特點

電力電纜結(jié)構(gòu)及特點電力電纜的基本結(jié)構(gòu)由導體、絕緣層和護層三部分組成。電力電纜的導體在輸送電能時，具有高電位。為了改善電場的分布情況，減小切向應力，有的電纜加有屏蔽層。多芯電纜絕緣線芯之間，還需增加填芯和填料，以便將電纜絞制成圓形?，F(xiàn)將常用的國產(chǎn)電力電纜結(jié)構(gòu)及其特點分述如下。一、聚氯乙烯絕緣電力電纜聚氯乙烯絕緣電力電纜的絕緣層由聚氯乙烯絕緣材料擠包制成。多芯電纜的絕緣線芯絞合成圓形后再擠包聚氯乙烯護套作為內(nèi)護層，其外為鎧裝層和聚氯乙烯外護套。聚氯乙烯絕緣電力電纜有單芯、二芯、三芯、四芯和五芯等5種。額定電壓U0為6kV以上的電纜，其導體表面和絕緣表面均有半導電屏蔽層；同時在絕緣屏蔽層外面還有金屬帶組成的屏蔽層，以承受故障時的短路電流，避免因短路電流引起電纜溫升過高而損壞絕緣。聚氯乙烯絕緣電力電纜安裝、維護都很簡便，多用于10kV及以下電壓等級，在1kV配電線路中應用最多，特別適用于高落差場合。二、交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（簡稱交聯(lián)電纜）是近30年來發(fā)展起來很有前途的塑料電纜。這種電纜電場分布均勻，沒有切向應力，重量輕，載流量大，已用于6～35kV及110～220kV的電纜線路中。1．35kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜1kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜與聚氯乙烯絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)基本相同。在圓形導體外有內(nèi)屏蔽層、交聯(lián)聚乙烯絕緣層和外屏蔽層。外面還有保護帶、銅線屏蔽、銅帶和塑料帶保護層；三個纜芯中間有一圓形填芯，連同填料扭絞成纜后，外面再加護套、鎧裝等保護層。導體屏蔽層為半導電材料，絕緣屏蔽層為半導電交聯(lián)聚乙烯，并在其外繞包一層0．1mm厚的金屬帶（或金屬絲）。電纜內(nèi)護層（套）的型式，除了上面介紹的三個絕緣線芯共用一個護套外，還有絕緣線芯分相護套。分相護套電纜相當于三個單芯電纜的簡單組合。這種電纜的電場分布情況與單芯電纜及紙絕緣分相鉛套電纜類似，但電性能更好，應用范圍與紙絕緣分相鉛套電纜相同。6～35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜已廣泛使用。2．110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜我國使用110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜開始于20世紀80年代。1984年廣州引進第1條大長度高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜線路后，城市電網(wǎng)對電力電纜的選型越來越多地傾向于交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，在110kV這一電壓等級中有取代充油電纜的趨勢。（1）與充油電纜相比較，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜有以下主要優(yōu)點：1）有優(yōu)越的電氣性能。交聯(lián)聚乙烯作為電纜的絕緣介質(zhì)，具有十分優(yōu)越的電氣性能，在理論上，其性能指標比充油電纜還要好。2）有良好的熱性能和機械性能。聚乙烯樹脂經(jīng)交聯(lián)工藝處理后，大大提高了電纜的耐熱性能，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的正常工作溫度達90℃，比充油電纜高。因而在相同導體截面時，載流量比充油電纜大。3）敷設安裝方便。由于交聯(lián)聚乙烯是干式絕緣結(jié)構(gòu)，不需附設供油設備，這樣給線路施工帶來很大的方便。交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的接頭和終端采用預制成型結(jié)構(gòu)，安裝比較容易。敷設交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的高差不受限制。在有震動的場所，例如大橋上敷設電纜，交聯(lián)聚乙烯電力電纜也顯示出它的優(yōu)越性。施工現(xiàn)場火災危險也相對較小。（2）與充油電纜相比較，交聯(lián)電纜也存在有一定的缺點，主要是：1）高電壓等級的交聯(lián)電纜的開發(fā)時間還不長，國內(nèi)只有10年左右的歷史，國際上也不過二十幾年的經(jīng)驗。因此無論在制造工藝上還是運行使用上的技術和經(jīng)驗遠不如充油電纜，在理論和實踐上都還有一些問題有待解決，其中最重要的帶根本性的問題是對其長期運行可靠性和使用壽命的評價至今沒有取得一致的結(jié)論。2）交聯(lián)聚乙烯作為一種絕緣介質(zhì)，雖然在理論上具有十分優(yōu)越的電氣性能，但作為制成品的電纜，其性能受工藝過程的影響很大。從材料生產(chǎn)、處理到絕緣層（包括屏蔽層）擠塑的整個生產(chǎn)過程中，絕緣層內(nèi)部難以避免出現(xiàn)雜質(zhì)、水分和微孔，且電纜的電壓等級越高，絕緣厚度越大，擠壓后冷卻收縮過程產(chǎn)生空隙的幾率也越大。運行一定時期后，由于“樹枝”老化現(xiàn)象，使整體絕緣下降，從而降低電纜的使用壽命。3）盡管高壓交聯(lián)電纜本體的絕緣介質(zhì)具有十分優(yōu)越的電氣性能，但其連接部位（終端和接頭）的絕緣品質(zhì)還是比不上充油電纜附件，特別是一旦終端或接頭附件密封不良而受潮后，容易引起絕緣破壞。由于充油電纜和交聯(lián)電纜各有所長，國內(nèi)目前使用二者220kV的電纜兼而有之。國產(chǎn)220kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜產(chǎn)品的鑒定工作正在進行，不久將會投入使用。（3）110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜對于所用材料及結(jié)構(gòu)工藝要求較高。下面以110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜為例作簡單介紹。1）導體。導體為無覆蓋的退火銅單線絞制，緊壓成圓形。為減小導體集膚效應，提高電纜的傳輸容量，對于大截面導體（一般＞1000mm2）采用分裂導體結(jié)構(gòu)。2）導體屏蔽。導體屏蔽應為擠包半導電層，由擠出的交聯(lián)型超光滑半導電材料均勻地包覆在導體上。表面應光滑，不能有尖角、顆粒、燒焦或擦傷的痕跡。3）交聯(lián)聚乙烯絕緣。電纜的主絕緣由擠出的交聯(lián)聚乙烯組成，采用超凈料。110kV電壓等級的絕緣標稱厚度為19mm，任意點的厚度不得小于規(guī)定的最小厚度值17．1mm（90％標稱厚度）。4）絕緣屏蔽。亦為擠包半導電層，要求絕緣屏蔽必須與絕緣同時擠出。絕緣屏蔽是不可剝離的交聯(lián)型材料，以確保與絕緣層緊密結(jié)合。其要求同導體屏蔽。5）半導電膨脹阻水帶。這是一種縱向防水結(jié)構(gòu)。一旦電纜的金屬護套破損造成水分進入電纜，這時半導電膨脹阻水帶吸水后會膨脹，阻止水分在電纜內(nèi)縱向擴散。6）金屬屏蔽層。一般由疏繞軟銅線組成，外表面用反向銅絲或銅帶扎緊。7）金屬護套。金屬護套由鉛或鋁擠包成型，或用鋁、銅、不銹鋼板縱向卷包后焊接而成。成型的品種有無縫鉛套、無縫波紋鋁套、焊縫波紋鋁套、焊縫波紋銅套、焊縫波紋不銹鋼套、綜合護套等6種。這些金屬護套都是良好的徑向防水層，但內(nèi)在質(zhì)量、應用特性和制造成本各不相同。目前國內(nèi)除波紋銅套和波紋不銹鋼套外都有生產(chǎn)。一般用鉛和鋁制作護套者較多。用鋁制作護套時，鋁的最低純度為99．6％，高質(zhì)量的鋁不應含有微孔、雜質(zhì)等；鋁護套任意點的厚度不小于其標稱厚度的85％左右。當采用鉛制作護套時，鉛套用的鉛合金應含0．4％～0．8％的銻和0．08％以下的銅，鉛套任意點的厚度不小于其標稱厚度的85％。8）外護層。外護層包括鎧裝層和聚氯乙烯護套（或由其他材料組成的）等。交流系統(tǒng)單芯電纜的鎧裝層一般由窄銅帶、窄不銹鋼帶、鋼絲（間置銅絲或鋁絲）制作，只有交流系統(tǒng)三芯統(tǒng)包型電纜的鎧裝層才用鍍鋅鋼帶或不銹鋼帶。無鎧裝層的電纜，在金屬護套的外面涂敷瀝青化合物，然后擠上聚氯乙烯外護套，外護套厚度不小于其標稱厚度的85％左右。在外護套的外面再涂覆石墨涂層，作為外護套耐壓試驗用電極。當有鎧裝層時，在金屬護套瀝青涂敷物外面包以襯墊層后，再繞制鎧裝層和擠包外護套。三、橡膠絕緣電力電纜6～35kV的橡膠絕緣電力電纜，導體表面有半導電屏蔽層，絕緣層表面有半導電材料和金屬材料組合而成的屏蔽層。多芯電纜絕緣線芯絞合時，采用具有防腐性能的纖維填充，并包以橡膠布帶或涂膠玻璃纖維帶。橡膠絕緣電纜的護套一般為聚氯乙烯或氯丁橡膠護套。橡膠絕緣電纜的絕緣層柔軟性最好，其導體的絞合根數(shù)比其他型式的電纜稍多，因此電纜的敷設安裝方便，適用于落差較大和彎曲半徑較小的場合。它可用于固定敷設的電力線路，也可用于定期移動的電力線路。四、阻燃電力電纜普通電纜的絕緣材料有一個共同的缺點，就是具有可燃性。當線路中或接頭處發(fā)生故障時，電纜可能因局部過熱而燃燒，并導致擴大事故。阻燃電纜是在電纜絕緣或護層中添加阻燃劑，即使在明火燒烤下，電纜也不會燃燒。阻燃電力電纜的結(jié)構(gòu)與相應的普通聚氯乙烯絕緣電力電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)基本上相同，而用料有所不同。對于交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，其填充物（或填充繩）、繞包層內(nèi)襯層及外護套等，均在原用材料中加入阻燃劑，以阻止火災延燃；有的電纜為了降低電纜火災的毒性，電纜的外護套不用阻燃型聚氯乙烯，而用阻燃型聚烯烴材料。對于聚氯乙烯絕緣電力電纜，有的采用加阻燃劑的方法，有的則采用低煙、低鹵的聚氯乙烯料作絕緣，而繞包層和內(nèi)襯層均用無鹵阻燃料，外護套用阻燃型聚烯烴材料等。至于采用哪一種型式的阻燃電力電纜，要根據(jù)使用者的具體情況進行選擇。五、耐火電力電纜耐火電力電纜是在導體外增加有耐火層，多芯電纜相間用耐火材料填充。其特點是可在發(fā)生火災以后的火焰燃燒條件下，保持一定時間的供電，為消防救火和人員撤離提供電能和控制信號，從而大大減少火災損失。耐火電力電纜主要用于1kV電纜線路中，適用于對防火有特殊要求的場合。六、油浸紙絕緣電力電纜油浸紙絕緣電力電纜由導體、油浸絕緣紙和護層三部分組成。為了改善電場的分布情況，減小切向應力，有的電纜加有屏蔽層。多芯電纜絕緣線芯間還需增加填芯和填料，以便將電纜絞制成圓形?，F(xiàn)將常用的國產(chǎn)油浸紙絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)及其特點分述如下。1．油浸紙絕緣統(tǒng)包型電力電纜油浸紙絕緣統(tǒng)包型電力電纜，各導體外包有紙絕緣，絕緣厚度依電壓而定。在絕緣線芯之間填以紙、麻或其他材料為主的填料，將各絕緣線芯連同填料扭絞成圓形，外面再用絕緣紙統(tǒng)包起來。如果用于中性點接地的電力系統(tǒng)中，則統(tǒng)包絕緣層的厚度可以薄一些；如果用于中性點不接地的電力系統(tǒng)中，統(tǒng)包絕緣層的厚度則要求厚一些。統(tǒng)包絕緣層不僅加強了各導體與鉛（鋁）護套之間的絕緣，同時也將三個絕緣線芯扎緊，使其不會散開。統(tǒng)包絕緣層外為多芯共用的一個金屬（鉛或鋁）護套。由于敷設環(huán)境不同，有的電纜在金屬護套外，還有鎧裝層，鎧裝層外有聚氯乙烯護套或聚乙烯護套。黏性浸油浸紙絕緣統(tǒng)包型電力電纜，制造簡單，價格便宜，性能良好。電纜絕緣線芯周圍有填充物，含有大量的浸漬劑，當電纜運行溫度降低時，浸漬劑體積縮小，填料中會形成氣隙，在電場的作用下易產(chǎn)生氣體游離，而且由于多芯之間電場堆積不均勻，在絕緣中產(chǎn)生正切應力，這將逐漸導致絕緣損壞。當電纜敷設有較大落差時，浸漬劑會沿電纜向下流動，易使低端護套內(nèi)油壓加大，甚至造成低端電纜終端漏油，高端絕緣干涸，絕緣水平下降。因此這種電纜只適用于10kV及以下的電壓等級。2．油浸紙絕緣分相鉛（鋁）套型電力電纜油浸紙絕緣分相鉛（鋁）套型電力電纜的主要特點是各導體絕緣層外加了鉛（鋁）套，然后再與內(nèi)襯墊及填料絞成圓形，用瀝青麻帶扎緊后，外加鎧裝和保護層。額定電壓U0等于或高于8．7kV的分相鉛（鋁）套電纜，導體及絕緣表面均有半導電屏蔽層，如圖1－33所示。這種電纜與統(tǒng)包型電纜比較，制造工藝比較復雜，價格較貴，但是，由于有屏蔽層，電纜導體周圍電場分布均勻，沒有絕緣表面的正切應力。鉛護套內(nèi)沒有浸漬的填料，可減少運行中的漏油現(xiàn)象和絕緣中的氣隙形成，因而比統(tǒng)包型電纜絕緣性能好，故可適用于20～35kV電壓等級。3．自容式充油電力電纜自容式充油電力電纜一般簡稱為充油電纜，其特點是利用壓力油箱向電纜絕緣內(nèi)部補充絕緣油的辦法，消除因溫度變化而在紙絕緣層中形成的氣隙，以提高電纜的工作電場強度。單芯充油電纜的導體中心留有可對電纜補充絕緣油的油道。所用的絕緣油是低黏度的電纜油，它可以提高補充浸漬速度，減小油流在油道中的壓降。電纜的油道通過管路與壓力油箱相連。當電纜溫度上升時，絕緣油受熱膨脹，電纜內(nèi)的油壓力升高，壓力油箱內(nèi)的彈性元件在此油壓力的作用下而收縮，吸收由于膨脹而多余的油量。當電纜溫度下降時，絕緣油體積縮小，壓力油箱中的絕緣油在彈性元件的作用下流入電纜中，這樣做能維持電纜內(nèi)部的油壓，避免在絕緣層中產(chǎn)生氣隙。國家標準規(guī)定，充油電纜線路上任何一點、任何時刻的油壓應大于0．02MPa；按電纜加強層結(jié)構(gòu)不同，其允許最高穩(wěn)態(tài)油壓分為0．4MPa和0．8MPa兩種。充油電纜紙絕緣的工作電場強度比一般電纜紙絕緣的工作電場強度高得多，因而工作電壓