電力系統(tǒng)及電纜原理

1、中國(guó)電線電纜網(wǎng)（）,電力系統(tǒng)及電纜基礎(chǔ),典型電力系統(tǒng)的組成,配電電纜線路：35kV, 20kV,10kV,發(fā)電廠（火力、水力、風(fēng)電等）,降壓變電站,用戶側(cè)：380V及220V,升壓變電站,配電架空線路： 35kV, 20kV,10kV,輸電電纜線路 ：110kV及以上電壓等級(jí),輸電架空線路： 110kV及以上電壓等級(jí),電力系統(tǒng)一般由發(fā)電、輸電、變電、配電及用戶組成。500kV、330kV、 220kV、110kV為輸電電壓等級(jí)，35kV、20kV、10kV為中壓配電電壓等級(jí)，380V、220V為低壓配電電壓等級(jí)。,發(fā)電,中國(guó)目前的發(fā)電廠主要為火力發(fā)電和水力發(fā)電兩種，也包括新興能源如風(fēng)力和核能發(fā)

2、電。 電廠發(fā)出電能的出口電壓為6-35kV等級(jí)，通過(guò)就地的升壓變壓器升至110kV或更高電壓送至遠(yuǎn)方。 電廠內(nèi)部特別是火電廠有較多的廠用電設(shè)備，電壓等級(jí)一般為6kV或10kV。 3M中壓冷縮電纜附件主要應(yīng)用于電廠內(nèi)廠用電設(shè)備供電，升壓變電站和集電線的中壓電纜上。,火力發(fā)電,水力發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電,核能發(fā)電,輸電,輸電是指將電能從電源點(diǎn)通過(guò)較長(zhǎng)距離輸送至用電的負(fù)荷中心。輸電的電壓等級(jí)一般為110kV級(jí)以上等級(jí)。 根據(jù)我國(guó)各級(jí)電壓輸送能力統(tǒng)計(jì)，220 kV輸電線路輸送容量為100500 MW,傳輸距離為100300 km; 110 kV輸電線路輸送容量為1050 MW，傳輸距離為50100 km。 傳

3、統(tǒng)的輸電網(wǎng)絡(luò)一般使用架空線路，現(xiàn)在，高壓電纜已經(jīng)較普遍地應(yīng)用于110 kV及以上電壓等級(jí)，即需要使用高壓電纜附件。,高壓輸電架空線,配電,線路：電纜、架空線(裸導(dǎo)線/絕緣架空線),配電變壓器：油浸式變壓器/干式變壓器,開(kāi)關(guān)設(shè)備：開(kāi)關(guān)柜/環(huán)網(wǎng)柜/電纜分支箱、柱上開(kāi)關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等,配電是指將電能從降壓變電站分配到各負(fù)荷片區(qū)。我國(guó)城市配網(wǎng)以10kV電壓等級(jí)為主，大型重工業(yè)較多采用35kV電壓等級(jí)。在少數(shù)城市仍保留35kV配電等級(jí)電壓， 20kV電壓等級(jí)是未來(lái)城市配電電壓等級(jí)的發(fā)展方向。,冷縮式電纜附件在 配電網(wǎng)中的應(yīng)用,配電網(wǎng)（6-35kV）采用電纜進(jìn)行電能傳輸已越來(lái)越普遍，是3M中壓電纜附件的主要應(yīng)

4、用場(chǎng)合和主要市場(chǎng)，以下為一些典型的應(yīng)用。,可插拔式終端,主要用于電纜與架空線路、戶外布置的變壓器連接。,主要用于電纜與空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜、母排、戶內(nèi)變壓器、電機(jī)的連接。,主要用于電纜之間的接續(xù)。,主要用于電纜與充氣式環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜的連接。,1. 導(dǎo) 體,2. 導(dǎo)體屏蔽,3. 主絕緣,6. 護(hù)套,4. & 5. 絕緣屏蔽,(4) 外半導(dǎo)電層,(5) 銅帶屏蔽,屏蔽電纜的基本結(jié)構(gòu),以上為單芯中壓屏蔽電纜的典型結(jié)構(gòu)。中、高壓電纜與一般低壓電纜的主要區(qū)別是其完善的屏蔽結(jié)構(gòu)，即具有導(dǎo)體屏蔽和絕緣屏蔽兩層屏蔽結(jié)構(gòu)，這兩層屏蔽層與電纜附件的關(guān)系非常密切。,中壓電纜的基本類型,以上為幾種常見(jiàn)電纜的類型，在中國(guó)城市中壓

5、配網(wǎng)系統(tǒng)中，最常見(jiàn)的是三芯銅帶屏蔽鋼帶鎧裝型交聯(lián)聚乙烯電纜；工業(yè)供配電系統(tǒng)中也經(jīng)常采用單芯電纜，特別是35kV單芯電纜。采用單芯電纜時(shí)，由于其感應(yīng)電壓及鎧裝類型的影響，需要根據(jù)實(shí)際情況采取合適的接地方式。,單芯銅帶屏蔽電纜,單芯銅絲屏蔽電纜,單芯鋼絲（鋁絲）鎧裝電纜,單芯不銹鋼鎧裝電纜,單芯鉛包油紙絕緣電纜,三芯銅帶屏蔽鎧裝電纜,中、高壓電纜的適用電壓等級(jí)一般用U0 / U來(lái)表示，例如8.7/10kV； U0 :指的是電纜設(shè)計(jì)用的導(dǎo)體與屏蔽或金屬套之間的額定工頻電壓，即電纜主絕緣承受的電壓，即相電壓； U: 指的是電纜任意兩相導(dǎo)體之間的額定工頻電壓，即線電壓； 有時(shí)也會(huì)提到Um，它指的是設(shè)備最

6、高電壓（使用設(shè)備的系統(tǒng)最高電壓的最大值），如10kV系統(tǒng)的最高電壓一般為12kV。 下表為中壓 系統(tǒng)的電壓等級(jí)，其中在中國(guó)最常用的是10kV和35kV等級(jí),單位：（kV）,注：U0按系統(tǒng)接地故障持續(xù)時(shí)間不同分為兩類，具體分類如下： 1類用于單相接地故障時(shí)間每一次一般不大于1min 的系統(tǒng)。 2類用于接地故障時(shí)間更長(zhǎng)的系統(tǒng)，對(duì)電纜絕緣性能要求較高的場(chǎng)合，中國(guó)電纜系統(tǒng)普遍采用2類U0,中壓電纜系統(tǒng)的電壓等級(jí)規(guī)定,10kV,10 kV,10 kV 相對(duì)相,8.7 kV 相對(duì)地,8.7 kV,8.7 kV,A,B,C,8.7/10kV 電 壓 等 級(jí) 示意,以上為U0/U=8.7/10kV電壓等級(jí)的電

7、纜示意。可看出8.7kV即電纜絕緣厚上需要承受的電壓（相電壓），10kV即兩相之間的電壓（線電壓）。,代號(hào)： 銅導(dǎo)體： （T）省略 鋁導(dǎo)體： L PVC絕緣或內(nèi)護(hù)套 V PE絕緣或內(nèi)護(hù)套 Y XLPE絕緣 YJ,銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝PVC護(hù)套電力電纜，額定電壓為26/35kV, 3芯，標(biāo)稱截面240mm2，表示為：YJLV22-26/35-3240,注：以交聯(lián)聚乙烯塑料絕緣電力電纜為例,外護(hù)層代號(hào)： 標(biāo)記 鎧裝層 外護(hù)套 0 無(wú) - 2 雙鋼帶 PVC外套 3 細(xì)圓鋼絲 PE 外套 4 粗圓鋼絲,電纜的型號(hào) 中國(guó)GB表示方法,1. 銅導(dǎo)體： -應(yīng)用較廣泛，特別是供電系統(tǒng) -抗拉強(qiáng)度較高，

8、運(yùn)行穩(wěn)定 -高的導(dǎo)電率，相同截面是鋁的1.3倍 -價(jià)格較貴 2. 鋁導(dǎo)體： -由于銅價(jià)較高，現(xiàn)在開(kāi)始在一些地方使用 -重量較銅輕，不抗拉 -導(dǎo)電率較低 -延伸系數(shù)大于銅,導(dǎo)體類型,內(nèi) 半 導(dǎo) 電 層（導(dǎo)體屏蔽層） 導(dǎo)體屏蔽層也叫做內(nèi)半導(dǎo)電層，它是由半導(dǎo)電材料緊密包裹在導(dǎo)線外并與絕緣內(nèi)表面緊密結(jié)合而形成的屏蔽結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體屏蔽層形成一個(gè)法拉利籠（導(dǎo)電的屏蔽體），并有效填充導(dǎo)體和絕緣之間氣隙，防止導(dǎo)體間的氣隙放電。 下方左圖為無(wú)導(dǎo)體屏蔽的電纜運(yùn)行情況，導(dǎo)體和絕緣間的氣隙在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生放電，并會(huì)加速絕緣老化、劣化。右圖由于有內(nèi)半導(dǎo)電層有效屏蔽和填充，無(wú)放電現(xiàn)象。,無(wú)導(dǎo)體屏蔽 局部放電,有導(dǎo)體屏蔽 導(dǎo)體

9、屏蔽（內(nèi)半導(dǎo)電層）,屏蔽層之一：導(dǎo)體屏蔽的結(jié)構(gòu)和作用,主絕緣,絕緣類型 PILC（油浸紙） XLPE（交聯(lián)聚乙烯） EPR （乙丙橡膠） EPR* （耐熱乙丙橡膠）,工作溫度 80 90 90 105,應(yīng)急溫度 95 130 130 140,主絕緣層的類型和特點(diǎn),PILC絕緣較早開(kāi)始使用，現(xiàn)在已基本退出運(yùn)行，缺點(diǎn)是耐溫較低，安裝電纜附件不方便。 XLPE絕緣是目前中高壓電纜使用最多的類型，優(yōu)點(diǎn)是耐溫性能和機(jī)械性能俱佳，載流量大，電纜附件安裝方便。缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生水樹(shù)枝狀老化。 EPR及EPR*絕緣一般應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的電纜上，如礦用軟電纜，船用電纜等，優(yōu)點(diǎn)是較柔軟，彎曲半徑較小。,外半導(dǎo)電層,屏蔽

10、層之二：絕緣屏蔽層的結(jié)構(gòu)和作用,1. 外半導(dǎo)電層 絕緣屏蔽層一般由兩層結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成，一層是和導(dǎo)體緊密結(jié)合的外半導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)，另一層是繞包或布置在外半導(dǎo)電層外的金屬屏蔽層。 外半導(dǎo)電層在生產(chǎn)時(shí)與電纜主絕緣共同擠出，與電纜絕緣之間幾乎無(wú)氣隙。外半導(dǎo)電層與絕緣結(jié)合得越緊密，層間氣隙越少越不容易放電，電纜性能越好。 外半導(dǎo)電屏蔽層一般通過(guò)外層的金屬屏蔽去接地，使整個(gè)絕緣屏蔽處于零電位，有效將電場(chǎng)限制在其內(nèi)部。當(dāng)安裝電纜附件時(shí)，要開(kāi)剝一定長(zhǎng)度的外半導(dǎo)電層，以保證足夠的高低電位電氣距離。,屏蔽層之二：絕緣屏蔽層的結(jié)構(gòu)和作用,2. 金屬屏蔽層 金屬屏蔽層是絕緣屏蔽的外層，一般是由搭疊繞包的銅帶或螺旋徑向布置的

11、銅絲構(gòu)成。 金屬屏蔽層必須接地，三芯電纜一般兩端接地，單芯電纜根據(jù)電纜線路的情況采取合理的接地方式。 同時(shí)，金屬屏蔽層還有以下作用： 減少碰撞損壞的概率 電纜短路時(shí)提供短路電流路徑 提供中性線路徑 在安裝中間接頭時(shí)，要通過(guò)銅屏蔽網(wǎng)套將兩側(cè)電纜的金屬屏蔽層恢復(fù)連通狀態(tài)。,金屬屏蔽層,可能在此放電,電力線,電纜溝或 管井（接地）,電場(chǎng)集中處,屏蔽層之二：絕緣屏蔽層的作用,下圖為沒(méi)有絕緣屏蔽層的中高壓電纜的運(yùn)行情況。由于電場(chǎng)沒(méi)有屏蔽層的限制，電力線結(jié)束于電纜外的接地處。電力線可能集中于局部范圍內(nèi)，此處電場(chǎng)較強(qiáng)，容易產(chǎn)生放電現(xiàn)象。,電力線被限制 在絕緣內(nèi)部,絕緣屏蔽層,屏蔽層之二：絕緣屏蔽層的作用,下圖為有絕緣屏蔽層結(jié)構(gòu)的中高壓電纜運(yùn)行情況。絕緣屏蔽層通過(guò)金屬屏蔽有效接地，處于零電位，電纜內(nèi)徑向分布的電力線結(jié)束于絕緣屏蔽層處，電場(chǎng)被有效限制在電纜內(nèi)部。同時(shí)分布非常均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部電場(chǎng)強(qiáng)度集中、容易