電力電纜結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

電力電纜結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)電力電纜的基本結(jié)構(gòu)由導(dǎo)體、絕緣層和護(hù)層三部分組成。電力電纜的導(dǎo)體在輸送電能時(shí)，具有高電位。為了改善電場(chǎng)的分布情況，減小切向應(yīng)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(guó)產(chǎn)電力電纜結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)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(hù)套作為內(nèi)護(hù)層，其外為鎧裝層和聚氯乙烯外護(hù)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(dǎo)體表面和絕緣表面均有半導(dǎo)電屏蔽層；同時(shí)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(shí)的短路電流，避免因短路電流引起電纜溫升過(guò)高而損壞絕緣。聚氯乙烯絕緣電力電纜安裝、維護(hù)都很簡(jiǎn)便，多用于10kV及以下電壓等級(jí)，在1kV配電線路中應(yīng)用最多，特別適用于高落差場(chǎng)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(jiǎn)稱交聯(lián)電纜）是近30年來(lái)發(fā)展起來(lái)很有前途的塑料電纜。這種電纜電場(chǎng)分布均勻，沒(méi)有切向應(yīng)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(dǎo)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(hù)帶、銅線屏蔽、銅帶和塑料帶保護(hù)層；三個(gè)纜芯中間有一圓形填芯，連同填料扭絞成纜后，外面再加護(hù)套、鎧裝等保護(hù)層。導(dǎo)體屏蔽層為半導(dǎo)電材料，絕緣屏蔽層為半導(dǎo)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(hù)層（套）的型式，除了上面介紹的三個(gè)絕緣線芯共用一個(gè)護(hù)套外，還有絕緣線芯分相護(hù)套。分相護(hù)套電纜相當(dāng)于三個(gè)單芯電纜的簡(jiǎn)單組合。這種電纜的電場(chǎng)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(yīng)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(guó)使用110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。1984年廣州引進(jìn)第1條大長(zhǎng)度高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜線路后，城市電網(wǎng)對(duì)電力電纜的選型越來(lái)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(jí)中有取代充油電纜的趨勢(shì)。（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(diǎn)：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(biāo)比充油電纜還要好。2）有良好的熱性能和機(jī)械性能。聚乙烯樹(shù)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(dá)90℃，比充油電纜高。因而在相同導(dǎo)體截面時(shí)，載流量比充油電纜大。3）敷設(shè)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(shè)供油設(shè)備，這樣給線路施工帶來(lái)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(yù)制成型結(jié)構(gòu)，安裝比較容易。敷設(shè)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的高差不受限制。在有震動(dòng)的場(chǎng)所，例如大橋上敷設(shè)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(chǎng)火災(zāi)危險(xiǎn)也相對(duì)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(diǎn)，主要是：1）高電壓等級(jí)的交聯(lián)電纜的開(kāi)發(fā)時(shí)間還不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)只有10年左右的歷史，國(guó)際上也不過(guò)二十幾年的經(jīng)驗(yàn)。因此無(wú)論在制造工藝上還是運(yùn)行使用上的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)遠(yuǎn)不如充油電纜，在理論和實(shí)踐上都還有一些問(wèn)題有待解決，其中最重要的帶根本性的問(wèn)題是對(duì)其長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性和使用壽命的評(píng)價(jià)至今沒(méi)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(guò)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(gè)生產(chǎn)過(guò)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(jí)越高，絕緣厚度越大，擠壓后冷卻收縮過(guò)程產(chǎn)生空隙的幾率也越大。運(yùn)行一定時(shí)期后，由于“樹(shù)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(zhǎng)，國(guó)內(nèi)目前使用二者220kV的電纜兼而有之。國(guó)產(chǎn)220kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜產(chǎn)品的鑒定工作正在進(jìn)行，不久將會(huì)投入使用。（3）110kV及以上交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜對(duì)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(jiǎn)單介紹。1）導(dǎo)體。導(dǎo)體為無(wú)覆蓋的退火銅單線絞制，緊壓成圓形。為減小導(dǎo)體集膚效應(yīng)，提高電纜的傳輸容量，對(duì)于大截面導(dǎo)體（一般＞1000mm2）采用分裂導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。2）導(dǎo)體屏蔽。導(dǎo)體屏蔽應(yīng)為擠包半導(dǎo)電層，由擠出的交聯(lián)型超光滑半導(dǎo)電材料均勻地包覆在導(dǎo)體上。表面應(yīng)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(jí)的絕緣標(biāo)稱厚度為19mm，任意點(diǎn)的厚度不得小于規(guī)定的最小厚度值17．1mm（90％標(biāo)稱厚度）。4）絕緣屏蔽。亦為擠包半導(dǎo)電層，要求絕緣屏蔽必須與絕緣同時(shí)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(dǎo)體屏蔽。5）半導(dǎo)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(hù)套破損造成水分進(jìn)入電纜，這時(shí)半導(dǎo)電膨脹阻水帶吸水后會(huì)膨脹，阻止水分在電纜內(nèi)縱向擴(kuò)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(hù)套。金屬護(hù)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(wú)縫鉛套、無(wú)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(hù)套等6種。這些金屬護(hù)套都是良好的徑向防水層，但內(nèi)在質(zhì)量、應(yīng)用特性和制造成本各不相同。目前國(guó)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(hù)套者較多。用鋁制作護(hù)套時(shí)，鋁的最低純度為99．6％，高質(zhì)量的鋁不應(yīng)含有微孔、雜質(zhì)等；鋁護(hù)套任意點(diǎn)的厚度不小于其標(biāo)稱厚度的85％左右。當(dāng)采用鉛制作護(hù)套時(shí)，鉛套用的鉛合金應(yīng)含0．4％～0．8％的銻和0．08％以下的銅，鉛套任意點(diǎn)的厚度不小于其標(biāo)稱厚度的85％。8）外護(hù)層。外護(hù)層包括鎧裝層和聚氯乙烯護(hù)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(wú)鎧裝層的電纜，在金屬護(hù)套的外面涂敷瀝青化合物，然后擠上聚氯乙烯外護(hù)套，外護(hù)套厚度不小于其標(biāo)稱厚度的85％左右。在外護(hù)套的外面再涂覆石墨涂層，作為外護(hù)套耐壓試驗(yàn)用電極。當(dāng)有鎧裝層時(shí)，在金屬護(hù)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(hù)套。三、橡膠絕緣電力電纜6～35kV的橡膠絕緣電力電纜，導(dǎo)體表面有半導(dǎo)電屏蔽層，絕緣層表面有半導(dǎo)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(shí)，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(hù)套一般為聚氯乙烯或氯丁橡膠護(hù)套。橡膠絕緣電纜的絕緣層柔軟性最好，其導(dǎo)體的絞合根數(shù)比其他型式的電纜稍多，因此電纜的敷設(shè)安裝方便，適用于落差較大和彎曲半徑較小的場(chǎng)合。它可用于固定敷設(shè)的電力線路，也可用于定期移動(dòng)的電力線路。四、阻燃電力電纜普通電纜的絕緣材料有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，就是具有可燃性。當(dāng)線路中或接頭處發(fā)生故障時(shí)，電纜可能因局部過(guò)熱而燃燒，并導(dǎo)致擴(kuò)大事故。阻燃電纜是在電纜絕緣或護(hù)層中添加阻燃劑，即使在明火燒烤下，電纜也不會(huì)燃燒。阻燃電力電纜的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)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(duì)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(hù)套等，均在原用材料中加入阻燃劑，以阻止火災(zāi)延燃；有的電纜為了降低電纜火災(zāi)的毒性，電纜的外護(hù)套不用阻燃型聚氯乙烯，而用阻燃型聚烯烴材料。對(duì)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(wú)鹵阻燃料，外護(hù)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(jìn)行選擇。五、耐火電力電纜耐火電力電纜是在導(dǎo)體外增加有耐火層，多芯電纜相間用耐火材料填充。其特點(diǎn)是可在發(fā)生火災(zāi)以后的火焰燃燒條件下，保持一定時(shí)間的供電，為消防救火和人員撤離提供電能和控制信號(hào)，從而大大減少火災(zāi)損失。耐火電力電纜主要用于1kV電纜線路中，適用于對(duì)防火有特殊要求的場(chǎng)合。六、油浸紙絕緣電力電纜油浸紙絕緣電力電纜由導(dǎo)體、油浸絕緣紙和護(hù)層三部分組成。為了改善電場(chǎng)的分布情況，減小切向應(yīng)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(guó)產(chǎn)油浸紙絕緣電力電纜的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)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(dǎo)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(lái)。如果用于中性點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)了各導(dǎo)體與鉛（鋁）護(hù)套之間的絕緣，同時(shí)也將三個(gè)絕緣線芯扎緊，使其不會(huì)散開(kāi)。統(tǒng)包絕緣層外為多芯共用的一個(gè)金屬（鉛或鋁）護(hù)套。由于敷設(shè)環(huán)境不同，有的電纜在金屬護(hù)套外，還有鎧裝層，鎧裝層外有聚氯乙烯護(hù)套或聚乙烯護(hù)套。黏性浸油浸紙絕緣統(tǒng)包型電力電纜，制造簡(jiǎn)單，價(jià)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(dāng)電纜運(yùn)行溫度降低時(shí)，浸漬劑體積縮小，填料中會(huì)形成氣隙，在電場(chǎng)的作用下易產(chǎn)生氣體游離，而且由于多芯之間電場(chǎng)堆積不均勻，在絕緣中產(chǎn)生正切應(yīng)力，這將逐漸導(dǎo)致絕緣損壞。當(dāng)電纜敷設(shè)有較大落差時(shí)，浸漬劑會(huì)沿電纜向下流動(dòng)，易使低端護(hù)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(jí)。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(diǎn)是各導(dǎo)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(hù)層。額定電壓U0等于或高于8．7kV的分相鉛（鋁）套電纜，導(dǎo)體及絕緣表面均有半導(dǎo)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(fù)雜，價(jià)格較貴，但是，由于有屏蔽層，電纜導(dǎo)體周圍電場(chǎng)分布均勻，沒(méi)有絕緣表面的正切應(yīng)力。鉛護(hù)套內(nèi)沒(méi)有浸漬的填料，可減少運(yùn)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(jí)。3．自容式充油電力電纜自容式充油電力電纜一般簡(jiǎn)稱為充油電纜，其特點(diǎn)是利用壓力油箱向電纜絕緣內(nèi)部補(bǔ)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(chǎng)強(qiáng)度。單芯充油電纜的導(dǎo)體中心留有可對(duì)電纜補(bǔ)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(bǔ)充浸漬速度，減小油流在油道中的壓降。電纜的油道通過(guò)管路與壓力油箱相連。當(dāng)電纜溫度上升時(shí)，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(dāng)電纜溫度下降時(shí)，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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，充油電纜線路上任何一點(diǎn)、任何時(shí)刻的油壓應(yīng)大于0．02MPa；按電纜加強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度比一般電纜紙絕緣的工作電場(chǎng)強(qiáng)度高得多，因而工作電壓