電力系統(tǒng)及電纜原理

1、中國電線電纜網（）,電力系統(tǒng)及電纜基礎,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、風電等）,降壓變電站,用戶側：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,輸電架空線路： 110kV及以上電壓等級,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，35kV、20kV、10kV為中壓配電電壓等級，380V、220V為低壓配電電壓等級。,發(fā)電,中國目前的發(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，通過就地的升壓變壓器升至110kV或更高電壓送至遠方。 電廠內部特別是火電廠有較多的廠用電設備，電壓等級一般為6kV或10kV。 3M中壓冷縮電纜附件主要應用于電廠內廠用電設備供電，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,風力發(fā)電,核能發(fā)電,輸電,輸電是指將電能從電源點通過較長距離輸送至用電的負荷中心。輸電的電壓等級一般為110kV級以上等級。 根據我國各級電壓輸送能力統(tǒng)計，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)的輸電網絡一般使用架空線路，現在，高壓電纜已經較普遍地應用于110 kV及以上電壓等級，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(裸導線/絕緣架空線),配電變壓器：油浸式變壓器/干式變壓器,開關設備：開關柜/環(huán)網柜/電纜分支箱、柱上開關、環(huán)網柜等,配電是指將電能從降壓變電站分配到各負荷片區(qū)。我國城市配網以10kV電壓等級為主，大型重工業(yè)較多采用35kV電壓等級。在少數城市仍保留35kV配電等級電壓， 20kV電壓等級是未來城市配電電壓等級的發(fā)展方向。,冷縮式電纜附件在 配電網中的應用,配電網（6-35kV）采用電纜進行電能傳輸已越來越普遍，是3M中壓電纜附件的主要應

4、用場合和主要市場，以下為一些典型的應用。,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關柜、母排、戶內變壓器、電機的連接。,主要用于電纜之間的接續(xù)。,主要用于電纜與充氣式環(huán)網開關柜的連接。,1. 導 體,2. 導體屏蔽,3. 主絕緣,6. 護套,4. & 5. 絕緣屏蔽,(4) 外半導電層,(5) 銅帶屏蔽,屏蔽電纜的基本結構,以上為單芯中壓屏蔽電纜的典型結構。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構，即具有導體屏蔽和絕緣屏蔽兩層屏蔽結構，這兩層屏蔽層與電纜附件的關系非常密切。,中壓電纜的基本類型,以上為幾種常見電纜的類型，在中國城市中壓

5、配網系統(tǒng)中，最常見的是三芯銅帶屏蔽鋼帶鎧裝型交聯聚乙烯電纜；工業(yè)供配電系統(tǒng)中也經常采用單芯電纜，特別是35kV單芯電纜。采用單芯電纜時，由于其感應電壓及鎧裝類型的影響，需要根據實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一般用U0 / U來表示，例如8.7/10kV； U0 :指的是電纜設計用的導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體之間的額定工頻電壓，即線電壓； 有時也會提到Um，它指的是設備最

6、高電壓（使用設備的系統(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，其中在中國最常用的是10kV和35kV等級,單位：（kV）,注：U0按系統(tǒng)接地故障持續(xù)時間不同分為兩類，具體分類如下： 1類用于單相接地故障時間每一次一般不大于1min 的系統(tǒng)。 2類用于接地故障時間更長的系統(tǒng)，對電纜絕緣性能要求較高的場合，中國電纜系統(tǒng)普遍采用2類U0,中壓電纜系統(tǒng)的電壓等級規(guī)定,10kV,10 kV,10 kV 相對相,8.7 kV 相對地,8.7 kV,8.7 kV,A,B,C,8.7/10kV 電 壓 等 級 示意,以上為U0/U=8.7/10kV電壓等級的電

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： 銅導體： （T）省略 鋁導體： L PVC絕緣或內護套 V PE絕緣或內護套 Y XLPE絕緣 YJ,銅芯交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝PVC護套電力電纜，額定電壓為26/35kV, 3芯，標稱截面240mm2，表示為：YJLV22-26/35-3240,注：以交聯聚乙烯塑料絕緣電力電纜為例,外護層代號： 標記 鎧裝層 外護套 0 無 - 2 雙鋼帶 PVC外套 3 細圓鋼絲 PE 外套 4 粗圓鋼絲,電纜的型號 中國GB表示方法,1. 銅導體： -應用較廣泛，特別是供電系統(tǒng) -抗拉強度較高，

8、運行穩(wěn)定 -高的導電率，相同截面是鋁的1.3倍 -價格較貴 2. 鋁導體： -由于銅價較高，現在開始在一些地方使用 -重量較銅輕，不抗拉 -導電率較低 -延伸系數大于銅,導體類型,內 半 導 電 層（導體屏蔽層） 導體屏蔽層也叫做內半導電層，它是由半導電材料緊密包裹在導線外并與絕緣內表面緊密結合而形成的屏蔽結構。導體屏蔽層形成一個法拉利籠（導電的屏蔽體），并有效填充導體和絕緣之間氣隙，防止導體間的氣隙放電。 下方左圖為無導體屏蔽的電纜運行情況，導體和絕緣間的氣隙在電場作用下產生放電，并會加速絕緣老化、劣化。右圖由于有內半導電層有效屏蔽和填充，無放電現象。,無導體屏蔽 局部放電,有導體屏蔽 導體

9、屏蔽（內半導電層）,屏蔽層之一：導體屏蔽的結構和作用,主絕緣,絕緣類型 PILC（油浸紙） XLPE（交聯聚乙烯） EPR （乙丙橡膠） EPR* （耐熱乙丙橡膠）,工作溫度 80 90 90 105,應急溫度 95 130 130 140,主絕緣層的類型和特點,PILC絕緣較早開始使用，現在已基本退出運行，缺點是耐溫較低，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)點是耐溫性能和機械性能俱佳，載流量大，電纜附件安裝方便。缺點是容易產生水樹枝狀老化。 EPR及EPR*絕緣一般應用于工業(yè)設備的電纜上，如礦用軟電纜，船用電纜等，優(yōu)點是較柔軟，彎曲半徑較小。,外半導電層,屏蔽

10、層之二：絕緣屏蔽層的結構和作用,1. 外半導電層 絕緣屏蔽層一般由兩層結構共同構成，一層是和導體緊密結合的外半導電層結構，另一層是繞包或布置在外半導電層外的金屬屏蔽層。 外半導電層在生產時與電纜主絕緣共同擠出，與電纜絕緣之間幾乎無氣隙。外半導電層與絕緣結合得越緊密，層間氣隙越少越不容易放電，電纜性能越好。 外半導電屏蔽層一般通過外層的金屬屏蔽去接地，使整個絕緣屏蔽處于零電位，有效將電場限制在其內部。當安裝電纜附件時，要開剝一定長度的外半導電層，以保證足夠的高低電位電氣距離。,屏蔽層之二：絕緣屏蔽層的結構和作用,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，單芯電纜根據電纜線路的情況采取合理的接地方式。 同時，金屬屏蔽層還有以下作用： 減少碰撞損壞的概率 電纜短路時提供短路電流路徑 提供中性線路徑 在安裝中間接頭時，要通過銅屏蔽網套將兩側電纜的金屬屏蔽層恢復連通狀態(tài)。,金屬屏蔽層,可能在此放電,電力線,電纜溝或 管井（接地）,電場集中處,屏蔽層之二：絕緣屏蔽層的作用,下圖為沒有絕緣屏蔽層的中高壓電纜的運行情況。由于電場沒有屏蔽層的限制，電力線結束于電纜外的接地處。電力線可能集中于局部范圍內，此處電場較強，容易產生放電現象。,電力線被限制 在絕緣內部,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構的中高壓電纜運行情況。絕緣屏蔽層通過金屬屏蔽有效接地，處于零電位，電纜內徑向分布的電力線結束于絕緣屏蔽層處，電場被有效限制在電纜內部。同時分布非常均勻，不會產生局部電場強度集中、容易