1、第三章 电力电缆基础知识,第一节 电力电缆的作用和特点,电缆：用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套，如铅护套、铝护套、铜护套、不锈钢护套或塑料、橡胶护套的导线。电缆的分类：电力电缆和控制电缆。电缆线路的三种类型：地下输配电线路；水下输配电线路；空中输配电线路。,电缆线路的主要优点,占用地面和空间少 ；供电安全可靠；触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便 ；有利于美化城市，具有保密性。,电力电缆的适用场合,输电线路密集的发电厂和变电站，位于市区的变电站和配电所。国际化大都市，现代大、中城市的繁华市区、高层建筑区和主要道路
2、。建筑面积大、负荷密度高的居民区和城市规划不能通过架空线的街道或地区。重要线路和重要负荷用户。重要风景名胜区。,电力电缆的缺点,一次性投资费用大；线路不易变更；线路不易分支；故障测寻困难、修复时间长；电缆接头附件的制作工艺要求高、费用高；,电力电缆电压等级,电网电压等级：220380V，3、6、10、35、110、220、330、500、750、1000kV。配电电压：低压配电380220V、中压配电10kV、高压配电 35110kV。输电电压：特高压输电1000kV及以上；超高压输电330kV及以上；高压输电220kV。低压电缆（1KV）；中压电缆（6-35KV）； 高压电缆（110KV）；
3、超高压电缆（ 220-500KV ）,第二节 电力电缆种类和结构,一、电力电缆的种类：电缆的电压等级：0.6/1、1/1、3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、8.7/15、12/15，12/20，18/20, 18/30 、21/35、26/35、36/63、 48/63、64/110、127/220、190/330、290/500kv共19种。0.6/1、3.6/6、6/10、21/35、36/63、64/110、127/220kV共7种，用于变压器中性点直接接地且每次接地故障持续时间不超过lmin的三相电力系统。1/1、6/6、8.7/10、26/35、48/63kV的电缆适用于变
4、压器中性点不接地或非直接接地且每次接地故障持续时间一般不超过2h、最长不超过8h三相电力系统。,电力电缆标称截面积,标称截面(27种)：1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2500。高压和超高压电力电缆标称截面（11种）：240、300、400、500、630、800、1000、1200、1600、2000、2500,电力电缆的芯数,导体芯数：单芯、二芯、三芯、四芯和五芯单芯电缆：常用于传送直流电、单相交流电和三相交流电，一般中、低压
5、大截面的电力电缆和高压、超高压电缆多为单芯。二芯电缆：用于传送直流电或单相交流电。三芯电缆：35kV及以下中小截面积的电缆线路中四芯和五芯电缆：多用于低压配电线路。,电力电缆的绝缘分类,挤包绝缘电力电缆：聚氯乙烯绝缘电力电缆交联聚乙烯绝缘电力电缆聚乙烯绝缘电力电缆橡胶绝缘电力电缆。油浸纸绝缘电力电缆：普通黏性油浸纸绝缘电缆。 不滴流油浸纸绝缘电缆。 充油电缆。 气压油浸纸绝缘电缆。,电缆按功能和使用场合分类,阻燃电力电缆：电缆绝缘或护层中添加阻燃剂，即使在明火烧烤下，电缆也不会燃烧。 耐火电力电缆：在导体外增加有耐火层，多芯电缆相间用耐火材料填充。其特点是可在发生火灾以后的火焰燃烧条件下，保持
6、一定时间的供电。,二、电力电缆的基本结构-线芯,基本结构：导体(线芯)、绝缘层、屏蔽层和护层四部分。1.线芯的作用：用来输送电能。2.材料要求：导电性能好、机械性能高、资源丰富。如铜铝。3.规格与结构: 380V35kV电缆截面为2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800共19种规格，目前16400之间的12种是常用的。电压为110kV及以上电缆的截面为240、400、630、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2500共 11种规格，常用的截面规格是400、630、800、10
7、00。,导体(线芯),2）芯数：一般有单芯、二芯、三芯、四芯、五芯电缆5种形式。3）形状：圆形、椭圆形、中空圆形和扇形线芯四种。10kV以上电缆一般采用圆形线芯，绝缘内部电场均匀分布。10kV及以下的油纸电缆中采用扇形线芯。但只能用于中低压电缆，曲率半径较小处电场集中。中空圆形是充油电缆的线芯所特有的一种形状，中空处是油道。椭圆形绞合导体用于外充气钢管电缆，椭圆形导体较圆形导体能更好的经铅护套向绝缘传送压力。每种形状中还有紧压形与非紧压形之分。紧压目的：减小线芯部分因采用多股绞合线形式而引起的外径变大；减少绝缘层和外护层的使用量，减少造价和整体重量减轻，利于施工；有利于电缆线芯的阻水和降低集肤
8、效应的影响。,4)芯线的结构,单根实心线芯的缺点：柔软性差而不能随意弯曲，截面越大弯曲越困难，给生产制造和电缆敷设施工带来无法克服的困难。多股导线单丝绞合线：柔软性大大增加，弯曲时的曲度不集中在一处，而分布在每根单丝上，每根单丝的直径越小，弯曲时产生的弯曲应力也就越小，在允许弯曲半径内弯曲不会发生塑性变形，从而电缆的绝缘层也不致损坏。弯曲时每根单丝间能够滑移各层方向相反绞合(相邻层一层右向绞合，一层左向绞合)，使得整个导体内外受到的拉力和压力分解。 绞合单线丝越细，单丝越多，绞合节距越小，电缆的耐弯性能越好。35mm2及以下电缆的线芯可做成单股的实心导体，其余规格均采用多根单丝绞合形式的线芯。
9、简单规则圆形绞合的线芯绞合规律：中心层是1根，其他各层以6为单位随层数递增。,大截面电缆芯线结构分裂导体结构,线芯输送电能时，由于集肤效应的存在，单位面积线芯输送电流的能力会随着截面积的增加而有所降低。为了降低集肤效应的影响，提高单位面积线芯输送电流的能力和导体的利用率，将线芯做成分裂导体结构，即将整个线芯做成由几个用绝缘纸带相互绝缘单元组成的结构，每个单元呈扇形形状，外面绕包12层绝缘纸带，然后绞合为圆形芯线。分裂单元的数目，可分为四分裂、五分裂和六分裂，一般认为五分裂结构最为稳定，不易产生移滑变形。,二、电力电缆的基本结构-绝缘层,1、作用：将线芯与大地以及不同相的线芯问在电气上彼此隔离，
10、从而保证在输送电能时不发生相对地或相问击穿短路， 2、材料要求： 1)耐压强度高。由于电缆导电部分的相间距离及其对地距离都较小，绝缘层承受着很高的电场强度，一般在15kVmm之间，110kV的电缆:810kVmm，500kV:1416.5kVmm，电压等级越高的电缆，对绝缘材料的耐压强度的要求越高。 2)介质损耗角正切值低。运行于交流电场中的绝缘介质，绝缘层中将会有泄漏电流通过，使绝缘层(介质)发热，这部分损耗称为介质损耗。电压等级越高，介质损耗越大，发热就大，老化会加速。 3)耐电晕性能好：绝缘层中的气泡或内外表面的凸起在很高电场下易被电离而产生放电现象，放电时产生的臭氧对绝缘层具有破坏作用
11、。 4)化学性能稳定。化学性能不稳定的材料，在外来因素的作用下，其性能易改变。 5)耐低温。电缆线路的施工经常需在气温很低的情况下进行安装，一旦变脆很易损坏，就无法安装 6)耐热性能好。电缆的最高允许运行温度取决于绝缘材料的耐热性能，即在绝缘材料的物理性能和化学性能不发生变化时的最高允许温度越高越好。 7)机械加工性能好。具有一定的柔性和机械强度，才有利于生产制造和施工安装， 8)使用寿命长。绝缘材料经过一定长的时期，均会发生老化现象，性能下降甚至无法运行。要求经久耐用。目前电缆的使用寿命一般不少于30年。,常见电缆绝缘材料的种类和特点,油浸纸：耐压强度高；介质损耗角正切值低；价格便宜；耐电晕
12、性能好；耐热性能较差；长期允许运行温度650C；使用寿命长。 橡胶：具有高的电气性能；弹性好；气体、水(潮气)对其的渗透性低；在65以下时热稳定性能良好。聚氯乙烯：电气性能较高；机械加工性能好；不延燃；价格便宜；介质损耗角正切值大；耐热性和耐寒性差；运行温度不能高于65 。聚乙烯：耐压强度高；介质损耗角正切值低；耐低温；机械加工性能好；耐电晕性能差；耐温性能差， 65以上时，其耐压强度急剧降低； 易燃、易熔和易产生环境应力而开裂。交联聚乙烯：耐压强度高；介质损耗角正切值低；耐电晕；耐环境应力开裂性能较聚乙烯好；耐热性能好，长期允许运行温度可达90，且能承受短路时的2500C的瞬时高温。,二、电
13、力电缆的基本结构-屏蔽层,6kV及以上的电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，也称为内屏蔽层和外屏蔽层。内屏蔽层（导体屏蔽层）的作用：消除导体表面的不光滑(多股导线绞合会产生的尖端)所引起导体表面电场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有较好的接触。绝缘屏蔽层：使绝缘层和金属护套有较好接触。半导电屏蔽层具有抑制树枝生长和热屏障的作用。当导体表面金属毛刺直接刺人绝缘层时，或者在绝缘层内部存在杂质颗粒、水气、气隙时，将引起尖端产生高电场而引发树枝。半导电屏蔽将有效地减弱毛刺附近的场强，从而提高耐电树枝放电特性。半导电屏蔽层有一定热阻，当线芯温度瞬时升高时，高温不会立即冲击到绝缘层，使绝缘层上的温升下降。,
14、屏蔽层-材料要求,(2)材料要求。油纸电缆的导体屏蔽材料一般用金属化纸带或半导电纸带。绝缘屏蔽层一般采用半导电纸带。塑料、橡皮绝缘电缆的导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮。对于无金属护套的塑料、橡胶电缆，在绝缘屏蔽外还包有屏蔽铜带或铜丝。,屏蔽层-结构、种类,金属化纸：厚度为O.12mm的电缆纸的一面，贴有厚度为O.014mm的铝箔。半导电纸：在一般电缆纸浆中，掺入胶体碳粒所制成的纸，电阻率为1107109。m。半导电塑料、半导电橡皮：电阻率1108 m以下。,二、电力电缆的基本结构-护层,护层的作用：密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入，防止外力直接损坏电缆绝缘层，有些电缆的外护
15、套还具有阻燃的作用。材料要求：护层材料的密封性和防腐性必须良好，并且有足够机械强度，适当考虑空气中敷设电缆外护套材料的阻燃性能。结构、种类。一般电缆的护层是由内护套、内衬层、铠装层和外被层(或外护套)等几个部分有选择的组合而成，充油电缆的护层必须有加强层。,电力电缆的基本结构-内护套,1)内护套作用-密封和防腐。铅护套(铅包)：特点是易焊接、耐腐蚀、易加工，弯曲性能较好。缺点是电阻率较高，重量重，易造成土壤和水资源污染，使用时间长了后容易龟裂。铝护套(铝包)：易腐蚀、密封连接困难，但重量轻、资源丰富，机械强度比铅护套大。一般的铝护套都制成波纹状。缺点是容易腐蚀，需要外护套保护。分为氲弧焊式、卧
16、式连铸连轧和立式连铸连轧三种铝护套。铜护套：对于短路容量要求大的大截面电缆，可采用铜护套，为了增加弯曲性能，可加工成波纹状铜护套。聚氯乙烯护套：主要用于聚氯乙烯和交联聚乙烯绝缘电缆。它的缺点是耐热性和耐寒性都差，但阻燃性能好，燃烧过程中产生的浓烟有毒。聚乙烯护套：其绝缘强度比聚氯乙烯高，耐热性能和耐寒性能比聚氯乙烯的好，抗渗水性也比聚氯乙烯强，但阻燃性能差。,电力电缆的基本结构-外护套,2)外护层又可分成以下四部分。内衬层：它在内护套和铠装层之间，其作用是为了防止内护套受腐蚀和防止电缆在弯曲时被铠装损坏。它主要是由麻布或塑料带等软性织物涂敷沥青后包绕在内护套上的材料。外被层或外护套：它在铠装层
17、外，是电缆的最外层，其作用是为防止铠装层受外界环境的腐蚀。它的材料有聚氯乙烯或聚乙烯等。加强层：这层结构是充油电缆所特有的，它是直接包绕在内护套外，以增强内护套承受电缆油压的机械强度，它应有足够的机械强度、柔韧性和不易腐蚀，一般用铜带或不锈钢带作为材料。,三、几种常用电力电缆的结构,挤包绝缘电力电缆,电力电缆,油浸纸绝缘电力电缆,挤包绝缘电力电缆,聚氯乙烯绝缘电力电缆,交联聚乙烯绝缘电力电缆,主绝缘层是由交联聚乙烯绝缘材料挤出制成的，具有电场分布均匀，没有切向应力，重量轻，载流量大的特点，已用于500kV及以下的电缆线路中。电缆有单芯、二芯、三芯、四芯和五芯共5种。当额定电压U0为6kV以上时
18、，线芯表面和绝缘表面均有半导电屏蔽层，同时在绝缘屏蔽层外面还有金属带组成的屏蔽层。,110kV及以上交联聚乙烯绝缘电力电缆,开始于20世纪80年代。在交流输电中基本完全取代了充油电缆。,阻水层。这是一种纵向防水结构，由半导电膨胀带组成。一旦电缆的金属护套破损造成水分进人电缆，半导电膨胀阻水带吸水后会立即急剧膨胀，填满空隙，阻止水分在电缆内纵向扩散。铜丝屏蔽层。当电缆金属护套的短路容量不能满足要求时，可增加铜丝屏蔽层。一般由软铜线组成，外表面用反向铜丝或疏绕铜带扎紧。,金属护套。铅或铝金属护套最为常用。有无缝铅套、无缝波纹铝套、焊缝波纹铝套，这些金属护套都是良好的径向防水层。沥青。由于铝护套更容
19、易受到氧化和腐蚀，所以在铝护套的表面都涂敷有沥青保护。对于铅护套既可以涂敷沥青，也可以选择缠绕塑料保护带进行保护。外电极。在外护套的外面涂覆石墨涂层或挤出半导电层，就构成了电缆的外电极。其作用是作为外护套耐压试验的一个电极。石墨涂层在电缆敷设过程中容易脱落，挤出型外电极相对牢固，不宜脱落，尤以外护套和半导电层两层共同挤出的工艺最佳。,橡胶绝缘电力电缆,635kV的橡胶绝缘电力电缆，导体表面有半导电屏蔽层，绝缘层表面有半导电材料和金属材料组合而成的屏蔽层。护套一般为聚氯乙烯或氯丁橡胶护套。特点：柔软性好，敷设安装方便，适用于落差较大和弯曲半径较小的场合，可用移动的电力线路。,2油浸纸绝缘电力电缆
20、-统包型,油浸纸绝缘统包型电力电缆。运行温度降低时，浸渍剂体积缩小，填料气隙易产生气体游离，导致绝缘损坏。当敷设有较大落差时，浸渍剂会沿电缆向下流动，易使低端护套内压力加大，造成低端电缆终端漏油，高端绝缘干涸，绝缘水平下降。只适用于10kV及以下的电压等级。,2油浸纸绝缘电力电缆-分相包型,油浸纸绝缘分相铅包电力电缆。主要特点是各导体绝缘层外加了铅护套，然后再与内衬垫及填料绞成圆形，用沥青麻带扎紧后，外加铠装和保护层。铅护套内没有浸渍的填料，减少了运行中的漏油现象和绝缘中的气隙形成，因而比统包型电缆绝缘性好，适用2035kV电压等级。,自容式充油电力电缆,自容式充油电力电缆利用压力油箱或重力油
21、箱向电缆绝缘内部补充绝缘油的办法，消除因温度变化而在纸绝缘层中形成的气隙，以提高电缆的工作电场强度。可运行于35330kV或更高电压等级的电缆线路中。径向铜带用以加强内护套，并承受机械外力。,第三节 电力电缆的型号和应用场合,一电缆型号的编制原则 1）用拼音第一个字母的大写表示绝缘种类、导体材料、内护层材料和结构特点。如用Z-纸；L-铝；Q-铅；F-分相；ZR-阻燃；NH-耐火。 2）用数字表示外护层构成，有二位数字。无数字代表无铠装层，无外被层。第一位数字表示铠装，第二位数字表示外被。 3）排列一般依次序为：绝缘材料-导体材料-内护层-外护层。,代号表示,导体代号：铜-(T)省略 铝-L绝缘
22、代号：Z-纸 X-橡胶 V-聚氯乙烯 YJ交聯聚乙烯 Y聚乙烯内护套代号： Q-铅；L-铝；LW-波纹铝；V-聚氯乙烯； Y-聚乙烯；H-橡胶；F-氯丁橡胶铠裝代号：连锁带钢1 双钢带铠装-2 细圆钢丝铠装 3 粗圆钢丝铠装-4外护套代号：聚氯乙烯-2 聚乙烯-3举例:VV22-聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆YJV32-交聯聚乙烯絕緣細鋼絲鎧裝聚氯乙烯护套电力电缆VLV-铝芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆,举例,ZQ22：铜芯，纸绝缘，铅包，钢带铠装，聚氯乙烯外护套电力电缆。ZLQD22一铝芯，不滴流纸绝缘，铅包，钢带铠装，聚氯乙烯外护套电力电缆。ZQF22一铜芯，纸绝缘，分相铅包
23、，钢带铠装，聚氯乙烯外护套电力电缆。ZLL23一铝芯，纸绝缘，铝包，钢带铠装，聚乙烯外护套力电缆。 ZR-YJLW02-铜芯，交联聚乙烯绝缘，波纹铝护套，聚氯乙烯外护套阻燃电力电缆。,电缆型号规范表示法,电缆产品用型号、额定电压和规格表示。如VV4210 350表示铜芯、聚氯乙稀绝缘、粗钢线铠装、聚氯乙稀护套、额定电压10kV、3芯、标称截面积50mm2的电力电缆。YJV228.7103240600一Bl2706.3，表示铜芯，交联聚乙烯绝缘，钢带铠装，聚氯乙烯外护套电力电缆，额定电压为8.710kV，三芯，标称截面240mm。长600m，按国家标准GBl27063标准生产。,第四节 电力电缆
24、的材料,电缆绝缘材料： 电缆纸：基本成分是木质纤维素，常用软木中的松杉料如黄柏、白松、红毛杉等制成。浸渍剂：黏性浸渍剂和高压电缆油两类。浸渍剂指35kV及以下浸渍纸绝缘电缆用的，是光亮油和松香等的混合物，目前，合成微晶蜡逐步代替了松香。高压电缆油：主要用作充油电缆，浸渍剂为矿物油和合成电缆油。,浸渍剂,黏性浸渍剂也有两种：普通黏性浸渍剂，不滴流浸渍剂普通黏性浸渍剂用于油浸纸绝缘电缆，在工作温度下浸渍剂是流动的，所以必须限制电缆的敷设落差。不滴流浸渍剂用于不滴流电缆，在工作温度下浸渍剂是不流动的，所以电缆不受敷设落差的限制。在工艺温度时具有良好的流动性，以保证电缆绝缘纸得到充分的浸渍，但在电缆运
25、行温度范围内，它不能流动而成为塑性固体。高压电缆油要求黏度低，具有良好的流动性。主要用作充油电缆浸渍剂是矿物油和合成电缆油。,聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE) 、交联聚乙烯(XLPE)、乙丙橡胶(EPR)、硅橡胶(Si-O)硅橡胶主要用作船舰的控制电缆、电力电缆和航空电线的绝缘材料、制造高压和超高压电缆附件的应力锥等。,电力电缆的屏蔽材料,油纸电缆：导体屏蔽-金属化纸带或半导电纸带。绝缘屏蔽-采用半导电纸带。半导电纸：纸纤维中掺入胶体碳粒制成的纸。金属化纸：电缆纸作基材，用黏合剂粘合铝箔后形成的复合纸带。 塑料、橡皮绝缘电缆：导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮。,电力电缆的护层材
26、料,常用的金属护套：铅护套、铝护套、铜护套和不锈钢护套。其中，铅护套和铝护套是最常用的两种金属护套。铝的蠕变性和疲劳龟裂性比铅合金小，其外护套结构可大大简化，直埋敷设时无需用铜带或不锈钢带铠装。缺点是铝比铅容易遭受腐蚀；搪铅工艺比铅护套电缆要复杂。,电缆相关其他材料,环氧树脂(EP)：在电缆工程中应用的环氧树脂主要有618、634和6101三种牌号。634价格便宜，但软化点高，黏度大；618软化点低，黏度最小，但价格贵；6101软化点和黏度都比较低，价格便宜，是使用最多的一种。防火涂料、防火带：防火包带的主要特点在于弥补涂料的缺点，适合于大截面的高压电缆，具有加强机械强度的保护作用。防火堵料、
27、填料：有7551-型发泡型电缆密封填料、DMT灌注型电缆耐燃密封填料、DMT-J2嵌塞型填料和DFD型电缆防火堵料等。,电缆相关其他材料,六氟化硫气体(SF6)：氟化硫气体的压缩气体电缆可保证电缆具有较小的电容、较低介质损耗，并具有较好的导热、散热能力，从而使电缆传输容量大为增加。聚丁烯高压电缆油：中黏度的聚丁烯高压电缆油用于钢管充油电缆，高黏度的聚丁烯高压电缆油用于低压电缆。,硅油：用作电缆终端中的绝缘剂，硅脂可用作润滑剂和填充绝缘缝隙。 电瓷：陶瓷有较好的电绝缘性能，但表面易受污秽影响,第五节 电力电缆绝缘理论,单芯电缆绝缘层中电场的分布利用系数：绝缘层中的平均电场强度与最大电场强度之比。
28、利用系数愈大，说明电场分布愈均匀，也就是说绝缘材料利用的愈充分。多芯电缆绝缘层中电场的分布：当导体为圆形时，统包型电缆的最大电场强度在线芯中心连接线与线芯表面交点上,集肤效应和邻近效应,集肤效应：导线中流过交流电时，越接近表面电流密度越大。集肤效应增加了导体的电阻，减小了内电感。邻近效应：导体之间电磁场的相互作用影响了导体中传导电流分布的现象。集肤效应和邻近效应的存在将使电缆线芯的交流电阻(也叫有效电阻)增大，允许载流量减小。集肤效应系数的大小主要与线芯的结构有关，为了降低集肤效应，大截面电缆可采用分裂导体结构线芯。邻近效应系数的大小主要与线芯的直径和间距有关，为了降低邻近效应，可增加电缆间的
29、距离，但必须结合路径综合考虑。,二、电力电缆绝缘层厚度的确定,1决定电缆绝缘层厚度的三个因素：工艺上允许的最小厚度；电缆在制造和敷设安装过程中承受的机械力电缆绝缘材料的击穿强度。长期工频试验电压(2.53.0)Uo。电缆在电力系统中还要承受冲击类型的大气过电压和内部过电压。承受的雷电过电压,通常，取(120130%)U。,2绝缘层厚度的计算,用最大场强公式计算绝缘厚度。 以平均场强公式计算。,三、温度、水分、杂质、气隙、突起对电缆绝缘性能的影响,1油浸纸绝缘击穿机理 电缆温度上升-金属护套受到浸渍剂的膨胀压力而胀大，当温度下降时，浸渍剂会收缩，由于金属护套的塑性变形不可逆变，因此在金属护套内部
30、的绝缘层中就会形成气隙。电缆冷却时，热量先从电缆绝缘最外层散出，内层温度相对较高，浸渍剂向外层流动来补偿外层浸渍剂的体积收缩，因此在绝缘外层形成气隙的可能性较小。当绝缘内层也开始冷却时，此时浸渍剂的黏度已经较高，流动性减小，浸渍剂由于体积收缩而得到补偿的机会也越小，越往线芯方向，则这种现象越严重。所以说越靠近线芯形成气隙的可能性越大，而最终形成的气隙量也最大。,气隙局部放电现象,气体的击穿强度比浸渍纸的低许多，因此在较高电压作用下，气隙将首先发生击穿，即我们常说的局部放电现象；气隙越大，电场强度越大，就越容易产生局部放电。,交联聚乙烯绝缘击穿机理,树枝老化是导致交联聚乙烯绝缘发生击穿的主要原因
31、。水树枝：电缆进水受潮的情况下，由于电场和温度的作用而使绝缘内形成树枝状老化现象。水树枝现象特点为树枝内凝聚有水分，树枝密集而且大多不连续，电场使水分不断迁移，树枝不断生长，最终导致电缆击穿。电树枝：导体表面毛刺和绝缘层杂质等使电场分布畸变，场强高度集中引发局部放电，导致绝缘树枝老化现象，特点是树枝几无水分，树枝连续。电树枝导致击穿要比水树枝快。电化树枝：长期运行后，周围化学溶液渗入电缆内部，与金属发生化学反应并形成有腐蚀性的硫化物，最终在电场作用下伸入绝缘内部而形成电化树枝，特点是分支少且较粗，呈棕褐色,温度、水分、杂质对绝缘性能的影响,温度升高，电缆绝缘性能下降；水分使绝缘的电气性能明显降
32、低，铜导体对电缆油的崔化作用提高，加速绝缘油老化过程，引发水树现象，加速老化；如果电缆中含有微量的杂质，在电场的作用下，杂质首先发生击穿，随着杂质的炭化和气化，会在绝缘中生成气隙，引发局部放电，最终导致电缆损坏。,四、电力电缆局部放电及击穿机理,局部放电：电缆绝缘中部分被击穿的电气放电，可以发生在导体附近，也可以发生在绝缘层中的其他地方。局部放电的开始阶段能量小，并不立即引起绝缘击穿，仍可承受住设备的运行电压。但在长时间运行电压下，局部放电所引起的绝缘损坏继续发展，导致热击穿或电击穿，最终导致绝缘事故发生。电力电缆绝缘内部由于各种原因，存在一些气隙、杂质突起和导体的毛刺等，就是发生局部放电的根
33、源。,绝缘中气隙局部放电的过程,绝缘厚度L、气隙c，气隙可以简化为气隙的电容Cc和气隙电阻Rc并联，绝缘b的电容Cb和电阻Rb、绝缘a的电容Ca和电阻Ra并联后的串联回路.,分压大于气隙击穿电压时：气隙放电气体电离产生正负离子电场作用气隙分别移动至隙壁形成反向电场形成反向电压气隙总电压小于击穿电压时，放电停止气隙电压随外电压升高新达到击穿电压-出现第二次放电，一个周期内或能多次放电。,附件安装中容易引起局部放电的注意事项,安装环境要保持清洁，防止灰尘等杂质落人电缆绝缘外表和应务控制管和应力锥的内表面而引起局部放电。电缆绝缘表面的半导电颗粒要去除和擦拭干净，不能用擦拭过半导电层的清洁纸(布)擦拭
34、绝缘表面，防止引入半导电杂质而引起局部放电。电缆绝缘表面要打磨光滑，不能出现小凹陷，在绝缘外表面与应力锥内表面之间出现气隙而引起局部放电。电缆绝缘外径与应力锥内径的过盈配合一定要符合要求连接管和端子压接等连接后的表面一定要打磨光滑，防止出现毛刺中间接头的连接管与屏蔽罩的等电位连接一定要可靠，防止松动高压及超高压电缆在安装附件前，加热调直一定要充分，防止绝缘回缩产生空隙,五、电力电缆绝缘的老化和寿命,绝缘老化：绝缘材料的绝缘性能发生随时间不可逆下降的现象。绝缘老化主要表现：击穿场强降低、介质损失角正切值增大、机械强度或其他性能下降等。绝缘老化分类：电老化和化学老化，此外受潮、受污染等也会导致老化
35、。,电缆绝缘的寿命,达到规定的容许范围之下，致使电缆绝缘不能继续承受电网运行电压、操作过电压或大气过电压，这一过程所需的时间称为电缆绝缘的寿命。油纸电缆绝缘的寿命一般为40年以上，交联聚乙烯电缆绝缘的寿命一般为30年以上。,交流电压下电缆绝缘老化的主要原因,局部放电。长期的局部放电，油纸绝缘浸渍剂及纸纤维分解，形成气体析出；使交联聚乙烯绝缘内部空隙处逐步形成电树枝绝缘干枯。在绝缘中产生空隙，使起始放电电压降低，加速绝缘老化，导致高端电缆容易击穿。温度对老化的影响。在温度较高时，任何绝缘材料的绝缘电阻都会大幅降低，纸绝缘中纤维素生热分解，挤包绝缘在高温下也会加速老化作用。电缆导体和金属护套与浸渍
36、剂接触加速绝缘油老化。当浸渍剂中含有水分时，会使金属对绝缘油老化的催化作用加速。,六、直流电缆的绝缘性能,直流电缆，目前投入使用的主要是黏性油浸纸电缆和充油电缆。直流电缆的特点：没有集肤效应和邻近效应影响电缆的载流量，铠装层不产生损耗，绝缘层中的介质损耗可忽略；需采取措施防止电缆周围的电蚀；一般不采用交联聚乙烯直流电缆的原因：绝缘内会逐步积累空间电荷和产生内部绝缘损伤的积累效应，绝缘性能有所下降。,第六节 电力电缆线路设计知识,一、电力电缆线路路径的选择市区电缆路径应与城市其他地下管线统一安排。电力路径选择，除应符合国家现行的有关规定外，尚应根据道路网规划，与道路走向相结合，并应保证与城市其他
37、市政公用工程管线间的安全距离。电缆路径走向应与道路中心线平行，切忌任意斜穿道路或者多次从道路一侧转到另一侧。,电缆路径应与城市现状及规划的地下铁道、地下通道、人防工程等地下隐蔽性工程协调配合。电缆路径在道路下面的规划位置，应布置在人行道、非机动车道及绿化带下面。沿铁路、公路敷设的电缆应与铁路、公路线路平行。当电缆与铁路、公路交叉时宜采用垂直交叉方式布置；受条件限制，可倾斜交叉布置，其最小交叉角宜大于30。,河底敷设的电缆应选择在稳定河段，埋设深度应按不妨碍河道的整治和管线安全的原则确定。电缆路径与建(构)筑物之间的最小水平净距应符合有关国家标准的规定。当工程管线交叉敷设时，电缆路径应建于其他管
38、线上方，各种管线距电缆构筑物底部距离应满足国家相关规程及规定。,二、电力电缆截面的选择,1按持续允许电流选择 2接短路热稳定选择3按经济电流密度选择,电力电缆线路设计图的读识,电力电缆工程设计的三个阶段：可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段。施工图设计的主要内容：施工图说明书及附图：施工图设计说明书（设计依据、范围、卷册目录、材料清册、施工图图纸）预算书,四、电力电缆线路接地系统,电力电缆金属护套的接地方式：单端接地、两端直接接地、交叉互联接地。交流单相电力电缆的金属护层必须直接接地，且在金属护层上任一点非接地处的正常感应电压在未采取不能任意接触金属护层的安全措施时不得大于50V，采取
39、措施后不得大于100V。,（1）线路不长，能满足本规范第（A）条要求时，宜采取在线路一端直接接地（单点互联接地），见图右。(一般采用这个方法)注：单端接地时，另一侧接地线不得随意切割。一端直接接地 ED终端；NJ中间接头,一端直接接地,（2）线路较长，一端直接接地不能满足本规范第（A）条要求时，35kV及以上电缆线路，水下电缆或35kV以上高压电缆输送容量较小的情况，可采取在线路（全接地），35kV以上高压电缆线路较短，或利用率很低时，也可采取全接地方式。图右：两端直接接地ED终端,两端直接接地,交叉互联接地,（3）除（1）、（2）项外的较长线路，宜划分适当的单元设置绝缘接头，使电缆金属护层分
40、隔在三个区段以交叉互联接地，见图。交叉互联接地ED终端；NJ直通接头；IJ绝缘接头每单元系统中三个分隔区段的长度宜均等。,（C）35kV以上交流单相电缆金属护层的电气通路仅有单点互联接地时，在位于远距的未直接接地端，应经护层绝缘保护器（金属护层电压限制器）接地。7、电力电缆接地线应采用铜绞线或镀锡编织线与电缆屏蔽层的连接，其截面积不应小于表6.1.9的规定。110kV及以上电缆的接地线截面积应符合设计规定。,五、电力电缆过电压保护,可能最大冲击电流作用下的残压，不得大于电缆护层的冲击耐压被1.4所除数值。可能最大工频过电压的5s作用下，保护器应能耐受。可能最大冲击电流累积作用20次后，保护器不
41、得损坏。,六、电力电缆线路的敷设和固定,一般规定电缆的路径选择，应符合规定；电缆允许弯曲半径的要求；电缆群敷设在同一通道中位于同侧的多层支架上的布置，应符规定；同一层支架上电缆排列配置方式；需抑制电气干扰强度的弱电回路控制和信号电缆的布置当需要的措施；,高电压等级的电缆宜敷设在低电压等级电缆的下面。同一工程或电缆通道延伸于不同工程时，均应按相同的上下排列顺序原则来布置。支架层数受通道空间限制时，35kV及以下的相邻电压级电缆，可同一层支架排列，1kV及以下电力电缆与强电控制和信号电缆也可同一层支架布置。同一重要回路的工作与备用电缆需实行防火分隔时，宜适当布置在不同层次的支架上。,排列方式,控制和信号电缆可紧靠或多层迭置。交流单芯电力电缆的同一回路采取品字形配置外，对重要的同一回路多根电力电缆，不宜迭置。交流系统用单芯电缆情况外，电力电缆相互间宜有35mm空隙。,与电力电缆并行敷设时相互间距，在可能范围内宜远离；对电压高、电流大的电缆间距应更大。敷设于配电装置内的控制和信号电缆，与耦合电容器或电容式电压互感器、避雷器或避雷针接地处的距离，宜在可能范围内远离。沿控制和信号电缆可平行敷设屏蔽线或将电缆敷设于钢制管、盒中。,
