电力电缆及附件基础知识

第一章电力电缆的大体结构
一、电力电缆的大体类型
一、按绝缘材料分类：
油浸纸绝缘电缆：黏性油浸纸绝缘电缆，不滴流油浸纸绝缘电缆；
挤包绝缘电力电缆：交联聚乙烯绝缘电缆，聚氯乙烯、聚乙烯（PVC）绝缘电缆，橡胶绝缘电缆；
2、按电压品级分类
1kV及以下低压电缆、6-35kV中压电缆（ 6kV、10kV、 20kV 、35kV ）、66-220kV高压电缆(66kV、110kV、138kV、 220kV)、500kV及以上超高压电缆。

二、电缆结构组成及作用
本处以为例。

1、导体（分紧压与非紧压型）
导体是提供负荷电流的通路。

由于电流通过导体时因导体存在电阻而会产生热，因此要依照输送电流量选择适合的导体，其直流电阻应符合规定值，以知足电缆运行时的热稳固要求。

导体是电缆工作时的高压电极，而且其表面电场强度最大，若是局部有毛刺那么该处的电场强度会更大。

紧压型线芯作用：
a、使外表面滑腻，幸免引发电场集中；
b、避免挤塑半导电屏蔽层时半导电料进入线芯；
c、可有效地避免水分顺线芯进入。

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2、内半导电屏蔽层
内半导电屏蔽层是中高压电缆采纳的一项改善金属电极表面电场散布的重要技术方法。

a、屏蔽层代替导体形成了滑腻圆整的表面，大大改善了导体表面电场散布，具有均匀电场和降底导体表面场强的作用；
b、提高了电缆局部放电的起始放电电压，减少局放的可能性；
c、抑制电树枝生长；
d、热屏障作用。

3、绝缘层
绝缘是将高压电极与地电极靠得住隔离的关键结构。

a、经受工作电压及各类过电压长期作用，因此其耐电强度与长期稳固性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部份；
b、能耐受发烧导体的热作用而维持应有的耐电强度。

电缆技术的进步主若是由绝缘技术的进步所决定，从生产到运行，绝大部份实验测量项目都是针对监测绝缘的各类性能为目的的。

作为最近几年来普遍利用的交联聚乙烯绝缘（XLPE），它的要紧优势是：
a、优良的电气性能：耐电强度高（工频击穿强度20～30kV/mm，介损小（tg δ≤）,介电常数小（～）；（注：空气的工频击穿强度为— kV/mm，也是局部放电起始场强）
b、耐热性能好（持续工作温度90℃），因此载流量较大；
c、不受落差限制。

因此，交联聚乙烯绝缘电缆关于超高压长距离输电超级有利。

但交联聚乙烯绝缘（XLPE）也有明显的缺点：
a、受杂质和气隙及水分的阻碍专门大，在这些缺点处易产生局部电场集中，发生局部放电，造成不可恢复的永久性损坏；
b、热膨胀系数大，热机械应力效应严峻。

因此，交联电缆的生产专门强调纯净，尤其是高压超高压电缆的质量更是由材料的纯净度决定的。

关于交联电缆附件，除结构设计正确合理外，最重要的问题也是清洁问题，尤其是附件所涉及绝缘界面往往是电场易变的地址，一但有杂质、气隙等，其绝缘性能会显著下降。

4、绝缘屏蔽层（也称外半导电层）：
保证能与绝缘层紧密接触，克服了绝缘层与金属屏蔽层无法紧密接触而产动气隙的弱点，能把气隙屏蔽在工作场强之外，在附件制作中也普遍采纳这一技术。

5、金属屏蔽层：
a、形成工作电场的低压电极，当局部有毛刺时也会形成电场强度专门大的情形，因此也要力图使金属表面尽可能做到滑腻完整无毛刺；
b、提供电容电流及故障电流的通路，因此也有必然的截面要求。

6、内护层（仅中低压电缆）
要紧起密封爱惜作用
7、金属铠装层（仅中低压电缆，高压电缆中即为金属屏蔽层）
要紧起机械爱惜作用，使电缆能经受必然的外力作用。

8、外护层
起密封爱惜作用，针对各类环境利用条件设计有相应的护层结构，如防火、防侵蚀、防生物等，可依照各类需要选择。

第二章电缆附件
一、电缆附件的分类
一、按安装位置分类：
终端：户外、户内
接头：直通接头、绝缘接头、分支接头
二、按安装方式和利用材料分：
绕包式发
浇注式展
热缩式趋
预制式势
冷缩式
二、电缆附件的电应力操纵
电应力操纵是电力电缆附件设计中极重要的部份，是对电力电缆附件里电场散布和电场强度进行操纵，使电场散布和电场强度处于最正确状态，从而保证电力电缆及附件运行的靠得住性和利用寿命。

为了分析电缆附件电场情形，通经常使用电力线及等位线（等电位线）来形象化的表示电场散布状况。

（1）电力线与等位线直角相交（正交）；
（2）用电力线分析电场时，集中的部位电场强度高；
（3）用等位线分析电场时，曲率半径愈小的地址场强越高。

对终端来讲：电缆畸变最严峻处为外屏蔽断开处；对接头来讲：除外屏蔽断开处，还有电力电缆绝缘结尾切断处。

为了改善电力电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力散布，一样采纳:
a.几何型电应力操纵法：
采纳应力锥减缓电场应力集中。

b.参数型电应力控制法：
采纳高介电常数材料或非线性电阻材料减缓电场应力集中。

一、几何型电应力操纵方式(应力锥):
几何型电应力操纵方式确实是改变电场集中处的几何形状，降低该处的场强。

、终端电场散布
、接头电场散布
应力锥的曲线曲率，及屏蔽套的两头口曲率半径直接阻碍到电场散布。

二、参数型电应力操纵方式:
其原理是采纳适合的电气参数的材料复合在电力电缆结尾屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位散布，从而达到改善电场的目的。

目前应力操纵材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力操纵带等等，一样这些应力操纵材料的介电常数ε都大于20，体积电阻率为108～1012Ω·cm。

（a）没有应力操纵管（b）装有应力操纵管
应力操纵材料的应用，要兼顾应力操纵和体积电阻两项技术要求。

尽管在理论上介电常数是越高越好，可是介电常数过大引发的电容电流也会产生热量，促使应力操纵材料老化。

同时应力操纵材料作为一种高分子材料，老化后的应力操纵材料的体积电阻率会发生专门大的转变，体积电阻率变大，应力操纵材料成了绝缘材料，起不到改善电场的作用，体积电阻率变小，应力操纵材料成了导电材料，使电缆显现故障。

这确实是应用应力操纵材料改善电场的热缩式电缆附件什么缘故只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件常常显现故障的缘故所在，一样采纳冷缩应力管和应力操纵带的电缆附件也有类似问题。

三、电缆附件的界面特性
XLPE绝缘电缆，由于其绝缘材料的特殊性能，使这种电缆的绝缘强度很高，在一样情形下，本体主绝缘击穿的可能性很小，同时配合交联聚乙烯的电缆附件，不论是什么形式（如热缩、预制、冷缩等）都是用专门好的绝缘材料制成，附件本身的绝缘不成问题，因此关键要解决电缆绝缘本体和附件之间的界面问题。

尽管咱们设计附件时采纳了适当的裕度，保证一样电缆利用中可不能显现问题，但由于电缆制造工艺的千差万变，使得同一截面的电缆绝缘外径相差超级大，例如：１０kV240mm2 XLPE电缆标称绝缘外径应为φ21.5mm，而目前大多数电缆为φ19.2mm，这就带来了预制电缆附件的安装困难。

四、终端外绝缘设计
终端外绝缘的材料
电缆终端外绝缘材料要紧分为两种：无机材料和有机材料；无机材料要紧有瓷、玻璃等；有机材料要紧有橡胶、环氧树脂、交联聚
乙烯等。

对材料有以下几点要求：
⏹优良的电断气缘性能；
⏹优良的老化性能；
⏹优良的耐污秽性能；
⏹优良的增水性能。

终端外绝缘的结构
终端外绝缘有三个要素必需计算，这确实是干闪距
离、湿闪距离和泄漏距离（爬距）。

这三个参数对外绝缘
将产生不同的阻碍。

关于一种附件，只有取三个参数计
算出的最大绝缘距离，才能保证整个运行时的平安。

⏹干闪距离：干燥状态下，因升高电压而产生放电
的途径；
⏹湿闪距离：淋雨状态下，因升高电压而产生放电
的途径；
泄漏距离（爬电距离）：从高压端到接地端之间沿绝缘表面拉伸的长度或距离；
4.2.1 干闪距离
干闪距离是指上金属电极至下金属电极间的最短直线距离。

例如，我国电缆运行规程规定：10 kV户内电缆终端金具与地和其它相的最小距离不得小于125mm，这确实是指最小干闪距离，因为在户内不存在污闪和湿闪问题。

此刻很多10kV附件，尽管主绝缘露出长度都小于这一数值，但由于在安装工艺中，将接线端子和接地线的一部份金属绝缘起来，从而延长了主绝缘，使得总长度仍然大于125mm，关于户外10kV附件，一样干闪距离应大于250mm。

如下图，终端外绝缘长度L = a + c + d或L=（U干–14）, 式中U干为干放电电压，kV。

4.2.2 湿闪距离
湿闪距离是指当雨水以45°角淋在附件上时，附件上仍存在的干区长度，如右上图所示，a+b等的组合。

湿闪电压一样为干闪的70％~80％。

当正常运行时，在电压必然的情形下，一样附件设计要紧以湿闪为依据，若是能知足湿闪要求，干闪大体能够说没有问题，固然这不包括其它金属物接近附件引发的闪络。

如上图中所示：湿闪距离= n×b(cm)式中n为裙边数。

4.2.3 泄漏距离
泄漏距离又称爬电距离、污闪距离，是指附件外绝缘从上金具至下接地部位全数绝缘表面距离。

这是由于污秽是均匀附着于附件绝缘表面上的，当有潮湿空气将其湿润时，就发生导电现象，以至闪络。

电力工业部划分了，由于我国环境污染严峻，因此附件污闪距离一样取四级污秽品级为宜，也确实是取3.1cm/kV；关于户内一样取三级，即 2.5 cm/kV。

例如，10kV户外污闪距离一样应大于31mm/kV×12 kV=372mm。

110 kV户外污闪距离一样应大于31mm/kV×126 kV=3906mm。

泄漏比距= 泄漏距离/额定电压（cm/kV）
五、平安净距
平安净距是指不管在正常最高工作电压或显现内部、外部过电压时，不致使空气间隙击穿的最小距离。

运行电压（KV） 6 10 20 35 60 110 220
室内相～相20 100 125 180 300 550 900 2000
六、电力电缆附件标准与实验
电缆附件的设计与生产应遵循相关的国际标准、国家标准及行业标准。

⏹ a.中低压附件标准：IEC60502，GB12706，JB8144（原GB11033）
⏹ b.高压附件标准：IEC60840，IEC60859，IEC62067，GB11017，GB18890
⏹ c.金具标准：GB14315
要紧实验：分型式实验、抽样实验、出厂实验和交接实验等
⏹ a. 1min工频：查验附件的内在质量水平；
⏹ b. 局部放电：查验附件材料内部是不是存在气泡；
⏹ c. 循环实验：考核附件材料老化水平；
⏹ d. 冲击实验：考核耐受过电压的能力；
⏹ e. 直流耐压：考核经以上实验后的绝缘水平；
⏹ f. 盐雾实验（潮湿实验）：查验附件外绝缘耐污秽水平
⏹g. 密封实验：考核附件的防水防潮水平；
⏹h. 机械性能实验：考核附件经受外力，内部热胀压力及电动力的能力七、几种典型的高压电缆附件结构介绍
110kV 瓷套式户外终端
结构特点：
1、瓷套式户外终端要紧由接线柱、应力锥、应力 锥罩、瓷套和尾管等零部件组成。

2、瓷套采纳高强度的无机材料电瓷制成，外形为大小伞裙结构、呈锥形，具有专门好的防污闪特性、 耐气候性、抗漏痕、电蚀能力和憎水性能。

3、瓷套内填充绝缘剂，并采纳入口密封圈，更增强了绝缘性能和密封性能。

4、应力锥采纳入口的橡胶材料注橡成型，并采纳弹簧锥托顶紧，克服了应力锥由于材料老化带来的弹性松弛、应力锥与电缆绝缘间界面压力不够等短处，提高应力锥的利用寿命。

110kV 复合套管户外终端
结构特点：
1、具有瓷套式终端的全数优势，但其外绝缘由瓷套改成复合套管。

2、复合套管由一个环氧玻璃纤维管外部覆盖耐气候的绝缘硅橡胶雨裙，两头由通过阳极氧化处置的铝合金法兰封住。

具有优良的机械特性，可幸免发生爆炸时对周围设备的损坏，具有优良的防爆性能。

3、重量轻，复合套管重量不足瓷套重量的20%，便于装卸运输，方便安装操作。

4、硅橡胶伞裙具有优良的耐污性、抗紫外线及良好的抗老化性能。

另外由于硅橡胶具有良好的憎水性，即便表面污染相当严峻，也很难发生污闪。

110kV GIS 终端（可分为插拔式和装配式两种）
结构特点：
1、GIS终端的大体结构与户外终端相似。

由于GIS是在全封锁环境下运行，能够免受大气条件和污秽的阻碍，加上SF6气体的良好绝缘特性，因此GIS终端的外绝缘采纳环氧树脂套管，其尺寸比户外终端小得多。

它的内绝缘也是采纳应力锥加弹簧锥托顶紧结构，且为全干式结构，不需加任何绝缘浇注剂，杜绝了
在运行中显现漏油的现象。

2、IEC60859标准规定了GIS终端与GIS设备的具体配合尺寸和电缆制造厂与开关制造厂各自供货的范围。

因此，按IEC60859标准设计制造的GIS终端能够安装在任何厂制造的标准型GIS设备上。

但IEC60859标准中规定了两种接口高度，即别离为470型和757型，因此在GIS终端产品选型时需与GIS开关配套。

3、我公司GIS终端的结构形式可分为插拔式和装配式两种，二者也确实是在顶部密封处置及尾管结构上有所不同，其他要紧结构一致。

另外插拔式GIS终端可分为470型和757型两种，装配式仅有757型一种。

110kV 整体预制户外终端
结构特点：
1、整体预制户外终端选用优质的入口硅橡胶材料，在工厂整体成型，其内部复合了半导电硅橡胶应力锥，靠得住的改善了电缆屏蔽切断处的电场散布，与瓷套式（复合套管式）户外终端相较，结构得以大大简化，产品重量只有瓷套式终端的10%。

2、安装时只需将电缆处置好，将终端主体套入电缆绝缘上即可，安装极为方便，且安装位置灵活，可倾斜安装于架空铁塔上。

3、终端为全干式结构，不需添加任何绝缘剂，杜绝了漏油现象，且具有良好的防爆性能。

110kV 绝缘中间接头、直通中间接头
结构特点：
1、爱惜壳体采纳高强度铜材制造，壳内浇注8016高性能绝缘防水密封双组份胶。

具有良好的机械爱惜和密封性能。

2、产品结构紧凑合理、体积小，安装简便，运行后无渗漏，防爆性能好。

3、接头最外层还可配套玻璃钢爱惜盒，盒内浇注8010高性能绝缘防水密封双组份胶。

具有良好的防侵蚀性能，可确保接头长期在恶劣环境下平平稳固运行。

八、电缆附件的安装注意事项
通用注意事项
➢安装前需认真检查电缆是不是受潮，专门应检查线芯是不是进水；
➢安装时应注意防尘、防潮、防水；
➢严格操纵剥切尺寸，每剥除一层不可伤及内层结构；
➢外半导电层断口处应滑腻过渡；
➢绝缘层表面应无轴向划痕、无半导电颗粒，要求打磨滑腻，并应进行清洁、干燥处置；
➢金具压接后应清除尖角毛刺；
冷缩附件安装注意事项：
⏹安装前检查冷缩件，不许诺有开裂现象，同时应幸免利器和刀片划伤冷缩
件；
⏹安装前不要抽冷缩件的支撑骨架；
⏹三芯终端三叉口包绕填充胶后，在填充胶的上半部份包一层PVC胶带，
以避免抽骨架时把填充胶抽出来；
⏹严格按工艺尺寸进行剥切，并作好临时标记，冷缩件收缩好后应与标记齐
平；切冷缩绝缘管时不可造成纵向切痕；
⏹安装接头时，冷缩件骨架条伸出端应先套入较长的一端以便抽拉骨架；
⏹安装接头时，电缆绝缘端都不能削成锥体，压接伸长后应从头确信两绝缘
之间的中心位置，以其中心为标准向一端量取工艺尺寸并作好标记，连接管压接打磨后不要包绕任何绝缘带，只需冷缩件收缩即可。

、热缩附件安装注意事项：
◆a. 收缩热缩附件时用火不宜太猛，以避免灼伤材料，火焰沿圆周方向均匀
摆动向前收缩；
◆ b. 收终端手套时应从中间往两头收缩，收终端热缩管时应从下端往上收
缩，收中间热缩管时从中间往两头收缩；
◆ c.收应力管时，应力管必需与屏蔽层搭接，应力管的上端超过屏蔽断口
以上60mm以上的长度；
◆ d.安装接头时，应力管不要搭到铜屏蔽层上，只需搭在外半导电层上；
◆ e.安装接头时，电缆绝缘的端部必需削成锥体，锥面要求滑腻；
◆ f.安装接头时，在压接连管前应先检查所有配件是不是都套入电缆。

第三章接地处置
电缆金属屏蔽必需接地
单芯电缆的导线与金属屏蔽（或护套）的关系，可看做一个变压器的低级绕组。

当电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部份磁力线将与金属屏蔽层铰链，使金属屏蔽层产生感应电压，感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。

当电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身平安的程度，在线路发生短路故障、蒙受操作过电压或雷电冲击时，金属屏蔽层上会形成很高的感应电压，乃至可能击穿护套绝缘。

若是金属屏蔽层两头同时接地使屏蔽线路形成闭合通路，金属屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时，金属屏蔽层上的环流与导体的负荷电流大体上为同一数量级，将产生专门大的环流损耗，使电缆发烧，阻碍电缆的载流量，减短电缆的利用寿命，乃至发生火灾。

因此，电缆外护套应有良好的绝缘，电缆金属屏蔽层应采取靠得住合理的接地址式。

电缆金属护套感应电压与其接地址式有关。

三芯电缆因自身具有良好的磁屏蔽，可在线路两个终端处将金属护套直接接地。

而由三根单芯电缆组成的交流电缆线路，当导体中有电流通过时，与其平行的金属护套中将产生感应电压，若是像三芯电缆一样，两头金属护套都直接接地，金属护套中感应电压将形成以大地为回路的循环电流，这就在金属护套中产生电能损耗，并阻碍电缆线路输送容量。

高压电缆线路安装运行时，依照GB50217-1994《电力工程电缆设计规程》
4.1.9项要求：单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，未采取不能任意接触金属护套的平安方法时不得大于50V，采取有效方法时，不得大于100V，并对地绝缘。

单芯电缆线路几种常见的接地址式
3.2.1一端直接接地，另一端爱惜接地
当电缆线路长度为500~700m及以下时，可采纳一端通过直接接地箱接地，另一端通过接地爱惜箱接地。

这种接地址式还可安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线。

敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距离为(s为相邻电缆间的距离)，并在线路一半处换位。

回流线的作用：当电缆导体上通过接地故障电流时，回流线上的感应电压将形成以大地为回路的逆向接地电流，从而抵销了导体中通过的大部份故障电流的磁通，使得临近通信、信号电缆上感应电压明显降低。

同时，一部份短路电流通过回流线流回系统中性点，即回流线为电缆金属护套起了分流作用。

1、电缆
2、终端头
3、接地电缆
4、接地爱惜箱
5、回流线
6、直接接地箱
3.2.2 金属屏蔽中点接地
当线路长度在1000~1400m时，需采纳金属屏蔽中点接地的方式。

金属屏蔽中点接地有以下两种方式：
Ａ、在线路的中间位置，安装一个直通接头
1、直通接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、接地爱惜箱
6、直接接地箱
B、在线路的中间位置，安装一个绝缘接头
1、绝缘接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、直接接地箱
6、接地爱惜箱
以上两种金属屏蔽中点接地址式的比较：通过直通接头接地，可减少一台“接地监控箱”，但电缆外护套显现故障时，不便确信故障点在接头的左侧仍是右边，电缆保护不方便；通过绝缘接头中点接地，多一台“接地监控箱”，本钱略有增加，但能专门快确信故障点在接头的左侧仍是右边，方便保护。

3.2.3 金属屏蔽层交叉互联
当电缆线路很长时(大约在1000~1400m以上)，可采纳金属屏蔽层交叉互联方式，这种方式是将线路分成长度相等的三段或三的倍数段，每段之间装设绝缘接头，绝缘接头处三相屏蔽之间用同轴电缆，经进行换位连接，交叉互联箱装设有一组护层爱惜器。

此种接地址式具体又可分为以下几种：
A、当电缆线路长度分为三段等长时。

1、绝缘接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、直接接地箱
6、交叉互联箱
7、同轴接地电缆
B、当电缆线路长度分为四段，其中至少三段等长时。

1、绝缘接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、直接接地箱
6、交叉互联箱
7、同轴接地电缆
8、直通接头9、接地爱惜箱
C、当电缆线路长度分为五段，其中至少三段等长时。

1、绝缘接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、直接接地箱
6、交叉互联箱
7、同轴接地电缆
8、直通接头9、接地爱惜箱
D、当电缆线路长度分为6段及以上时，将线路分成三的倍数段。

1、绝缘接头
2、电缆
3、终端头
4、接地电缆
5、直接接地箱
6、交叉互联箱
7、同轴接地电缆8、直通接头
3.2.4 交叉互联接线方式
正确的交叉互联接线方式
交叉互联常见错误方式1
交叉互联常见错误方式2 品牌：长缆电工科技股分
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