电力电缆发展史与技术简介

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塑料绝缘电缆
塑料绝缘电缆是以热塑性或热固性材料挤
包形成绝缘的电缆，常用的塑料种类包括： 聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯
导体 塑料绝缘 内护套 钢带铠装
等。它是 20 世纪 60 年代后技术发展最快的
电缆。塑料电缆具有结构简单、制造周期 较短、敷设安装方便和耐化学腐蚀等优点。 但耐电晕和游离放电性能较差。
能源发 电厂
超高压变 电所
配电线 和电缆
一次变电所 配电所
地下输 电线
蓄电池
蓄电池
柱上式 变压器
蓄电池
海底 电缆 工业 电缆
地下输电线
将电缆敷设在地下 用以传输电能。
66kV 电 力 电 缆
275kV XLPE 绝 缘 铝护套、 P V C 外护套 电 缆
海底电缆
敷设在海底及河流水下，分海 底通讯电缆和海底电力电缆。
电话机 覆带装置 电缆盘 控制面板 操作者
管道敷设
隧道敷设
电缆 孔洞 隧道 滚轮或覆带 牵引端
孔洞
电力电缆用覆带
牵引线
电缆的安装敷设
安装敷设注意事项：
区别：
直埋式敷设容易使电缆 产生水树老化，故要求 电缆有可靠的防水层。 管道或隧道敷便于安装 和运行维护，但土建费 用大，适用于发电厂和 大型厂矿企业内部等地
德国开始 使用聚氯 乙烯电缆
1812
1850
1880
1890
1903
1913
1917
1925
1942
1962
建立首条 海底电缆
Ferranti发 明同轴电 缆敷设于 伦敦
德国研制 首条分相 屏蔽电缆
出现了 首条压 纸电缆
乙丙橡胶 绝缘电力 电缆商业 化应用
电缆发展时间简史
在US & Ca广泛 使用聚合 物护套 北美使用 超光滑导 体屏蔽中 压电缆 世界上首 条商业化 直流XLPE 电缆
电缆使用至今已有
纸 绝 缘 同 轴 电 缆
百余年历史，电缆
XLPE
电 缆
制造业由最初的低
压电缆制造转向 HV 电 缆 甚 至 是 EHV 电
缆的制造。其中，
以美国、欧洲和日
爱 迪 生 时 代 电 缆
本发展水平较高。
超 导 电 缆
我国电缆研发起步
较晚，技术水平相 对落后，但进入新
世纪以后发展十分
迅速。
45kV 乙丙橡胶绝缘电缆
电缆的安装敷设
直埋式敷设安装图
电话机
张力计
监视牵引过称中允许的 牵引力是否超过规定值。
电缆盘 覆带装置 操作者
牵引线 牵引端 电缆滚轮或覆带 电力电缆用覆带
槽（根据需要）
电缆的安装敷设
操作者 电话机 控制面板 覆带装置 电缆盘 牵引车
工井
管道 电缆 牵引端 牵引线
工井 张力计
10173 5762 1718 1500 600
项目有沙特阿拉伯至埃及海底电缆
输电工程。 • 欧洲电网覆盖国家的国土面积较小
4640 1600 587 530
但工业高度发达，电网结构密集。
所以欧洲各国电网迫切需要实施电 能结构的优化配置，以实现电源结 构的互补和电量交换。目前欧洲是 海缆工程建设项目最多、规模最大 的区域。
电力电缆发展史与技术简介
报告人：李春阳，付雨微
哈尔滨理工大学·电介质工程国家重点实验室培育基地
目录
一
电力电缆的发展史 电力电缆技术简介 超高压电力电缆
二
三
一.电力电缆的发展史
自从17世纪发明了电，人类与电结下不解之缘，为提升人们生活质量 以及实现农业、工业、国防等各行各业的电气化，需要将电能从发电 厂通过电线电缆输送到用户，因此作为电力输送的桥梁 ——电缆，应 运而生。 进入21世纪以来，随着我国经济的快速发展，社会总用电量逐年攀升， 我国电力行业得到迅猛发展。据中国电力企业联合会发布的最新统计 快报，截至2013年底，我国发电设备装机容量达到 12.5亿kW ，其中， 水电2.8亿kW，火电8.65亿kW 。预计至2020年，全社会用电量约为 7.5 万亿kWh，发电装机容量超过15 亿kW。 随着国民经济的高速增长，广大电力用户对电力的需求与日俱增，对 供电可靠性的要求也越来越高。而电缆供电以其较高的可靠性优势， 越来越多地被应用于输电、配电、用电等领域。
塑料外护套
橡胶绝缘电缆
橡胶绝缘电缆又称为橡皮绝缘电缆，绝缘层为橡
胶加上各种配合剂，经过充分混炼后挤包在导电 线芯上，然后加温硫化而成。 主要用于发电厂、变电站和工厂企业内部的连线。 它柔软，易弯曲，有较好的电气性能和化学稳定 性。但耐电晕、耐臭氧、耐油性较差，一般仅适 用于低压和可曲度要求高的场合。
天然橡胶绝缘
高压电缆
超高压电缆
XLPE电缆
EPR绝缘
硅橡胶绝缘
电力电缆的电压等级 电力电缆和架空线按电压等级分为：
交流 （AC） 低压线缆 中压线缆 高压线缆 超高压线缆 特高压线缆 U <6kV 6kV≤ U ≤ 35kV 35kV < U <330kV 35kV < U <220kV （裸线） （电缆） U < 30kV 30kV ≤ U <600kV 直流（DC）
阻系数在电缆轴向可能引起电位分布不均匀，造成电缆沿面放电。
③ 电站保护系统需导体屏蔽。此外铜带还具有优异的防雷特性。 ④ 正常情况下流过电容电流。短路时作为短路故障电流的回路。
电缆护层
为使电缆适应各种使用环境的要求，在电缆绝缘上施加电缆护层，
主要由内护层和外护层两部分组成。 ① 外护层，保护内护层免受外界影响（受潮、腐蚀等）和机械损伤。 外护层一般由内衬层、铠装层和外被层三部分组成，有的还有加强 层（充油电缆特有的结构，直接包绕在内护层外，以增强其机械强 度）。 ② 内衬层位于铠装层和金属护套之间的同心层，起防腐蚀作用。 ③ 铠装层是用来减少机械力对电缆的影响，承受作用到电缆上的机械
330kV ≤ U <1000kV （裸线） 220kV ≤ U <500kV （电缆） U ≥ 1000kV U ≥ 600kV
直流电缆与交流电缆的区别
① 所用系统不同。直流电缆用于整流后的直流输电系统中，交流电缆
常用于工频（国内50Hz）电力系统中。 ② 直流电缆的传输过程中的电能损耗较小。其电能损耗主要是导体直 流电阻损耗，绝缘损耗部分较小；而交流电缆绝缘电阻的损耗较大， 损耗主要是电容和电感产生的阻抗。
电缆屏蔽层可以分为导体屏蔽、绝缘屏蔽和金属屏蔽。所谓“屏
蔽”实质上是一种改善电场分布的措施。 电缆导体一般由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙， 导体表面不光滑，会造成电场集中。而导体屏蔽在导体和绝缘之间 提供一个光滑的界面，防止电场线集中而产生高应力点。此外，在 绝缘表面和护套接触处可能存在间隙，电缆弯曲时，绝缘表面易造 成裂纹，从而引起局部放电。在绝缘层表面加一层半导电材料的绝 缘屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，
电力电缆的主要特点 电力电缆线路
电力电缆是 ① ② ③ ④ 优点： 占地少。 送电可靠性高。 不受外界影响。 不暴露目标， 适于战备。 电磁污染小。 缺点： ① 成本高。 ② 电缆线路不 易分支。 ③ 电缆故障测寻 与检修困难。 ④ 接头制作工艺 复杂。
用于传输和
分配大功率 电能的电缆
⑤
因此，在城市人口稠密的地方，大型工厂、发电厂、交通拥挤地区
可以避免在绝缘层与护套之间发生局部放电。
电缆屏蔽层
没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加金属
屏蔽层。金属屏蔽的作用主要有： ① 限制电场在绝缘层内的作用，使电场方向与绝缘半径方向一致。金 属屏蔽带接地，电场终止在金属带上，金属带外不再有电场。 ② 防止轴向表面放电。电缆在没有良好接地的环境中，半导电层的电
铜芯
0.0172 1083 8.9 196 好 16.6
铝芯
0.0282 660 2.7 78 差 23
2. 铝导体：
--由于铜价较高，一些地方使用铝导体； --重量较铜轻，不抗拉伸；
--导电率较低；
--延伸系数大于铜。
电缆绝缘层
绝缘层的作用是隔绝导体，防止电流泄露。绝缘层的绝缘材料应具
备以下特性： ① 高击穿强度。电缆导电部分的相间距离及其对地距离很近，绝缘层
力，也起电场屏蔽和防止外界电磁波干扰的作用。
④ 外被层是铠装层外面的同心层，主要对铠装层起防腐蚀作用。
电力电缆的分类
直流电缆 按电能传输形式
交流电缆
电力电缆
按电压等级 按绝缘材料
黏性油浸纸绝缘
不滴流油浸纸
充油式油浸纸
中低压电缆
PVC电缆 PE电缆
油纸绝缘电缆 塑料绝缘电缆 橡胶绝缘电缆
充气式黏性油浸纸
始终处于高电场中，所以要求电缆具有较高的击穿强度且绝缘性能
长期稳定。 ② 介质损耗低。介质损耗太大容易引起电缆发热，加速绝缘老化，甚 至发生热击穿。因此要求绝缘层材料的介质损耗低。 ③ 耐树枝放电、耐电晕及耐局部放电性能好。具有一定的柔软性能和 机械强度。 ④ 使用寿命长，材料来源广，价格便宜。
电缆屏蔽层
我国电缆的发展
1897 1951
首次采用 路灯电缆
1953
1966
1973
1990
新世纪
研制铅护套 纸绝缘电缆
开始生产 油纸绝缘电缆
生产了第一条 66kV充油电缆
研制生产滴干型 油浸纸绝缘电缆 首条国产110kV XLPE 绝缘电缆线路 电力事业迅速发展， 逐步追赶发达国家研发水平
二.电力电缆技术简介
等要求占地面积小，安全可靠，一般多采用电缆供电；对于跨度大
的过江、过河线路为了避免架空线路对船舶通航或无线电的干扰， 也多采用电缆。
电缆发展时间简史
首条电缆 用来引爆 俄罗斯矿 山的矿石 爱迪生发 明黄麻沥 青绝缘电 缆 意大利发 明了自容 式中空充 油电缆 首次使用 聚乙烯 （PE） 绝缘电缆
海底电缆
• 世界上第一条海底电缆是1850年敷设的。中国的第一条海底电缆是
③ 直流电缆多用于远距离大容量输电，虽然直流电缆线路中换流设备
价格较高，但输电距离超出一定范围后使用直流电缆成本更低。 ④ 同样电压等级下，对于电缆绝缘而言，直流电场比交流电场更安全。 ⑤ 直流电缆与交流电缆绝缘结构设计原理有较大区别。
油纸绝缘电缆
1
是早期应用最广泛的一类电缆，
这类电缆以电缆油浸渍过的绝缘 纸作为主绝缘，屏蔽层为半导电
2 4
3 5 1.导体 2.绝缘 3.填料 4.浸渍纸 5.内护层 6.内衬层 7.铠装层 8.外护层
纸。油纸绝缘电缆具有耐电强度
高、介电性能稳定、寿命长、热 稳定性好、材料来源丰富等优点。 但不适合高落差敷设、制造工艺 较为复杂、生产周期长、电缆附 件制造技术比较复杂。目前已经 鲜有生产和销售，正逐步被聚合 物绝缘电缆取代。
① 牵wenku.baidu.com速度要慢且平稳，力量均匀。
② 架设电缆轴架的地方必须平整且坚
实。 ③ 敷设过程中防止电缆扭伤和过度弯 曲。 ④ 电缆浸入沟道、隧道以及穿入子管
时，出入管口应封闭，一般用沥青
膏浇注。 ⑤ 敷设时，不宜交叉，应整齐排列， 并加以固定。
方的高压电缆线路。
电缆附件安装现场
电网系统
水力发 电厂
架空输电线 铁路 电缆
电缆发展时间简史
日本建设迄今最高电压等 级，最大传输容量的电缆 线路：±500kV 直流PPLP 复合纸绝缘充油电缆
我国首条500kV 等级交流海底电 缆线路
无限 可能
2005
2006
2009
2014
未来
柔性直流输电 技术逐步实现 商业化
我国首条柔性 直流输电电缆 投入运行
爱迪生时代的电缆到今天的XLPE电缆
66kV XLPE 绝 缘 海 底 电 缆
500kV 充 油 海 底 电 缆
2012年海底电缆输电工程现状
海缆总长度 （km） 输送容量 （MW） 22430 •
澳洲、亚洲和北美电网受地理条件 限制，尚未形成各国之间海缆输电
工程互联。
• 海湾阿拉伯地区海湾合作委员会成 员国，由七个国家电网互联。工程
1.导体
电 力 电 缆 典 型 结 构
2.导体屏蔽
3.绝缘 4.绝缘屏蔽 5.金属屏蔽
6.护套
电缆导体
1. 铜导体： --应用较广泛，特别是在供电系统中； --抗拉强度较高，运行稳定； --导电率高，相同截面是铝的1.3倍； --价格较贵。
铜芯与铝芯电缆线芯基本性能比较
材质
电阻率 熔点 密度 抗拉强度 抗腐蚀性 热膨胀系 数
涌现出交 联聚乙烯 （XLPE） 绝缘电缆
首次使用 中压XLPE 电缆
1963
1967
1968
1972
1978
1982
1989
1995
1999
2001
美国使用 HMWPE 绝缘UG 电缆
引入了挤 压半导体 屏蔽层
美国和德 国的中压 WTR绝缘 材料
美国建成 首条高温 超导电缆 线路
500kV交 流XLPE 电缆长距 离应用