电力电缆及附件的基本知识

电缆和附件的基本知识一、电力电缆结构特性：1)油浸纸绝缘统包型电缆三芯油浸纸绝缘电力电缆结构图1—扇形导体；2—导体屏蔽；3—油浸纸绝缘；4—填充物；5—统包油浸纸绝缘；6—绝缘屏蔽；7—铅（或铝）护套；8—垫层；9—钢丝铠装；10—聚氯乙烯外护套2)油浸纸绝缘分相铅包（铝包）型电缆分相铅套电力电缆结构图1—导体；2—导体屏蔽；3—油纸绝缘层；4—绝缘屏蔽；5—铅护套；6—内垫层及填料；7—铠装层；8—外被层；3)XLPE绝缘电缆110kVXLPE绝缘电缆结构图1)导体传输负荷电流2)导体屏蔽层作用：a、屏蔽层具有均匀电场和降底线芯表面场强的作用；b、线芯与绝缘之间的过渡，绝缘间的粘结c、与线芯一起形成内电极3)绝缘层作用：绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构。

4)绝缘屏蔽层：作用：保证…….能与绝缘紧密接触，克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点，而把气隙屏蔽在工作场强之外，在附件制作中也普遍采用这一技术。

5)阻水层（缓冲层）纵向阻水、隔热、防挤压 6) 金属屏蔽层： 作用：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很大的情况，因此也要力图使导体表面尽量做到光滑完整无毛刺；b 、 提供电容电流及故障电流的通路，因此也有一定的截面要求。

C 、机械保护、径向防水（管状） 7) 护层：作用：是保护绝缘和整个电缆正常可靠工作的重要保证，针对各种环境使用条件设计有相应的护层结构，主要是机械保护（纵向、经向的外力作用）防水、防火、防腐蚀、防生物等，可以根据需要进行各种组合。

8) 石墨层形成一均匀的导电层，使护套接地均匀 二、电场的基本概念 1、库仑定律在真空中，两个点电荷之间的相互作用力的方向沿着两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸，作用力的大小与两电荷电量q 1和q 2的乘积成正比，与两电荷之间的距离的平方成反比。

F 12 = F 21 = K q 1q 2γ122K 是一个恒量，单位是牛顿·米2/库仑2 2、介电常数后来人们的进步研究时发现，如果引入一个新的恒量εο1令 K = 对电场研究和计算更方便，因此就引入了介电 4πεο常数这个概念εο定义为真空中的介电常数，单位库仑2/牛顿·米2相对介电常数εr=εεο3、电场和电场强度电荷与电荷相互作用力超距作用场的概念电荷场电荷引入了电场的概念，那么要描述电场中一点的客观性能，就要有新的物理量，于是就引入前面………电场强度E =F/q o电场强度在量值和方向上等于一个单位正电荷在该点所受的力。

4、电场的图示法（普物P25）○1电力线不形成闭合回线，也不中断，而是起于正电荷，止于负电荷。

两种性质{两条电力线不会相交○2等势面电势相等的各点所构成的曲面叫等势面。

等势面密电场强，相反等势面疏电场弱。

三、物体中电场的特殊性1、导体中的电场导体中由于有自由电子电场作用下发生迁移重新分布静电平衡静电屏蔽，法拉第笼带电作业服中间头2、多层绝缘物体中的电场分布ε1E1=ε2E2举例：绝缘中气泡半导电粘贴不牢四、电缆附件的基本知识1、电缆端头的电场分布要搞清这两个问题，我们先来了解一下同轴形电极的电场分布特点，这里是一个同轴形电极电力线分布的轴线剖视图。

电场是看不见，摸不着的；早期科学家为了形象的来描述电场用一组带箭头的线条来描述电场，线条的蔬密表示电场的大小，线条密电场就大，线条希蔬电场就小；箭头表示电场的方向。

从图上可以看到在外电极端部电力线比较密集，因此这里的电场就比较大。

因此，线芯需与其它电气设备连接，在电缆端头就必然存在上面所讲的边缘效应，即电场集中的现象。

因此在电缆的端头和接续处要进行特殊处理，改善电缆屏蔽切断处的电场分布。

下面是电缆端头的电场分布示意图。

电缆端头有应力锥时的电场分布电缆端头无应力锥时电场分布2、电缆附件的作用①电应力处理②导体接续和引出③密封④屏蔽的接续和引出⑤绝缘和支承3、电缆附件中的电应力处理方法①几荷法②参数法电应力控制是对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制，也就是采取适当的措施，使得电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。

对于电缆终端而言，电场畸变最为严重，影响终端运行可靠性最大的是电缆外屏蔽切断处，而电缆中间接头电场畸变的影响，除了电缆外屏蔽切断处，还有电缆末端绝缘切断处。

为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布，一般采用以下几种方法：（1）几何形状法采用应力锥缓解电场应力集中：应力锥设计是常见的方法，从电气的角度上来看也是最可靠的最有效的方法。

应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆的运行寿命。

采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、冷缩式终端。

（2）参数控制法上世纪末国外开发了适用于中压电缆附件的所谓应力控制层。

其原理是采用合适的电气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。

另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs)，从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数的材料。

目前应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力控制带等等，一般这些应力控制材料的介电常数都大于20，体积电阻率为108-1012Ω.cm。

应力控制材料的应用，要兼顾应力控制和体积电阻两项技术要求。

虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。

同时应力控制材料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素的影响，在长时间电场中运行，温度、外部环境变化都将使应力控制材料老化，老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大的变化，体积电阻率变大，应力控制材料成了绝缘材料，起不到改善电场的作用，体积电阻率变小，应力控制材料成了导电材料，使电缆出现故障。

这就是应用应力控制材料改善电场的热缩式电缆附件为什么只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件经常出现故障的原因所在，同样采用冷缩应力管和应力控制带的电缆附件也有类似问题。

采用非线性电阻材料---非线性电阻材料（FSD）也是近期发展起来的一种新型材料，它利用材料本身电阻率与外施电场成非线性关系变化的特性，来解决电缆绝缘屏蔽切断处电场集中分布的问题。

非线性电阻材料具有对不同的电压有变化电阻值的特性。

当电压很低的时候，呈现出较大的电阻性能；当电压很高的时候，呈现出较小的电阻性能。

采用非线性电阻材料能够生产出较短的应力控制管，从而解决电缆采用高介电常数应力控制管终端无法适用于小型开关柜的问题。

非线性电阻材料亦可制成非线性电阻片（应力控制片），直接绕包在电缆绝缘屏蔽切断处上，缓解这一点的应力集中的问题。

4、终端及接头中的电场分布示例5、附件安装位置及外部环境对电场分布的影响○1应力锥与底座的距离○2周围接地体横装 GIS 全预制○3周围带电体的影响6、附件制造过程中缺陷对电场分布的影响○1气泡○2杂质③水份、潮气④损伤五、单芯电缆线路接地系统的处理1、概述单芯电缆的导线与金属屏蔽的关系，可看作一个变压器的初级绕组与次级绕组。

当电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将与屏蔽层铰链，使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，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷击冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。

如果屏蔽两端同时接地使屏蔽线路形成闭合通路，屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时，屏蔽上的环流与导体的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命。

因此，电缆屏蔽应可靠、合理的接地，电缆外护套应有良好的绝缘。

2、几种常用的接地方式以下是单芯电缆线路接地线路的几种接地方式：2.1、屏蔽一端直接接地，另一端通过护层保护接地当线路长度大约在500~700m及以下时，屏蔽层可采用一端直接接地(电缆终端位置接地)，另一端通过护层保护器接地。

这种接地方式还须安装一条沿电缆线路平行敷设的回流线，回流线两端接地。

敷设回流线时应使它与中间一相电缆的距离为0.7s(s为相邻电缆间的距离)，并在线路一半处换位。

见下图：1、电缆2、终端3、电缆金属屏蔽(护套)接地线4、护层保护器5、接地保护箱6、回流线7、接地箱2.2、屏蔽中点接地当线路长度大约在1000~1400m时，须采用中点接地方式。

在线路的中间位置，将屏蔽直接接地，电缆两端的终端头的屏蔽通过护层保护器接地。

中间接地点一般需安装一个直通接头。

见下图：1、电缆2、终端3、电缆金属屏蔽（护套）接地线4、保护器5、接地保护箱6、接地线7、接地箱8、中间接地点（直通接头）中点接地方式也可采用第二种方式，即在线路中点安装一个绝缘接头，绝缘接头将电缆屏蔽断开，屏蔽两端分别通过护层保护器接地，两1、绝缘接头2、电缆3、终端4、电缆金属屏蔽（护套）接地线5、接地箱6、接地保护箱7、保护器8、接地线2.3、屏蔽层交叉互联电缆线路很长时(大约在1000~1400m以上)，可以采用屏蔽层交叉互联。

这种方法是将线路分成长度相等的三小段或三的倍数段，每小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，经交叉互联箱。