电缆知识讲义(xx电缆内部培训资料XZ)

10.5-280
60-700
1.23
好
好
丁基橡胶
Butyl
49-105
500-700
0.92
适中
适中
EPDM
EPDM
84-119
300
0.86-0.87
适中
适中
橡胶碳氧化合物
Viton
168
350
1.4-1.95
适中
适中
聚氨酯
Urethane
350-560
100-600
1.24-1.26
好
好
聚酰亚胺
当电缆的绝缘屏蔽层切开之后，在外屏蔽端口将产生电应力集中现象，电场突然变化，并且电缆终端处电场分布畸变要比接头中的电场畸变严重，电场在该处不但有垂直分量，而且出现切向分量。
C、应力控制结构
电力电缆终端或接头中的应力结构主要有两种：
（1）、几何法：应力锥（如冷缩附件、高压附件）；
（2）、参数法：应力带或应控管（如热缩附件）。
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) 110kVXLPE绝缘电缆
110kVXLPE绝缘电缆结构图
B、XLPE绝缘电缆结构组成及作用
1)导体
紧压型线芯作用：
a、使外表面光滑，避免引起电场集中；
0.055
2×1011
聚酰亚胺
Nylon
15
4-10
0.02
4.5×1013
薄膜
Kapton
106
3.5
0.003
1018
聚酯薄膜
Mylar
102
3.1
0.15
6×1016
Polyakene
74
3.5
0.028
6×1013
(2)、绝缘层厚度：
64/110kVXLPE电缆绝缘层厚度（GB11017—89）：
界面上折射图
由此可见，两种介质的介电常数差别越大，发生折射的角度也越大，当高介电常数的材料有一定厚度时，电力线在另一面的位移就大，位移越大，场强越小。
图应力层中电力线位移
图终端应力层等值电路模型
a、等值电路；b、等值参数电路
应力控制管的最小长度按经验公式确定，即
L=KU0
式中U0—相电压，kV；
K—泄漏距离，一般取K=1.2cm/kV。
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)
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)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。
2×1014
硅胶
Silicone
23-28
3-3.6
0.003
2×1015
氯丁橡胶
Neoprene
45
9
0.03
1011
丁基橡胶
Butyl
24
2.3
0.003
1017
EPDM
EPDM
24
2.3
0.003
1017
橡胶碳氧化合物
Viton
20
4.2
0.14
2×1013
聚氨酯
Urethane
18-20
6.7-7.5
（1）绝缘材料：
交联聚乙烯与聚乙烯性能对比：
性能项目
聚乙烯
交联聚乙烯
体积电阻率/（Ω•cm）
3×1015
5×1014
介质损耗角正切
0.0002
0.0006
相对介电常数
2.11
2.11
击穿强度/(kV•mm-1)
43.6
37.8
抗张强度/Pa
130×105
176×105
在10％盐酸70℃浸7天后
78×105
作为近年来广泛使用的交联电缆的绝缘，是由单一介质交联聚乙烯（XLPE）构成，它的主要优点是：
a、优良的电气性能：耐电强度高（长期工频击穿强度20—30kV/m，冲击击穿强度40—65kV/m），介损小（工频时tgδ=0.0002—0.001）,介电常数小（2.3—2.5）；（注：空气的工频击穿强度为1.7—2.1 kV/m，也是局部放电起始场强）
有120℃下加5N
负荷变形达30％—40％
聚乙烯经过交联后大大地提高了聚乙烯的机械、耐热抗蠕变以及抗环境开裂性能。
各种绝缘材料的物理性能：
材料
常用符号
抗拉强度
（kg•cm2）
伸张度
(%)
密度
(g•cm3)
抗
磨
性
抗切割性
聚氯乙烯
PVC
168
260
1.2-1.5
差
差
聚乙烯
PE
98
300
0.92
差
差
交联聚乙烯
数微米
10-30
德国110kV电缆
<3
<20
日本住友电工干法
≈5
日本住友电工湿法
30-50
日本高电压试验专业委员会电缆高压试验分委员会（RPST）规定11—77kV电缆
<80
美国联合爱迪生照明公司交联聚乙烯电缆规范
<76，且>50的在16.4cm3中不超过30个
我国交联电缆小组拟订
电缆<80
4)绝缘屏蔽层：
16
5-7
0.02
2×1014
聚乙烯
PE
19
2.3
0.005
1016
交联聚乙烯
XLPE
28
2.3
0.005
1016
聚四氯乙烯
TFE
19
2.1
0.0003
1018
费化乙30丙烯
FEP
20
2.1
0.0003
1018
Tefzel
(ETFE)
20
2.6
0.005
1016
氯丁（二烯）橡胶
Kynar
6
7.7
0.02
电缆附件基础知识讲义
一、电缆及附件基本知识
1、电力电缆结构特性：
A、油浸纸绝缘电缆与XLPE绝缘电缆桔构区别
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Βιβλιοθήκη Baidu9—钢丝铠装；10—聚氯乙烯外护套
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、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)
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，两电缆终端屏蔽直接接地。(见下图)
（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，曲率半径愈小的地方场强越高。
B、电缆末端（电缆终端）电场分布
图电缆终端电场分布图外半导体屏蔽端口电场分布
1—线芯；2—电缆绝缘；1—绝缘；2—导体；3—轴向磁力线；
3—铅护套4—外半导体屏蔽层；5—径向磁力线
XLPE
210
120
1.2
适中
适中
聚四氯乙烯
TFE
210
150
2.15
适中
适中
费化乙30丙烯
FEP
210
150
2.15
差
差
Tefzel
(ETFE)
420
150
1.7
好
好
氯丁（二烯）橡胶
Kynar
497
300
1.76
好
好
硅胶
Silicone
56-126
100-800
1.15-1.38
适中
差
氯丁橡胶
Neoprene
单芯电缆线路接地系统的处理
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。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电冲击时，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，电线外护套应有良好的绝缘。以下是单芯电缆线路的几种接地方式：
6―35kV级电缆的应力管长度可按下表查取：
6―35kV应力管的长度表：
额定电压/ kV
U0/ kV
Lmin / cm
6
3.5
4.2
8
4.6
6
10
5.8
7
15
8.7
11
35
20.2
25
两种应力控制方式性能对比：
从上述分析可知，在应力控制中，虽然应力层控制电场分布有体积小、结构简单等优点，但对于超高压电缆来说，应力层中材料参数的选择至关重要，体积电阻率选择太小，会使应力层在运行时电阻电流发热而老化，同时介电常数过大，电容电流也会产生热量而使应力层发热老化，故必须根据电压等级选择应力材料参数。应力锥结构虽然参数比较容易控制，但体积较大，加工工艺要求严格，如果喇叭口制做的不合适会引起电场在此集中，特别是现场绕包的应力锥更易出现操作缺陷，而预制式应力锥基本能够克服上述缺点，因而目前是国外较常采用的一种方法。
导体截面/mm2
标称绝缘层厚度/mm
240
300
400
500
630
800
1000
1200
19.0
18.5
17.5
17.0
16.5
16.0
16.0
16.0
(3)气隙和杂质对绝缘的影响：
几个国家厂商对绝缘中气隙尺寸要求及生产水平：
厂商及品种
气隙尺寸/μm
内层
中外层
上海电缆厂干法工艺
<3
<3
上海电缆厂湿法工艺
b、防止挤塑半导电屏蔽层时半导电料进入线芯；
c、可有效地防止水分顺线芯进入。
注意安装时选择合适的内孔金具及压模，注意铜芯与铝芯电缆压模不同。
金具壁厚面积/线芯截面积Cu≥1 Al≥1.5
金具板部平面面积电流密度Al<0.32A/mm2Cu<0.44A/mm2
2)导电屏蔽层ρν=104Ω•cm
作用：
a、屏蔽层具有均匀电场和降底线芯表面场强的作用；
应力锥主要由绝缘和半导电两部分组成，其中绝缘部分用以增强电缆绝缘，半导电部分与电缆外半导电屏蔽结合，以控制电场分布。
应力锥结构图
应控管是通过控制材料的特殊电气参数，如高介电常数ε>20，体积
电阻率ρν为108—1012Ω•cm，应控管安装在附件中，使电场中电力线在两种不同介电常数介质的界面上遵循一定的折射规律（应力控制片<FSD>是利用其电阻率与外施电场成非线性关系变化的特性，即当外施电场增加时，电阻率下降）。
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，经交叉互联箱进行换位连接，交叉互联箱装设有一组护层保护器，线路上每两组绝缘接头夹一组直通接头。(见下图)
82×105
在苯溶液70℃浸7天后
溶
33×105
伸长率
600％
526％
在10％盐酸70℃浸7天后
37％
83％
在苯溶液70℃浸7天后
碎
94％
在50℃二甲苯中应力开裂时间/h
1—5
7500
耐热老化性能
在110℃以上完全
熔融
在150℃下浸14天，机械性能基本不变
耐热变形性能
在110℃加5N负荷，完全压出，变形率达95％
Nylon
280-490
300-600
1.1
好
好
薄膜
Kapton
1260
707
1.42
优
优
聚酯薄膜
Mylar
910
185
1.39
优
优
Polyakene
140-490
200-300
1.76
好
好
各种绝缘材料的电性能：
材料
常用符号
绝缘强度（kV•cm-1）
介电
常数
损耗系数
体积电阻率（Ω•cm）
聚氯乙烯
PVC
b、耐热性能好（连续工作温度90℃），因而载流量较大；
c、不受落差限制。
因而，对于超高压长距离输电非常有利。
但它也有明显的缺点：
a、耐局部放电性能差，受杂质和气隙及水份的影响很大，在这些缺陷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，热机械应力效应严重。
所以，交联电缆的生产特别强调纯净，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。对于交联电缆附件，除了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方，一但有杂质、气隙等，其绝缘性能会显著下降。
6)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。
二、电缆附件的结构原理
1、电缆接头及终端的电场分布与结构特性：
A、电力线及等位线
为了分析电缆附件电场情况，通常用电力线及等位线（等电位线）来形象化的表示电场分布状况。
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、抑制树枝生长；
d、热屏障作用。
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。
a、承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度与长期稳定性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分；
b、能耐受发热导体的热作用保持应有的耐电强度。