电力电缆的结构与制造工艺之电缆结构和材料

　　电缆的结构看似简单，其实它的每一个组成部分都有各自重要的使用目的，所以制造电缆时必须仔细选择每一种组成材料，从而保证这些材料制成的电缆在运行过程中的可靠性。

　　1　导体材料

　　历史上，用于电力电缆导体的材料是铜和铝。人们还短暂地试用过钠。铜和铝具有更好的导电性，在传输同样的电流时，铜的用量相对要少，所以铜导体外径比铝导体小。铝的价格又明显地低于铜。另外，由于铜的密度比铝大，即使在载流量相同的情况下，铝导体的截面比铜导体大，但是铝导体电缆仍要比铜导体电缆轻。

　　当电缆在高电压和电流下运行时，交流电流趋向导体表面流动(集肤效应)，另外，临近的电缆产生的磁场会干扰导体中电流的分布(临近效应)。这些影响会导致导体电阻增加，使得交变电流条件下导体电阻的增值要比直流条件下明显。因此大截面导体的设计可以采用典型的“分割导体”结构。

　　2　绝缘材料

　　MV电力电缆能够采用的绝缘材料有很多，甚至包括技术成熟的浸渍纸绝缘材料，这种材料已经成功使用了100多年。现在，挤包聚合物绝缘已经被广泛认可。挤包聚合物绝缘材料包括PE(LDPE和HDPE)，XLPE、WTR-XLPE以及EPR等。这些材料的热塑性的，也有热固性的。热塑性材料一旦受热会产生变形，而热固性材料在运行温度下可保持其形状。

　　2.1　纸绝缘

　　MV纸绝缘电力电缆已经有超过100年的可靠运行经验。直到今天，纸绝缘电缆损坏的大多数原因仍然是由于使用在该电缆外部的铅护套开裂或被腐蚀，使水分渗入电缆内部而导致的。然而需要重点指出的是，在纸绝缘电缆运行初期，它们只承载了较小的负荷且被相对良好的维护。但是电力用户不断地使电缆承载越来越高负荷，原来的使用条件不再适合现在电缆的需要，那么原来好的经验也就不能代表电缆未来的运行状况也一定良好。近年来，纸绝缘电缆已经很少被使用。

　　2.2　聚氯乙烯

　　PVC首次被用于电缆的绝缘材料是在20世纪早期，直到PE和XLPE发展起来，PVC一起都普遍应用在电缆的绝缘中，尤其是低电压等级的电缆。然而与PE材料相比，PVC在击穿场强、老化特性、温度等级以及耐潮湿性能等方面的劣势迅速地显现出来。另外，在运行中PVC绝缘电缆表现了较高的事故率。因此，目前1kV以上电压等级的电力电缆已经不再使用PVC绝缘。

　　PVC现在仍然作为低压1kV电缆的绝缘材料，同时也是一种护套材料。然而，PVC在电缆绝缘中的应用正迅速地被XLPE代替，在护套中的应用正迅速地被线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)所代替，非PVC电缆有较低的全寿命期费用。

　　2.3　聚乙烯(PE)

　　低密度聚乙烯(LDPE)从20世纪30年代发展起来，现在用于交联聚乙烯(XLPE)和抗水树交联聚乙烯(WTR-XLPE)材料的基体树脂。PE是一种长链的，热塑性碳氢化合物分子结构，在压力作用下由乙烯气体聚合而成。与绝缘相比，由于聚乙烯材料具有低成本、良好的电性能及加工性能、耐潮湿、耐化学腐蚀和良好的低温特性，目前已经被广泛使用。但是，聚乙烯材料不具有良好的耐电㾗性能，导致PE很容易被局部放电腐蚀以及被电晕烧蚀，而且在潮湿环境和电场共同作用下，易产生水树。在早期的电缆设计中，局部放电和水树生长导致电缆的绝缘劣化，并最终致使电缆的失效。

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