电力电缆线路基本知识与实用技术介绍

　　一、电力电缆线路概述

　　电力电缆线路--- 1电缆本体(一般简称电缆)

　　2 附件-- 中间接头

　　终端头(户内型、户外型、可分离终端)

　　(可分离连接器)

　　3 其他安装器材(桥架、穿管、放火材料等)

　　l 电力电缆线路由电缆本体和附件及其他安装器材组成。

　　l 电缆之间的接续由中间接头完成。

　　l 电缆与其他电器设备的连接由终端头或可分离终端完成。

　　l 电缆线路输电特点：高压输电导线通过固体绝缘体隔离后被封闭在接地的金属屏蔽内部。

　　(架空输电线路：高压输电导线通过空气绝缘体隔离，大地为地电极。)

　　二、电力电缆本体

　　1、 基本结构及各组成部分的作用和特点

　　图1 电力电缆的结构

　　l 导体

　　导体是提供负荷电流的通路。其主要技术指标和要求：

　　1)导体截面和直流电阻：由于电流通过导体时因导体存在电阻而会产生热，因此，要根据输送电流量选择合适的导体截面，其直流电阻应符合规定值，以满足电缆运行时的热稳定要求。

　　2)导体结构：导体也是电缆工作时的高压电极，而且其表面电场强度最大，如果局部有毛刺则该处的电场强度会更大。因此，设计和生产中以及使用部门在制作接头的导体连接时，要解决的主要技术问题之一就是力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺，以改善导体表面电场分布。

　　l 金属屏蔽

　　金属屏蔽的作用：

　　1)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圆整无毛刺。

　　2)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。

　　l 半导电屏蔽层

　　半导电屏蔽层是中高压电缆采用的一项改善金属电极表面电场分布，同时提高绝缘表面耐电强度的重要技术措施。

　　1)首先代替导体形成了光滑园整的表面，大大改善了表面电场分布，

　　2)同时，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。

　　l 绝缘

　　绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构。

　　1) 承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度及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。

　　2) 能耐受发热导体的热作用而保持应有的耐电强度。

　　电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定。从生产到运行，绝大部分试验测量项目都是针对监测绝缘的各种性能为目的的。

　　l 护层

　　护层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、径向的外力作用)，防水、防火、防腐蚀、防生物等。可以根据需要进行各种组合。

　　2、电缆的技术性能指标及评价

　　符号说明：R0：20 ℃时导体直流电阻，α20：导体直流电阻温度系数，θc：导体工作温度，Ys、Yp：集肤效应系数和临近效应系数，ε：绝缘相对介电常数，ρ：绝缘体积电阻率，R、rc：绝缘层内外半径，S：两根电缆的间距，GMR：导体的几何平均半径，θo周围媒质温度，Wi ：绝缘介质损耗，T1、T2：有关部分的综合热阻。E∞ ：长期工频击穿强度， C、n：与材料性能有关的常数，t ：时间(寿命)。

　　1) 通流性能：

　　l 电缆的导体电阻

　　直流电阻： R'= R0 [1+α20(θc-20)],Ω/m

　　(交流)有效电阻： R = R'[1+Ys+Yp], Ω/m

　　l 线芯损耗： Wc = I 2 R , W/m

　　l 恒定负载载流量：I =[((θc-θo)-Wi T1)/R T2 ]1/2，A

　　l 电缆的电容： C = ε/[18 ln(R/rc)]×10-6，F/km

　　l 电缆的电感： L1 = 2×10-4 ln(S/GMR)]，H/km

　　2)绝缘性能

　　l 绝缘电阻： Rx =(ρ/2π)[ ln(R/rc)]，Ω/m

　　l 工作电场强度： E = U/[r ln(R/rc)]，MV/m

　　l 耐电强度与时间关系(寿命曲线)： E =E∞ + C×t-1/n

　　或：　E 1 n t1 = E2 n t2 = CON

　　3)防护性能

　　l 机械强度

　　l 防水密封性能：径向阻水、纵向阻水;

　　l 防火阻燃性能：

　　阻燃性能：非金属材料总体积：A类7L、燃烧40min，

　　B类3.5L、燃烧40min，

　　C类1.5L、燃烧20min;

　　耐火性能：火焰温度A类：950～1000 ℃，90min;

　　B类：750～800 ℃，90min

　　4) 护层接地方式(感应电压及计算)

　　感应电压应控制在50V(有防护时为100V)。

　　l 正常运行时感应电压计算(三相等边) US = 2ωj[ ln(2s/Ds)]×10-7，V/m

　　l 短路运行时感应电压计算

　　l 护层接地方式

　　(1)金属护套一点接地(一端或中点)：无环流，感应电压与电缆长度成正比，短电缆线路常用。

　　(2)金属护套两端接地：有环流，感应电压为零，但影响载流量，轻负荷电缆线路常用。

　　(3)金属护套交叉换位连接：两端接地，中间用绝缘接头将护层交叉换位连接，无环流，感应电压与电缆长度成正比，但可以限制在允许的范围内，长电缆线路常用。

　　(4)敷设“三七开”回流线：对于金属护套一点接地的较长电缆线路，沿线路敷设一条或多条两端接地良好的金属导线，即“回流线”，可以抵消部分感应电压。回流线 “三七开” 敷设，即1.7s,0.3s,0.7s敷设时效果最好。

　　3、 电缆行业标准概述

　　l 电力行业电缆标委会(秘书处：国家电网公司武汉高压研究所)

　　l CSBTS 全国电线电缆标准化技术委员会

　　l IEC 国际电工委员会

　　l CIGRE 国际大电网会议

　　我国标准化工作的基本原则是：采用IEC 标准，一致性程度分三种：

　　等同采用(idt)：结构、内容完全一致，即翻译版

　　等效采用(eqv)：结构允许改变、内容实质上一致

　　修改采用( )：结构允许改变、内容基本上一致，允许一定程度的修改

　　l 电缆名称和型号规格表示方法

　　电缆的名称及型号反映了电缆的主要结构要素导体、绝缘和护层的型式。规格主要表示额定电压和导体芯数与截面。由此来表示该种电缆的特点及适用场合。

　　例如，YJV22—8.7/10 3×240 表示为额定电压8.7/10kV，导体截面为240mm2的三芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯钢带铠装电力电缆。

　　YJLV—26/35 1×300 表示为额定电压26/35kV，导体截面为300mm2的单芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯非铠装电力电缆。

　　l 电力电缆电压系列介绍

　　国际电工委员会(IEC)的表示方法为U0/U，U0为电缆的设计电压，一般相当于电缆所处的电力系统的相电压，但有时不完全一致。U为电缆可用于系统的额定线电压。IEC推荐U0/U序列为：

　　a)中低压：IEC60502(U=1～30(Um=36)，

　　对应的国标GB12706 (U=1～35(Um=40.5)：

　　0.6/1;1.8/3;(3.6/3)、3.6/6;(6/6)、6/10;(8.7/10)、8.7/15;12/15;12/20;18/30;(21/35);(26/35);

　　b) 高压：IEC60840(U=45～150(Um=170)，对应的国标GB11017：

　　(26/35)、26/45～47;36/60～69;64/110～115;76/132～138;87/150～161;

　　c) 超高压：IEC62067(U=220～500(Um=550))，对应的国标GB/Z XXXXX：

　　127/220～230;160/275～287;190/330～345;220/380～400;290/500。

　　上述序列中，括号内电压为中国系统采用。

　　l 接地方式对电缆的影响(电缆的ABC分类及中国电网概况)

　　IEC标准将电力系统划分为三类：

　　A类：该系统任一相导体与地或接地导体接触，能在1min 内与系统分离;

　　B类：该系统仅包括单相导体与地或接地导体接触，接地故障时间不超过8h，每年总累积时间不超过125h;

　　C类：该系统为所有不属于A类及B类的系统。

　　预期会经常处于接地故障运行的系统，选用C类为宜。

　　U0相同的电缆实际上是同一种电缆，只是用于不同的电压系统中，例如8.7/10和与8.7/15，是同一种电缆，根据实际需要而分别用于10kV系统和15kV系统。而6/10与8.7/10则是两种不同的电缆，其绝缘厚度是不同的，对于交联电缆，前者为3.4mm，后者为4.5mm，可根据电力系统中性点接地方式进行选用。

　　中性点有效接地系统一般选用U0相当于系统相电压的电缆，如10kV系统选用6/10的电缆，35kV系统选用21/35的电缆。而中性点非有效接地系统，一般选用U0比系统相电压高一档的电缆。如10kV系统，选U0为8.7的电缆，35kV系统选用26/35的电缆。其原因是，中性点非有效接地系统在单相接地故障时，三相之间电压关系不变，允许电缆继续运行一定时间，但这时电缆非故障相电压会升高至线电压。所以为保证电缆长期可靠性(寿命)而选择高一档电缆。

　　因此了解电缆的型号规格对予正确使用电缆、正确选用电缆附件是非常重要的。除了电压等级外，导体截面与护层结构的选择也是需要认真考虑的。

　　4、常用电力电缆类型

　　见电力电缆主要有三大类型(* 电力电缆的发展演变过程及制造工艺特点)：

　　1)油纸绝缘型

　　2)塑料绝缘型

　　3)橡皮绝缘型

　　l 交联电缆的性能特点

　　电缆绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构，承受工作电压及各种过电压长期作用，因此具有长期稳定性能的绝缘是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分。电缆技术的进步主要由绝缘技术的进步所决定。从生产到运行，绝大部分试验测量项目都是针对监测各种绝缘性能为目的的。

　　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：

　　1) 优良的电气性能：耐电强度高(长期工频击穿强度20～30MV/m，冲击击穿强度40～65MV/m)，损耗小 (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1.7～2.1MV/m，也是局部放电起始场强)

　　2) 耐热性能好(连续工作温度90℃)，因而载流量较大;

　　3) 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：

　　1) 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。

　　2) 热膨胀系数大，热机械力效应严重。

　　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畸变的地方，一但有杂质、气隙等，其绝缘性能会显著下降。

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