1、電力電纜結(jié)構(gòu)特性：

A、油浸紙絕緣電纜與XLPE絕緣電纜桔構(gòu)區(qū)別

1)油浸紙絕緣統(tǒng)包型電纜

三芯油浸紙絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)圖

1—扇形導(dǎo)體；2—導(dǎo)體屏蔽；3—油浸紙絕緣；4—填充物；

5—統(tǒng)包油浸紙絕緣；6—絕緣屏蔽；7—鉛（或鋁）護套；

8—墊層；9—鋼絲鎧裝；10—聚氯乙烯外護套

2)油浸紙絕緣分相鉛包（鋁包）型電纜

分相鉛套電力電纜結(jié)構(gòu)圖

1—導(dǎo)體；2—導(dǎo)體屏蔽；3—油紙絕緣層；4—絕緣屏蔽；

5—鉛護套；6—內(nèi)墊層及填料；7—鎧裝層；8—外被層；

 

1)110kVXLPE絕緣電纜

110kVXLPE絕緣電纜結(jié)構(gòu)圖

B、XLPE絕緣電纜結(jié)構(gòu)組成及作用

1)導(dǎo)體

緊壓型線芯作用：

a、使外表面光滑，避免引起電場集中；

b、防止擠塑半導(dǎo)電屏蔽層時半導(dǎo)電料進入線芯；

c、可有效地防止水分順線芯進入。

注意安裝時選擇合適的內(nèi)孔金具及壓模，注意銅芯與鋁芯電纜壓模不同。

金具壁厚面積/線芯截面積Cu≥1 Al≥1.5

金具板部平面面積電流密度Al<0.32A/mm2Cu<0.44A/mm2

 

2)導(dǎo)電屏蔽層ρν=104Ω?cm

作用：

a、 屏蔽層具有均勻電場和降底線芯表面場強的作用；

b、 提高了電纜局部放電的起始放電電壓，減少局放的可能性；

c、 抑制樹枝生長；

d、 熱屏障作用。

 

3)絕緣層

作用：

絕緣是將高壓電極與地電極可靠隔離的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

a、承受工作電壓及各種過電壓長期作用，因此其耐電強度與長期穩(wěn)定性能是保證整個電纜完成輸電任務(wù)的最重要部分；

b、能耐受發(fā)熱導(dǎo)體的熱作用保持應(yīng)有的耐電強度。

作為近年來廣泛使用的交聯(lián)電纜的絕緣，是由單一介質(zhì)交聯(lián)聚乙烯（XLPE）構(gòu)成，它的主要優(yōu)點是：

a、優(yōu)良的電氣性能：耐電強度高（長期工頻擊穿強度20—30kV/m，沖擊擊穿強度40—65kV/m），介損?。üゎl時tgδ=0.0002—0.001）,介電常數(shù)?。?.3—2.5）；（注：空氣的工頻擊穿強度為1.7—2.1 kV/m，也是局部放電起始場強）

b、耐熱性能好（連續(xù)工作溫度90℃），因而載流量較大；

c、不受落差限制。

因而，對于超高壓長距離輸電非常有利。

但它也有明顯的缺點：

a、耐局部放電性能差，受雜質(zhì)和氣隙及水份的影響很大，在這些缺陷處易產(chǎn)生局部電場集中，發(fā)生局部放電，造成不可恢復(fù)的永久性損壞；

b、熱膨脹系數(shù)大，熱機械應(yīng)力效應(yīng)嚴重。

所以，交聯(lián)電纜的生產(chǎn)特別強調(diào)純凈，尤其是高壓超高壓電纜的質(zhì)量更是由材料的純凈度決定的。對于交聯(lián)電纜附件，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計正確合理外，最重要的問題也是清潔問題，尤其是附件所涉及絕緣界面往往是電場易變的地方，一但有雜質(zhì)、氣隙等，其絕緣性能會顯著下降。

（1）絕緣材料：

交聯(lián)聚乙烯與聚乙烯性能對比：

聚乙烯經(jīng)過交聯(lián)后大大地提高了聚乙烯的機械、耐熱抗蠕變以及抗環(huán)境開裂性能。

各種絕緣材料的物理性能：

各種絕緣材料的電性能：

(2)、絕緣層厚度：

64/110kVXLPE電纜絕緣層厚度（GB11017—89）：

導(dǎo)體截面/mm2	標稱絕緣層厚度/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)氣隙和雜質(zhì)對絕緣的影響：

幾個國家廠商對絕緣中氣隙尺寸要求及生產(chǎn)水平：

 

廠商及品種	氣隙尺寸/μm
	內(nèi)層	中外層
上海電纜廠干法工藝	<3	<3
上海電纜廠濕法工藝	數(shù)微米	10-30
德國110kV電纜	<3	<20
日本住友電工干法	≈5
日本住友電工濕法	30-50
日本高電壓試驗專業(yè)委員會電纜高壓試驗分委員會（RPST）規(guī)定11—77kV電纜	<80
美國聯(lián)合愛迪生照明公司交聯(lián)聚乙烯電纜規(guī)范	<76，且>50的在16.4cm3中不超過30個
我國交聯(lián)電纜小組擬訂	電纜<80

 

1)絕緣屏蔽層：

作用：保證能與絕緣緊密接觸，克服了絕緣與金屬無法緊密接觸而產(chǎn)生氣隙的弱點，而把氣隙屏蔽在工作場強之外，在附件制作中也普遍采用這一技術(shù)。

 

2)金屬屏蔽層：

作用：

a、形成工作電場的低壓電極，當局部有毛刺時也會形成電場強度很大的情況，因此也要力圖使導(dǎo)體表面盡量做到光滑完整無毛刺；

b、提供電容電流及故障電流的通路，因此也有一定的截面要求。

 

單芯電纜線路接地系統(tǒng)的處理

單芯電纜的導(dǎo)線與金屬屏蔽的關(guān)系，可看作一個變壓器的初級繞組。當電纜的導(dǎo)線通過交流電流時，其周圍產(chǎn)生的一部分磁力線將與屏蔽層鉸鏈，使屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。如果屏蔽兩端同時接地使屏蔽線路形成閉合通路，屏蔽中將產(chǎn)生環(huán)形電流，電纜正常運行時，屏蔽上的環(huán)流與導(dǎo)體的負荷電流基本上為同一數(shù)量級，將產(chǎn)生很大的環(huán)流損耗，使電纜發(fā)熱，影響電纜的載流量，減短電纜的使用壽命。因此，電纜屏蔽應(yīng)可靠合理的接地，電線外護套應(yīng)有良好的絕緣。以下是單芯電纜線路的幾種接地方式：

1、屏蔽一端直接接地，另一端通過護層保護接地：

當線路長度大約在500~700m及以下時，屏蔽層可采用一端直接接地

(電纜終端位置接地)，另一端通過護層保護器接地。這種接地方式還須安裝一條沿電纜線路平行敷設(shè)的回流線，回流線兩端接地。敷設(shè)回流線時應(yīng)使它與中間一相電纜的距離為0.7s(s為相鄰電纜間的距離)，并在線路一半處換位。(見下圖)

1、屏蔽中點接地

當線路長度大約在1000~1400m時，須采用中點接地方式。

在線路的中間位置，將屏蔽直接接地，電纜兩端的終端頭的屏蔽通過護層保護器接地。中間接地點一般需安裝一個直通接頭(見下圖)

中點接地方式也可采用第二種方式，即在線路中點安裝一個絕緣接頭，絕緣接頭將電纜屏蔽斷開，屏蔽兩端分別通過護層保護器接地，兩電纜終端屏蔽直接接地。(見下圖)

1、屏蔽層交叉互聯(lián)：

電纜線路很長時(大約在1000~1400m以上)，可以采用屏蔽層交叉互

聯(lián)。這種方法是將線路分成長度相等的三小段或三的倍數(shù)段，每小段之間裝設(shè)絕緣接頭，絕緣接頭處三相屏蔽之間用同軸電纜，經(jīng)交叉互聯(lián)箱進行換位連接，交叉互聯(lián)箱裝設(shè)有一組護層保護器，線路上每兩組絕緣接頭夾一組直通接頭。(見下圖)

1)護層：

作用：是保護絕緣和整個電纜正?？煽抗ぷ鞯闹匾ＷC，針對各種環(huán)境使用條件設(shè)計有相應(yīng)的護層結(jié)構(gòu)，主要是機械保護（縱向、經(jīng)向的外力作用）防水、防火、防腐蝕、防生物等，可以根據(jù)需要進行各種組合。

二、電纜附件的結(jié)構(gòu)原理

1、電纜接頭及終端的電場分布與結(jié)構(gòu)特性：

A、電力線及等位線

為了分析電纜附件電場情況，通常用電力線及等位線（等電位線）來形象化的表示電場分布狀況。

（1）、電力線與等位線直角相交（正交）；

（2）、用電力線分析電場時，集中的部位電場強度高；

（3）、用等位線分析電場時，曲率半徑愈小的地方場強越高。

 

B、電纜末端（電纜終端）電場分布

當電纜的絕緣屏蔽層切開之后，在外屏蔽端口將產(chǎn)生電應(yīng)力集中現(xiàn)象，電場突然變化，并且電纜終端處電場分布畸變要比接頭中的電場畸變嚴重，電場在該處不但有垂直分量，而且出現(xiàn)切向分量。

 

C、應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)

電力電纜終端或接頭中的應(yīng)力結(jié)構(gòu)主要有兩種：

（1）、幾何法：應(yīng)力錐（如冷縮附件、高壓附件）；

（2）、參數(shù)法：應(yīng)力帶或應(yīng)控管（如熱縮附件）。

應(yīng)力錐主要由絕緣和半導(dǎo)電兩部分組成，其中絕緣部分用以增強電纜絕緣，半導(dǎo)電部分與電纜外半導(dǎo)電屏蔽結(jié)合，以控制電場分布。

應(yīng)控管是通過控制材料的特殊電氣參數(shù)，如高介電常數(shù)ε>20，體積

電阻率ρν為108—1012Ω?cm，應(yīng)控管安裝在附件中，使電場中電力線在兩種不同介電常數(shù)介質(zhì)的界面上遵循一定的折射規(guī)律（應(yīng)力控制片<FSD>是利用其電阻率與外施電場成非線性關(guān)系變化的特性，即當外施電場增加時，電阻率下降）。

由此可見，兩種介質(zhì)的介電常數(shù)差別越大，發(fā)生折射的角度也越大，當高介電常數(shù)的材料有一定厚度時，電力線在另一面的位移就大，位移越大，場強越小。

6―35kV應(yīng)力管的長度表：

額定電壓/ 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

兩種應(yīng)力控制方式性能對比：

從上述分析可知，在應(yīng)力控制中，雖然應(yīng)力層控制電場分布有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但對于超高壓電纜來說，應(yīng)力層中材料參數(shù)的選擇至關(guān)重要，體積電阻率選擇太小，會使應(yīng)力層在運行時電阻電流發(fā)熱而老化，同時介電常數(shù)過大，電容電流也會產(chǎn)生熱量而使應(yīng)力層發(fā)熱老化，故必須根據(jù)電壓等級選擇應(yīng)力材料參數(shù)。應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)雖然參數(shù)比較容易控制，但體積較大，加工工藝要求嚴格，如果喇叭口制做的不合適會引起電場在此集中，特別是現(xiàn)場繞包的應(yīng)力錐更易出現(xiàn)操作缺陷，而預(yù)制式應(yīng)力錐基本能夠克服上述缺點，因而目前是國外較常采用的一種方法。

D、接頭電場分布

應(yīng)力錐的曲線曲率，及屏蔽套的兩端口曲率半徑直接影響到電場分布。