電力電纜資料課件

電力電纜資料2023/9/21電力電纜資料電力電纜資料2023/7/31電力電纜資料1目錄一、概述二、電力電纜的結(jié)構(gòu)三、電纜附件四、交聯(lián)聚乙烯電纜五、電纜的老化六、電纜的載流量2023/9/21電力電纜資料2目錄一、概述一、概述

110kV及以上：輸電系統(tǒng)35kV及以下：配電系統(tǒng)1、架空線路——裸線（鋼芯鋁絞線），鐵塔，避雷線，接地，絕緣子。2、電纜線路——導(dǎo)體，絕緣層，保護覆蓋層；受氣候影響小，安全耐用。500kV交聯(lián)電纜2023/9/21電力電纜資料3一、概述

110kV及以上：輸電系統(tǒng)500kV交聯(lián)電纜202基本結(jié)構(gòu)1.導(dǎo)電線芯（銅和鋁線長度、電阻相等時，鋁線重量為銅線的一半左右）

多股導(dǎo)線扭絞而成——便于運輸和輻射，可以彎曲。2023/9/21電力電纜資料4基本結(jié)構(gòu)（銅和鋁線長度、電阻相等時，鋁線重量為銅線的一半左右2.電纜護層——防水。

材料：鉛包（柔軟，耐腐蝕）或鋁包護套。

護套外加強：鋼帶或鋼絲鎧裝。

外護層：防腐場所

3.絕緣介質(zhì)

10kV及以下：聚氯乙烯價格低、溫度低。

35kV及以下：粘性浸漬的油紙絕緣、橡皮絕緣、塑料（聚氯乙烯、聚乙烯）絕緣

更高電壓：多用充油、鋼管油壓或充氣電纜。

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）：用途日增。

2023/9/21電力電纜資料52.電纜護層——防水。

材料：鉛包（柔軟，耐腐蝕）或鋁包電力電纜的分類

1、按結(jié)構(gòu)特征

（1）統(tǒng)包型（10kV及以下）。

（2）分相型：分相屏蔽（10～35kV）。

（3）扁平型：一般用于較長的水下和海底電纜。

（4）自容型：護套內(nèi)部有壓力的電纜。

2、按敷設(shè)環(huán)境

（1）直埋式

（2）構(gòu)架式

（3）水下敷設(shè)

2023/9/21電力電纜資料6電力電纜的分類

1、按結(jié)構(gòu)特征

（1）統(tǒng)包型（10kV及10kV及以下：三芯統(tǒng)包型1－導(dǎo)體線芯2－填充3－線芯絕緣4－統(tǒng)包絕緣5－鉛包6－瀝青防腐層7－鎧裝層8－瀝青黃麻層2023/9/21電力電纜資料710kV及以下：三芯統(tǒng)包型1－導(dǎo)體線芯2023/7/31電力1－導(dǎo)電線芯2－線芯屏蔽3－線芯絕緣4－外來蔽層5－鉛護套6－填料7－鎧裝層8－外護套10kV及以上：屏蔽型或分相鉛包型分相鉛包型電纜電纜線芯表面電場均勻，沒有絕緣表面的切向應(yīng)力，絕緣性能較好。單相故障不易轉(zhuǎn)化為相間故障，使維修更快、更方便。2023/9/21電力電纜資料81－導(dǎo)電線芯10kV及以上：屏蔽型或分相鉛包型分相鉛包型電纜3、按絕緣材料性質(zhì)分（1）油紙絕緣電纜粘性浸漬紙絕緣電纜不滴流浸漬紙絕緣電纜（2）塑料絕緣電纜聚氯乙烯絕緣電纜聚乙烯絕緣電纜交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜（3）橡膠絕緣電纜2023/9/21電力電纜資料93、按絕緣材料性質(zhì)分2023/7/31電力電纜資料9二、電力電纜的結(jié)構(gòu)

（一）紙絕緣電纜

1、粘性絕緣電纜

適用于35kV及以下，在光亮油中加入松香制成粘性浸漬劑。在較高浸漬溫度時具有較低的粘度保證了對紙層的完善浸漬。正常溫度時粘度大，電纜彎曲時仍具有紙層間相對位移。

浸漬電纜的熱膨脹系數(shù)比其它材料要大，容易形成空隙——局部放電

敷設(shè)在較大落差時，浸漬劑下流——電纜護套脹裂，上部更多空隙。更大落差時宜改用塑料電纜或不淌流電纜2023/9/21電力電纜資料10二、電力電纜的結(jié)構(gòu)

（一）紙絕緣電纜

1、粘性絕緣電纜

敷設(shè)在較大落差時，浸漬劑下流——電纜護套脹裂，上部更多空隙。

更大落差時宜改用塑料電纜或不淌流電纜粘性浸漬總包絕緣型電纜結(jié)構(gòu)（10kV及以下）1－載流芯；2－相絕緣；3－帶絕緣；4－金屬護層；5－鎧甲粘性浸漬分向鉛包型電纜結(jié)構(gòu)（35kV及以下）1－載流芯；2－半導(dǎo)體屏蔽；3－絕緣層；4－分相鉛包；5－鎧甲2023/9/21電力電纜資料11敷設(shè)在較大落差時，浸漬劑下流——電纜護套脹裂，（二）充油電纜

1、自容式充油電纜

利用補充浸漬劑的方法消除電纜中的氣隙。導(dǎo)電線心中有空心油道，當(dāng)電纜溫度升高時,浸漬劑膨脹，電纜內(nèi)部壓力增加,浸漬劑流入供油箱；電纜冷卻時浸漬劑收縮，電纜內(nèi)部壓力降低,供油箱內(nèi)浸漬劑又流入電纜,防止了氣隙的產(chǎn)生，故可以用于110千伏及以上線路。2023/9/21電力電纜資料12（二）充油電纜

1、自容式充油電纜

利用補充浸2、鋼管充油電纜

鋼管內(nèi)有三根單芯屏蔽電纜，屏蔽外包有銅帶，管內(nèi)充有1.5MPa左右的油壓。優(yōu)點：機械強度高，油壓高，電氣性能易保證；鋼管充油電纜1－載流芯；2－屏蔽；3－絕緣層；4－屏蔽；5－半圓形滑絲；6－鋼管；7－防護層2023/9/21電力電纜資料132、鋼管充油電纜

鋼管內(nèi)有三根單芯屏蔽電纜，屏蔽外包有（三）充氣電纜

1、紙絕緣充氣電纜

附屬設(shè)備簡單，無液體靜壓力——髙落差處。

充氣電纜的許用場強低于充油電纜。

高壓力充氣電纜少見。

2、管道充氣電纜（GIC）

特點：電容小、介質(zhì)損耗低、散熱性能好。

2023/9/21電力電纜資料14（三）充氣電纜

1、紙絕緣充氣電纜

缺點：一相發(fā)生故障可能影響另兩相。國外超高壓充油電纜也多采用自容式或鋼管式。2023/9/21電力電纜資料15缺點：一相發(fā)生故障可能影響另兩相。2023/7/31電（四）電力電纜的許用場強

1、電場分布

單芯電纜及分相鉛包的三芯電纜（導(dǎo)體光滑）——電場為圓軸圓柱體電場。導(dǎo)線線芯有多根導(dǎo)線絞合——最大場強比圓柱表面的髙30％。2023/9/21電力電纜資料16（四）電力電纜的許用場強

1、電場分布

單芯電纜及分同軸分層電纜，第n層的最大場強

2、許用場強的選?。?）交流電纜（油紙）其絕緣老化的主要原因是局部放電2023/9/21電力電纜資料17同軸分層電纜，第n層的最大場強

2023/7/31電力電纜發(fā)生局部放電（線芯附近的油隙或氣隙）持續(xù)地強烈放電，氣隙擴大；放電尖端深入絕緣內(nèi)部，電場畸變，放電成滑閃放電。措施：關(guān)鍵是要設(shè)法提高局部放電電壓。如采用分階絕緣、絕緣層內(nèi)外包半導(dǎo)電紙等來改善電場分布，如提高壓力以提高局部放電電壓。2023/9/21電力電纜資料18發(fā)生局部放電（線芯附近的油隙或氣隙）2023/7/31電力電

纏包絕緣中形成樹枝狀示意圖(a)近線芯處局部放電，(b)深入絕緣，畸變電場；(c)開始滑閃放電（粗線為放電路徑，虛線為電力線）2023/9/21電力電纜資料19纏包絕緣中形成樹枝狀示意圖2023/7/31電力電纜油紙電纜的工作場強2023/9/21電力電纜資料20油紙電纜的工作場強2023/7/31電力電纜資料20工頻下油紙絕緣局部放電起始場強與紙帶厚度及壓力的關(guān)系

油壓:l一1.5MPa;2一1.0MPa;3－0.1MPa；

氣壓：4－3.0MPa；5－2.0MPa；6－1.5MPa；7－1.0MPa；8－0.5MPa；9－0.25MPa2023/9/21電力電纜資料21工頻下油紙絕緣局部放電起始場強與紙帶厚度及壓力的關(guān)電纜絕緣在各種電壓下的擊穿場強單位：kV/mm2023/9/21電力電纜資料22電纜絕緣在各種電壓下的擊穿場強2023/7/31電力電纜（3）交流電纜（塑料） 決定因素是樹枝化放電問題：電樹枝，導(dǎo)體有尖狀突出物或分界面上有氣隙，局部放電引起。電化學(xué)樹枝，水、硫化物等臟物導(dǎo)致。國外高壓塑料電纜舉例2023/9/21電力電纜資料23（3）交流電纜（塑料）2023/7/31電力電纜資料23（2）直流電纜

絕緣強度高：

——局部放電遠(yuǎn)不如交流下嚴(yán)重，因而直流下?lián)舸﹫鰪姾芨撸鋼舸﹫鰪娊诙堂}沖下的數(shù)值；

——低粘度油浸紙(充油電纜)與粘性浸漬絕緣的擊穿場強的差別也不象交流下那樣顯著。

施加同樣的場強值，則直流下的壽命要比交流下的長得多。

按用于工35kV系統(tǒng)設(shè)計的粘性電纜幾乎可用于直流110kV系統(tǒng)。

2023/9/21電力電纜資料24（2）直流電纜

絕緣強度高：

油浸紙絕緣電纜自1890年問世以來，已有一百多年的悠久歷史，其系列與規(guī)格最完善。已廣泛應(yīng)用于330kV及以下電壓等級的輸配電線路中，并已研制出500一750kV的超高壓電纜。這種電纜的特點是：耐電強度高，介電性能穩(wěn)定；壽命較長；熱穩(wěn)定性好；載流量大；材料資源豐富；價格便宜。缺點是；不適于高落差敷設(shè)；制造工藝較為復(fù)雜；生產(chǎn)周期長；電纜頭制作技術(shù)比較復(fù)雜等。2023/9/21電力電纜資料252023/7/31電力電纜資料25

四、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜由聚乙烯(PE)加入交聯(lián)劑擠出成形聚乙烯絕緣（熱可塑性）電纜通過較大的電流時，絕緣會熔化變形。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）——聚乙烯分子間交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善了耐熱變形性能、耐老化性能和機械性能。交聯(lián)的物理方法——輻射法，去除聚乙烯分子中的氫原子，使碳一碳鏈合，分子間進行交聯(lián)。（不經(jīng)濟）化學(xué)交聯(lián)——在聚乙烯中加入少量的有機過氧化物，借助于過氧化物受熱分解，產(chǎn)生游離基，游離基能與聚乙烯中的氫原子結(jié)合、失去氫原子的聚乙烯分子間就聯(lián)合起來。2023/9/21電力電纜資料26四、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電纜2023/7/31電力電

交聯(lián)電纜分子

(a)PE電纜(b)XLPE電纜2023/9/21電力電纜資料27交聯(lián)電纜分子

(a)PE電纜(b)XLPE電纜0.6/1kv三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝阻燃電力電纜0.6/1kv四芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝阻燃電力電纜2023/9/21電力電纜資料280.6/1kv三芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝阻燃電力電纜（一）優(yōu)點與油紙電纜相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，制造周期短，工作溫度高，無油，敷設(shè)高差不限，運行可靠，質(zhì)量輕，安裝、維護簡單和輸電損耗小等優(yōu)點。由于耐熱性和機械性較好，傳輸容量大，不僅適用于中低壓，而且還可以應(yīng)用到高壓和超高壓系統(tǒng)中。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜不僅在中低壓范圍內(nèi)能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油紙絕緣電纜，而且在高壓或超高樂等級上可與自容式充油電纜相競爭。2023/9/21電力電纜資料29（一）優(yōu)點2023/7/31電力電纜資料29交聯(lián)聚乙烯絕緣與其它絕緣材料的性能對比2023/9/21電力電纜資料30交聯(lián)聚乙烯絕緣與其它絕緣材料的性能對比2023/7/3(1)游離放電老化 從材料不連續(xù)點或界面引發(fā)出來的，在絕緣層與屏蔽層的空隙產(chǎn)生游離放電（僅在電纜內(nèi)部有缺陷時才會發(fā)生）。(2)樹老化電樹枝——是在局部高電場(絕緣與內(nèi)半導(dǎo)電層的界面等)作用下，某些缺陷在絕緣層中呈現(xiàn)樹枝狀伸展，管壁上有交聯(lián)聚乙烯因放電而分解產(chǎn)生的碳粒痕跡，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。（二）交聯(lián)聚乙烯電纜的老化

1、電氣方面

2023/9/21電力電纜資料31(1)游離放電老化（二）交聯(lián)聚乙烯電纜的老化

1、電氣方面電樹枝2023/9/21電力電纜資料32

水樹枝——分為從導(dǎo)體的內(nèi)半導(dǎo)電層上產(chǎn)生的內(nèi)導(dǎo)水樹（危害最大）、從絕緣的外半導(dǎo)電層產(chǎn)生的外導(dǎo)水樹、從絕緣層中空隙等產(chǎn)生的蝴蝶結(jié)形水樹3類。在比引發(fā)電樹枝低得多的電場強度下即可發(fā)生。樹枝管有的大體不連續(xù)，內(nèi)聚凝有水分，主干樹枝較鈕，分枝多而且密集電纏繞緣層中產(chǎn)生水樹的位量1—內(nèi)導(dǎo)水樹；2—外導(dǎo)水樹；3一蝴蝶結(jié)型水樹2023/9/21電力電纜資料332023/7/31電力電纜資料33水樹枝2023/9/21電力電纜資料34水樹枝2023/7/31電力電纜資料342、化學(xué)方面硫化對電纜絕緣影響最大。由于硫化物(硫化氫等)透過護套及絕緣層與電纜的銅導(dǎo)體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化銅和氧化銅等物質(zhì)，這些物質(zhì)在絕緣層中從內(nèi)導(dǎo)一例向護套一例呈樹枝狀伸展統(tǒng)稱為化學(xué)樹。它在比形成電樹枝低很多的場強下即可產(chǎn)生，此外，還有物理物理老化、機械老化以及生物侵蝕造成的老化?；瘜W(xué)樹枝2023/9/21電力電纜資料352、化學(xué)方面化學(xué)樹枝2023/7/31電力電纜資料35絕緣層中的各種樹枝(a)電樹枝；(b)電化樹枝；(c)水樹枝2023/9/21電力電纜資料36絕緣層中的各種樹枝2023/7/31電力電纜資料36水樹長度與關(guān)系(3.8kV以下)水樹數(shù)量與關(guān)系(8.8kV以下)2023/9/21電力電纜資料37水樹長度與關(guān)系(3.8kV以下)水樹數(shù)量與五、電纜附件（一）電纜終端電場分布

電纜終端處的放電，是極不均勻電場中的放電。電暈放電和滑閃放電是主要的放電形式。（1）首先在金屬屏蔽層附近，或法蘭邊緣處發(fā)生電暈放電，出現(xiàn)紫色的暈光及絲絲聲響。隨著電壓的升高，電暈向前延伸．逐漸形成由許多平行火花細(xì)線組成的光帶。這些細(xì)光帶雖較電暈明亮，但仍較弱。放電細(xì)線的長度隨電壓正比增加。放電通道中的電流密度較小、壓降較大——輝光放電。2023/9/21電力電纜資料38五、電纜附件電纜終端處的放電，是極不均勻電（2）當(dāng)電壓超過某臨界值后，個別細(xì)線開始迅速增長，進而轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?、紫色、明亮得多的火花。特點：通道中電流密度較大，壓降較小?；W放電火花隨外施電壓增加迅速增長，電壓稍有增加，滑閃放電火花就可能延伸到高壓極，形成完全擊穿。若金屬屏蔽處法蘭很光滑，輝光放電可能不明顯而直接出現(xiàn)滑閃放電。2023/9/21電力電纜資料39（2）當(dāng)電壓超過某臨界值后，個別細(xì)線開始迅速增長，進而轉(zhuǎn)變?yōu)闃O不均勻電場中，沿面閃絡(luò)電壓比同樣距離的純空氣間隙的擊穿電壓小。由于強垂直分量的作用易引起熱游離和出現(xiàn)滑閃放電。2023/9/21電力電纜資料40極不均勻電場中，沿面閃絡(luò)電壓比同樣距離的純空氣2023/9/21電力電纜資料412023/7/31電力電纜資料41（二）連接接頭盒的典型結(jié)構(gòu)1、油浸紙絕緣電纜110一220kV自容式充油電纜普通接頭

1一封鉛2一接地屏蔽3—電纜芯4—半導(dǎo)體屏蔽5一外殼6—增繞絕緣7—芯管8—壓接管9一油嘴2023/9/21電力電纜資料42（二）連接接頭盒的典型結(jié)構(gòu)110一220kV自容式充油電纜普特點：（1）電壓較低的粘性浸質(zhì)紙絕緣電纜導(dǎo)電線芯是通過連接套、采用焊接(錫焊)或壓接的方法將線芯連接。（2）高壓的充油電纜要求：保證電氣連通和油流的暢通無阻。方法：靠近連接端的電纜絕緣一般切削成階梯或錐形面(反應(yīng)力錐)，然后包纏填充絕緣，再包繞增繞絕緣。增繞絕緣兩端形成應(yīng)力錐面（表面場強均勻）。兩根相接的電纜的屏蔽為等位面。整個裝置與壓力供油箱連通。2023/9/21電力電纜資料43特點：2023/7/31電力電纜資料432、橡塑絕緣電纜連接盒由于沒有金屬護套和浸漬劑，只需用普通連接盒將電纜各制造長度連接起來。目前橡塑絕緣電纜的附件裝置主要以預(yù)制式為主。對35kV及以下的電纜，導(dǎo)電線芯連接以后，在原有工廠絕緣的上面套一熱縮材料制成的應(yīng)力管，然后再做其他部分的連接處理。2023/9/21電力電纜資料442、橡塑絕緣電纜連接盒2023/7/31電力電纜資料44對于高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電線的連接盒，目前主要是在金屬屏蔽層邊緣的電場集中處安裝以預(yù)制成型的應(yīng)力錐。預(yù)制式應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)圖

2023/9/21電力電纜資料45對于高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電線的連接盒電容錐式終端接頭盒內(nèi)外絕緣相對位置示意

1一線芯2一工廠絕緣3一電纜護套4—電容錐極板5—屏蔽罩6一瓷套7一法蘭2023/9/21電力電纜資料46電容錐式終端接頭盒內(nèi)外絕緣相對位置示意

1一線芯22023/9/21電力電纜資料472023/7/31電力電纜資料47

低壓戶外終端接頭10kV戶外終端頭

l—端子2—密封管

3一絕緣管4—單孔防雨裙

5一三孔防雨裙6一手套

7一接地線8一PVC護套2023/9/21電力電纜資料48低壓戶外終端接頭2023/9/21電力電纜資料492023/7/31電力電纜資料49冷縮三指套預(yù)制式硅橡膠電纜戶外終端頭2023/9/21電力電纜資料50冷縮三指套預(yù)制式硅橡膠電纜戶外終端頭2023/7/31五、電力電纜的載流量（一）電纜的長期允許載流量電纜長期允許載流量是指當(dāng)電纜通過電流時在達(dá)到熱穩(wěn)定后，電纜導(dǎo)體的溫度恰好達(dá)到長期允許工作溫度則的電流數(shù)值。主要決定因素：電纜的長期允許工作溫度。電纜本身的散熱性能。電纜裝置情況及其周圍的散熱條件。

2023/9/21電力電纜資料51五、電力電纜的載流量2023/7/31電力電纜資料51不同電壓等級和絕緣型式的電纜，其最高允許工作溫度值不同。電纜絕緣層受熱膨脹，造成保護層過度伸展，使電纜內(nèi)部產(chǎn)生氣隙，這些氣隙在電場的作用下發(fā)生游離，最后導(dǎo)致絕緣的破壞。電纜的電壓等級越高