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(hù)套；

8—墊層；9—鋼絲鎧裝；10—聚氯乙烯外護(hù)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(hù)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(xiàn)芯作用：

a、使外表面光滑，避免引起電場(chǎng)集中；

b、防止擠塑半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)半導(dǎo)電料進(jìn)入線(xiàn)芯；

c、可有效地防止水分順線(xiàn)芯進(jìn)入。

注意安裝時(shí)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(xiàn)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(chǎng)和降底線(xiàn)芯表面場(chǎng)強(qiáng)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(shù)枝生長(zhǎng)；

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(guò)電壓長(zhǎng)期作用，因此其耐電強(qiáng)度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性能是保證整個(gè)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(qiáng)度。

作為近年來(lái)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(diǎn)是：

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

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(duì)于超高壓長(zhǎng)距離輸電非常有利。

但它也有明顯的缺點(diǎn)：

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(chǎng)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(jī)械應(yīng)力效應(yīng)嚴(yán)重。

所以，交聯(lián)電纜的生產(chǎn)特別強(qiáng)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(duì)于交聯(lián)電纜附件，除了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確合理外，最重要的問(wèn)題也是清潔問(wèn)題，尤其是附件所涉及絕緣界面往往是電場(chǎng)易變的地方，一但有雜質(zhì)、氣隙等，其絕緣性能會(huì)顯著下降。

（1）絕緣材料：

交聯(lián)聚乙烯與聚乙烯性能對(duì)比：

聚乙烯經(jīng)過(guò)交聯(lián)后大大地提高了聚乙烯的機(jī)械、耐熱抗蠕變以及抗環(huán)境開(kāi)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(biāo)稱(chēng)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(duì)絕緣的影響：

幾個(gè)國(guó)家廠(chǎng)商對(duì)絕緣中氣隙尺寸要求及生產(chǎn)水平：

 

廠(chǎng)商及品種	氣隙尺寸/μm
	內(nèi)層	中外層
上海電纜廠(chǎng)干法工藝	<3	<3
上海電纜廠(chǎng)濕法工藝	數(shù)微米	10-30
德國(guó)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(yàn)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)電纜高壓試驗(yàn)分委員會(huì)（RPST）規(guī)定11—77kV電纜	<80
美國(guó)聯(lián)合愛(ài)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(guò)30個(gè)
我國(guó)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(wú)法緊密接觸而產(chǎn)生氣隙的弱點(diǎn)，而把氣隙屏蔽在工作場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)的低壓電極，當(dāng)局部有毛刺時(shí)也會(huì)形成電場(chǎng)強(qiáng)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(wú)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(xiàn)路接地系統(tǒng)的處理

單芯電纜的導(dǎo)線(xiàn)與金屬屏蔽的關(guān)系，可看作一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組。當(dāng)電纜的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)交流電流時(shí)，其周?chē)a(chǎn)生的一部分磁力線(xiàn)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(xiàn)路的長(zhǎng)度和流過(guò)導(dǎo)體的電流成正比，電纜很長(zhǎng)時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來(lái)可達(dá)到危及人身安全的程度，在線(xiàn)路發(fā)生短路故障、遭受操作過(guò)電壓或雷電沖擊時(shí)，屏蔽上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。如果屏蔽兩端同時(shí)接地使屏蔽線(xiàn)路形成閉合通路，屏蔽中將產(chǎn)生環(huán)形電流，電纜正常運(yùn)行時(shí)，屏蔽上的環(huán)流與導(dǎo)體的負(fù)荷電流基本上為同一數(shù)量級(jí)，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(xiàn)外護(hù)套應(yīng)有良好的絕緣。以下是單芯電纜線(xiàn)路的幾種接地方式：

1、屏蔽一端直接接地，另一端通過(guò)護(hù)層保護(hù)接地：

當(dāng)線(xiàn)路長(zhǎng)度大約在500~700m及以下時(shí)，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(guò)護(hù)層保護(hù)器接地。這種接地方式還須安裝一條沿電纜線(xiàn)路平行敷設(shè)的回流線(xiàn)，回流線(xiàn)兩端接地。敷設(shè)回流線(xiàn)時(shí)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(xiàn)路一半處換位。(見(jiàn)下圖)

1、屏蔽中點(diǎn)接地

當(dāng)線(xiàn)路長(zhǎng)度大約在1000~1400m時(shí)，須采用中點(diǎn)接地方式。

在線(xiàn)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(guò)護(hù)層保護(hù)器接地。中間接地點(diǎn)一般需安裝一個(gè)直通接頭(見(jiàn)下圖)

中點(diǎn)接地方式也可采用第二種方式，即在線(xiàn)路中點(diǎn)安裝一個(gè)絕緣接頭，絕緣接頭將電纜屏蔽斷開(kāi)，屏蔽兩端分別通過(guò)護(hù)層保護(hù)器接地，兩電纜終端屏蔽直接接地。(見(jiàn)下圖)

1、屏蔽層交叉互聯(lián)：

電纜線(xiàn)路很長(zhǎng)時(shí)(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(xiàn)路分成長(zhǎng)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(jìn)行換位連接，交叉互聯(lián)箱裝設(shè)有一組護(hù)層保護(hù)器，線(xiàn)路上每?jī)山M絕緣接頭夾一組直通接頭。(見(jiàn)下圖)

1)護(hù)層：

作用：是保護(hù)絕緣和整個(gè)電纜正?？煽抗ぷ鞯闹匾ＷC，針對(duì)各種環(huán)境使用條件設(shè)計(jì)有相應(yīng)的護(hù)層結(jié)構(gòu)，主要是機(jī)械保護(hù)（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(jìn)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(chǎng)分布與結(jié)構(gòu)特性：

A、電力線(xiàn)及等位線(xiàn)

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

（1）、電力線(xiàn)與等位線(xiàn)直角相交（正交）；

（2）、用電力線(xiàn)分析電場(chǎng)時(shí)，集中的部位電場(chǎng)強(qiáng)度高；

（3）、用等位線(xiàn)分析電場(chǎng)時(shí)，曲率半徑愈小的地方場(chǎng)強(qiáng)越高。

 

B、電纜末端（電纜終端）電場(chǎng)分布

當(dāng)電纜的絕緣屏蔽層切開(kāi)之后，在外屏蔽端口將產(chǎn)生電應(yīng)力集中現(xiàn)象，電場(chǎng)突然變化，并且電纜終端處電場(chǎng)分布畸變要比接頭中的電場(chǎng)畸變嚴(yán)重，電場(chǎng)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(qiáng)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(chǎng)分布。

應(yīng)控管是通過(guò)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(chǎng)中電力線(xiàn)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(chǎng)成非線(xiàn)性關(guān)系變化的特性，即當(dāng)外施電場(chǎng)增加時(shí)，電阻率下降）。

由此可見(jiàn)，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(dāng)高介電常數(shù)的材料有一定厚度時(shí)，電力線(xiàn)在另一面的位移就大，位移越大，場(chǎng)強(qiáng)越小。

6―35kV應(yīng)力管的長(zhǎng)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(duì)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(chǎng)分布有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于超高壓電纜來(lái)說(shuō)，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(huì)使應(yīng)力層在運(yùn)行時(shí)電阻電流發(fā)熱而老化，同時(shí)介電常數(shù)過(guò)大，電容電流也會(huì)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(jí)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(yán)格，如果喇叭口制做的不合適會(huì)引起電場(chǎng)在此集中，特別是現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，因而目前是國(guó)外較常采用的一種方法。

D、接頭電場(chǎng)分布

應(yīng)力錐的曲線(xiàn)曲率，及屏蔽套的兩端口曲率半徑直接影響到電場(chǎng)分布。