电力电缆基本理论知识电力电缆基本理论知识第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类n n定义：有外包绝缘的绞合导线。一、电缆线路的优缺点：优点：优点：占地少；占地少； 供电可靠，减少自然人为的损害供电可靠，减少自然人为的损害 ； 触电的可能性小，带电部分在绝缘层内；触电的可能性小，带电部分在绝缘层内； 有利于提高电力系统的功率因数，降低线路有利于提高电力系统的功率因数，降低线路损耗损耗 ，对地电容大，输出的无功容量大，对地电容大，输出的无功容量大 ； 运行维护工作简单方便运行维护工作简单方便 ，2323年作一次预防年作一次预防性试验性试验 ； 有利于美化城市，具有保密性有利于美化城市，具有保密性 第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类缺点：缺点： 投资费用大（同样的截面，电缆的输送容量投资费用大（同样的截面，电缆的输送容量比架空线路小）；比架空线路小）； 线路不易改变线路不易改变 ； 不易分支不易分支 ； 故障测寻、修复困难（直埋）；故障测寻、修复困难（直埋）； 电缆接头附件的制作工艺要求高，费用高电缆接头附件的制作工艺要求高，费用高 （1 1）满足绝缘要求较高）满足绝缘要求较高 （2 2）密封性要求较高）密封性要求较高第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类n n电力电缆在电网中的作用：电力电缆在电网中的作用：1 1、电力线路密集的发电厂和变电站；、电力线路密集的发电厂和变电站；2 2、现代大、中城市的繁华市区、高层建筑区和主要、现代大、中城市的繁华市区、高层建筑区和主要道路；道路；3 3、供电可靠性和安全运行要求较高、电网结构中的、供电可靠性和安全运行要求较高、电网结构中的重要线路和重要负荷用户；重要线路和重要负荷用户；4 4、建筑面积较大、负荷密度较高的住宅区和依据城、建筑面积较大、负荷密度较高的住宅区和依据城市规划不宜通过架空线路的街道或地区。市规划不宜通过架空线路的街道或地区。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类二、电缆的基本结构二、电缆的基本结构 三大组成部分三大组成部分( (三要素三要素) )：导体、绝缘层、护层。导体、绝缘层、护层。（屏蔽层）（屏蔽层）（一）导体（线芯）（一）导体（线芯）1 1、作用：传导电流，输送电能、作用：传导电流，输送电能 2 2、材料要求：导电性能；、材料要求：导电性能； 机械性能（抗拉、有韧性）机械性能（抗拉、有韧性） T T（不标志）（不标志）L L第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类3、规格与结构（1）截面：2.5，4，6，10，16，25，35，50，70，95，120，150，185，240，300，400，500，630，800，1000mm2共20种（2）芯数：电缆线芯输电线数 单芯、双芯、三芯、四芯 五芯（3）形状：圆形、椭圆、扇形（4）结构：大截面多股绞合，增加柔韧性，同样的截面下，股数越多越易弯曲第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（二）绝缘层（二）绝缘层 1 1、作用：将线芯与大地或着不同线芯间在电气上、作用：将线芯与大地或着不同线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送。彼此隔离，保证电能输送。 2 2、材料要求：主要电气性能：、材料要求：主要电气性能：绝缘强度绝缘强度kV/cmkV/cm（工频）（工频）相对介电常数相对介电常数介质损耗角正切介质损耗角正切TanTan体积电阻率体积电阻率cmcm 第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类其它性能 耐电晕好（绝缘层气泡或表面局部放电） 耐老化性能 绝缘等级最高允许运行温度第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类3 3、目前电缆中广泛使用的绝缘材料种类和特点、目前电缆中广泛使用的绝缘材料种类和特点（1 1）油）油浸纸绝缘浸纸绝缘 怕水，密封性要求高。淘汰。除怕水，密封性要求高。淘汰。除500kV500kV及以上超高及以上超高 压充油电缆外，基本被交联压充油电缆外，基本被交联电缆所取代电缆所取代（2 2）橡胶绝缘）橡胶绝缘柔软、可柔性好，可移动用电和柔软、可柔性好，可移动用电和供电装置。（怕油）供电装置。（怕油）（3 3）塑料绝缘）塑料绝缘 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）电气性能和机械电气性能和机械强度大、耐酸耐碱、不延燃。介损大，运行温度强度大、耐酸耐碱、不延燃。介损大，运行温度低，低，6KV6KV以下电缆。以下电缆。 聚乙烯（聚乙烯（PEPE）太脆，容易在机械应力下太脆，容易在机械应力下产生裂纹产生裂纹交联聚乙烯（交联聚乙烯（XLPEXLPE） 耐压强度高，介损低、耐压强度高，介损低、不易老化、耐电晕、韧性好、耐热好长期允许温不易老化、耐电晕、韧性好、耐热好长期允许温度度900C900C，允许过载温度，允许过载温度1051300C1051300C，短路时能承，短路时能承受受2500C2500C的瞬时高温。的瞬时高温。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类4、压力电缆绝缘自容式充油电缆：在导电线芯中有一油管，与油箱相连。 使用低黏度油。 低油压：0.020.3MPa 中油压：0.40.8MPa 高油压：1.01.5MPa第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（三）保护层（电缆护层）（三）保护层（电缆护层）1 1、电缆的护层的作用和结构、电缆的护层的作用和结构（1 1）作用）作用在电缆使用寿命期间保护绝缘层不受在电缆使用寿命期间保护绝缘层不受水分、潮气及其它有害物质的侵入，承受敷设条水分、潮气及其它有害物质的侵入，承受敷设条件下的机械外力，使电缆不受机械损伤和各种环件下的机械外力，使电缆不受机械损伤和各种环境因素的影响，确保电缆绝缘的电气性能长期稳境因素的影响，确保电缆绝缘的电气性能长期稳定。定。（2 2）结构）结构内护套和外护层内护套和外护层 内护套内护套绝缘的直接保护层绝缘的直接保护层 外护层外护层内衬层、铠装层和外被层三个同内衬层、铠装层和外被层三个同心圆。心圆。 2 2、电缆护套。、电缆护套。 用以防止绝缘层受潮、机械损伤以及光和化学侵蚀用以防止绝缘层受潮、机械损伤以及光和化学侵蚀性媒质等的作用。性媒质等的作用。（1 1）金属：铅或铝（看教材比较铅和铝的特性）金属：铅或铝（看教材比较铅和铝的特性） 铅：密封性好，耐腐蚀性好，但机械强度差，易铅：密封性好，耐腐蚀性好，但机械强度差，易龟裂。龟裂。 铝：重量轻，机械性能好，但熔点高，耐腐蚀性差。铝：重量轻，机械性能好，但熔点高，耐腐蚀性差。直径在直径在40mm40mm以上采用扎纹工艺即波纹铝护套以上采用扎纹工艺即波纹铝护套（2 2）非金属：有一定透水性。）非金属：有一定透水性。塑料（聚氯乙烯和聚乙烯）、橡胶塑料（聚氯乙烯和聚乙烯）、橡胶一般交联聚乙烯护套为聚氯乙烯或聚乙烯护套。一般交联聚乙烯护套为聚氯乙烯或聚乙烯护套。 3 3、外护层、外护层包覆在电缆护套外面的保护覆盖层，保护电包覆在电缆护套外面的保护覆盖层，保护电缆免受机械损伤和腐蚀。缆免受机械损伤和腐蚀。 常用的有金属内护层的外护层和塑料护套内护层的外护层。常用的有金属内护层的外护层和塑料护套内护层的外护层。 金属护套的外护层金属护套的外护层 (a)(a)内衬层：金属护套与铠装之间，保护护套不被铠装扎内衬层：金属护套与铠装之间，保护护套不被铠装扎 绕包型绕包型沥青涂料、塑料带、无纺布。沥青涂料、塑料带、无纺布。 挤包层挤包层沥青涂料加聚氯乙烯或聚乙烯套。沥青涂料加聚氯乙烯或聚乙烯套。 (b)(b)铠装层：（钢）金属带或金属丝，起机械保护作用（拉铠装层：（钢）金属带或金属丝，起机械保护作用（拉力或压力）力或压力） 钢带钢带承受压力，适应地下直埋敷设。承受压力，适应地下直埋敷设。 钢丝钢丝承受拉力，适应水底或直埋敷设。承受拉力，适应水底或直埋敷设。 (c)(c)外被层：密封和防潮，防止铠装层和金属护套遭受化学外被层：密封和防潮，防止铠装层和金属护套遭受化学腐蚀。腐蚀。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类4 4、材料、材料: : 与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环境与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环境有关有关. . 如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压的的 橡塑电缆就不需要；埋在地下的电缆需要铠装，橡塑电缆就不需要；埋在地下的电缆需要铠装，敷设在海底的电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、敷设在海底的电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、排管、电缆沟内的电缆又可以不要铠装；外被层排管、电缆沟内的电缆又可以不要铠装；外被层（或外护套）是用来保护铠装层或内护套的，一（或外护套）是用来保护铠装层或内护套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的场所也般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的场所也可做成阻燃型。可做成阻燃型。 第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（四）屏蔽层（四）屏蔽层1 1、作用、作用（1 1）内屏蔽）内屏蔽导体屏蔽层导体屏蔽层作用：作用：可以均匀线芯表面的不均匀电场，减小因导丝效应可以均匀线芯表面的不均匀电场，减小因导丝效应所引起的表面最大场强。所引起的表面最大场强。提高了电缆局部放电的起始放提高了电缆局部放电的起始放电电压，减小局部放电的可能性。由于三层共挤结构使高电电压，减小局部放电的可能性。由于三层共挤结构使高低压电极紧密结合在绝缘表面，不易产生局部放电。低压电极紧密结合在绝缘表面，不易产生局部放电。防防止导体表面金属毛刺直接刺入绝缘层引起尖端产生的高电止导体表面金属毛刺直接刺入绝缘层引起尖端产生的高电场所形成的电树枝或线芯进水形成的水树枝（在半导电屏场所形成的电树枝或线芯进水形成的水树枝（在半导电屏蔽料中加入能捕捉水分的物质）蔽料中加入能捕捉水分的物质）热屏障作用，防止线芯热屏障作用，防止线芯瞬时温度升高直接冲击到绝缘层。瞬时温度升高直接冲击到绝缘层。总之：能消除导体表面的不光滑所引起导体表面电场强度的总之：能消除导体表面的不光滑所引起导体表面电场强度的增加，避免导体与绝缘层之间发生局部放电。增加，避免导体与绝缘层之间发生局部放电。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（2 2）外屏蔽）外屏蔽绝缘屏蔽层绝缘屏蔽层绝缘屏蔽层：可剥离屏蔽和粘接型屏蔽（绝缘屏蔽层：可剥离屏蔽和粘接型屏蔽（110KV110KV以上为粘接以上为粘接型屏蔽）型屏蔽）作用是使绝缘层表面和金属屏蔽层或内护套结合紧密，防止作用是使绝缘层表面和金属屏蔽层或内护套结合紧密，防止电缆受弯曲应力时绝缘表面受到张力而伸长，从而引起的电缆受弯曲应力时绝缘表面受到张力而伸长，从而引起的局部放电或开裂的不良反应。局部放电或开裂的不良反应。 一般一般3KV3KV以上以上XLPEXLPE电缆应该有内外屏蔽层。电缆应该有内外屏蔽层。（3 3）屏蔽铜带或铜丝（防干扰或保护绝缘层）屏蔽铜带或铜丝（防干扰或保护绝缘层）将电场限制在电缆内部和保护电缆免受外界电气干扰的外包将电场限制在电缆内部和保护电缆免受外界电气干扰的外包接地屏蔽层。接地屏蔽层。作用：作用：使电场方向和绝缘半径方向相同使电场方向和绝缘半径方向相同正常情况下流过正常情况下流过电容电流，短路情况下流过短路故障电流电容电流，短路情况下流过短路故障电流防止轴向表面防止轴向表面放电。放电。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类三、电缆的种类（一）按电压等级分类U0/U（Um） U0：指电缆导体和接地的外屏蔽层（或金属套）之间的额定工作电压（相电压？）U：电缆任何两个导体之间的额定工作电压，即电力系统之间的标称电压（额定线电压）Um=1.15U第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类选取选取U U0 0的原则：应该符合电力系统中性点接地方式的原则：应该符合电力系统中性点接地方式的要求的要求 （1 1）中性点直接接地系统，单相接地非故障相电压不变，）中性点直接接地系统，单相接地非故障相电压不变，（2 2）中性点不接地系统（或经消弧线圈接地）中，单相接地故障时非故）中性点不接地系统（或经消弧线圈接地）中，单相接地故障时非故障相电压升高倍障相电压升高倍n n所以：所以： （1 1）中性点有效接地）中性点有效接地U0U0取系统的相电压。取系统的相电压。n n如如10KV10KV线路取线路取6/10KV6/10KV；35KV35KV线路取线路取21/35KV21/35KV。n n（2 2）中性点非有效接地）中性点非有效接地U0U0要比系统的相电压高要比系统的相电压高一档。一档。10KV10KV线路取线路取8.7/10 KV8.7/10 KV；35KV35KV线路取线路取26/35KV26/35KV。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类根据根据IECIEC标准推荐，以标准推荐，以U U的大小为顺序划分电缆的类别的大小为顺序划分电缆的类别名称U（KV）U0/U（KV）低压电缆10.6/1中压电缆6-356/6，6/10，8.7/10，12/20，21/35，26/35高压电缆45-15038/66，50/66，64/110，87/150超高压电缆220-500127/220，190/330，290/500第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（二）按绝缘和结构的不同分类1、纸绝缘电缆纸绝缘铅包电缆（1）统包型带绝缘电缆（10KV及以下） 在每相导电线芯上包缠称为相绝缘纸的油浸纸绝缘带，在各相线芯绞合成缆的同时，在各相线芯之间的空隙填以纸绳，外面再包缠称为统包纸的油浸纸绝缘带，在统包纸外挤压上铅包作防水密封统包型纸绝缘电缆统包型纸绝缘电缆第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（2）分相铅套和分相屏蔽型电缆（2035KV）n n每相有一个接地的铅包，电力线完全垂直于绝缘纸n n在20kV及35kV采用n n致命的缺陷气隙 注：电压再高时用充油电缆分相铅包型纸绝缘电缆分相铅包型纸绝缘电缆电场分布（电场分布（径向型和非径向型径向型和非径向型 ） 第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（3）充油电缆特点：在导电线芯中有一油管，利用单独的带有一定压力的油箱向电缆充油并保持一定的压力。可消除纸绝缘中的气隙，提高工作电场强度。最高工作电压已发展到1100kV。自容自容式充式充油电油电缆及缆及XLPE电缆电缆第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类n n2 2、挤包绝缘电缆、挤包绝缘电缆n n以橡胶或塑料等高分子聚合物为绝缘，经挤出成以橡胶或塑料等高分子聚合物为绝缘，经挤出成型的电缆称为挤包绝缘电缆。型的电缆称为挤包绝缘电缆。n nPVCPVC聚氯乙烯聚氯乙烯n nPEPE聚乙烯聚乙烯n nXLPEXLPE交联聚乙烯交联聚乙烯n nEPREPR乙丙橡胶绝缘乙丙橡胶绝缘n n与纸相比有哪些优点：与纸相比有哪些优点：n n制造周期短，生产效率高，安装工艺简便不受垂制造周期短，生产效率高，安装工艺简便不受垂直落差的限制。直落差的限制。 交联电缆与纸绝缘电缆的比较交联电缆与纸绝缘电缆的比较n n 交联电缆交联电缆 油纸电缆油纸电缆n n介电常数介电常数 20 20 2.3 3.4 2.3 3.4n n介质损耗介质损耗tg20 0.0005tg20 0.0005 0.003 0.003n n体积电阻体积电阻 .cm.cm 10 101515 10101313n n最高运行温度最高运行温度 9090 65 65n n允许高差允许高差 无无 有有n n安装工艺安装工艺 简单简单复杂复杂n n制造工艺制造工艺 简单简单复杂复杂n n金属防水层中金属防水层中低压无低压无全有全有XLPE 电电缆缆XLPE 电缆电缆第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类（三）按电缆特殊用途分类1、输送大容量电缆（1）管道充气电缆400KV以上，1000MVA以上。（2）超导电缆2、光纤复合电力电缆将光纤组合在电力电缆的结构层中使电缆具有电力传输和光纤通信两种功能。第一章第一章 电缆线路基本结构和种类电缆线路基本结构和种类3 3、防火电缆、防火电缆阻燃电缆和耐火电缆阻燃电缆和耐火电缆（1 1）用途：有防火要求的场所，例如变配电站的电）用途：有防火要求的场所，例如变配电站的电缆层、电缆沟、隧道和竖井等。缆层、电缆沟、隧道和竖井等。（2 2）分类）分类阻燃电缆阻燃电缆Z Z：具有阻滞、延缓火焰沿其表面蔓延，使：具有阻滞、延缓火焰沿其表面蔓延，使火灾不扩大的电缆。火灾不扩大的电缆。耐火电缆耐火电缆N N：当受到外部火焰以一定高温和作用期：当受到外部火焰以一定高温和作用期间，在施加额定电压下具有维持通电运行功能的间，在施加额定电压下具有维持通电运行功能的电缆。电缆。无卤无卤W+W+低卤低卤D+D+低烟低烟D WDZD WDZ无卤低烟阻燃电缆无卤低烟阻燃电缆 DDZDDZ：DDNDDN