電力電纜專題講座

1、電力電纜專題講座一、 概述二、 電力電纜的分類三、 交聯(lián)聚乙烯電纜四、 電纜的載流量五、 電纜附件六、 電纜的老化七、 電纜故障測距一、電力電纜在電力系統(tǒng)中的作用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） 電纜線路導體，絕緣層，保護覆蓋層；受氣候影響小，安全耐用， 基本結構：（1） 導電線芯（銅和鋁線長度、電阻相等時，鋁線重量為銅線的一半左右）多股導線扭絞而成便于運輸和輻射，需要彎曲（2） 電纜護層目的：為防止水分等侵入絕緣層。材料：鉛包（柔軟，耐腐蝕，機械強度低，稀缺金屬）或鋁包護套。加強：鋼帶或鋼絲鎧裝，裝在金屬

2、護套外。防腐場所：鎧裝外裝外護層（3） 絕緣介質35kV及以下，常用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。二、電力電纜的分類紙絕緣電纜1、粘性絕緣電纜2、充油電纜（1）自容式充油電纜（2） 鋼管充油電纜（3） 充氣電纜（三）電力電纜的許用場強1、電場分布2、許用場強的選取二、 電纜附件（一） 電纜終端電場分布（二） 連接接頭盒的典型結構1、 油浸紙絕緣電纜 電壓較低的粘性浸質紙絕緣電纜導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。對高壓的充油電纜，線芯的連接不僅要保證電氣連通，而且要保證油流的暢通無阻。一般方法是在線

3、芯中心泊道中墊以鋼管，線芯外套以連接套，采用冷焊壓接將線芯連接起來，而不允許用焊接或鍛接，以防止對油的污染和造成老化?？拷B接端的電纜絕緣(工廠絕緣)一般切削成階梯或錐形面(反應力錐)，然后包纏填充絕緣至與電纜絕線外徑相同，再在其外包繞增繞絕緣。增繞絕緣兩端形成應力錐而。應力錐面和反應力錐面均按使其表面的切向場強為一常數(shù)(或小于一常數(shù))設計的。兩根相接的電纜的屏蔽用經(jīng)過應力錐及增統(tǒng)絕線表面上包紹的導體(如鉛絲)完全連接起來形成等位而。整個裝置與壓力供油箱連通，保證油的供給和循環(huán)粘性浸漬紙絕線電纜的連接盒內應淄滿電纜膠。圖83為充油電纜普通連接接頭盒。 為了減小金屬護套損耗，長電纜線路各相電纜的

4、金屑護套需交叉換位互聯(lián)接地這時電纜的連接須用絕織接頭盒。其內絕緣結構尺寸和普通接頭相同，但增繞絕緣外纏繞的半導體紙和金屬接地層都要在接頭中間斷開、不能連續(xù)。接頭的外殼銅管中間部分用環(huán)氧樹脂絕緣片或瓷質絕緣墊片隔開，使電纜的金屬屏蔽層(金屬護套)在軸向絕線。 為了防止電纜故陳漏油擴大到整個電纜線路，并分陰電纜線路油壓，使各段電纜內部壓力不超過允許值及減少暫態(tài)油壓的變化，往往采用塞止式連接盒。其只作電纜的電氣連接，將被連接的電纜油道隔開，使泊流互不相通。其結構分單室式和雙室式兩種。它們是用個(單室)和兩個(雙室)環(huán)氧樹脂套管(或瓷套管)將被連接的兩根電纜的油流分開。如圖84為一雙室式塞止式連接盒結

5、構田。2橡塑絕緣電纜連接盒 橡塑絕緣電力電統(tǒng)一般沒有金屬護套和浸漬劑故只需用普通連接盒將電纜各制造長度連接起來。過去按照制造工藝分為繞包帶型，模塑型和壓力澆鑄型等類型。隨著工藝技術的發(fā)展，目前橡塑絕緣電纜的附件裝置主要以預制式為主。對35kv及以下的電纜，導電線芯連接以后，在原有工廠絕緣的上面套一熱縮材料制成的應力管，然后再做其他部分的連接處理。熱縮應力管，是由聚乙烯料加入一定的配合劑，經(jīng)輻照交聯(lián)后制成。這種管材具有“記憶”效應，即按預定尺寸制成后經(jīng)冷擴工藝過程，然后安裝在接頭處，再予以加熱瞥材臺自動收縮到原先的尺才，應力管便牢牢地套在工廠絕緣上。對于高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電線的連接盒，目前主

6、要是在金屑屏蔽層邊緣的電場集中處安裝以預制成型的應力錐。應力錐的類型和結構尺寸如圖85。五、電纜的故障測距（一）電纜故障原因（1）絕緣破壞：特別是塑料絕緣電力電纜，由于樹枝狀放電，降解破壞。絕緣在長期電場作用下，就臺發(fā)生樹枝化放電，使絕緣降解破壞，造成員穿擊穿。由于絕緣層的介質損耗和錢芯護層損耗，可能造成電紉過熱，進而加速了絕緣層老化。電纜密封不嚴，絕緣層進入水分而變城，電纜過負荷或散熱不良，安裝于電纜密集地區(qū)、電線溝及電纜隧道等通風不良處的電纜，穿在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜，都會因過熱而使絕線加速損壞。（2） 機械損傷：1)直接受外力作用造成的破壞。2)敷設過程造成損壞。3)自

7、然力造成損壞。（3） 護層腐蝕。（4） 過電壓（電應力）。（5） 材料缺陷。（6） 中間接頭和終端頭的設計和制作工藝問題 中間接頭和終端頭的設計不周密，選用材料不當，電場分布考慮不合理，機械強度和裕度不夠等是設計的主要弊病。另外中間接頭和終端頭的制作工藝要求不嚴，不技工藝規(guī)程的要求進行，使電纜頭的故障增多，例如封鉛不嚴，導線連接不牢，芯線彎曲過度，使用的絕緣材料有潮氣，絕緣劑未溜滿造成盒內有空氣隙等。（二）故障分類(1)低阻接地或短路故陷(2)高阻接地或短路故陷(3)斷線故障 電纜各芯絕線良好，但有一芯或數(shù)芯導體不連續(xù)o (4)斷線并接地故障 電纜有一芯或數(shù)芯導體不連續(xù)，而且經(jīng)電阻接地。 (5

8、)閃絡性故陳 這類故障大多在預防性耐壓試驗時發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內。發(fā)生這類故降時，故障現(xiàn)象不一定相同。有時在接近所要求的試驗電壓時擊穿，然后又恢復有時會連續(xù)擊穿但頻率不穩(wěn)定，間隔時間數(shù)秒至數(shù)分鐘不等。（三） 故障測距方法低壓脈沖法高壓脈沖法沖擊閃絡法交聯(lián)聚乙烯電纜的特性由聚乙烯(PE)加入交聯(lián)劑擠出成形后，經(jīng)過化學或物理方法交聯(lián)成交聯(lián)聚乙烯。聚乙烯絕緣雖具有優(yōu)良的電氣性能，但屑于熱塑性材料，即省熱可塑性，當電纜通過較大的電流時，絕緣就會熔融變形，這是由聚乙烯的分子結構所決定的。聚乙烯的分子結構是呈宣鏈狀而交聯(lián)聚乙烯是聚乙烯分子問交聯(lián)形成網(wǎng)狀結構，從而改善了聚乙烯的耐熱變形性能

9、、耐老化性能和機械性能(如固l1所示)。 聚乙烯交聯(lián)的物理方法是輻射法，用高能電子射線照射，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)。這種方法加工性能和經(jīng)濟性都不如化學交聯(lián)。聚乙烯的化學交聯(lián)是在聚乙烯中加入少量的有機過氧化物，常用的是過氧化二異丙苯，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合、失去氫原子的聚乙烯分子間就聯(lián)合起來，變成交聯(lián)聚乙烯(如圖12所示)。交聯(lián)聚乙烯電纜與油紙電纜相比，具有結構簡單，制造周期短，工作溫度高，無油，敷設高差不限，運行可靠，質員輕，安裝、維護簡單和輸電損耗小等優(yōu)點。由十耐熱性和機械性陀好，傳暢容量大，不僅適用于中低壓，而且還

10、可以應用到高壓和超高壓系統(tǒng)中。表11列出了交聯(lián)聚乙烯絕緣與其它絕緣的性能比較，也充分地證明了交聯(lián)聚乙烯絕緣是一種優(yōu)良的絕緣材料。所以交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜不僅在中低壓范圍內能代替?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。交聯(lián)聚乙烯電纜的老化一、電氣方面 (一)游離放電者化 這是在絕絳層與屏蔽層的空隙產(chǎn)生游離放電，而使絕緣受到侵蝕所造成的絕緣老化現(xiàn)象。不過在正常相電壓下，游離放電一般不會發(fā)生，而僅在電纜內部有缺陷時才合成為問題。(二樹老化所謂樹，主要有電樹、水樹兩種。電樹是在局部高電場(絕緣與內半導電層的界面等)作用下，某些缺陷在絕緣層中呈現(xiàn)樹枝狀伸展，最終導致絕緣擊穿。

11、水樹的形成與敷設環(huán)境有關，在有水分和電場共存的狀態(tài)下，可分為從導體的內半導電層上產(chǎn)生的內導水樹、從絕緣的外半導電層產(chǎn)生的外導水樹、從絕緣層中空隙等產(chǎn)生的蝴壤結形水樹3類。特別是從內半導電層上產(chǎn)生的內導水樹，將使電纜購絕緣強度大幅度地降低。 二、化學方面 化學老化是由于敷設環(huán)境所引起的，如把電纜敷設在臺有石油化學物質的地下而造成聚氯乙烯護套產(chǎn)生膨脹。有一種稱為硫化的老化現(xiàn)象，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體產(chǎn)生化學反應，生成硫化銅和氧化銅等物質，這些物質在絕緣層中從內導一例向護套一例呈樹枝狀伸展，如同水樹一樣，這種老化現(xiàn)象統(tǒng)稱為化學樹。此外，還有物理物理老

12、化、機械老化以及生物侵蝕造成的老化。一、水樹的形成與發(fā)展 如前節(jié)所述，水樹就是交聯(lián)聚乙烯電纜在進水的情況下，出于電場的作用，使絕緣體內形成樹枝的現(xiàn)象。迄今為止，這方面還在繼續(xù)進行大量的研究工作，目前已弄清楚納現(xiàn)象有： (1)在水和電場同時存在的條件下發(fā)生水樹。 (2)水樹是由直徑為數(shù)微米的水填滿的空隙群所組成的。 (3)即使在比較低的電場下也能發(fā)生水樹。 (4)絕緣中的雜質、半導電層的缺陷、空隙等高電場處，是水樹引發(fā)的起點。 (5)水樹在直流電壓作用下難于產(chǎn)生，但在交流電壓作用下較易產(chǎn)生，高頻電壓也能促進水樹的發(fā)生。 (6)在高溫水中(例如導體浸水)水樹較易發(fā)生而且也容易延伸。 (7)水樹在形

13、成過程中，由于放電而觀察不到脈沖現(xiàn)象。 (8)發(fā)生水樹的部位，會產(chǎn)生機械變形。國內西安交通大學和武漢高壓研究所對交聯(lián)攝乙烯電線樹老化初步研究結果，也認定樹老化是導致絕緣最后發(fā)生擊穿的主要原因。通過大量人工加速老化試驗表明，與國外研究結果基本相同t可將樹枝分成3類：第一類稱為電樹枝其特點是樹枝放電是從材料不連續(xù)點或界面引發(fā)出來的，樹枝管連續(xù)，內空而沒有水分，管壁上有交聯(lián)聚乙烯因放電而分解產(chǎn)生的碳粒痕跡，分技少而清晰，如圖58(a)所示。第二類稱為電化枝校，它的產(chǎn)生原因基本上與電樹枝相同，只國內西安交通大學和武漢高壓研究所對交聯(lián)攝乙烯電線樹老化初步研究結果，也認定樹老化是導致絕緣最后發(fā)生擊穿的主要

14、原因。通過大量人工加速老化試驗表明，與國外研究結果基本相同t可將樹枝分成3類：第一類稱為電樹枝其特點是樹枝放電是從材料不連續(xù)點或界面引發(fā)出來的，樹枝管連續(xù)，內空而沒有水分，管壁上有交聯(lián)聚乙烯因放電而分解產(chǎn)生的碳粒痕跡，分技少而清晰，如圖58(a)所示。第二類稱為電化枝校，它的產(chǎn)生原因基本上與電樹枝相同，只不過在空隙中滲進了其他化學溶液，當導體材料起化學反應，其生成物(如亞硫酸錫、硫化物溶掖等)在電場作用下蔓延伸入絕緣層形成樹枝狀物，稱為電化樹枝。這種樹枝呈棕褐色，它在比形成電樹枝低很多的場強下即可產(chǎn)生，如圖58(b)所示。第三類稱為水樹枝，它是由水分侵入交聯(lián)絕繞層中，在電場作用下形成的樹枝狀物

15、。它的特點是引發(fā)樹枝的空晾中有水分，也是在比引發(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)，內聚凝有水分，主干樹枝較鈕，分枝多而且密集，如圖58(c)所示。第一節(jié) 油浸紙絕緣電力電纜油浸紙絕緣電纜自1890年問世以來，已有一百多年的悠久歷史，其系列與規(guī)格最完善已廣泛應用于330kV及以下電壓等級的輸配電線路中，并已研制出500一70Gkv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；制造工藝較為復雜；生產(chǎn)周期長；電纜頭制作技術比較復雜等。10kV及以下：三芯統(tǒng)包型10kV及以上：屏蔽型或分

16、相鉛包型兩者tH比，分相屏蔽型電纜結構緊湊外徑小，可節(jié)省金屬護套利外擴層材料。分相鉛(鋁)包電纜電氣性能穩(wěn)定，世外徑大重量較大G這兩種徑向型電纜在結構上各將特點，與非徑向的統(tǒng)包型電纜比較，雖然價格較貴，但具有兩個重要的優(yōu)點：其一是，電纜線芯用園電場均勻，沒有絕緣表面的切向應J，絕緣性能較好。適用于較高電壓竿級的電線；其二是，單相故障不易轉化為相間故障，使畢修更快、史方便。 二、塑料電纜的屏蔽技術 塑料電纜的電氣性能與其絕緣結構密切相關。影響塑料電力電纜運行壽命的樹枝放電和局部放電都與屏蔽結構、屏蔽性能的好壞有直接的關系。所以說，屏蔽結構與屏蔽性能的奸壞直接影響高壓塑料電力電纜的運行壽命： 塑料

17、絕緣電力電纜的屏蔽包括內半導電屏蔽、防發(fā)射屏蔽、外半導電屏蔽祁絕緣外舍屬薄帶屏蔽，現(xiàn)分述如下。 (一)內半導電屏蔽層 電力電纜絕緣層內側(即導電線芯表面用是：(1)消除導電線芯表面的氣隙，提高耐局部放電、樹枝放電的能力、(2)均勻導電線芯表面電場，減少因導55效府所增加的導體表面最大場強。低導絲表面電場強度的20一30。 (3)抑制樹枝的引發(fā)。當導體表面金屬毛刺直接刺人絕緣層時肘會引發(fā)電樹枝。內半導電屏蔽特有效地減弱毛刺附近的電場強度提高耐樹枝放電的特性。尖刺高場強的場致發(fā)減少場致發(fā)射，從而 (4)熱屏蔽作用。當電纜溫度突然升高(線芯發(fā)熱)時，有了半導電腥的隔離，高溫不會立即沖擊到絕緣層，在定

18、程度上降低丁絕緣的溫升，保護主絕緣，蚊有熱屏障作用。從“IEc20A29，t文件中對策乙烯電纜的規(guī)定可以看出，用合適的半導電材料屏蔽后，其最大額定短路溫度可出130 C提高到150 C。 般地，半導電屏蔽材料的電阻率為：rJ10，n Ym。 (二)防發(fā)射屏蔽層 塑料電纜向高壓等級發(fā)展，面臨著局部高場強區(qū)域場致發(fā)射電子，引發(fā)電樹枝而絕緣擊穿的重大技術問題。國內外不少電纜技術專家正致力于高壓塑料電纜絕緣結構中界面引發(fā)電樹枝性能的研究。防發(fā)射屏蔽是這種研究中的一項專利技術，是目前研究復合介質抑制界面電樹枝在電纜中應用的一項重要成果。這對于110kV以上高厭塑料電力電線具有1分重要的意義。 防發(fā)射屏蔽

19、層能有效地防止絕緣層中電場畸變導致電子的發(fā)射，控制電樹枝的引發(fā)。 電纜絕緣層中電場分布的均勻性與絕緣材料的介質常數(shù)s、絕緣結構巾介電常數(shù)的分布情況有很大關系。特別是高壓塑料電力電纜出現(xiàn)了不可缺少的內、外半導電屏蔽層后，父帶來了新的問題如果半導電界面不平整，半導電層有尖凸物、半導電層有凹陷、五分階式絕緣(接頭部位多采用分階絕緣)、復合絕緣界面有缺陷，都將嚴重惡化絕緣層中電場的均勻性“水樹枝的種類很多，對電纜的危害也很大。但是，水樹枝具有消失和重現(xiàn)的特點。有的水樹枝受熱、干燥、抽真空等會消失形態(tài)，浸入熱水中又會重現(xiàn)，水樹枝消失時表明管道發(fā)生閉合，材料細微龜裂后又回彈，但未使結構分解。在實際電細中，干法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜構B少發(fā)現(xiàn)水樹枝，而濕法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜中卻常常見到水樹枝。幾種常見的水樹枝如圖1·24所示。對電纜型號的選擇，府在滿足電纜敷設場合技術要求的前提下，兼顧我國電纜工業(yè)發(fā)展的技術政策，即：線芯以鋁代銅、絕緣層以棕翅代油浸紙、金屬護套以鋁代鉛以及征外護層上發(fā)展棕塑護套或組合護套等。綜合以上諸多用素，電力電纜選擇的一般