電力電纜及附件基礎(chǔ)知識(shí)

第一章電力電纜的基本結(jié)構(gòu)1.2擠包絕緣電力電纜：交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，聚氯乙烯、聚乙烯(PVC)絕纜。二、電纜結(jié)構(gòu)組成及作用1、導(dǎo)體(分緊壓與非緊壓型)導(dǎo)體是提供負(fù)荷電流的通路。由于電流通過導(dǎo)體時(shí)因?qū)w存在電阻而會(huì)產(chǎn)生熱，因此要根據(jù)輸送電流量選擇合適的導(dǎo)體，其直流電阻應(yīng)符合規(guī)定值，以導(dǎo)體是電纜工作時(shí)的高壓電極，而且其表面電場(chǎng)強(qiáng)度最大，如果局部有毛刺內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層是中高壓電纜采用的一項(xiàng)改善金屬電極表面電場(chǎng)分布的重a、承受工作電壓及各種過電壓長(zhǎng)期作用，因此其耐電強(qiáng)度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性能b、能耐受發(fā)熱導(dǎo)體的熱作用而保持應(yīng)有的耐電強(qiáng)度。電纜技術(shù)的進(jìn)步主要是由絕緣技術(shù)的進(jìn)步所決定，從生產(chǎn)到運(yùn)行，絕大部作為近年來廣泛使用的交聯(lián)聚乙烯絕緣(XLPE),它的主要優(yōu)點(diǎn)是：a、優(yōu)良的電氣性能：耐電強(qiáng)度高(工頻擊穿強(qiáng)度20～30kV/mm,介損小 (tgδ≤0.0005),介電常數(shù)小(2.3～2.5);(注：空氣的工頻擊穿強(qiáng)度為1.7—2.1kV/mm,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；因而，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜對(duì)于超高壓長(zhǎng)距離輸電非常有利。但交聯(lián)聚乙烯所以，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4、絕緣屏蔽層(也稱外半導(dǎo)電層):保證能與絕緣層緊密接觸，克服了絕緣層與金屬屏蔽層無法緊密接觸而產(chǎn)生氣隙的弱點(diǎn)，能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)6、內(nèi)護(hù)層(僅中低壓電纜)7、金屬鎧裝層(僅中低壓電纜，高壓電纜中即為金屬屏蔽層)8、外護(hù)層起密封保護(hù)作用，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)，如防火、第二章電纜附件二、電纜附件的電應(yīng)力控制為了分析電纜附件電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)時(shí)，集中的部位電場(chǎng)強(qiáng)度高；(3)用等位線分析電場(chǎng)時(shí)，曲率半徑愈小的地方場(chǎng)強(qiáng)越對(duì)終端來說：電纜畸變最嚴(yán)重處為外屏蔽斷開處；對(duì)接頭來說：除外屏蔽斷開處，還有電力電纜絕緣末端切斷處。為了改善電力電纜絕緣屏蔽層切斷處采用應(yīng)力錐緩解電場(chǎng)應(yīng)力集中。b.參數(shù)型電應(yīng)力控制法：采用高介電常數(shù)材料或非線性電阻材料緩解電場(chǎng)應(yīng)力集中。1、幾何型電應(yīng)力控制方法(應(yīng)力錐):幾何型電應(yīng)力控制方法就是改變電場(chǎng)集中處的幾何形狀，降低該處的場(chǎng)強(qiáng)。有應(yīng)力錐應(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(chǎng)分布。2、參數(shù)型電應(yīng)力控制方法：其原理是采用合適的電氣參數(shù)的材料復(fù)合在電力電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面上，以改變絕緣表面的電位分布，從而達(dá)到改善電場(chǎng)的目的。目前應(yīng)力控制材料的產(chǎn)品已有熱縮應(yīng)力管、冷縮應(yīng)力管、應(yīng)力控制帶等等，一般這些應(yīng)力控制材料的介電常數(shù)e都大于20,體積電阻率為108(a)沒有應(yīng)力控制管(b)裝有應(yīng)力控制管應(yīng)力控制材料的應(yīng)用，要兼顧應(yīng)力控制和體積電阻兩項(xiàng)技術(shù)要求。雖然在理論上介電常數(shù)是越高越好，但是介電常數(shù)過大引起的電容電流也會(huì)產(chǎn)生熱量，促使應(yīng)力控制材料老化。同時(shí)應(yīng)力控制材料作為一種高分子材料，老化后的應(yīng)力控制材料的體積電阻率會(huì)發(fā)生很大的變化，體積電阻率變大，應(yīng)力控制材料成了絕緣材料，起不到改善電場(chǎng)的作用，體積電阻率變小，應(yīng)力控制材料成了導(dǎo)電材料，使電纜出現(xiàn)故障。這就是應(yīng)用應(yīng)力控制材料改善電場(chǎng)的熱縮式電纜附件為什么只能用于中壓電力電纜線路和熱縮式電纜附件經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因所在，同樣采用冷縮應(yīng)力管和應(yīng)力控制帶的電纜附件也有類似問題。XLPE絕緣電纜，由于其絕緣材料的特殊性能，使這種電纜的絕緣強(qiáng)度很高，在一般情況下，本體主絕緣擊穿的可能性很小，同時(shí)配合交聯(lián)聚乙烯的電纜附件，不論是什么形式(如熱縮、預(yù)制、冷縮等)都是用很好的絕緣材料制成，附件本身的絕緣不成問題，所以關(guān)鍵要解決電纜絕緣本體和附件之間的界盡管我們?cè)O(shè)計(jì)附件時(shí)采用了適當(dāng)?shù)脑６?，保證一般電纜使用中不會(huì)出現(xiàn)問題，但由于電纜制造工藝的千差萬變，使得同一截面的電纜絕緣外徑相差非常大，例如：8.7/10kV240mm2XLPE電纜標(biāo)稱絕緣外徑應(yīng)為φ21.5mm,而電纜終端外絕緣材料主要分為兩種：無機(jī)材料和有機(jī)材料；無機(jī)材料主要有瓷、玻璃等；有機(jī)材料主要有橡膠、環(huán)氧樹脂、交聯(lián)聚乙烯等。對(duì)材料有以下幾點(diǎn)要■優(yōu)良的電氣絕緣性能；■優(yōu)良的耐污穢性能；濕閃距離和泄漏距離(爬距)。這三個(gè)參數(shù)對(duì)外絕緣將產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于一種附件，只有取三個(gè)參數(shù)計(jì)算■濕閃距離：淋雨?duì)顟B(tài)下，因升高電壓而產(chǎn)生放電的途徑；■泄漏距離(爬電距離):從高壓端到接地端之間沿絕緣表面拉伸的長(zhǎng)度干閃距離是指上金屬電極至下金屬電極間的最短直線距離。例如，我國(guó)電纜運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：10kV戶內(nèi)電纜終端金具與地和其它相的最小距離不得小于125mm,這就是指最小干閃距離，因?yàn)樵趹魞?nèi)不存在污閃和濕閃問題?，F(xiàn)在很將接線端子和接地線的一部分金屬絕緣起來，從而延長(zhǎng)了主絕緣，使得總長(zhǎng)度仍然大于125mm,對(duì)于戶外10kV附件，一般干閃距離應(yīng)大于250mm。如圖所示，終端外絕緣長(zhǎng)度L=a+c+d或L=0.32(U干-14),式中U干為干放濕閃距離是指當(dāng)雨水以45°角淋在附件上時(shí)，附件上仍存在的干區(qū)長(zhǎng)度，如右上圖所示，a+b等的組合。濕閃電壓一般為干閃的70%~80%。近附件引起的閃絡(luò)。如上圖中所示：濕閃距離=n×b(cm)式中n為裙邊數(shù)。泄漏距離又稱爬電距離、污閃距離，是指附件外絕緣從上金具至下接地部位全部絕緣表面距離。這是由于污穢是均勻附取3.1cm/kV;對(duì)于戶內(nèi)一般取三級(jí)，即2.5cm/kV。例如，10kV戶外污閃距離一般應(yīng)大于31mm/kV×12kV=372mm。110kV戶外污閃距離一般應(yīng)大于泄漏比距=泄漏距離/額定電壓(cm/kV)鹽霧法固體層法等值鹽(NaCL)密度I一輕Ⅲ一重IV一很重安全凈距是指無論在正常最高工作電壓或出現(xiàn)內(nèi)部、外部過電壓時(shí)，不致室內(nèi)、室外配電裝置的安全凈距運(yùn)行電壓(KV)6室內(nèi)相～相帶電部位～地室外相～相帶電部位～地注：表中110、220KV的安全凈距是中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的規(guī)定值6.2主要試驗(yàn)：分型式試驗(yàn)、抽樣試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)和交接試驗(yàn)等■d.沖擊試驗(yàn)：考核耐受過電壓的能力；■f.鹽霧試驗(yàn)(潮濕試驗(yàn)):檢驗(yàn)附件外絕緣耐污穢水平■h.機(jī)械性能試驗(yàn)：考核附件承受外力，內(nèi)部熱脹壓力及電動(dòng)力的能力1、瓷套式戶外終端主要由接線柱、應(yīng)力錐、應(yīng)力錐罩、瓷套和尾管等零4、應(yīng)力錐采用進(jìn)口的橡膠材料注橡成型，并采用彈簧錐托頂緊，克服了應(yīng)力錐由于材料老化帶來的彈性松弛、應(yīng)力錐與電纜絕緣間界面壓力不夠等弊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1、具有瓷套式終端的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，但其外絕緣由瓷套改為復(fù)合套管。2、復(fù)合套管由一個(gè)環(huán)氧玻璃纖維管外部覆蓋耐氣候的絕緣硅橡膠雨裙，兩端由通過陽極氧化處理的鋁合金法蘭封住。具有優(yōu)良的機(jī)械特性，可避免發(fā)生爆炸時(shí)對(duì)周圍設(shè)備的損壞，具有優(yōu)良的防爆性能。3、重量輕，復(fù)合套管重量不足瓷套重量的20%,便于裝卸運(yùn)輸，方便安裝操4、硅橡膠傘裙具有優(yōu)良的耐污性、抗紫外線及良好的抗老化性能。另外由于硅橡膠具有良好的憎水性，即使表面污染相當(dāng)嚴(yán)重，也很難發(fā)生污閃。7.3110kVGIS終端(可分為插拔式和裝配式兩種)可以免受大氣條件和污穢的影響，加上SF6氣體的良好絕緣特性，所以GIS終端的外絕緣采用環(huán)氧樹脂套管，其尺寸比戶外終端小得多。它的內(nèi)絕緣也是采用應(yīng)力錐加彈簧錐托頂緊結(jié)構(gòu)，且為全干式結(jié)構(gòu)，不需加任何絕緣澆注劑，杜2、IEC60859標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了GIS終端與GIS設(shè)備的具體配合尺寸以及電纜制造廠與開關(guān)制造廠各自供貨的范圍。因此，按IEC60859標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的GIS終端可以安裝在任何廠制造的標(biāo)準(zhǔn)型GIS設(shè)備上。但I(xiàn)EC60859標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種接口高度，即分別為470型和757型，因此在GIS終端產(chǎn)品選型時(shí)需與GIS開3、我公司GIS終端的結(jié)構(gòu)形式可分為插拔式和裝配式兩種，兩者也就是在頂部密封處理及尾管結(jié)構(gòu)上有所不同，其他主要結(jié)構(gòu)一致。另外插拔式GIS終端可分為470型和757型兩種，裝配式僅有757型一種。1、整體預(yù)制戶外終端選用優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口硅橡膠材料，在工廠整體成型，其內(nèi)部復(fù)合了半導(dǎo)電硅橡膠應(yīng)力錐，可靠的改善了電纜屏蔽切斷處的電場(chǎng)分布，與瓷套式(復(fù)合套管式)戶外終端相比，結(jié)構(gòu)得以大大簡(jiǎn)化，產(chǎn)品重量只有瓷套式終端的10%。2、安裝時(shí)只需將電纜處理好，將終端主體套入電纜絕緣上即可，安裝極為方便，3、終端為全干式結(jié)構(gòu)，不需添加任何絕緣劑，杜絕了漏油現(xiàn)象，且具有良好的1、保護(hù)殼體采用高強(qiáng)度銅材制造，殼內(nèi)澆注8016高性能絕緣防水密封雙組份2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊合理、體積小，安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行后無滲漏，防爆性能好。3、接頭最外層還可配套玻璃鋼保護(hù)盒，盒內(nèi)澆注8010高性能絕緣防水密封雙組份膠。具有良好的防腐蝕性能，可確保接頭長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下安全穩(wěn)定運(yùn)行。8.1通用注意事項(xiàng)>安裝前需仔細(xì)檢查電纜是否受潮，特別應(yīng)檢查線芯是否進(jìn)水；>嚴(yán)格控制剝切尺寸，每剝除一層不可傷及內(nèi)層結(jié)構(gòu)；>外半導(dǎo)電層斷口處應(yīng)平滑過渡；>絕緣層表面應(yīng)無軸向劃痕、無半導(dǎo)電顆粒，要求打磨光滑，并應(yīng)進(jìn)行清■安裝前檢查冷縮件，不允許有開裂現(xiàn)象，同時(shí)應(yīng)避免利器和刀片劃傷冷■安裝前不要抽冷縮件的支撐骨架；■三芯終端三叉口包繞填充膠后，在填充膠的上半部分包一層PVC膠帶，■嚴(yán)格按工藝尺寸進(jìn)行剝切，并作好臨時(shí)標(biāo)記，冷縮件收縮好后應(yīng)與標(biāo)記■安裝接頭時(shí)，電纜絕緣端都不能削成錐體，壓接伸長(zhǎng)后應(yīng)重新確定兩絕緣之間的中心位置，以此中心為標(biāo)準(zhǔn)向一端◆a.收縮熱縮附件時(shí)用火不宜太猛，以免灼傷材料，火焰沿圓周方向均勻◆b.收終端手套時(shí)應(yīng)從中間往兩端收縮，收終端熱縮管時(shí)應(yīng)從下端往上收◆c.收應(yīng)力管時(shí)，應(yīng)力管必須與屏蔽層搭接，應(yīng)力管的上端超過屏蔽斷口第三章接地處理單芯電纜的導(dǎo)線與金屬屏蔽(或護(hù)套)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)線通過交流電流時(shí)，其周圍產(chǎn)生的一部分磁力線將與金屬屏蔽層鉸鏈，使金屬屏蔽層產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長(zhǎng)度和流過導(dǎo)體的電流成正比。當(dāng)電纜很長(zhǎng)時(shí)，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)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(shí)，金屬屏蔽層上會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。如果金屬屏蔽層兩端同時(shí)接地使屏蔽線路形成閉合通路，金屬屏蔽中將產(chǎn)生環(huán)形電流，電纜正常運(yùn)行時(shí)，金屬屏蔽層上的環(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)電纜金屬護(hù)套感應(yīng)電壓與其接地方式有關(guān)。三芯電纜因自身具有良好的磁屏蔽，可在線路兩個(gè)終端處將金屬護(hù)套直接接地。而由三根單芯電纜組成的交如果像三芯電纜一樣，兩端金屬護(hù)套都直接接地，金屬護(hù)套中感應(yīng)電壓將形成以大地為回路的循環(huán)電流，這就在金屬護(hù)套中產(chǎn)生電能損耗，并影響電纜線路高壓電纜線路安裝運(yùn)行時(shí)，按照GB50217-1994《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)程》4.1.9項(xiàng)要求：?jiǎn)涡倦娎|線路的金屬護(hù)套只有一點(diǎn)金屬護(hù)套的安全措施時(shí)不得大于50V,采取有效措施時(shí)，不得大于100V,并對(duì)當(dāng)電纜線路長(zhǎng)度為500~700m及以下時(shí)，可采用一端通過直接接地箱接地，另一端通過接地保護(hù)箱接地。這種接地方式還可安裝一條的回流線。敷設(shè)回流線時(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),并在線路一半處換位?；亓骶€的作用：當(dāng)電纜導(dǎo)體上通過接地故障電流時(shí)，回流線上的感應(yīng)電壓將形成以大地為回路的逆向接地電流，從而抵銷了導(dǎo)體中通過的大部分故障電當(dāng)線路長(zhǎng)度在1000~1400m時(shí)，需采用金屬屏蔽中點(diǎn)接地的方式。金屬屏蔽A、在線路的中間位置，安裝一個(gè)直通接頭4、接地電纜6、直接接地箱5、接地保護(hù)箱B、在線路的中間位置，安裝一個(gè)絕緣接頭4、接地電纜5、直接接地箱6、接地保護(hù)箱以上兩種金屬屏蔽中點(diǎn)接地方式的比較：通過直通接頭接地，可減少一臺(tái)“接地監(jiān)控箱”,但