電力電纜的基本知識(shí)

什么是電力電纜？

在金屬線芯上進(jìn)行絕緣擠包纏繞，用防護(hù)材料進(jìn)行屏蔽、密封，能夠傳輸電能的特殊導(dǎo)線。主要包括線芯、絕緣、防護(hù)、密封。

按照電壓等級(jí)分類

低壓電力電纜：3kV及以下；

中壓電力電纜：6kV~35kV；

高壓電力電纜：66kV~110kV；

超高壓電力電纜： 220kV~500kV；

特高壓電力電纜：750kV；1000kV。

按照絕緣材料劃分電纜類型

1、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜

2、聚氯乙烯（PVC）絕緣電纜

3、聚乙烯（PE）絕緣電纜

4、橡膠絕緣電纜

5、粘性油紙絕緣電纜

6、不滴流油紙絕緣電纜

7、充油電纜

8、充氣電纜

電纜規(guī)格型號(hào)的含義

比如：ZR-YJY22-8.7/10kV-3×240

① 前半部分表示型號(hào)：ZR-YJY22

阻燃 交聯(lián)聚乙烯絕緣 銅芯 聚乙烯內(nèi)護(hù)套 雙層鋼帶鎧裝 聚氯乙烯外護(hù)套。

② 后半部分表示規(guī)格： 8.7/10kV-3×240

電纜設(shè)計(jì)的相電壓U0為8.7kV；電纜設(shè)計(jì)的線電壓U為10kV ；三個(gè)線芯，每芯標(biāo)稱截面為240㎜2。

電纜網(wǎng)中的兩個(gè)電壓概念

① 電力系統(tǒng)電壓：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的額定電壓。如220V、380V、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等。

② 電纜產(chǎn)品電壓：表示為U0/U（Um）。如；6/10(12)kV、8.7/10(12)kV、21/35(40.5)kV、26/35(40.5)kV、64 /110(126)kV。

其中：U0：相電壓；U：線電壓；Um：設(shè)備可承受的“最高系統(tǒng)電壓”的最大值（最高電壓）。

電力電纜的基本結(jié)構(gòu)

線芯

① 作用是用來傳輸電能，常用材料為銅、鋁。

② 截面積（計(jì)量單位平方毫米）：為了便于制造和使用電纜的截面采取標(biāo)準(zhǔn)系列規(guī)格，我國的規(guī)定是：2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、2000、2500等。

③ 線芯結(jié)構(gòu)：采取多根細(xì)絲絞合成束，之后經(jīng)過模具進(jìn)行壓緊，使緊壓系數(shù)從0.73提高到0.9以上，有利于進(jìn)行壓接連接。

④ 電纜導(dǎo)體電阻：導(dǎo)體本身具有電阻，通過電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，其溫升數(shù)值是限制電纜載流量的關(guān)鍵因素。我們希望導(dǎo)體的電阻越小越好。

導(dǎo)體屏蔽層（也稱內(nèi)屏蔽層、內(nèi)半導(dǎo)電層）

① 導(dǎo)體屏蔽層是擠包在電纜導(dǎo)體上的非金屬層，與導(dǎo)體等電位，體積電阻率為100~1000Ω•m。與導(dǎo)體等電位。

② 一般情況3kV及以下低壓電纜沒有導(dǎo)體屏蔽層，6kV及以上的中高壓電纜都必須有導(dǎo)體屏蔽層。

③ 導(dǎo)體屏蔽層主要作用：消除導(dǎo)體表面的坑洼不平；消除導(dǎo)體表面的尖端效應(yīng)；消除導(dǎo)體與絕緣之間的孔隙；使導(dǎo)體與絕緣之間緊密的接觸；改善導(dǎo)體周邊的電場分布；對(duì)于交聯(lián)電纜導(dǎo)體屏蔽層還具有抑制電樹生長和熱屏蔽作用。

絕緣層（也稱主絕緣）

① 電纜主絕緣具有耐受系統(tǒng)電壓的特定功能，在電纜使用壽命周期內(nèi)，要長期承受額定電壓和系統(tǒng)故障時(shí)的過電壓，雷電沖擊電壓，保證在工作發(fā)熱狀態(tài)下不發(fā)生相對(duì)地或相間的擊穿短路。因此主絕緣材料是電纜的質(zhì)量關(guān)鍵。

② 交聯(lián)聚乙烯是一種良好的絕緣材料，現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用,其顏色為青白色半透明。其特性是：較高的絕緣電阻；能夠耐受較高的工頻、脈沖電場擊穿強(qiáng)度；較低的介質(zhì)損失角正切值；化學(xué)性能穩(wěn)定；耐熱性能好，長期允許運(yùn)行溫度90℃；良好的機(jī)械性能，易于加工和工藝處理。

絕緣屏蔽層（也稱外屏蔽層、外半導(dǎo)電層）

① 絕緣屏蔽層是擠包在電纜主絕緣上的非金屬層，其材料也是交聯(lián)材料，具有半導(dǎo)電的性質(zhì)，體積電阻率為500~1000 Ω•m。與接地保護(hù)等電位。

② 一般情況3kV及以下低壓電纜沒有絕緣屏蔽層，6kV及以上的中高壓電纜都必須有絕緣屏蔽層。

③ 絕緣屏蔽層的作用：電纜主絕緣與接地金屬屏蔽之間的過渡，使之有緊密的接觸，消除絕緣與接地導(dǎo)體之間的孔隙；消除接地銅帶表面的尖端效應(yīng)；改善絕緣表面周邊的電場分布。

④ 絕緣屏蔽按照工藝分為可剝離型和不可剝離型，一般中壓電纜，35kV及以下采用可剝離型，好的可剝離絕緣屏蔽具有良好的附著力，剝離后沒有半導(dǎo)電顆粒殘留。110kV及以上采用不可剝離型。不可剝離型屏蔽層與主絕緣的結(jié)合更緊密，施工工藝要求更高。

金屬屏蔽層

① 金屬屏蔽層包裹在絕緣屏蔽層外，金屬屏蔽層一般采用銅帶或銅絲，它是將電場限制在電纜內(nèi)部，保護(hù)人身安全的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。也是保護(hù)電纜免受外界電氣干擾的接地屏蔽層。

② 在系統(tǒng)發(fā)生接地或短路故障時(shí)，金屬屏蔽層是短路接地電流的通道，其截面積應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)短路容量、中性點(diǎn)接地方式計(jì)算確定，一般10kV系統(tǒng)計(jì)算屏蔽層截面積推薦不小于25平方毫米。

③ 在110kV及以上電纜線路中金屬屏蔽層是由金屬護(hù)套構(gòu)成，既有電場屏蔽作用還有防水密封功能，同時(shí)還兼有機(jī)械保護(hù)功能。

④ 金屬護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)一般采用波紋鋁護(hù)套；波紋銅護(hù)套；波紋不銹鋼護(hù)套；鉛護(hù)套等。另外有一種復(fù)合護(hù)套，是采用鋁箔貼在PVC、PE護(hù)套內(nèi)的結(jié)構(gòu)，在歐美的產(chǎn)品中使用較多。

鎧裝層

① 在內(nèi)襯層外纏繞有金屬鎧裝層，一般采用雙層鍍鋅鋼帶鎧裝。其作用是保護(hù)電纜內(nèi)部，防止在施工、運(yùn)行過程中機(jī)械外力對(duì)電纜的損傷。也兼有接地防護(hù)的作用。

② 鎧裝層有多種結(jié)構(gòu)，如鋼絲鎧裝，不銹鋼鎧裝，非金屬鎧裝等，用于特殊電纜結(jié)構(gòu)。

外護(hù)套

① 這是電纜最外邊的保護(hù)，一般采用聚氯乙烯（PVC）聚乙烯(PE)，都是絕緣材料，采用擠包成形。按照技術(shù)要求，一般采用的是阻燃聚氯乙烯（PVC）。適應(yīng)冬季寒冷和夏季炎熱的要求，不開裂，不軟化。

② 外護(hù)套主要的作用是密封防止水分侵入，保護(hù)鎧裝層不受腐蝕，防止電纜故障引發(fā)的火災(zāi)擴(kuò)大。

③ 在外護(hù)套上還打印有電纜的特性信息，如規(guī)格、型號(hào)、生產(chǎn)年份、制造廠、連續(xù)計(jì)米長度等。

電纜的包裝、運(yùn)輸、保管

1、電纜的包裝需要使用電纜盤，有鐵盤、木盤和鐵框木盤，盤的外徑對(duì)運(yùn)輸、保管的成本影響較大，用于10kV及以下電纜的盤徑以3.2米以下為宜，盤寬以不超過2.2米為好，對(duì)于超過3.5米的要用特殊的運(yùn)輸車。

2、每盤電纜的重量與電纜的規(guī)格型號(hào)和長度有關(guān)，一般中低壓電纜單盤長度在500米左右，重量在3－10噸。

3、在運(yùn)輸裝卸過程中，不應(yīng)使電纜及電纜盤受到損傷。嚴(yán)禁將電纜盤直接由車上推下。電纜盤不應(yīng)平放運(yùn)輸、平放貯存。

4、運(yùn)輸或滾動(dòng)電纜盤前，必須保證電纜盤牢固，電纜繞緊。滾動(dòng)時(shí)必須順著電纜盤上的箭頭指示或電纜的纏緊方向。

5、電纜在運(yùn)輸、保管中封頭應(yīng)進(jìn)行保護(hù)，可靠密封，防止受潮進(jìn)水。當(dāng)外觀檢查有懷疑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行受潮判斷或試驗(yàn)。保管中封頭有損壞應(yīng)立即處理。

6、電纜保管應(yīng)集中分類存放，并應(yīng)標(biāo)明型號(hào)、電壓、規(guī)格、長度。電纜盤之間應(yīng)有通道。地基應(yīng)堅(jiān)實(shí)，當(dāng)受條件限制時(shí)，盤下應(yīng)加墊，存放處不得積水。當(dāng)電纜盤有損壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換。

7、充油電纜在運(yùn)輸、保管中應(yīng)保持壓力油箱、油管、閥門和壓力表完好。保管期應(yīng)經(jīng)常檢查油壓，并作記錄，油壓不得降至最低值。當(dāng)油壓降至零或出現(xiàn)真空時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

電纜終端、接頭的基本知識(shí)

按安裝位置電纜接頭分類

1、電纜終端頭：終端頭的作用是裝配到電纜線路的首末端，用以完成與其他電氣設(shè)備連接的裝置；細(xì)分有戶外終端頭、戶內(nèi)終端頭、肘型終端頭、GIS終端頭、變壓器終端頭；

2 、電纜中間接頭：中間接頭的作用是電纜與電纜之間相互連接的一種裝置。細(xì)分有直通式接頭、絕緣接頭、分支接頭、異形接頭。

電纜終端按技術(shù)工藝分類

電纜終端

1、長沙頭：用于油浸紙鉛包電纜戶外終端。

2、熱縮終端：工藝較簡單，價(jià)格低，環(huán)境、人員影響相對(duì)小 ，密封不良，抱緊力差。

3、冷縮終端：使用硅橡膠，彈性好，抱緊力密封好，一體化生產(chǎn)，容易保證安裝質(zhì)量，現(xiàn)場安裝方便，相比價(jià)格高。

4、硅橡膠預(yù)制終端：結(jié)構(gòu)與冷縮終端相似，沒有在工廠預(yù)擴(kuò)張，安裝尺寸要求嚴(yán)格，抱緊力密封不穩(wěn)定，相比價(jià)格適中。

5、瓷套式終端：工藝成熟，對(duì)環(huán)境、人員要求高，笨重。

6、干式終端：終端內(nèi)不需要充絕緣油的產(chǎn)品。

電纜接頭的基本工藝要求

通常電纜接頭工作中要進(jìn)行的工藝操作可歸納為四類：

1、導(dǎo)體連接

2、絕緣增強(qiáng)

3、電場均衡

4、屏蔽密封

電纜終端頭外絕緣的要求

電纜終端頭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；

1、材料要求：

優(yōu)良的電氣絕緣性能

優(yōu)良的老化性能

優(yōu)良的耐污穢性能

優(yōu)良的增水性能

2、結(jié)構(gòu)要求

干閃距離：干燥狀態(tài)下，因升高電壓而產(chǎn)生放電的途徑

濕間距離：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）：從高壓端到接地端或兩相之間沿絕緣表面拉伸的長度或距離；泄漏比＝泄漏距離/最高工作電壓（額定線電壓）。

污穢等級(jí)與泄漏比

IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定污穢等級(jí)為4級(jí)：

污穢等級(jí) 污穢程度 泄漏比

Ⅰ級(jí) 輕 1.6

Ⅱ級(jí) 中 2

Ⅲ級(jí) 重 2.5

Ⅳ級(jí) 嚴(yán)重 3.1

電纜附件標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)

電纜附件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)應(yīng)遵循相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

a.中低壓附件標(biāo)準(zhǔn)：IEC60502，GB12706，JB8144（原GB11033）

b.高壓附件標(biāo)準(zhǔn)：IEC60840，IEC60859，IEC62067，GB11017，GB18890

c.金具標(biāo)準(zhǔn)：GB14315

電纜附件的試驗(yàn)

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

a. 1min工頻：檢驗(yàn)附件的耐壓質(zhì)量水平；

b. 局部放電：檢驗(yàn)附件材料內(nèi)部是否存在氣隙；

c. 循環(huán)試驗(yàn)：考核附件材料老化水平；

d. 沖擊試驗(yàn)：考核耐受過電壓的能力；

e. 直流耐壓：考核以上試驗(yàn)后的絕緣水平；

f. 鹽霧試驗(yàn)（潮濕試驗(yàn)）：檢驗(yàn)附件外絕緣耐污穢水平；

g. 密封試驗(yàn)：考核附件的防水防潮水平；

h. 機(jī)械性能試驗(yàn)：考核附件承受外力，內(nèi)部膨脹壓力及電動(dòng)力的能力

電纜質(zhì)量到貨檢測

目前檢測中心電纜常規(guī)檢測項(xiàng)目及目前檢測中心常規(guī)檢測項(xiàng)目包括：

結(jié)構(gòu)尺寸檢查；

導(dǎo)體直流電阻；

絕緣熱延伸；

如有特殊要求，還需進(jìn)行電纜的成束燃燒試驗(yàn)。

檢測中心電纜常規(guī)檢測項(xiàng)目

結(jié)構(gòu)尺寸檢查：檢查電纜各部分材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、直徑、偏心度、厚度等是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

導(dǎo)體直流電阻：檢查電纜線芯的材質(zhì)和截面，通過直流電阻換算是檢查線芯的物理截面積是否符合標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢查線芯表面是否受潮氧化等。

絕緣熱延伸試驗(yàn)：針對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料的檢查，電纜主絕緣的交聯(lián)度是考察其絕緣原材料質(zhì)量和交聯(lián)工藝是否達(dá)標(biāo)。絕緣熱延伸不合格，則反映電纜成品絕緣性能不良，可能造成電纜在長時(shí)間運(yùn)行的過程中發(fā)生加速老化變形，最終形成擊穿。

幾種常見缺陷，如下表：

電力電纜絕緣理論基礎(chǔ)

放電是造成絕緣擊穿的重要原因。

什么是放電?

在兩個(gè)有電位差的導(dǎo)體之間，當(dāng)絕緣材料性能下降，兩個(gè)導(dǎo)體間產(chǎn)生了電子能量的遷移，比如高壓火線與地線間的打火就是放電，完全的放電是放電的瞬時(shí)在兩個(gè)電極間形成了完整的電弧通道。

放電的特殊情況—局部放電

情況之一：在兩個(gè)導(dǎo)體之間有絕緣，當(dāng)絕緣材料內(nèi)部有缺陷，如雜質(zhì)、空隙、導(dǎo)體的尖端等，會(huì)造成絕緣內(nèi)部電場歧變，引起在絕緣內(nèi)部產(chǎn)生脈沖放電。

情況之二：外部放電產(chǎn)生電暈也是局部放電的一種，在高電位與接地之間有空氣絕緣，當(dāng)導(dǎo)體周圍的電場在某一點(diǎn)特別集中時(shí)，如導(dǎo)線毛刺，引起在空氣中產(chǎn)生脈沖放電，且沒有形成對(duì)地短路，形成電暈。

局部放電的特征

局部放電也具有放電的基本特征，即有電子能量的遷移，由于放電能量較小，又有絕緣材料的阻擋，在兩個(gè)電極間不一定形成完整的電弧通道，此類通道一旦出現(xiàn)就會(huì)加劇局部放電，直到形成兩極貫通，就會(huì)發(fā)生短路放電故障。

局部放電形成的原因

主絕緣內(nèi)存在氣隙會(huì)引起局部放電。由于氣隙的相對(duì)介電常數(shù)遠(yuǎn)小于電纜絕緣，在工頻電場作用下，氣隙要承受較大的電場強(qiáng)度，造成局部放電，隨著氣隙的多次放電，氣隙通路不斷擴(kuò)大，放電量逐漸增加，直至發(fā)生擊穿，造成電纜損壞。

主絕緣內(nèi)存在雜質(zhì)會(huì)引起局部放電。雜質(zhì)的擊穿強(qiáng)度比絕緣材料小的多，在電場作用下，雜質(zhì)首先發(fā)生放電、炭化和氣化，生成氣隙，引起局部放電。

導(dǎo)體的尖端、毛刺會(huì)引起局部放電。由于尖端會(huì)使電場強(qiáng)度增加，尖端周圍的絕緣材料先發(fā)生放電，進(jìn)而發(fā)展成擊穿，這就是我們常說的尖端效應(yīng)。

試驗(yàn)：針板電極試驗(yàn)、氣隙更易產(chǎn)生電樹

試驗(yàn)結(jié)果小結(jié)

由以上針—板電極試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，在絕緣材料中產(chǎn)生局放和電樹的起始電壓同電極的曲率半徑是緊密相關(guān)的，曲率半徑越大，產(chǎn)生局放和電樹的起始電壓越高；反之曲率半徑越小，起始電壓也越低。

針尖出現(xiàn)的裂縫產(chǎn)生了氣隙，氣隙內(nèi)的相對(duì)介電常數(shù)遠(yuǎn)小于固體絕緣材料，氣隙要承受較大的電場強(qiáng)度，在很低的電壓下造成局部放電。

水分對(duì)電纜絕緣的影響

交聯(lián)電纜在生產(chǎn)過程中絕緣材料中會(huì)有水分子存在，在電場和溫度的作用下，會(huì)形成水樹枝，水樹枝在長期運(yùn)行中會(huì)生長，也會(huì)發(fā)生遷移，逐漸演變成氣隙，形成放電，損壞絕緣。

另外電纜在成形后外護(hù)套破損進(jìn)水，在線芯和絕緣外有潮氣存在，也會(huì)降低電纜絕緣特性，形成放電通道。在施工中一定要保護(hù)好內(nèi)外護(hù)套，防止線芯進(jìn)水。

溫度對(duì)電纜絕緣的影響

電纜絕緣材料性能都與溫度密切相關(guān)，隨溫度的升高，絕緣性能下降，絕緣電阻降低，擊穿場強(qiáng)下降，溫度升高絕緣加速老化，超過最高工作溫度還會(huì)引起電纜變形，場強(qiáng)分布歧變，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致熱擊穿發(fā)生，因此要嚴(yán)格控制電纜工作溫度，不允許電纜超負(fù)荷工作

半導(dǎo)體界面對(duì)絕緣的影響

在進(jìn)行電纜終端和對(duì)接頭制作中都有處理半導(dǎo)體屏蔽層，這是接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。此處是場強(qiáng)突變的部位，如果處理工藝水平不高，投入運(yùn)行后對(duì)絕緣造成損傷，嚴(yán)重的情況在竣工試驗(yàn)中就會(huì)發(fā)生擊穿。

絕緣材料損傷造成的影響

在電纜接頭安裝過程中要?jiǎng)兂獍雽?dǎo)電屏蔽，如果在關(guān)鍵部位造成損傷，例如刀痕，也會(huì)形成內(nèi)部爬閃放電通道。