電力電纜的基本知識

什么是電力電纜？

在金屬線芯上進行絕緣擠包纏繞，用防護材料進行屏蔽、密封，能夠傳輸電能的特殊導線。主要包括線芯、絕緣、防護、密封。

按照電壓等級分類

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)格型號的含義

比如：ZR-YJY22-8.7/10kV-3×240

① 前半部分表示型號：ZR-YJY22

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

② 后半部分表示規(guī)格： 8.7/10kV-3×240

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

電纜網(wǎng)中的兩個電壓概念

① 電力系統(tǒng)電壓：電力系統(tǒng)正常運行時的額定電壓。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（計量單位平方毫米）：為了便于制造和使用電纜的截面采取標準系列規(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)：采取多根細絲絞合成束，之后經(jīng)過模具進行壓緊，使緊壓系數(shù)從0.73提高到0.9以上，有利于進行壓接連接。

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

導體屏蔽層（也稱內(nèi)屏蔽層、內(nèi)半導電層）

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

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

③ 導體屏蔽層主要作用：消除導體表面的坑洼不平；消除導體表面的尖端效應(yīng)；消除導體與絕緣之間的孔隙；使導體與絕緣之間緊密的接觸；改善導體周邊的電場分布；對于交聯(lián)電纜導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、脈沖電場擊穿強度；較低的介質(zhì)損失角正切值；化學性能穩(wěn)定；耐熱性能好，長期允許運行溫度90℃；良好的機械性能，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，具有半導電的性質(zhì)，體積電阻率為500~1000 Ω•m。與接地保護等電位。

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，保護人身安全的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。也是保護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，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、中性點接地方式計算確定，一般10kV系統(tǒng)計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套構(gòu)成，既有電場屏蔽作用還有防水密封功能，同時還兼有機械保護功能。

④ 金屬護套的材料和結(jié)構(gòu)一般采用波紋鋁護套；波紋銅護套；波紋不銹鋼護套；鉛護套等。另外有一種復(fù)合護套，是采用鋁箔貼在PVC、PE護套內(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。其作用是保護電纜內(nèi)部，防止在施工、運行過程中機械外力對電纜的損傷。也兼有接地防護的作用。

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)。

外護套

① 這是電纜最外邊的保護，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 外護套主要的作用是密封防止水分侵入，保護鎧裝層不受腐蝕，防止電纜故障引發(fā)的火災(zāi)擴大。

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

電纜的包裝、運輸、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，盤的外徑對運輸、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，對于超過3.5米的要用特殊的運輸車。

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

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

4、運輸或滾動電纜盤前，必須保證電纜盤牢固，電纜繞緊。滾動時必須順著電纜盤上的箭頭指示或電纜的纏緊方向。

5、電纜在運輸、保管中封頭應(yīng)進行保護，可靠密封，防止受潮進水。當外觀檢查有懷疑時，應(yīng)進行受潮判斷或試驗。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)標明型號、電壓、規(guī)格、長度。電纜盤之間應(yīng)有通道。地基應(yīng)堅實，當受條件限制時，盤下應(yīng)加墊，存放處不得積水。當電纜盤有損壞時，應(yīng)及時更換。

7、充油電纜在運輸、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。當油壓降至零或出現(xiàn)真空時，應(yīng)及時處理。

電纜終端、接頭的基本知識

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，價格低，環(huán)境、人員影響相對小 ，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)擴張，安裝尺寸要求嚴格，抱緊力密封不穩(wěn)定，相比價格適中。

5、瓷套式終端：工藝成熟，對環(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行的工藝操作可歸納為四類：

1、導體連接

2、絕緣增強

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：無機材料和有機材料；

無機材料主要有瓷、玻璃等；

有機材料主要有橡膠、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：淋雨狀態(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）。

污穢等級與泄漏比

IEC標準規(guī)定污穢等級為4級：

污穢等級 污穢程度 泄漏比

Ⅰ級 輕 1.6

Ⅱ級 中 2

Ⅲ級 重 2.5

Ⅳ級 嚴重 3.1

電纜附件標準與試驗

電纜附件的設(shè)計與生產(chǎn)應(yīng)遵循相關(guān)的國際標準，國家標準及行業(yè)標準。

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

b.高壓附件標準：IEC60840，IEC60859，IEC62067，GB11017，GB18890

c.金具標準：GB14315

電纜附件的試驗

主要試驗：分型式試驗、抽樣試驗、出廠試驗和交接試驗等

a. 1min工頻：檢驗附件的耐壓質(zhì)量水平；

b. 局部放電：檢驗附件材料內(nèi)部是否存在氣隙；

c. 循環(huán)試驗：考核附件材料老化水平；

d. 沖擊試驗：考核耐受過電壓的能力；

e. 直流耐壓：考核以上試驗后的絕緣水平；

f. 鹽霧試驗（潮濕試驗）：檢驗附件外絕緣耐污穢水平；

g. 密封試驗：考核附件的防水防潮水平；

h. 機械性能試驗：考核附件承受外力，內(nèi)部膨脹壓力及電動力的能力

電纜質(zhì)量到貨檢測

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

結(jié)構(gòu)尺寸檢查；

導體直流電阻；

絕緣熱延伸；

如有特殊要求，還需進行電纜的成束燃燒試驗。

檢測中心電纜常規(guī)檢測項目

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、厚度等是否符合標準。

導體直流電阻：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準，同時檢查線芯表面是否受潮氧化等。

絕緣熱延伸試驗：針對交聯(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)工藝是否達標。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間運行的過程中發(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?

在兩個有電位差的導體之間，當絕緣材料性能下降，兩個導體間產(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在兩個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：在兩個導體之間有絕緣，當絕緣材料內(nèi)部有缺陷，如雜質(zhì)、空隙、導體的尖端等，會造成絕緣內(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，當導體周圍的電場在某一點特別集中時，如導線毛刺，引起在空氣中產(chǎn)生脈沖放電，且沒有形成對地短路，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)就會加劇局部放電，直到形成兩極貫通，就會發(fā)生短路放電故障。

局部放電形成的原因

主絕緣內(nèi)存在氣隙會引起局部放電。由于氣隙的相對介電常數(shù)遠小于電纜絕緣，在工頻電場作用下，氣隙要承受較大的電場強度，造成局部放電，隨著氣隙的多次放電，氣隙通路不斷擴大，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)會引起局部放電。雜質(zhì)的擊穿強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。

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

試驗：針板電極試驗、氣隙更易產(chǎn)生電樹

試驗結(jié)果小結(jié)

由以上針—板電極試驗的結(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)的相對介電常數(shù)遠小于固體絕緣材料，氣隙要承受較大的電場強度，在很低的電壓下造成局部放電。

水分對電纜絕緣的影響

交聯(lián)電纜在生產(chǎn)過程中絕緣材料中會有水分子存在，在電場和溫度的作用下，會形成水樹枝，水樹枝在長期運行中會生長，也會發(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套破損進水，在線芯和絕緣外有潮氣存在，也會降低電纜絕緣特性，形成放電通道。在施工中一定要保護好內(nèi)外護套，防止線芯進水。

溫度對電纜絕緣的影響

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，擊穿場強下降，溫度升高絕緣加速老化，超過最高工作溫度還會引起電纜變形，場強分布歧變，嚴重會導致熱擊穿發(fā)生，因此要嚴格控制電纜工作溫度，不允許電纜超負荷工作

半導體界面對絕緣的影響

在進行電纜終端和對接頭制作中都有處理半導體屏蔽層，這是接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。此處是場強突變的部位，如果處理工藝水平不高，投入運行后對絕緣造成損傷，嚴重的情況在竣工試驗中就會發(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剝除外半導電屏蔽，如果在關(guān)鍵部位造成損傷，例如刀痕，也會形成內(nèi)部爬閃放電通道。