1、電力電纜結構特性：

A、油浸紙絕緣電纜與XLPE絕緣電纜桔構區別

1)油浸紙絕緣統包型電纜

三芯油浸紙絕緣電力電纜結構圖

1—扇形導體；2—導體屏蔽；3—油浸紙絕緣；4—填充物；

5—統包油浸紙絕緣；6—絕緣屏蔽；7—鉛（或鋁）護套；

8—墊層；9—鋼絲鎧裝；10—聚氯乙烯外護套

2)油浸紙絕緣分相鉛包（鋁包）型電纜

分相鉛套電力電纜結構圖

1—導體；2—導體屏蔽；3—油紙絕緣層；4—絕緣屏蔽；

5—鉛護套；6—內墊層及填料；7—鎧裝層；8—外被層；

 

1)110kVXLPE絕緣電纜

110kVXLPE絕緣電纜結構圖

B、XLPE絕緣電纜結構組成及作用

1)導體

緊壓型線芯作用：

a、使外表面光滑，避免引起電場集中；

b、防止擠塑半導電屏蔽層時半導電料進入線芯；

c、可有效地防止水分順線芯進入。

注意安裝時選擇合適的內孔金具及壓模，注意銅芯與鋁芯電纜壓模不同。

金具壁厚面積/線芯截面積Cu≥1 Al≥1.5

金具板部平面面積電流密度Al<0.32A/mm2Cu<0.44A/mm2

 

2)導電屏蔽層ρν=104Ω?cm

作用：

a、 屏蔽層具有均勻電場和降底線芯表面場強的作用；

b、 提高了電纜局部放電的起始放電電壓，減少局放的可能性；

c、 抑制樹枝生長；

d、 熱屏障作用。

 

3)絕緣層

作用：

絕緣是將高壓電極與地電極可靠隔離的關鍵結構。

a、承受工作電壓及各種過電壓長期作用，因此其耐電強度與長期穩定性能是保證整個電纜完成輸電任務的最重要部分；

b、能耐受發熱導體的熱作用保持應有的耐電強度。

作為近年來廣泛使用的交聯電纜的絕緣，是由單一介質交聯聚乙烯（XLPE）構成，它的主要優點是：

a、優良的電氣性能：耐電強度高（長期工頻擊穿強度20—30kV/m，沖擊擊穿強度40—65kV/m），介損小（工頻時tgδ=0.0002—0.001）,介電常數小（2.3—2.5）；（注：空氣的工頻擊穿強度為1.7—2.1 kV/m，也是局部放電起始場強）

b、耐熱性能好（連續工作溫度90℃），因而載流量較大；

c、不受落差限制。

因而，對于超高壓長距離輸電非常有利。

但它也有明顯的缺點：

a、耐局部放電性能差，受雜質和氣隙及水份的影響很大，在這些缺陷處易產生局部電場集中，發生局部放電，造成不可恢復的永久性損壞；

b、熱膨脹系數大，熱機械應力效應嚴重。

所以，交聯電纜的生產特別強調純凈，尤其是高壓超高壓電纜的質量更是由材料的純凈度決定的。對于交聯電纜附件，除了結構設計正確合理外，最重要的問題也是清潔問題，尤其是附件所涉及絕緣界面往往是電場易變的地方，一但有雜質、氣隙等，其絕緣性能會顯著下降。

（1）絕緣材料：

交聯聚乙烯與聚乙烯性能對比：

聚乙烯經過交聯后大大地提高了聚乙烯的機械、耐熱抗蠕變以及抗環境開裂性能。

各種絕緣材料的物理性能：

各種絕緣材料的電性能：

(2)、絕緣層厚度：

64/110kVXLPE電纜絕緣層厚度（GB11017—89）：

導體截面/mm2	標稱絕緣層厚度/mm
240 300 400 500 630 800 1000 1200	19.0 18.5 17.5 17.0 16.5 16.0 16.0 16.0

(3)氣隙和雜質對絕緣的影響：

幾個國家廠商對絕緣中氣隙尺寸要求及生產水平：

 

廠商及品種	氣隙尺寸/μm
	內層	中外層
上海電纜廠干法工藝	<3	<3
上海電纜廠濕法工藝	數微米	10-30
德國110kV電纜	<3	<20
日本住友電工干法	≈5
日本住友電工濕法	30-50
日本高電壓試驗專業委員會電纜高壓試驗分委員會（RPST）規定11—77kV電纜	<80
美國聯合愛迪生照明公司交聯聚乙烯電纜規范	<76，且>50的在16.4cm3中不超過30個
我國交聯電纜小組擬訂	電纜<80

 

1)絕緣屏蔽層：

作用：保證能與絕緣緊密接觸，克服了絕緣與金屬無法緊密接觸而產生氣隙的弱點，而把氣隙屏蔽在工作場強之外，在附件制作中也普遍采用這一技術。

 

2)金屬屏蔽層：

作用：

a、形成工作電場的低壓電極，當局部有毛刺時也會形成電場強度很大的情況，因此也要力圖使導體表面盡量做到光滑完整無毛刺；

b、提供電容電流及故障電流的通路，因此也有一定的截面要求。

 

單芯電纜線路接地系統的處理

單芯電纜的導線與金屬屏蔽的關系，可看作一個變壓器的初級繞組。當電纜的導線通過交流電流時，其周圍產生的一部分磁力線將與屏蔽層鉸鏈，使屏蔽層產生感應電壓，感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。如果屏蔽兩端同時接地使屏蔽線路形成閉合通路，屏蔽中將產生環形電流，電纜正常運行時，屏蔽上的環流與導體的負荷電流基本上為同一數量級，將產生很大的環流損耗，使電纜發熱，影響電纜的載流量，減短電纜的使用壽命。因此，電纜屏蔽應可靠合理的接地，電線外護套應有良好的絕緣。以下是單芯電纜線路的幾種接地方式：

1、屏蔽一端直接接地，另一端通過護層保護接地：

當線路長度大約在500~700m及以下時，屏蔽層可采用一端直接接地

(電纜終端位置接地)，另一端通過護層保護器接地。這種接地方式還須安裝一條沿電纜線路平行敷設的回流線，回流線兩端接地。敷設回流線時應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。(見下圖)

1、屏蔽中點接地

當線路長度大約在1000~1400m時，須采用中點接地方式。

在線路的中間位置，將屏蔽直接接地，電纜兩端的終端頭的屏蔽通過護層保護器接地。中間接地點一般需安裝一個直通接頭(見下圖)

中點接地方式也可采用第二種方式，即在線路中點安裝一個絕緣接頭，絕緣接頭將電纜屏蔽斷開，屏蔽兩端分別通過護層保護器接地，兩電纜終端屏蔽直接接地。(見下圖)

1、屏蔽層交叉互聯：

電纜線路很長時(大約在1000~1400m以上)，可以采用屏蔽層交叉互

聯。這種方法是將線路分成長度相等的三小段或三的倍數段，每小段之間裝設絕緣接頭，絕緣接頭處三相屏蔽之間用同軸電纜，經交叉互聯箱進行換位連接，交叉互聯箱裝設有一組護層保護器，線路上每兩組絕緣接頭夾一組直通接頭。(見下圖)

1)護層：

作用：是保護絕緣和整個電纜正常可靠工作的重要保證，針對各種環境使用條件設計有相應的護層結構，主要是機械保護（縱向、經向的外力作用）防水、防火、防腐蝕、防生物等，可以根據需要進行各種組合。

二、電纜附件的結構原理

1、電纜接頭及終端的電場分布與結構特性：

A、電力線及等位線

為了分析電纜附件電場情況，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）、用電力線分析電場時，集中的部位電場強度高；

（3）、用等位線分析電場時，曲率半徑愈小的地方場強越高。

 

B、電纜末端（電纜終端）電場分布

當電纜的絕緣屏蔽層切開之后，在外屏蔽端口將產生電應力集中現象，電場突然變化，并且電纜終端處電場分布畸變要比接頭中的電場畸變嚴重，電場在該處不但有垂直分量，而且出現切向分量。

 

C、應力控制結構

電力電纜終端或接頭中的應力結構主要有兩種：

（1）、幾何法：應力錐（如冷縮附件、高壓附件）；

（2）、參數法：應力帶或應控管（如熱縮附件）。

應力錐主要由絕緣和半導電兩部分組成，其中絕緣部分用以增強電纜絕緣，半導電部分與電纜外半導電屏蔽結合，以控制電場分布。

應控管是通過控制材料的特殊電氣參數，如高介電常數ε>20，體積

電阻率ρν為108—1012Ω?cm，應控管安裝在附件中，使電場中電力線在兩種不同介電常數介質的界面上遵循一定的折射規律（應力控制片<FSD>是利用其電阻率與外施電場成非線性關系變化的特性，即當外施電場增加時，電阻率下降）。

由此可見，兩種介質的介電常數差別越大，發生折射的角度也越大，當高介電常數的材料有一定厚度時，電力線在另一面的位移就大，位移越大，場強越小。

6―35kV應力管的長度表：

額定電壓/ kV	U0/ kV	Lmin / cm
6	3.5	4.2
8	4.6	6
10	5.8	7
15	8.7	11
35	20.2	25

兩種應力控制方式性能對比：

從上述分析可知，在應力控制中，雖然應力層控制電場分布有體積小、結構簡單等優點，但對于超高壓電纜來說，應力層中材料參數的選擇至關重要，體積電阻率選擇太小，會使應力層在運行時電阻電流發熱而老化，同時介電常數過大，電容電流也會產生熱量而使應力層發熱老化，故必須根據電壓等級選擇應力材料參數。應力錐結構雖然參數比較容易控制，但體積較大，加工工藝要求嚴格，如果喇叭口制做的不合適會引起電場在此集中，特別是現場繞包的應力錐更易出現操作缺陷，而預制式應力錐基本能夠克服上述缺點，因而目前是國外較常采用的一種方法。

D、接頭電場分布

應力錐的曲線曲率，及屏蔽套的兩端口曲率半徑直接影響到電場分布。