国家电网 优秀人才专家编写培训教材 电力电缆知识与试验技术.ppt

电力电缆试验技术 电力线路 电力线路按结构分为架空线路和电缆线路两种。架空线路的导线通过大气、绝缘子实现电气绝缘隔离，大地为地电极。电缆线路的导线通过绝缘材料隔离后被封闭在接地的金属屏蔽内部。架空线路特点 电缆线路优点 电缆线路缺点 1 1 一次性投资费用大 2 2 线路不易变更 3 3 不易分支，需增加分支设备 4 4 故障测寻困难，修复时间长 5 5 电缆接头附件制作工艺要求较高 按导体截面积分类 按导体芯数分类 按绝缘介质分类 按电压等级分类 分类 电力电缆分类 按电压等级分类 我国电压等级划分为：220/380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、750kV、1000kV等，并划分为输电电压与配电电压两类。按电压等级分类 配电电压 低压配电电压 220/380V 中压配电电压 10kV 高压配电电压 35110kV 输电电压 高压输电电压 220kV；超高压输电电压 330kV及以上 特高压输电电压 1000kV及以上 按电压等级分类 我国电缆产品的电压等级包括：0.6/1、1/1、3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、8.7/15、12/15、12/20、18/20、18/30、21/35、26/35、36/63、48/63、64/110、127/220、190/330、290/500kV共19种。电压等级有两个数值（U0/U），用斜杠分开，U0表示电缆导体和接地的外屏蔽层之间的额定电压，U表示电力系统的线电压。电缆额定电压（电缆额定电压（UO/U）的选定）的选定 中性点的接地方式 1）直接接地 2）小电阻接地 3）消弧线圈接地 4）不接地 结论：电缆额定电压（UO/U）的选定是由系统的不同接地方式决定的。按电压等级分类 0.6/1、3.6/6、8.7/15、6/10、21/35、36/63、64/110；这种电压等级的电缆适用于每次接地故障持续时间不超过1min的三相系统，比如中性点直接接地系统。1/1、6/6、8.7/10、26/35、48/63kV电压等级的电缆适用于每次接地故障持续时间一般不超过2h、最长不超过8h的三相系统，比如中性点非有效接地系统。常用电缆 电压等级 按导体截面积分类 电缆导体截面积：1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2500mm2，共27种，其中红色字体部分为常用电缆导体截面积。按导体芯数分类 电力电缆 单芯 四芯 两芯 三芯 五芯 单芯电缆 单芯电缆是指一个绝缘层内只有一路导体。一般大截面导体、高电压等级电缆多采用此结构。导体 绝缘层 绝缘屏蔽 内衬层 内护套（皱纹铝套）外被层 导体屏蔽 电力电缆基本结构 两芯电缆 两芯电缆多用于传送单相交流电或者直流电。例如，用在220V单相供电系统中，一根火线，一根零线。三芯电缆 三芯电缆由三根相互绝缘的导体绞合而成，多用在三相交流系统中，三根导体中流过ABC三相电流。35kV三芯交联聚乙烯电缆结构图 导体 内半导电层 交联聚乙烯绝缘 外半导电层 填料 铜屏蔽 内护层 外护层 电力电缆基本结构 四芯电缆 四芯电缆分两种：一种是3+1电缆，其中，3表示ABC三根相线，1表示中性线，中性线的线径小于相线的线径；另外一种是等截面四芯电缆，多用在三相电流有可能不平衡，导致中性线上电流比较大的场合。五芯电缆 五芯电缆由5根相互绝缘的导体绞合而成，常用在三相五线制中。五芯电缆分两种：一种是3+2电缆，3表示3根相导体同线径，2表示中性导体和接地导体同线径；另外一种是4+1电缆，表示3根相导体和中性导体同线径，接地导体一种线径。按绝缘介质分类 充油电缆 电 缆中充以能够流动、具有一定压力的绝缘油的电缆，绝缘性能较好，多用在高压特高压中。橡塑绝缘电缆 它是以热塑性或热固性材料挤包形成绝缘的电缆。耐热性、耐电性能好，安装工艺简便；适应垂直敷设。目前使用最广泛的是交联聚乙烯电缆。油纸绝缘电缆 油纸绝缘电缆是绕包绝缘纸带后浸渍绝缘剂（油类）作为绝缘的电缆。它是历史最久、曾是应用最广和最常用的一种电缆。成本低，寿命长，耐热、耐电性能稳定，但加工制造和安装较为复杂，不适应高度差较大的敷设环境。电缆发展史电缆发展史 1、纸绝缘电缆（1880年）1）统包型 2）分相铅包型 3）充油电缆 2、聚氯乙烯电缆（PVC）（1957年）3、交联聚乙烯电缆（XLPE）（1960年）4、特种电缆 5 超导电缆（2000年）统包型纸绝缘电缆统包型纸绝缘电缆 统包型电缆统包型电缆 在每相导电线芯上包缠称为相绝缘纸的油浸纸绝缘带，在各相线芯绞合成缆的同时，在各相线芯之间的空隙填以纸绳，外面再包缠称为统包纸的油浸纸绝缘带，在统包纸外挤压上铅包作防水密封。根据安装场地的需要在其外部再加上不同的保护层，应用在15kV及以下电压等级。分相铅包型纸绝缘电缆分相铅包型纸绝缘电缆 分相铅包型纸绝缘电缆分相铅包型纸绝缘电缆 每相有一个接地的铅包，电力线完全垂直于绝缘纸 在20kV及35kV采用 致命的缺陷气隙 注：电压再高时用充油电缆 电场分布电场分布 自容自容式充式充油电油电缆及缆及XLPE电缆电缆 充油电缆充油电缆 特点：在导电线芯中有一油管，利用单独的带有一定压力的油箱向电缆充油并保持一定的压力。可消除纸绝缘中的气隙，提高工作电场强度。最高工作电压已发展到1100kV。XLPE 电电缆缆 XLPE 电缆电缆 电力电缆基本结构 绝缘层 电缆 导体层 铜芯、铝芯 保护层 屏蔽层 内护层 外护层 内衬层 铠装层 外被层 内屏蔽 外屏蔽 线芯 1.作用 电缆线芯的作用是提供电能流通的路径，用来传输电能，是电缆的一个主要部分。2.材料要求 导电性能好；机械性能好；资源丰富 铜电阻系数为0.0184，比重8.9 铝电阻系数为0.031，比重2.7(铜的30%)(66kV及以上不用铝芯)3.结构结构 电缆线芯一般是单根实心或者由多股导线单丝绞合而成圆电缆线芯一般是单根实心或者由多股导线单丝绞合而成圆形形、椭圆形椭圆形、中空圆形和扇形中空圆形和扇形。一般截面在一般截面在35mm2及以下电缆的线芯可做成单股的实心导及以下电缆的线芯可做成单股的实心导体体，其余规格均采用多根单丝绞合形式其余规格均采用多根单丝绞合形式。线芯 绝缘层 1.作用 绝缘层将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证电能输送。2.材料要求 耐压强度高；介质损耗低；耐电晕性能好；化学性能稳定；耐低温；耐热性能好；使用寿命长 1.油浸纸绝缘：怕水,需金属防水层,除500kV及以上超高压充油电缆外，基本被交联电缆所取代 2.橡胶绝缘：乙丙橡胶电缆最高使用电压已达150kV。3.聚氯乙烯绝缘：介损大，含氯，运行温度低，一般只用于6kV及以下电压等级，将被淘汰。4.聚乙烯绝缘:熔融温度低(70),最高工作电压达500kV.5.交联聚乙烯:通过化学或物理方法将聚乙烯分子链间相互交联。最高运行温度可达90，短路时导电线芯 允许的最高温度可达250。极大地提高了电缆的安全载流量和短路容量。其最高工作电压达500kV。从1kV到500 kV的各种电力电缆中，交联聚乙烯是当前应用最广的一种绝缘材料，几乎完全取代了纸绝缘。UO的划分与电缆绝缘厚度的划分与电缆绝缘厚度 电压电压（U/U0（kV）厚度厚度（mm）0.6/1 0.73.0（大截面厚大截面厚）1.8/3 2.03.0 3.6/6；6/6 2.53.2；3.4 6/10；8.7/10 3.4；4.5 21/35；26/35 9.3；10.5 48/66 14（东北东北）64/110 16.518.6（大截面薄大截面薄）127/220 24.3 （注意：注意：U0与试验电压的选择与试验电压的选择）屏蔽层 1.作用 在电缆结构上的所谓“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。2.材料 金属化纸带；半导电纸带；半导电塑料；半导电橡皮 内屏蔽层内屏蔽层 内屏蔽层的作用是消除导体表面的不光滑（多股导线绞合会产生的尖端）所引起导体表面电场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有较好的接触，提高耐电强度。外屏蔽层外屏蔽层 同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层 金属屏蔽层金属屏蔽层 没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加用铜带或铜丝绕包的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生短路时，作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。可见，如果电缆中这层外半导体层和铜屏蔽不存在，三芯电缆中芯与芯之间发生绝缘击穿的可能性非常大。保护层 1.作用 保护层的作用是保护电缆免受外界杂质和水分的侵人，以及防止外力直接损坏电缆绝缘层，因此它的质量好坏对电缆的使用寿命有很大影响。2.材料要求 保护层材料的密封性和防腐性必须良好，并且有一定机械强度，适当考虑空气中敷设电缆的外护套材料的阻燃性能。保护层材料选择与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环保护层材料选择与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环境有关境有关.如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压的橡塑如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压的橡塑 电缆就不需要；埋在地下的电缆需要铠装，敷设在海底的电缆就不需要；埋在地下的电缆需要铠装，敷设在海底的电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、排管、电缆沟内的电电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、排管、电缆沟内的电缆又可以不要铠装；外被层（或外护套）是用来保护铠装缆又可以不要铠装；外被层（或外护套）是用来保护铠装层或内护套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火层或内护套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的场所也可做成阻燃型。的场所也可做成阻燃型。保护层包括：内护套保护层包括：内护套、内衬层、铠装层和外被层（或外、内衬层、铠装层和外被层（或外护套），在实际使用中，应按不同用途选择不同材料和结护套），在实际使用中，应按不同用途选择不同材料和结构的保护层。构的保护层。电缆附件 电缆附件主要包括终端头与中间接头。终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件；中间接头是将两根电缆连接起来的部件。良好的电缆附件应具有以下性能：1.线芯连接 主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故障电流的冲击；长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍。2.绝缘性能好 电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理，有改变电场分布的措施。3.应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；此外还应体积小、成本低、便于现场安装。橡塑绝缘电力电缆附件包括：户外终端橡塑绝缘电力电缆附件包括：户外终端、GISGIS终端终端、中间接头中间接头，现在现在一般应用的为预制式结构一般应用的为预制式结构。橡塑绝缘电力电缆附件橡塑绝缘电力电缆附件 户外终端、GIS终端、中间接头 中间接头中间接头 电场分布原理 高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。即正常电缆的电场只有从从（铜铜）导线沿半径向导线沿半径向（铜铜）屏蔽屏蔽层的电力线层的电力线，没有芯线轴向的电场没有芯线轴向的电场（电力线电力线），电场分布是均电场分布是均匀的匀的。图中闪烁的箭头表示电场的电力线图中闪烁的箭头表示电场的电力线 在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。用介电常数为2030，体积电阻率为1081012cm 材料制作的电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证电缆能可靠运行。下图中左