电力电缆的结构分析分解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,China R&D Center,*,电力电缆的结构分析,1,2011-11-10 China R&D Center,2,2011-11-10 China R&D Center,3,目前我国规定电压在,110kV,及以上的电力网叫输电系统（或高压系统）。,电压在,35kV,及以下的电力网叫配电系统。,电力电缆的各个部分,2011-11-10 China R&D Center,4,各种电力电缆简述与设计,1,、,导电线芯的工艺参数和材料结构,5,、,35kV,及以下的 电力电缆,6,、高压交联聚乙烯 绝缘电力电缆,2,、,电力电缆绝缘层的结构和材料,7,、高压充油电力电缆,8,、新型电力电缆简述,3,、,电力电缆屏蔽层的结构和材料,4,、,电力电缆护层的结构和材料,2011-5-10 China R&D Center,5,导电线芯的工艺参数和材料结构,常用线芯材料,铜,铝,导电线芯种类,实心导体,非紧压绞合圆形导体,紧压绞合圆形导体和绞合成型导体,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,导体的绞合,6,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,铜,铝,电导率,（,10e6 S/m,）,58,38,电阻率,（,10e-6,m,）,0.017241,0.026,电阻温度系数,（,/,）,0.00393,0.00403,其它性能,1.,铜导体必须纯度高，不低于,99.9%,，有杂质会使导电性能下降。,2.,铜内氧会增加脆性，拉制中易拉断，故目前使用含氧量不超过万分之八的无氧铜。,3.,铜对于某些浸渍剂和硫化橡胶有促进老化的作用，为此可在铜表面镀锡，防止铜和绝缘其化学反应，又使接头易于焊接。,铝的比重小，资源丰富，铝作为导体可更经济。,7,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,8,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,绞合的分类,规则绞合,正常规则绞合,简单正规绞合,复合正规绞合,非正常规则绞合,简单非正规绞合,复合非正常绞合,不规则绞合（束绞）,9,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,绞合的作用,1.,导体的柔软性和稳定性大大提高。,2.,用单根导体做电缆的导体，容易受到材料不均匀性产生的质量缺陷的影响，会使单根导体的可靠性和机械强度下降。,3.,当绞线弯曲时，绞线不会塑性变形，弯曲较平滑地分配在一段线芯上，不容易损伤电缆的绝缘。,10,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,规则绞合,不规则绞合（束绞）,导体有规则、同心且相邻各层依不同方向的绞合称为规则绞合。,这种方法的线芯绞合结构稳定，电力电缆大都采用这种绞合方法。,所有组成导线都依同一方向的绞合。仅用于小截面的低压电缆。,11,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,简单正规绞合（最常见）,1+6+12,，,2+8+14,3+9+15,4+10+16,5+11+17,几何关系简明、稳定性高，电力电缆通常采用这一结构型式。,复合正规绞合,这种结构的导体外径小，柔软性高，填充系数大，常用于大截面移动式橡皮绝缘电缆。,简单非正规绞合,层与层之间导体直径不相同的规则绞合。,电力电缆使用较少。,复杂非正规绞合,层与层之间导体直径不相同的规则绞合。,电力电缆使用较少。,12,1,、导电线芯的工艺参数和材料结构,单线绕线芯一周沿线芯中心线的长度。,绞合节距,h,将通过某层单线中心所在圆的直径记为,D,，则节距,h,和,D,之比为节距比。,通常，内层绞合节距比比外层绞合节距比大。,节距比,m,又称螺旋升角。绞合单线与绞合横截面的夹角。,节距比,m,愈小，绞合角,愈小，柔软程度愈高。但绞入率,k,会愈大，所需单线愈长。,绞合角,单线长度比线芯长度增长的百分比。,k=(L-h)/h,。,绞入率,k,层数与单线根数的关系。,绞入率,k,有一容许最大值，此时节距比为极限节距比。,最小节距比,绞合导电线芯的实际面积与外接圆轮廓面积之比。,从提高填充系数和稳定性考虑，中心为一根导线的规则绞合结构最佳。,线芯的填充系数,13,2,、,电力电缆绝缘层的结构和材料,结构类型,挤包,应用最广泛的一种。它是用挤出设备将绝缘材料一次性挤包在导体四周，形成一个厚度均匀的密封套式的绝缘结构。例如,PVC,绝缘、,XLPE,绝缘、,EPR,或,HEPR,绝缘等。,绕包,将带状薄膜材料以小间距、搭盖式绕包在导体四周，一般还需与其它绝缘材料组合而成。例如耐火电缆绕包云母带后还要挤包绝缘，共同组成绝缘层。矩形电磁线绕包聚四氟乙带后，再用聚酯薄膜烧结成一密封层。,另外还有绕包浸油电缆。,粉末填充,固体粉末绝缘是将无机粉末状材料,(MgO,等,),机械地填充到导体和同轴状金属管护套之间的一种绝缘结构。它不燃烧，防鼠咬，防水、环保、寿命长，连续工作温度高，是具有广阔应用前景的一类电缆。,14,2,、,电力电缆绝缘层的结构和材料,绝缘层材料与性能,聚氯乙烯（,PVC,）,聚乙烯（,PE,）,交联聚乙烯（,XLPE,）,以,PVC,树脂为主料，配以增塑剂、稳定剂、抗氧剂、填充剂等混炼、造粒而成。最早应用于电缆产品的塑料，其机械性能优越，一般电性能良好,(,高压和高频电性能较差,),，对大气、酸、碱、有机溶剂较稳定。缺点是极性材料，热稳定性不高，燃烧产生有害气体，污染环境，中由于,3.6/6kV,及以下电压等级。,低密度聚乙烯硬度低、软化点低、耐热温度低、,机械性能,差，主要用于通信电缆,.,高密度聚乙烯则硬度大，软化温度、机械性能、耐化学稳定性提高，一般用作护套材料。,交联将线性结构的聚乙烯变成三维立体网状结构的,XLPE,，从而大大提高聚乙烯的机械性能和耐热性能，增加了抗蠕变、耐化学稳定性和耐溶剂性能，并能提高其耐电强度，改善耐环境应力开裂和耐老化性能，同时保留了聚乙烯的优点。广泛用于低、中、高压电力电缆的绝缘。,橡皮绝缘材料,15,2,、,电力电缆绝缘层的结构和材料,交联聚乙烯（,XLPE,）,物理交联：利用高能粒子射线照射使其交联，也称辐照交联。主要用于电气装备用电线电缆、,1kV,架空绝缘电缆、,10kV,架空薄绝缘电缆和低压较小截面电力电缆。,化学交联：在聚乙烯中加入化学交联剂而进行交联的，又分为过氧化物交联和硅烷交联。,16,2,、,电力电缆绝缘层的结构和材料,橡皮绝缘材料的性能,天然橡胶,(NR),和丁苯橡胶,(SBR),。在,6kV,及以下的橡皮绝缘和护套电缆中应用最多。,三元乙丙橡胶,(EPDM),。比,XLPE,电缆具有更好的柔软性和防水性，常用于,1110kV,低、中、高压电力电缆、直流高压软电缆和高电性绝缘电缆，如矿用、船用、核电站用、风能发电用电缆。,氯磺化聚乙烯,(CSPE),。是综合性能最好的橡皮护套料之一，用于船用、矿用、机车车辆用和电焊机用电线电缆的护套，也可用于高压电机和,F,级电机的引接线、飞机或汽车的点火线以及,2kV,以下的特种电线的绝缘。（一般不加护套）,硅橡胶。主要用于船用控制电缆、航空导线，以及环境温度高、工作温度达,150200,的电线的绝缘，也可用于无外力破坏的某些产品的护套。,17,3,、,电力电缆屏蔽层的结构和材料,电线电缆产品中所采用的屏蔽,电磁屏蔽（防止传输高频信号的电线电缆对外界产生的干扰或者阻拦外界电磁波对传输微弱电流用电线电缆的干扰）,电场屏蔽（为了均衡中、高压电力电缆导体表面或绝缘表面的强电场而设置的结构）,额定电压大于,0.6/1kV,电缆应有金属屏蔽层，可以在单根绝缘线芯上也可在多心成缆缆芯上包裹金属屏蔽。对于额定电压不小于,3.6/6kV,的乙丙橡胶薄绝缘（或额定电压不小于,6/10kV,的厚绝缘）电缆，还需采用内、外半导电屏蔽结构。,导体屏蔽和绝缘屏蔽（内、外半导电屏蔽）,导体屏蔽（内半导电屏蔽）应是非金属的，由挤包的半导电料或在导体上先包半导电带再挤包半导电料组成。,作用：电缆导体一般由多跟导体绞合紧压而成，在挤绝缘时导体表面和绝缘层之间难免会有局部缝隙、毛刺等表面不光滑现象，会造成电场集中，引起局部的气隙放电和树枝放电，导致其耐电性能的下降。在导体表面和绝缘层之间挤一层半导电材料（导体屏蔽），它能与绝缘层紧密接触，由于半导电层与导体等电位，他们之间虽然有气隙但不会局部放电。,绝缘屏蔽,(,外半导电屏蔽,),是直接挤包在每根绝缘线芯外表面，并与绝缘线芯紧密结合或可剥离的非金属半导电层。,作用：在绝缘外表面与金属护套（或金属屏蔽）之间也存在气隙，电压等级越高，越容易发生气隙放电。在绝缘外表面挤包一层半导电层（绝缘屏蔽）后，也能与金属护套形成一个外等电位面，使气隙内无电场作用而避免局部放电。,金属屏蔽,额定电压大于,0.6/1 kV,的电流应有金属屏蔽层。金属屏蔽层应包裹在每根绝缘线芯或缆芯的外面。,正常情况下流过电容电流，短路（故障）时作为短路电流的通道；将电场屏蔽在绝缘内，并使电场均匀；在三相四线制中作为线路中线，承担不平衡电流；还具有径向防水作用。,3,、,电力电缆屏蔽层的结构和材料,19,4,、,电力电缆护层的结构和材料,护层的结构,外护层（作用：保护内护层不受机械损伤和化学腐蚀，增强机械强度。）,内衬层或隔离层,铠装层,外被层,内护层,4,、,电力电缆护层的结构和材料,内护层的材料,金属护套,挤包铅护套,铝护套和皱纹铝护套,成型金属管,综合护套,由铝塑复合带和聚乙烯护套黏结组合而成。,非金属护套,塑料护套,橡皮护套,特种护层,21,4,、,电力电缆护层的结构和材料,22,