电力电缆发展史与技术简介

电力电缆发展史与技术简介报告人：李春阳，付雨微哈尔滨理工大学·电介质工程国家重点实验室培育基地目录电力电缆的发展史一二电力电缆技术简介三超高压电力电缆自从17世纪发明了电，人类与电结下不解之缘，为提升人们生活质量以及实现农业、工业、国防等各行各业的电气化，需要将电能从发电厂通过电线电缆输送到用户，因此作为电力输送的桥梁——电缆，应运而生。进入21世纪以来，随着我国经济的快速发展，社会总用电量逐年攀升，我国电力行业得到迅猛发展。据中国电力企业联合会发布的最新统计快报，截至2013年底，我国发电设备装机容量达到12.5亿kW，其中，水电2.8亿kW，火电8.65亿kW。预计至2020年，全社会用电量约为7.5万亿kWh，发电装机容量超过15亿kW。随着国民经济的高速增长，广大电力用户对电力的需求与日俱增，对供电可靠性的要求也越来越高。而电缆供电以其较高的可靠性优势，越来越多地被应用于输电、配电、用电等领域。一.电力电缆的发展史电力电缆线路缺点：①成本高。②电缆线路不易分支。③电缆故障测寻与检修困难。④接头制作工艺复杂。优点：①占地少。②送电可靠性高。③不受外界影响。④不暴露目标，适于战备。⑤电磁污染小。电力电缆是用于传输和分配大功率电能的电缆电力电缆的主要特点因此，在城市人口稠密的地方，大型工厂、发电厂、交通拥挤地区等要求占地面积小，安全可靠，一般多采用电缆供电；对于跨度大的过江、过河线路为了避免架空线路对船舶通航或无线电的干扰，也多采用电缆。1812185018801890190319131917192519421962首条电缆用来引爆俄罗斯矿山的矿石爱迪生发明黄麻沥青绝缘电缆出现了首条压纸电缆德国研制首条分相屏蔽电缆乙丙橡胶绝缘电力电缆商业化应用建立首条海底电缆Ferranti发明同轴电缆敷设于伦敦德国开始使用聚氯乙烯电缆首次使用聚乙烯（PE）绝缘电缆意大利发明了自容式中空充油电缆电缆发展时间简史1963196719681972197819821989199519992001美国使用HMWPE绝缘UG电缆引入了挤压半导体屏蔽层美国和德国的中压WTR绝缘材料美国建成首条高温超导电缆线路500kV交流XLPE电缆长距离应用首次使用中压XLPE电缆在US&Ca广泛使用聚合物护套北美使用超光滑导体屏蔽中压电缆世界上首条商业化直流XLPE电缆涌现出交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆电缆发展时间简史2005200620092014未来柔性直流输电技术逐步实现商业化我国首条柔性直流输电电缆投入运行无限可能我国首条500kV等级交流海底电缆线路日本建设迄今最高电压等级，最大传输容量的电缆线路：±500kV直流PPLP复合纸绝缘充油电缆电缆发展时间简史爱迪生时代的电缆到今天的XLPE电缆爱迪生时代电缆纸绝缘同轴电缆超导电缆XLPE电缆电缆使用至今已有百余年历史，电缆制造业由最初的低压电缆制造转向HV电缆甚至是EHV电缆的制造。其中，以美国、欧洲和日本发展水平较高。我国电缆研发起步较晚，技术水平相对落后，但进入新世纪以后发展十分迅速。我国电缆的发展1953199019731966新世纪电力事业迅速发展，逐步追赶发达国家研发水平1897首次采用路灯电缆研制铅护套纸绝缘电缆1951开始生产油纸绝缘电缆生产了第一条66kV充油电缆研制生产滴干型油浸纸绝缘电缆首条国产110kVXLPE绝缘电缆线路二.电力电缆技术简介1.导体2.导体屏蔽3.绝缘4.绝缘屏蔽5.金属屏蔽6.护套电力电缆典型结构1.铜导体：--应用较广泛，特别是在供电系统中；--抗拉强度较高，运行稳定；--导电率高，相同截面是铝的1.3倍；--价格较贵。2.铝导体：--由于铜价较高，一些地方使用铝导体；--重量较铜轻，不抗拉伸；--导电率较低；--延伸系数大于铜。电缆导体材质铜芯铝芯电阻率0.01720.0282熔点1083660密度8.92.7抗拉强度19678抗腐蚀性好差热膨胀系数16.623铜芯与铝芯电缆线芯基本性能比较绝缘层的作用是隔绝导体，防止电流泄露。绝缘层的绝缘材料应具备以下特性：①高击穿强度。电缆导电部分的相间距离及其对地距离很近，绝缘层始终处于高电场中，所以要求电缆具有较高的击穿强度且绝缘性能长期稳定。②介质损耗低。介质损耗太大容易引起电缆发热，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。因此要求绝缘层材料的介质损耗低。③耐树枝放电、耐电晕及耐局部放电性能好。具有一定的柔软性能和机械强度。④使用寿命长，材料来源广，价格便宜。电缆绝缘层电缆屏蔽层电缆屏蔽层可以分为导体屏蔽、绝缘屏蔽和金属屏蔽。所谓“屏蔽”实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体一般由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。而导体屏蔽在导体和绝缘之间提供一个光滑的界面，防止电场线集中而产生高应力点。此外，在绝缘表面和护套接触处可能存在间隙，电缆弯曲时，绝缘表面易造成裂纹，从而引起局部放电。在绝缘层表面加一层半导电材料的绝缘屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，可以避免在绝缘层与护套之间发生局部放电。没有金属护套的挤包绝缘电缆，除半导电屏蔽层外，还要增加金属屏蔽层。金属屏蔽的作用主要有：①限制电场在绝缘层内的作用，使电场方向与绝缘半径方向一致。金属屏蔽带接地，电场终止在金属带上，金属带外不再有电场。②防止轴向表面放电。电缆在没有良好接地的环境中，半导电层的电阻系数在电缆轴向可能引起电位分布不均匀，造成电缆沿面放电。③电站保护系统需导体屏蔽。此外铜带还具有优异的防雷特性。④正常情况下流过电容电流。短路时作为短路故障电流的回路。电缆屏蔽层为使电缆适应各种使用环境的要求，在电缆绝缘上施加电缆护层，主要由内护层和外护层两部分组成。①外护层，保护内护层免受外界影响（受潮、腐蚀等）和机械损伤。外护层一般由内衬层、铠装层和外被层三部分组成，有的还有加强层（充油电缆特有的结构，直接包绕在内护层外，以增强其机械强度）。②内衬层位于铠装层和金属护套之间的同心层，起防腐蚀作用。③铠装层是用来减少机械力对电缆的影响，承受作用到电缆上的机械力，也起电场屏蔽和防止外界电磁波干扰的作用。④外被层是铠装层外面的同心层，主要对铠装层起防腐蚀作用。电缆护层电力电缆的分类按电压等级中低压电缆高压电缆超高压电缆电力电缆按电能传输形式直流电缆交流电缆按绝缘材料油纸绝缘电缆塑料绝缘电缆橡胶绝缘电缆PVC电缆PE电缆XLPE电缆黏性油浸纸绝缘不滴流油浸纸充油式油浸纸充气式黏性油浸纸天然橡胶绝缘EPR绝缘硅橡胶绝缘电力电缆的电压等级电力电缆和架空线按电压等级分为：交流（AC）直流（DC）低压线缆U6kV中压线缆6kV≤U≤35kVU30kV高压线缆35kVU330kV（裸线）30kV≤U600kV35kVU220kV（电缆）超高压线缆330kV≤U1000kV（裸线）220kV≤U500kV（电缆）特高压线缆U≥1000kVU≥600kV①所用系统不同。直流电缆用于整流后的直流输电系统中，交流电缆常用于工频（国内50Hz）电力系统中。②直流电缆的传输过程中的电能损耗较小。其电能损耗主要是导体直流电阻损耗，绝缘损耗部分较小；而交流电缆绝缘电阻的损耗较大，损耗主要是电容和电感产生的阻抗。③直流电缆多用于远距离大容量输电，虽然直流电缆线路中换流设备价格较高，但输电距离超出一定范围后使用直流电缆成本更低。④同样电压等级下，对于电缆绝缘而言，直流电场比交流电场更安全。⑤直流电缆与交流电缆绝缘结构设计原理有较大区别。直流电缆与交流电缆的区别油纸绝缘电缆11223344556677881.导体2.绝缘3.填料4.浸渍纸5.内护层6.内衬层7.铠装层8.外护层是早期应用最广泛的一类电缆，这类电缆以电缆油浸渍过的绝缘纸作为主绝缘，屏蔽层为半导电纸。油纸绝缘电缆具有耐电强度高、介电性能稳定、寿命长、热稳定性好、材料来源丰富等优点。但不适合高落差敷设、制造工艺较为复杂、生产周期长、电缆附件制造技术比较复杂。目前已经鲜有生产和销售，正逐步被聚合物绝缘电缆取代。塑料绝缘电缆导体塑料绝缘内护套钢带铠装塑料外护套塑料绝缘电缆是以热塑性或热固性材料挤包形成绝缘的电缆，常用的塑料种类包括：聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。它是20世纪60年代后技术发展最快的电缆。塑料电缆具有结构简单、制造周期较短、敷设安装方便和耐化学腐蚀等优点。但耐电晕和游离放电性能较差。橡胶绝缘电缆又称为橡皮绝缘电缆，绝缘层为橡胶加上各种配合剂，经过充分混炼后挤包在导电线芯上，然后加温硫化而成。主要用于发电厂、变电站和工厂企业内部的连线。它柔软，易弯曲，有较好的电气性能和化学稳定性。但耐电晕、耐臭氧、耐油性较差，一般仅适用于低压和可曲度要求高的场合。橡胶绝缘电缆45kV乙丙橡胶绝缘电缆电缆的安装敷设直埋式敷设安装图电话机张力计牵引线电缆盘操作者牵引端槽（根据需要）电力电缆用覆带电缆滚轮或覆带覆带装置监视牵引过称中允许的牵引力是否超过规定值。操作者电话机电缆盘牵引端牵引线电缆控制面板覆带装置工井张力计工井牵引车管道电话机电缆盘电缆牵引端牵引线操作者控制面板覆带装置孔洞孔洞隧道滚轮或覆带电力电缆用覆带管道敷设隧道敷设电缆的安装敷设电缆的安装敷设区别：直埋式敷设容易使电缆产生水树老化，故要求电缆有可靠的防水层。管道或隧道敷便于安装和运行维护，但土建费用大，适用于发电厂和大型厂矿企业内部等地方的高压电缆线路。安装敷设注意事项：①牵引速度要慢且平稳，力量均匀。②架设电缆轴架的地方必须平整且坚实。③敷设过程中防止电缆扭伤和过度弯曲。④电缆浸入沟道、隧道以及穿入子管时，出入管口应封闭，一般用沥青膏浇注。⑤敷设时，不宜交叉，应整齐排列，并加以固定。电缆附件安装现场水力发电厂能源发电厂超高压变电所一次变电所配电所柱上式变压器铁路电缆架空输电线配电线和电缆地下输电线工业电缆海底电缆蓄电池蓄电池蓄电池电网系统地下输电线275kVXLPE绝缘铝护套、PVC外护套电缆66kV电力电缆将电缆敷设在地下用以传输电能。500kV充油海底电缆海底电缆66kVXLPE绝缘海底电缆敷设在海底及河流水下，分海底通讯电缆和海底电力电缆。530587171860010173160046405762150022430海缆总长度（km）输送容量（MW）2012年海底电缆输电工程现状•澳洲、亚洲和北美电网受地理条件限制，尚未形成各国之间海缆输电工程互联。•海湾阿拉伯地区海湾合作委员会成员国，由七个国家电网互联。工程项目有沙特阿拉伯至埃及海底电缆输电工程。•欧洲电网覆盖国家的国土面积较小但工业高度发达，电网结构密集。所以欧洲各国电网迫切需要实施电能结构的优化配置，以实现电源结构的互补和电量交换。目前欧洲是海缆工程建设项目最多、规模最大的区域。•世界上第一条海底电缆是1850年敷设的。中国的第一条海底电缆是在1888年完成的，共有两条，一是福州川石岛与台湾沪尾（淡水）之间，长约328km；另一条由台南安平通往澎湖，长约98km。•由于海底电缆工程被世界公认为复杂困难的大型工程，从环境探测到海洋物理调查，以及电缆的设计、制造和安装，都应用了复杂的技术，因此海底电缆的制造厂家在世界上为数不多。主要有挪威、丹麦、日本、加拿大、英、美、法等国，他们除制造外还提供敷设安装技术。目前，我国应用的海底电缆还需要进口。海底电缆配电线和电缆一般是短距离输电，将电能分配到各类用户。工业电缆业务领域涵盖广泛，应用范围包括工业厂房、建筑物、工业机械等。铁路电缆一般要求无卤阻燃型。三.超高压电力电缆•超高压电力电缆是输变电设备系统中不可缺少的组成部分。特别是在建设大型电站和输电线路进城及绕机场、渡江、跨海等场合，更是离不开超高压电缆。随着城市化建设要求的不断提高，我国发达地区城市及省会城市趋向于在城市中心区域用高压电力电缆传输电能。因此，高压电力电缆输电网络快速增长。但我国超高压电力电缆附件与国外差距比较大，在超高压领域，我国仍较多采用国外