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1电力电缆线路第二讲电力电缆基本结构2•复习：–电缆的广义和狭义的概念？–电力电缆线路由哪几部分构成？–简述电力电缆的分类。•本学时内容：–电缆的有哪几部分基本结构？3本讲的主要内容一、电力电缆的导电线芯二、绝缘层及材料三、护层四、屏蔽层4电力电缆一般由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层组成。(1）线芯：线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。(2）绝缘层：绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯问在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。(3）屏蔽层：1OKV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。(4）保护层：保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。根据需要，不同用途、不同电压等级和不同绝缘的电缆还有其它组成部分。如金属护套等。51、电缆的导体•电缆的导体也称为线芯，用于传输电能。•常用导电率大的铜和铝。•铜和铝的电导率大、机械强度高、易于加工。•主要性能。一、电力电缆的导电线芯61、电缆的导体•为满足柔韧性和可屈度的要求，电缆导体由多根导线绞合而成。•绞合导体截面有圆形/扇形、腰圆形、中空圆形等。一、电力电缆的导电线芯72、线芯绞合形式及参数•规则绞合：导线有规则、同心地相继各层依不同方向的绞合。•正常规则绞合，指所组成导线直径均相同的规则纹合，•这种纹合具有稳定性高、几何形状固定的优点。•非正常规则绞合，指层与层间的导线直径不尽相同的规则绞合。•不规则绞合（束绞）：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一、电力电缆的导电线芯82、线芯绞合形式及参数(1）绞合节距h：单线绕线芯一周沿线芯中心线的长度；(2）节距比（绞合系数）m:是指将通过某层单线中心所在圆的直径记为D．则绞合节距h和D之比为节距比。(3）绞合角。将规则绞合的线芯中任一沿螺旋线绞合的单线展开，单线的中心轴绕线芯一周（长度L）与穿过该层各单线中心的圆周之长为一直角边构成的直角三角形的夹角即为绞合角。(4）绞入率k，即单线长度比线芯长度增加的百分比节距比m越小，绞合角a越小，柔软程度越高，但这时的绞入率k会越大，所需单线越长。一、电力电缆的导电线芯92、线芯绞合形式及参数(5）线芯的填充系数：•线芯绞合后，虽经紧压，单线间必定还有空隙。故引入填充系数，即线芯导体实际截面与线芯轮廓截面之比。一、电力电缆的导电线芯102、线芯绞合形式及参数(6）从提高填充系数和稳定性考虑，电力电缆的线芯大都采用中心为一根导线的规则绞合结构，即对于圆形导电线芯的排列结构来说，因一般单线根数为：1+6+12+18+……3、电缆线芯截面大小•我国根据导电线芯的不同，规定中、低电缆截面有2.5、4、6、10、16、25、35、50、120、150、185、240、300、400、500、630、800mm2等19种规格，目前最常用的是16-400mm2之间的10种规格。•电压为110kV及以上电缆的截面有100、240、400、600、700、845、920mm2共7种规格，并已有1000mm2及以上规格。一、电力电缆的导电线芯11电缆绝缘层的作用是将线芯与大地以及线线间在电气上彼此隔离，从而保证电能的输送，因此是电缆结构中不可缺少的组成部分。电缆的绝缘层材料有油浸纸、橡胶、纤维、塑料等。电缆绝缘结构分相绝缘和带绝缘两种。•相绝缘是每个线芯的绝缘．•带绝缘是将多芯电缆线芯合在一起，然后施加的绝缘，这样可使线芯相互绝缘并与外皮隔开。为了抵抗传电流、电压、电场对外界的作用，保证电流沿线路方向传输，同时将电缆线芯导体相互之间以及与防护层之间保持一定的绝缘，电缆绝缘层必须保证一定的厚度。二、绝缘层及材料12(l）油浸绝缘纸。20世纪70年代以前，油浸纸一直是电力电缆制造业使用的主要绝缘材料。电缆纸的主要组成成分是纤维素。纤维素具有很高的稳定性能，不溶于水、酒精、醚、萘等有机溶剂，同时也与弱碱及氯化剂等起作用．因此，就油浸纸而言，具有以下特点l）耐压强度高；2〕介质损耗低；3）化学性能稳定；4）价格便宜，且使用寿命长5）耐电晕性能好，6）耐热性能较好，长期允许运行温度达65℃。油浸纸绝缘，包括黏性浸渍纸绝缘型〔统包型、分相屏蔽型）、不滴流浸渍绝缘型（统包型、分相屏蔽型）、贫乏浸渍干绝缘、充油浸渍纸绝缘型（自容式充油电缆、钢管充油电缆）、充气黏性浸渍纸绝缘型（自容式充气电缆、钢管充气电缆）。二、绝缘层及材料13(2）塑料绝缘：主要有聚氯乙烯、聚乙烯及交联聚乙烯等。用作高压电缆绝缘的聚乙烯绝缘层的特性，主要表现在以下几方面：1）光热老化、氧化性能低，耐电晕性能比聚氯乙烯绝缘层低得多；2）由于分子间吸引力小，其熔点低、耐热性能低、机械强度不高、蠕变大；3）在某些环境下，如雨水或有机溶剂的浸透下．即使所受应力比其机械强度小得多。也会产生裂纹．即容易产生环境应力开裂．4）容易形成气隙，为克服这种现象的出现，制作时加各种相应的添加剂，进行改善。二、绝缘层及材料14(3）橡胶绝缘。橡胶绝缘层常用的材料有天然橡胶、丁基橡胶和乙丙橡胶三种。它们具有电气性能较好、吸水性低和柔软性最好等优点，但是橡胶的耐热性差，并且容易受热空气和油类的影响而损坏．(4）其他材料：浸渍剂，采用浸渍剂的目的是为了加强和提高电缆的绝缘水平．浸渍纸绝缘的浸渍剂可分两大类：黏性浸渍剂和充油电缆用的浸渍剂。浸渍剂指用光亮油和松香等的混合物，主要用作中、低压油浸渍纸绝缘电力电缆。由于现代化学工业的发展，松香将逐步由合成微晶蜡代替。二、绝缘层及材料15黏性浸渍剂也有两大类：•黏性浸渍剂：用于油浸渍纸绝缘电缆，在工作温度下浸渍剂是流动的，受到电缆敷设落差的限制。不滴流浸债电缆，在工作温度下浸渍剂不流动，电缆不受敷设落差限制。•它在工艺温度时具有良好的流动性，可以保证电缆绝缘纸得到充分的浸渍，但在电缆运行温度范围内，它不能流动而成为塑性固体。它的电气性能与黏性浸渍剂不相同，在80℃以下是不流动的塑性体。•常用的黏性浸渍剂有两种配方．一种是松香光亮油复合剂，一种是不滴流电缆用浸渍复合剂。一般用的松香光亮复合剂，松香约占30%-35%；光亮油约占65％-70％。二、绝缘层及材料16根据使用要求，电缆用的黏性浸渍剂必须满足．①介质损耗低；②不易老化和氧化，③不易受外界污染和不易产生游离．充油电缆的浸渍剂多从原油的变压器油馏分经过脱蜡、酸碱精制、水洗、白土处理，加添加剂而制成。二、绝缘层及材料17（5）在充气电缆中，气体也是绝缘或绝缘层的组成部分。一般要求气体绝缘具有高的击穿强度、化学稳定性和不燃性。通常电缆绝缘用氮气和六氟化硫气体（SF6）及氟利昂-12气体（CCI2F2）。•六氟化硫气体，具有很高的热稳定性和化学稳定性，在150℃条件下，不与水、酸、碱、卤素、氧、氢、碳、银，钢和绝缘材料起作用，在500℃下不分解。•该气体还具有良好的绝缘性能和灭弧能力，它的击穿强度约为氮气或空气的2.3-3倍，在3-4个大气压下，其击穿强度与一个大气压下的变压器油相似。因此，近年来许多高压开关采用六氟化硫气体。不过在火花放电和电弧的高温作用下，六氟化硫气体会分解出氟原子和某些有毒的低氟化合物，一经水解，将产生氛化氢等有强烈腐蚀性的剧毒物质。因此在使用六氟化硫时必须严格注意防潮，二、绝缘层及材料182．电力电缆绝缘层的材料应具备的特性(l）高的击穿强度（脉冲、工频、操作波）。因电缆导电部分的相间距离及其对地距离很近，故绝缘层始终处于高电场中。电压等级越高的电缆，对绝缘材料的耐压击穿强度的要求就越高。(2）介质损耗低。介质损耗太大将引起电缆发热，加速绝缘老化，甚至发生热击穿损坏，因此要求绝缘层的材料具有介质损耗低的特点，在高压电缆中，特别是35kV以上电缆，介质损耗是一个极为重要的技术指标。(3）由于高压电缆相间或对地的距离很近，电缆绝缘经常工作在很高的电场强度下，因而必须具有高的绝缘性能，即绝缘电阻要求较高，(4）优良的耐树枝（移滑）放电性能，耐电晕性能好，耐局部放电性能好。具有一定的柔软性能和机械强度。(5）绝缘性能长期稳定（耐低温．耐热性、化学稳定性等）(6）使用寿命长，价格便宜，材料来源广泛。二、绝缘层及材料19电缆护层:为使电缆适应各种使用环境的要求，在电缆绝缘上施加的保护覆盖层。简称护层，由内护层和外护层两部分组成。1．护层结构•外护层，保护内护层免受外界的影响和机械损伤，如在运输安装、敷设、运行中保护电缆线芯、绝缘浸渍物，避免机械损伤、受潮、渗漏外流、腐蚀等作用。•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。•内衬层，位于铠装层和金属护套之间的同心层，起铠装衬垫和金属护套防腐蚀作用．•内衬层有两种结构形式。•一种形式，是用一层预先浸渍的电缆麻布（或塑料）软性织物，上面包以一层由95%号沥青和5％干沥青的材料组成的浸渍组成，•另一种结构形式，是用三层预先浸渍的电缆纸等重复包两次制成，只用在钢带铠装电缆中。三、护层20铠装层，用来减少机械力对电缆的影响，在内衬垫层与外被层之间的同心层，用来承受作用到电缆上的机械力（抗压或抗张）的保护层，同时也起电场屏蔽和防止外界电磁波干扰的作用。据电缆的使用场合不同，铠装层通常采用粗圆钢丝、弓形钢丝、细圆钢丝或由两条钢带、两条铜带间隙或螺旋绕包组成。钢带铠装层的主要作用是抗压，适用地下埋设的场合；钢丝铠装层的主要作用是抗拉，主要用于水下或垂直敷设的场合。铠装材料有铠装电缆用冷轧钢带、铠装电缆用镀锌钢带和涂塑钢带。外被层或外护层，在铠装层外面的同心层是电缆的最外层，主要对铠装层起防腐蚀保护作用。对于铝包电缆、自容式充电缆和交联聚乙烯电缆采用挤塑护套为宜；对于铅包电缆，则由一层预浸的电缆麻布或油麻带和丙基沥青混合物组成。外被层按防水性能可分一级外护层和二级外护层及三级外护层，一级外护层、二级外护层，对金属护套和金属铠装分别具有可靠防腐蚀作用。普通外护层是仅有一般防腐蚀性能的外护层。三、护层21加强层，它是充油电缆所特有的结构，直接包绕在内护层外，以增强内护层的机械强度，一般用铜带或不锈钢带作材料。加强层要求有一定的机械强度、柔韧性和不易腐蚀。另外，为了防止电缆相互间的粘合及施工人员粘手，在电缆外护层上涂粘有白垩粉。高压充油电力电缆外护结构由内衬层、加强层、保护层、铠装层和外被层组成．铅护套是最早使用的金属护套材料。它具有。①耐腐蚀性比一般金属好，不易受酸、碱等物质的腐蚀，②密封性能好、不透气、不透潮；③铅的熔化点低，易于加工；④编变性好、疲劳龟裂性好，不影响电缆的可曲性等优点。铅护套的缺点是在落差较大或过载的情况下，铅包电缆常常会发生护套胀破、漏油等故障，因此现多为铝护套所代替。三、护层22铝护套，是铅护套的代用材料，与铅相比，它主要具有以下优点：(l）密度小（铝的比重还不到铅的1/4)，机械强度高（强度几乎是铅的5倍）、资源丰富、价格便宜；(2）导电、导热、屏蔽性能优越；(3）敷设在振动场所也不需要防震装置，可见，铝不仅在经济上，更在性能上比铅优越，能避免铅护套的缺掐。因此，在电缆金属护层中，大力推广铝护套。三、护层23焊接皱纹金属护套:除了铅和铝之外，也有采用带材纵包熔焊的方法来制造电缆的密封护套，并用轧纹方法降低其刚性。焊接皱纹金属护套的特点是选材不受限制，如铝、铜、钢、不锈钢等金属都能加工，其中以皱纹钢护套占主要地位，皱纹钢护套的材料通常是冷轧低碳钢或低合金钢。因皱纹钢护套有良好的耐压缩、耐冲击、耐振动等性能，可以用于地下埋设和振动场所。由于钢材几乎在所有电缆使用的环境中都不耐腐蚀，因此，无论用什么样的敷设方式，皱纹钢护套都必须具有防水性能良好的外护层。三、护层242．护层材料护层材料主要有金属护层、橡胶塑料护层和组合护层三大类，铅、铝护套多用于油浸纸绝缘电缆，橡、塑护套多用于橡、塑类绝缘电缆．橡塑料护层，可以节约有色金属，但因其具有一定透过性，还不可能完全取代金属护层．•橡塑料护套的特点是机械强度、弹性和柔软性较高，有一定的透气性，但工艺复杂．它仅能在有高耐湿性的高聚物