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                              了解電力電纜,此文足矣

                              2020-04-03 10:09:29 2654

                              來源:電力筆記,作者:國網北京市電力公司姜綠先

                              電纜網的主要特點
                              優點
                              占用地面和空間少
                              受天氣和外部環境影響小 
                              可提高系統功率因數
                              有利于人身安全
                              運行維護工作簡單方便
                              有利于城市規劃,有利于環保
                              缺點
                              建設投資費用大 
                              電纜線路不易更改
                              分支技術復雜
                              電纜接頭需要專門技術,費用較高
                              故障尋測困難,修復時間長
                              特別適合采用電纜網的情況
                              重要辦公場所:
                              黨政機關;科研院所;國際機構;使領館
                              線路密集的場所:
                              如位于市區的變電站、配電室;發電廠;大型企業內;商業中心;CBD區域;金融中心;城市廣場;高層建筑;居民小區
                              風景名勝;文物保護區
                              重要跨越:跨越鐵路;跨越高速公路;跨越河流。
                              電力電纜的基本知識
                              什么是電力電纜?
                              在金屬線芯上進行絕緣擠包纏繞,用防護材料進行屏蔽、密封,能夠傳輸電能的特殊導線。主要包括線芯、絕緣、防護、密封。
                              按照電壓等級分類
                              低壓電力電纜:3kV及以下;
                              中壓電力電纜:6kV~35kV;
                              高壓電力電纜:66kV~110kV;
                              超高壓電力電纜:220kV~500kV;
                              特高壓電力電纜:750kV;1000kV。
                              按照絕緣材料劃分電纜類型
                              1、交聯聚乙烯絕緣電纜
                              2、聚氯乙烯(PVC)絕緣電纜
                              3、聚乙烯(PE)絕緣電纜
                              4、橡膠絕緣電纜
                              5、粘性油紙絕緣電纜
                              6、不滴流油紙絕緣電纜
                              7、充油電纜
                              8、充氣電纜
                              電纜規格型號的含義
                              比如:ZR-YJY22-8.7/10kV-3×240
                              ① 前半部分表示型號:ZR-YJY22
                              阻燃 交聯聚乙烯絕緣 銅芯 聚乙烯內護套 雙層鋼帶鎧裝 聚氯乙烯外護套。
                              ② 后半部分表示規格:8.7/10kV-3×240
                              電纜設計的相電壓U0為8.7kV;電纜設計的線電壓U為10kV ;三個線芯,每芯標稱截面為240㎜2。
                              電纜網中的兩個電壓概念 
                              ① 電力系統電壓:電力系統正常運行時的額定電壓。如220V、380V、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等。
                              ② 電纜產品電壓:表示為U0/U(Um)。如;6/10(12)kV、8.7/10(12)kV、21/35(40.5)kV、26/35(40.5)kV、64 /110(126)kV。
                              其中:U0:相電壓;U:線電壓;Um:設備可承受的“最高系統電壓”的最大值(最高電壓)。
                              電力電纜的基本結構
                              線芯
                              ① 作用是用來傳輸電能,常用材料為銅、鋁。
                              ② 截面積(計量單位平方毫米):為了便于制造和使用電纜的截面采取標準系列規格,我國的規定是:2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、2000、2500等。
                              ③ 線芯結構:采取多根細絲絞合成束,之后經過模具進行壓緊,使緊壓系數從0.73提高到0.9以上,有利于進行壓接連接。
                              ④ 電纜導體電阻:導體本身具有電阻,通過電流時會發熱,其溫升數值是限制電纜載流量的關鍵因素。我們希望導體的電阻越小越好。
                              導體屏蔽層(也稱內屏蔽層、內半導電層)
                              ① 導體屏蔽層是擠包在電纜導體上的非金屬層,與導體等電位,體積電阻率為100~1000Ω•m。與導體等電位。
                              ② 一般情況3kV及以下低壓電纜沒有導體屏蔽層,6kV及以上的中高壓電纜都必須有導體屏蔽層。
                              ③ 導體屏蔽層主要作用:消除導體表面的坑洼不平;消除導體表面的尖端效應;消除導體與絕緣之間的孔隙;使導體與絕緣之間緊密的接觸;改善導體周邊的電場分布;對于交聯電纜導體屏蔽層還具有抑制電樹生長和熱屏蔽作用。
                              絕緣層(也稱主絕緣)
                              ① 電纜主絕緣具有耐受系統電壓的特定功能,在電纜使用壽命周期內,要長期承受額定電壓和系統故障時的過電壓,雷電沖擊電壓,保證在工作發熱狀態下不發生相對地或相間的擊穿短路。因此主絕緣材料是電纜的質量關鍵。
                              ② 交聯聚乙烯是一種良好的絕緣材料,現在得到廣泛的應用,其顏色為青白色半透明。其特性是:較高的絕緣電阻;能夠耐受較高的工頻、脈沖電場擊穿強度;較低的介質損失角正切值;化學性能穩定;耐熱性能好,長期允許運行溫度90℃;良好的機械性能,易于加工和工藝處理。
                              絕緣屏蔽層(也稱外屏蔽層、外半導電層) 
                              ①  絕緣屏蔽層是擠包在電纜主絕緣上的非金屬層,其材料也是交聯材料,具有半導電的性質,體積電阻率為500~1000 Ω•m。與接地保護等電位。
                              ② 一般情況3kV及以下低壓電纜沒有絕緣屏蔽層,6kV及以上的中高壓電纜都必須有絕緣屏蔽層。
                              ③ 絕緣屏蔽層的作用:電纜主絕緣與接地金屬屏蔽之間的過渡,使之有緊密的接觸,消除絕緣與接地導體之間的孔隙;消除接地銅帶表面的尖端效應;改善絕緣表面周邊的電場分布。
                              ④ 絕緣屏蔽按照工藝分為可剝離型和不可剝離型,一般中壓電纜,35kV及以下采用可剝離型,好的可剝離絕緣屏蔽具有良好的附著力,剝離后沒有半導電顆粒殘留。110kV及以上采用不可剝離型。不可剝離型屏蔽層與主絕緣的結合更緊密,施工工藝要求更高。
                              金屬屏蔽層
                              ① 金屬屏蔽層包裹在絕緣屏蔽層外,金屬屏蔽層一般采用銅帶或銅絲,它是將電場限制在電纜內部,保護人身安全的關鍵結構。也是保護電纜免受外界電氣干擾的接地屏蔽層。
                              ② 在系統發生接地或短路故障時,金屬屏蔽層是短路接地電流的通道,其截面積應根據系統短路容量、中性點接地方式計算確定,一般10kV系統計算屏蔽層截面積推薦不小于25平方毫米。
                              ③ 在110kV及以上電纜線路中金屬屏蔽層是由金屬護套構成,既有電場屏蔽作用還有防水密封功能,同時還兼有機械保護功能。
                              ④ 金屬護套的材料和結構一般采用波紋鋁護套;波紋銅護套;波紋不銹鋼護套;鉛護套等。另外有一種復合護套,是采用鋁箔貼在PVC、PE護套內的結構,在歐美的產品中使用較多。
                              鎧裝層
                              ① 在內襯層外纏繞有金屬鎧裝層,一般采用雙層鍍鋅鋼帶鎧裝。其作用是保護電纜內部,防止在施工、運行過程中機械外力對電纜的損傷。也兼有接地防護的作用。
                              ② 鎧裝層有多種結構,如鋼絲鎧裝,不銹鋼鎧裝,非金屬鎧裝等,用于特殊電纜結構。
                              外護套
                              ① 這是電纜最外邊的保護,一般采用聚氯乙烯(PVC)聚乙烯(PE),都是絕緣材料,采用擠包成形。按照技術要求,一般采用的是阻燃聚氯乙烯(PVC)。適應冬季寒冷和夏季炎熱的要求,不開裂,不軟化。
                              ② 外護套主要的作用是密封防止水分侵入,保護鎧裝層不受腐蝕,防止電纜故障引發的火災擴大。
                              ③ 在外護套上還打印有電纜的特性信息,如規格、型號、生產年份、制造廠、連續計米長度等。
                              電纜的包裝、運輸、保管
                              1、電纜的包裝需要使用電纜盤,有鐵盤、木盤和鐵框木盤,盤的外徑對運輸、保管的成本影響較大,用于10kV及以下電纜的盤徑以3.2米以下為宜,盤寬以不超過2.2米為好,對于超過3.5米的要用特殊的運輸車。

                               

                              2、每盤電纜的重量與電纜的規格型號和長度有關,一般中低壓電纜單盤長度在500米左右,重量在3-10噸。

                               

                              3、在運輸裝卸過程中,不應使電纜及電纜盤受到損傷。嚴禁將電纜盤直接由車上推下。電纜盤不應平放運輸、平放貯存。

                               

                              4、運輸或滾動電纜盤前,必須保證電纜盤牢固,電纜繞緊。滾動時必須順著電纜盤上的箭頭指示或電纜的纏緊方向。

                              5、電纜在運輸、保管中封頭應進行保護,可靠密封,防止受潮進水。當外觀檢查有懷疑時,應進行受潮判斷或試驗。保管中封頭有損壞應立即處理。

                               

                              6、電纜保管應集中分類存放,并應標明型號、電壓、規格、長度。電纜盤之間應有通道。地基應堅實,當受條件限制時,盤下應加墊,存放處不得積水。當電纜盤有損壞時,應及時更換。

                               

                              7、充油電纜在運輸、保管中應保持壓力油箱、油管、閥門和壓力表完好。保管期應經常檢查油壓,并作記錄,油壓不得降至最低值。當油壓降至零或出現真空時,應及時處理。

                              電纜終端、接頭的基本知識
                               

                               

                               按安裝位置電纜接頭分類

                              1、電纜終端頭:終端頭的作用是裝配到電纜線路的首末端,用以完成與其他電氣設備連接的裝置;細分有戶外終端頭、戶內終端頭、肘型終端頭、GIS終端頭、變壓器終端頭;

                               

                              2 、電纜中間接頭:中間接頭的作用是電纜與電纜之間相互連接的一種裝置。細分有直通式接頭、絕緣接頭、分支接頭、異形接頭。

                               

                               

                              電纜終端按技術工藝分類

                              電纜終端

                              1、長沙頭:用于油浸紙鉛包電纜戶外終端。

                              2、熱縮終端:工藝較簡單,價格低,環境、人員影響相對小 ,密封不良,抱緊力差。

                              3、冷縮終端:使用硅橡膠,彈性好,抱緊力密封好,一體化生產,容易保證安裝質量,現場安裝方便,相比價格高。

                              4、硅橡膠預制終端:結構與冷縮終端相似,沒有在工廠預擴張,安裝尺寸要求嚴格,抱緊力密封不穩定,相比價格適中。

                              5、瓷套式終端:工藝成熟,對環境、人員要求高,笨重。

                              6、干式終端:終端內不需要充絕緣油的產品。

                               

                              電纜接頭的基本工藝要求

                              通常電纜接頭工作中要進行的工藝操作可歸納為四類:

                              1、導體連接 

                              2、絕緣增強 

                              3、電場均衡 

                              4、屏蔽密封

                               

                              電纜終端頭外絕緣的要求 

                              電纜終端頭外絕緣材料主要分為兩種:無機材料和有機材料;

                              無機材料主要有瓷、玻璃等;

                              有機材料主要有橡膠、環氧樹脂、交聯聚乙烯等;
                                 

                              1、材料要求:

                              優良的電氣絕緣性能

                              優良的老化性能

                              優良的耐污穢性能

                              優良的增水性能   

                                                                                                                          

                              2、結構要求 

                              干閃距離:干燥狀態下,因升高電壓而產生放電的途徑

                              濕間距離:淋雨狀態下,因升高電壓而產生放電的途徑

                              泄漏距離(爬電距離):從高壓端到接地端或兩相之間沿絕緣表面拉伸的長度或距離;泄漏比=泄漏距離/最高工作電壓(額定線電壓)。

                               

                              污穢等級與泄漏比  

                              IEC標準規定污穢等級為4級:

                              污穢等級      污穢程度      泄漏比

                               Ⅰ級             輕           1.6

                               Ⅱ級             中           2

                               Ⅲ級             重           2.5

                               Ⅳ級             嚴重          3.1

                               

                               

                              電纜附件標準與試驗  

                              電纜附件的設計與生產應遵循相關的國際標準,國家標準及行業標準。

                              a.中低壓附件標準:IEC60502,GB12706,JB8144(原GB11033)

                              b.高壓附件標準:IEC60840,IEC60859,IEC62067,GB11017,GB18890

                              c.金具標準:GB14315

                               

                              電纜附件的試驗

                              主要試驗:分型式試驗、抽樣試驗、出廠試驗和交接試驗等

                              a.  1min工頻:檢驗附件的耐壓質量水平;

                              b.  局部放電:檢驗附件材料內部是否存在氣隙;

                              c.  循環試驗:考核附件材料老化水平;

                              d.  沖擊試驗:考核耐受過電壓的能力;

                              e.  直流耐壓:考核以上試驗后的絕緣水平;

                              f.  鹽霧試驗(潮濕試驗):檢驗附件外絕緣耐污穢水平;

                              g.  密封試驗:考核附件的防水防潮水平;

                              h. 機械性能試驗:考核附件承受外力,內部膨脹壓力及電動力的能力

                               

                              電纜質量到貨檢測 

                              目前檢測中心電纜常規檢測項目及目前檢測中心常規檢測項目包括:

                              結構尺寸檢查;

                              導體直流電阻;

                              絕緣熱延伸;

                              如有特殊要求,還需進行電纜的成束燃燒試驗。

                               

                               

                              檢測中心電纜常規檢測項目

                              結構尺寸檢查:檢查電纜各部分材質、結構、直徑、偏心度、厚度等是否符合標準。

                               

                              導體直流電阻:檢查電纜線芯的材質和截面,通過直流電阻換算是檢查線芯的物理截面積是否符合標準,同時檢查線芯表面是否受潮氧化等。

                               

                              絕緣熱延伸試驗:針對交聯聚乙烯絕緣材料的檢查,電纜主絕緣的交聯度是考察其絕緣原材料質量和交聯工藝是否達標。絕緣熱延伸不合格,則反映電纜成品絕緣性能不良,可能造成電纜在長時間運行的過程中發生加速老化變形,最終形成擊穿。

                               

                              幾種常見缺陷,如下表:

                               

                              電力電纜絕緣理論基礎 

                              放電是造成絕緣擊穿的重要原因。

                              什么是放電? 

                              在兩個有電位差的導體之間,當絕緣材料性能下降,兩個導體間產生了電子能量的遷移,比如高壓火線與地線間的打火就是放電,完全的放電是放電的瞬時在兩個電極間形成了完整的電弧通道。

                               

                              放電的特殊情況—局部放電

                              情況之一:在兩個導體之間有絕緣,當絕緣材料內部有缺陷,如雜質、空隙、導體的尖端等,會造成絕緣內部電場歧變,引起在絕緣內部產生脈沖放電。

                              情況之二:外部放電產生電暈也是局部放電的一種,在高電位與接地之間有空氣絕緣,當導體周圍的電場在某一點特別集中時,如導線毛刺,引起在空氣中產生脈沖放電,且沒有形成對地短路,形成電暈。

                               

                              局部放電的特征

                              局部放電也具有放電的基本特征,即有電子能量的遷移,由于放電能量較小,又有絕緣材料的阻擋,在兩個電極間不一定形成完整的電弧通道,此類通道一旦出現就會加劇局部放電,直到形成兩極貫通,就會發生短路放電故障。

                               

                              局部放電形成的原因

                              主絕緣內存在氣隙會引起局部放電。由于氣隙的相對介電常數遠小于電纜絕緣,在工頻電場作用下,氣隙要承受較大的電場強度,造成局部放電,隨著氣隙的多次放電,氣隙通路不斷擴大,放電量逐漸增加,直至發生擊穿,造成電纜損壞。

                              主絕緣內存在雜質會引起局部放電。雜質的擊穿強度比絕緣材料小的多,在電場作用下,雜質首先發生放電、炭化和氣化,生成氣隙,引起局部放電。

                              導體的尖端、毛刺會引起局部放電。由于尖端會使電場強度增加,尖端周圍的絕緣材料先發生放電,進而發展成擊穿,這就是我們常說的尖端效應。

                               

                               

                              試驗:針板電極試驗、氣隙更易產生電樹

                               

                              試驗結果小結

                              由以上針—板電極試驗的結果可以看出,在絕緣材料中產生局放和電樹的起始電壓同電極的曲率半徑是緊密相關的,曲率半徑越大,產生局放和電樹的起始電壓越高;反之曲率半徑越小,起始電壓也越低。

                              針尖出現的裂縫產生了氣隙,氣隙內的相對介電常數遠小于固體絕緣材料,氣隙要承受較大的電場強度,在很低的電壓下造成局部放電。

                               

                              水分對電纜絕緣的影響

                              交聯電纜在生產過程中絕緣材料中會有水分子存在,在電場和溫度的作用下,會形成水樹枝,水樹枝在長期運行中會生長,也會發生遷移,逐漸演變成氣隙,形成放電,損壞絕緣。

                              另外電纜在成形后外護套破損進水,在線芯和絕緣外有潮氣存在,也會降低電纜絕緣特性,形成放電通道。在施工中一定要保護好內外護套,防止線芯進水。

                               

                              溫度對電纜絕緣的影響

                              電纜絕緣材料性能都與溫度密切相關,隨溫度的升高,絕緣性能下降,絕緣電阻降低,擊穿場強下降,溫度升高絕緣加速老化,超過最高工作溫度還會引起電纜變形,場強分布歧變,嚴重會導致熱擊穿發生,因此要嚴格控制電纜工作溫度,不允許電纜超負荷工作

                               

                              半導體界面對絕緣的影響

                              在進行電纜終端和對接頭制作中都有處理半導體屏蔽層,這是接頭質量的關鍵。此處是場強突變的部位,如果處理工藝水平不高,投入運行后對絕緣造成損傷,嚴重的情況在竣工試驗中就會發生擊穿。


                               

                              絕緣材料損傷造成的影響

                              在電纜接頭安裝過程中要剝除外半導電屏蔽,如果在關鍵部位造成損傷,例如刀痕,也會形成內部爬閃放電通道。

                               

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