电力电缆的结构分析

1、电力电缆的结构分析电力电缆的结构分析12011-11-10 China R&D Center22011-11-10 China R&D Center3 目前我国规目前我国规定电压在定电压在110kV及以上的电力网及以上的电力网叫输电系统（或叫输电系统（或高压系统）。高压系统）。 电压在电压在35kV及以下的电力网及以下的电力网叫配电系统。叫配电系统。电力电缆的各个部分电力电缆的各个部分2011-11-10 China R&D Center4各种电力电缆简述与设计各种电力电缆简述与设计1、导电线芯的工艺导电线芯的工艺参数和材料结构参数和材料结构5 5、35kV35kV及以

2、下的及以下的 电力电缆电力电缆6 6、高压交联聚乙烯高压交联聚乙烯 绝缘电力电缆绝缘电力电缆2、电力电缆绝缘层电力电缆绝缘层的结构和材料的结构和材料7 7、高压充油电力电缆高压充油电力电缆8 8、新型电力电缆简述新型电力电缆简述 3、电力电缆屏蔽层电力电缆屏蔽层的结构和材料的结构和材料4、电力电缆护层的电力电缆护层的结构和材料结构和材料2011-5-10 China R&D Center5导电线芯的工艺参数和材料结构导电线芯的工艺参数和材料结构常用线芯材料常用线芯材料铜铜铝铝导电线芯种类导电线芯种类实心实心导体导体非紧压非紧压绞合圆绞合圆形导体形导体紧压绞合圆紧压绞合圆形导体和绞形导体

3、和绞合成型导体合成型导体1、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构导体的绞合导体的绞合61、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构铜铜铝铝电导率电导率（10e6 S/m）5838电阻率电阻率（10e-6 m）0.0172410.026电阻温度系数电阻温度系数（/）0.003930.004030.00403其它性能其它性能1. 铜导体必须纯度高，不低于铜导体必须纯度高，不低于99.9%，有杂，有杂质会使导电性能下降。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。前使用含

4、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。绝缘其化学反应，又使接头易于焊接。铝的比重小，资铝的比重小，资源丰富，铝作为源丰富，铝作为导体可更经济。导体可更经济。71、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构81、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构绞合的分类绞合的分类规则绞合规则绞合正常规则绞合正常规则绞合简单正简单正规绞合规绞合复合正复合正规绞合规绞合非正常规则绞合非正常规则绞合简单非

5、正简单非正规绞合规绞合复合非正常绞复合非正常绞合合不规则绞合（束绞）不规则绞合（束绞）91、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构绞合的作用绞合的作用1. 导体的柔软性和稳定性大大提高。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。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。配在一段线芯上，

6、不容易损伤电缆的绝缘。101、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构规则绞合规则绞合不规则绞合（束绞）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。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。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。低压电缆。111、导电线芯的工艺参数和材料结构、导电线芯的工艺参数和材料结构简单正规绞合（最常见）简单正规绞合（最常见）1+

7、6+121+6+12，2+8+14,3+9+15,4+10+16,5+11+172+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几何关系简明、稳定性高，电力电缆通常采用这一结构型式。结构型式。复合正规绞合复合正规绞合 这种结构的导体外径小，柔软性高，填充系数大，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。常用于大截面移动式橡皮绝缘电缆。简单非正规绞合简单非正规绞合 层与层之间导体直径不相同的规则绞合。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。电力电缆使用较少。复杂非正规绞合复杂非正规绞合层与层

8、之间导体直径不相同的规则绞合。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。电力电缆使用较少。121、导电线芯的工艺参数和材料结构、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。单线绕线芯一周沿线芯中心线的长度。绞合节距绞合节距 h将通过某层单线中心所在圆的直径记为将通过某层单线中心所在圆的直径记为D，则节，则节距距h和和D之比为节距比。之比为节距比。通常，内层绞合节距比比外层绞合节距比大。通常，内层绞合节距比比外层绞合节距比大。节距比节距比 m又称螺旋升角。绞合单线与绞合横截面的夹角。又称螺旋升角。绞合单线与绞合横截面的夹角。节距比节距比m愈小，绞合角愈小，绞合角愈小

9、，柔软程度愈高。愈小，柔软程度愈高。但绞入率但绞入率k会愈大，所需单线愈长。会愈大，所需单线愈长。绞合角绞合角 单线长度比线芯长度增长的百分比。单线长度比线芯长度增长的百分比。 k=(L-h)/h。绞入率绞入率 k层数与单线根数的关系。层数与单线根数的关系。绞入率绞入率k有一容许最大值，此时节距比为极限节有一容许最大值，此时节距比为极限节距比。距比。最小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。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。的规则绞合结构最佳。线芯的填充系数线

10、芯的填充系数132、电力电缆绝缘层的结构和材料电力电缆绝缘层的结构和材料结构类型结构类型挤包挤包应用最广泛的一应用最广泛的一种。它是用挤出种。它是用挤出设备将绝缘材料设备将绝缘材料一次性挤包在导一次性挤包在导体四周，形成一体四周，形成一个厚度均匀的密个厚度均匀的密封套式的绝缘结封套式的绝缘结构。例如构。例如PVC绝缘、绝缘、XLPE绝缘、绝缘、EPR或或HEPR绝缘等。绝缘等。绕包绕包将带状薄膜材料以小间将带状薄膜材料以小间距、搭盖式绕包在导体距、搭盖式绕包在导体四周，一般还需与其它四周，一般还需与其它绝缘材料组合而成。例绝缘材料组合而成。例如耐火电缆绕包云母带如耐火电缆绕包云母带后还要挤包绝

11、缘，共同后还要挤包绝缘，共同组成绝缘层。矩形电磁组成绝缘层。矩形电磁线绕包聚四氟乙带后，线绕包聚四氟乙带后，再用聚酯薄膜烧结成一再用聚酯薄膜烧结成一密封层。密封层。另外还有绕包浸油电缆。另外还有绕包浸油电缆。粉末填充粉末填充固体粉末绝缘是将固体粉末绝缘是将无机粉末状材料无机粉末状材料(MgO等等)机械地填机械地填充到导体和同轴状充到导体和同轴状金属管护套之间的金属管护套之间的一种绝缘结构。它一种绝缘结构。它不燃烧，防鼠咬，不燃烧，防鼠咬，防水、环保、寿命防水、环保、寿命长，连续工作温度长，连续工作温度高，是具有广阔应高，是具有广阔应用前景的一类电缆。用前景的一类电缆。142、电力电缆绝缘层的结

12、构和材料电力电缆绝缘层的结构和材料绝缘层材料与性能绝缘层材料与性能聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC）聚乙烯（聚乙烯（PE）交联聚乙烯交联聚乙烯（XLPE）以以PVC树脂为主料，配树脂为主料，配以增塑剂、稳定剂、抗以增塑剂、稳定剂、抗氧剂、填充剂等混炼、氧剂、填充剂等混炼、造粒而成。最早应用于造粒而成。最早应用于电缆产品的塑料，其机电缆产品的塑料，其机械性能优越，一般电性械性能优越，一般电性能良好能良好(高压和高频电性高压和高频电性能较差能较差)，对大气、酸、，对大气、酸、碱、有机溶剂较稳定。碱、有机溶剂较稳定。缺点是极性材料，热稳缺点是极性材料，热稳定性不高，燃烧产生有定性不高，燃烧产生有害气体，污染

13、环境，中害气体，污染环境，中由于由于3.6/6kV及以下电压及以下电压等级。等级。低密度聚乙烯硬低密度聚乙烯硬度低、软化点低、度低、软化点低、耐热温度低、耐热温度低、机械机械性能性能差，主要用于差，主要用于通信电缆通信电缆.高密度聚乙烯则高密度聚乙烯则硬度大，软化温硬度大，软化温度、机械性能、度、机械性能、耐化学稳定性提耐化学稳定性提高，一般用作护高，一般用作护套材料。套材料。交联将线性结构的聚乙交联将线性结构的聚乙烯变成三维立体网状结烯变成三维立体网状结构的构的XLPE，从而大大提，从而大大提高聚乙烯的机械性能和高聚乙烯的机械性能和耐热性能，增加了抗蠕耐热性能，增加了抗蠕变、耐化学稳定性和耐

14、变、耐化学稳定性和耐溶剂性能，并能提高其溶剂性能，并能提高其耐电强度，改善耐环境耐电强度，改善耐环境应力开裂和耐老化性能，应力开裂和耐老化性能，同时保留了聚乙烯的优同时保留了聚乙烯的优点。广泛用于低、中、点。广泛用于低、中、高压电力电缆的绝缘。高压电力电缆的绝缘。橡皮绝缘材橡皮绝缘材料料152、电力电缆绝缘层的结构和材料电力电缆绝缘层的结构和材料交联聚乙烯（交联聚乙烯（XLPE）物理交联：利用高能粒子射物理交联：利用高能粒子射线照射使其交联，也称辐照线照射使其交联，也称辐照交联。主要用于电气装备用交联。主要用于电气装备用电线电缆、电线电缆、1kV架空绝缘电缆、架空绝缘电缆、10kV架空薄绝缘电

15、缆和低压架空薄绝缘电缆和低压较小截面电力电缆。较小截面电力电缆。化学交联：在聚乙烯中加化学交联：在聚乙烯中加入化学交联剂而进行交联入化学交联剂而进行交联的，又分为过氧化物交联的，又分为过氧化物交联和硅烷交联。和硅烷交联。162、电力电缆绝缘层的结构和材料电力电缆绝缘层的结构和材料橡橡皮皮绝绝缘缘材材料料的的性性能能天然橡胶天然橡胶(NR)和丁苯橡胶和丁苯橡胶(SBR)。在。在6kV及以下的橡皮绝缘和护套及以下的橡皮绝缘和护套电缆中应用最多。电缆中应用最多。三元乙丙橡胶三元乙丙橡胶(EPDM)。比。比XLPE电缆具有更好的柔软性和防水性，电缆具有更好的柔软性和防水性，常用于常用于1110kV低、

16、中、高压电力电缆、直流高压软电缆和高电低、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。性绝缘电缆，如矿用、船用、核电站用、风能发电用电缆。氯磺化聚乙烯氯磺化聚乙烯(CSPE)。是综合性能最好的橡皮护套料之一，用于。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高压电机和F级电机的引接线、飞机或汽车的点火线以及级电机的引接线、飞机或汽车的点火线以及2kV 以以下的特种电线的绝缘。（一般不加护套）下的特种电线的绝缘。（一般不加护套）硅橡胶。主

17、要用于船用控制电缆、航空导线，以及环境温度高、硅橡胶。主要用于船用控制电缆、航空导线，以及环境温度高、工作温度达工作温度达150200的电线的绝缘，也可用于无外力破坏的某的电线的绝缘，也可用于无外力破坏的某些产品的护套。些产品的护套。173、电力电缆屏蔽层的结构和材料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线电缆产品中所采用的屏蔽电磁屏电磁屏蔽（防蔽（防止传输止传输高频信高频信号的电号的电线电缆线电缆对外界对外界产生的产生的干扰或干扰或者阻拦者阻拦外界电外界电磁波对磁波对传输微传输微弱电流弱电流用电线用电线电缆的电缆的干扰）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

18、面的强电场而设置的结构）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）额定电压大于额定电压大于0.6/1kV电缆电缆应有金属屏蔽应有金属屏蔽层，可以在单层，可以在单根绝缘线芯上根绝缘线芯上也可在多心成也可在多心成缆缆芯上包裹缆缆芯上包裹金属屏蔽。对金属屏蔽。对于额定电压不于额定电压不小于小于3.6/6kV的乙丙橡胶薄的乙丙橡胶薄绝缘（或额定绝缘（或额定电压不小于电压不小于6/10kV的厚绝的厚绝缘）电缆，还缘）电缆，还需采用内、外需采用内、外半导电屏蔽结半导电屏蔽结构。构。导体屏蔽和绝缘屏蔽（内、外半导电屏蔽）导体屏蔽和绝缘屏蔽（内、外半导电屏蔽）导体屏蔽（内半导电

19、屏蔽）应导体屏蔽（内半导电屏蔽）应是非金属的，由挤包的半导电是非金属的，由挤包的半导电料或在导体上先包半导电带再料或在导体上先包半导电带再挤包半导电料组成。挤包半导电料组成。作用：电作用：电缆导体一般由多跟导体绞合紧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和绝缘层之间难免会有局部缝隙、毛刺等表面不光滑现象，隙、毛刺等表面不光滑现象，会造成电场集中，引起局部的会造成电场集中，引起局部的气隙放电和树枝放电，导致其气隙放电和树枝放电，导致其耐电性能的下降。在导体表面耐电性能的下降。在导体表面和绝缘层之间挤一层半导电材和绝缘层之间挤一层半

20、导电材料（导体屏蔽），它能与绝缘料（导体屏蔽），它能与绝缘层紧密接触，由于半导电层与层紧密接触，由于半导电层与导体等电位，他们之间虽然有导体等电位，他们之间虽然有气隙但不会局部放电。气隙但不会局部放电。绝缘屏蔽绝缘屏蔽(外半导电屏外半导电屏蔽蔽)是直接挤包在每根是直接挤包在每根绝缘线芯外表面，并绝缘线芯外表面，并与绝缘线芯紧密结合与绝缘线芯紧密结合或可剥离的非金属半或可剥离的非金属半导电层。导电层。作用：在绝作用：在绝缘外表面与金属护套缘外表面与金属护套（或金属屏蔽）之间（或金属屏蔽）之间也存在气隙，电压等也存在气隙，电压等级越高，越容易发生级越高，越容易发生气隙放电。在绝缘外气隙放电。在绝缘外表面挤包一层半导电表面挤包一层半导电层（绝缘屏蔽）后，层（绝缘屏蔽）后，