电力电缆设计原理(电缆设计)

第一章绪论

1.1电线电缆的分类

电线电缆作用：用于传输电能、磁能信息以及实现电磁能转换的线材产品。

㈠基本分类：

1.裸电线：无绝缘，包括金属单线和架空线；

2.电力电缆：在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆；

3. 电气装备用电线电缆：从电力系统的配电点把电能直接送到各种用电设

备的电源连接线路用电线电缆及各种电器安装线。

a．低压配电电线电缆

b．信号和控制电缆

c．仪器和设备连接线

d．交通工具用电线电缆

e．地质资源勘探和开发电线电缆

f．直流高压电缆

g．加热电缆（油田使用）（自限温电缆）

h．特种电缆：耐高温、防水、核电站

4. 绕阻线（电磁线）：漆包线、绕包线

5. 通信电缆和通信光缆：用于电能传输和分配的电缆

（1）电流形式：交流电缆、直流电缆

（2）电压等级

交流中低压≤35KV

高压＜330 KV

超高压＜1000 KV

特高压≥1000 KV

直流高压＜200 KV

超高压＜800 KV

特高压≥800 KV

㈡按绝缘材料分类

橡皮绝缘电线电缆、塑料绝缘电缆（PVC、PE、PP、PTFE、XLPE）

浸滞纸绝缘电力电缆、充油电缆、充气电缆（惰性气体）：六氟化硫

㈢按安装位置分类

架立电缆、架空电缆、地下电缆、水下电缆（跨河、跨江、海底电缆）

架立电缆与架空电缆相比，架空电缆安全性高，占用空间小

㈣按导电性能分类：普通电缆、低温和超导电缆

1．2电线电缆基本组成部分及材料

1.线芯

作用：传导电流

要求：导电能力要好；易加工；价格适中；机械性能好。

⑴主要材料：铜、铝

铜：电阻率ρ=0.017241×10-6Ω·m，电阻温度系数α=0.00393/℃，导电性仅此于银

铝：电阻率ρ=0.026×10-6Ω·m，电阻温度系数α=0.00403/℃，导电性在银、铜、金之后，位居第四。

电阻温度系数：表示温度每升高1℃，电阻的增加倍数。

1.质量相同时的体积

2.电导值相同时的截面

3.负载相同时的截面

4.电阻值相同时的质量

⑵主要结构

a. 单线：导线截面较小的为单线，截面I一般10mm2以上16 mm2以下的电缆；截

面较大的优先考虑绞合线芯，截面I一般10mm2以上25 mm2以下的电缆；

结构有：圆线、双金属圆线、有镀层圆线、中空圆线

扁线、双金属扁线、中空扁线

弓形单线、Z型单线、扇形单线、梯形单线、多边形单线、双形单线

b. 绞合线芯：柔软、弯曲性好

绞合形状：圆形、扇形、椭圆形

c. 扇形线芯：电缆的导电线芯截面在35 mm2以上的多采用多芯扇形芯结构

特点：结构紧凑，减小电缆外形尺寸，节省材料，结构稳定

d. 铜芯铝绞线：自承重电线电缆（架空线）

e. 分割线芯：减小集肤效应，临近效应；每块扇形外层均包绝缘膜，由于等电位不

会击穿。

集肤效应：指工作时，电缆表面电流很大，而中间很小。

临近效应：指两端靠近电缆工作时，靠近部分电流大于远离部分。

分为两种：一种是非紧压型；一种是紧压型。

紧压型特点：结构紧凑，线芯表面光滑，减小多导丝效应，节省材料。

f. 中空线芯：主要用于充电电缆。

2. 绝缘材料

作用：承受电压

要求：电性能好，损耗小，耐电晕性好，化学稳定性好，耐低温性好，耐热性，易加工，寿命长，价格合理

种类：a. 橡胶、丁苯橡胶塑、天然橡胶、PVC、PE

b．塑料

c．纸、油

d．气体、SF6

第二章电力电缆结构

110KV以上输电线路；35KV及以下配电线路

2.1 浸油纸绝缘电力电缆

电缆纸：纤维素（C6H10O5）n、电缆油、松香

典型结构：

单芯：线芯、内半导电层（材料：金属化纸、半导电纸）、绝缘、外半导电层、铝套、内衬层、铠装、外护层

半导电层作用：

a．均化电场，绝缘内外平整，使突起屏蔽于半导电层之内；

b．避免线芯局部放电，内半导电层与线芯等电位，使二者之间的气隙不受此场力

的作用。

内衬层：非金属材料

作用：防腐防潮；衬垫防止两层金属之间摩擦。

外护套：

a ． 防腐防潮（保护铠装）；

b ．机械保护；

c ． 单绝缘电力电缆（贫乏浸渍纸绝缘），用于10KV 以下；

d ．不滴流电力电缆：带绝缘，在线芯成缆之后，在相绝缘外绕包一层绝缘带。（见P8图2-3）

为什么要加带绝缘？

因相绝缘厚度是按相间平板电场分布计算的，即2倍的相绝缘承受线电压，则对金属层间仅有一个相绝缘承受相电压，而每个相绝缘只能承受

2

3倍相电压，故要加带绝缘。

径向型电缆：只存在径向电场，单芯及分相屏蔽（铅包）多芯电缆。

非径向型电缆：

① 存在径向和与其垂直的切向电场，降低电缆击穿强度。（分相铅包的目的是得到径向型电缆）

② 电缆弯曲时，带绝缘将变形，易产生气隙，降低其电气性能。

2.2 橡皮绝缘电力电缆

橡皮绝缘弹性好，具有低的透水性，较好的化学稳定性和电气性能，最早绝缘电

线是用马来树胶做绝缘的。常用于电缆绝缘的橡胶种类：

（1） 天然橡胶

（2） 丁苯橡胶（丁二烯、苯乙烯聚合）

（3） 丁基橡胶（异丁烯、异戊二烯共聚物）

（4） 氯丁橡胶

以上几种橡胶由于含不饱和双键，故耐臭氧性、耐老化性较弱，击穿场强较低，主要用于6KV 及以下电压等级。

（5） 乙丙橡胶（乙烯、丙烯共聚物）

不含双键，故故耐臭氧性、耐老化性极大提高，为了改善其硫化性能，加入第三