电力电缆及附件的基本知识

电缆和附件的基本知识

一、电力电缆结构特性：

1)油浸纸绝缘统包型电缆

三芯油浸纸绝缘电力电缆结构图

1—扇形导体；2—导体屏蔽；3—油浸纸绝缘；4—填充物；

5—统包油浸纸绝缘；6—绝缘屏蔽；7—铅（或铝）护套；

8—垫层；9—钢丝铠装；10—聚氯乙烯外护套

2)油浸纸绝缘分相铅包（铝包）型电缆

分相铅套电力电缆结构图

1—导体；2—导体屏蔽；3—油纸绝缘层；4—绝缘屏蔽；

5—铅护套；6—内垫层及填料；7—铠装层；8—外被层；

3)XLPE绝缘电缆

110kVXLPE绝缘电缆结构图

1)导体

传输负荷电流

2)导体屏蔽层

作用：

a、屏蔽层具有均匀电场和降底线芯表面场强的作用；

b、线芯与绝缘之间的过渡，绝缘间的粘结

c、与线芯一起形成内电极

3)绝缘层

作用：

绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构。

4)绝缘屏蔽层：

作用：保证…….能与绝缘紧密接触，克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点，而把气隙屏蔽在工作场强之外，在附件制作中也普遍采用这一技术。

5)阻水层（缓冲层）

纵向阻水、隔热、防挤压 6) 金属屏蔽层： 作用：

a 、 形成工作电场的低压电极，当局部有毛刺时也会形成电场强度很大的情况，因此也要力图使导体表面尽量做到光滑完整无毛刺；

b 、 提供电容电流及故障电流的通路，因此也有一定的截面要求。 C 、机械保护、径向防水（管状） 7) 护层：

作用：是保护绝缘和整个电缆正常可靠工作的重要保证，针对各种环境使用条件设计有相应的护层结构，主要是机械保护（纵向、经向的外力作用）防水、防火、防腐蚀、防生物等，可以根据需要进行各种组合。 8) 石墨层

形成一均匀的导电层，使护套接地均匀 二、电场的基本概念 1、库仑定律

在真空中，两个点电荷之间的相互作用力的方向沿着两个点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸，作用力的大小与两电荷电量

q 1和q 2的乘积成正比，与两电荷之间的距离的平方成反比。

F 12 = F 21 = K q 1q 2

γ12

2

K 是一个恒量，单位是牛顿·米2/库仑2 2、介电常数

后来人们的进步研究时发现，如果引入一个新的恒量εο

1

令 K = 对电场研究和计算更方便，因此就引入了介电 4πεο

常数这个概念

εο定义为真空中的介电常数，单位库仑2/牛顿·米2

相对介电常数εr=εεο

3、电场和电场强度

电荷与电荷相互作用力

超距作用

场的概念电荷场电荷

引入了电场的概念，那么要描述电场中一点的客观性能，就要有新的物理量，于是就引入前面………电场强度

E =F/q o

电场强度在量值和方向上等于一个单位正电荷在该点所受的力。

4、电场的图示法（普物P25）

○1电力线

不形成闭合回线，也不中断，而是起于正电荷，止于负电荷。两种性质{

两条电力线不会相交

○2等势面

电势相等的各点所构成的曲面叫等势面。

等势面密电场强，相反等势面疏电场弱。

三、物体中电场的特殊性

1、导体中的电场

导体中由于有自由电子电场作用下发生迁移

重新分布静电平衡

静电屏蔽，法拉第笼

带电作业服

中间头

2、多层绝缘物体中的电场分布

ε1E1=ε2E2

举例：绝缘中气泡

半导电粘贴不牢

四、电缆附件的基本知识

1、电缆端头的电场分布

要搞清这两个问题，我们先来了解一下同轴形电极的电场分布特点，这里是一个同轴形电极电力线分布的轴线剖视图。电场是看不见，摸不着的；早期科学家为了形象的来描述电场用一组带箭头的线条来描述电场，线条的蔬密表示电场的大小，线条密电场就大，线条希蔬电场就小；箭头表示电场的方向。从图上可以看到在外电极端部电力线比较密集，因此这里的电场就比较大。

因此，线芯需与其它电气设备连接，在电缆端头就必然存在上面所讲的边缘效应，即电场集中的现象。因此在电缆的端头和接续处要进行特殊处理，改善电缆屏蔽切断处的电场分布。下面是电缆端头的电场分布示意图。

电缆端头有应力锥时的电场分布

电缆端头无应力锥时电场分布

2、电缆附件的作用

①电应力处理

②导体接续和引出

③密封

④屏蔽的接续和引出

⑤绝缘和支承

3、电缆附件中的电应力处理方法

①几荷法②参数法

电应力控制是对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制，也就是采取适当的措施，使得电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。

对于电缆终端而言，电场畸变最为严重，影响终端运行可靠性最大的是电缆外屏蔽切断处，而电缆中间接头电场畸变

的影响，除了电缆外屏蔽切断处，还有电缆末端绝缘切断处。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布，一般采用以下

几种方法：

（1）几何形状法

采用应力锥缓解电场应力集中：

应力锥设计是常见的方法，从电气的角度上来看也是最可靠的最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆的运行寿命。采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、冷缩式终端。

（2）参数控制法

上世纪末国外开发了适用于中压电缆附件的所谓应力控制层。其原理是采用合适的电气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs)，从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数的材料。目前应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力控制带等等，一般这些应力控制材料的介电常数都大于20，体积电阻率为108-1012Ω.cm。应力控制材料的应用，要兼顾应力控制和体积电阻两项技术要求。虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素的影响，在长时间电场中运行，温度、外部环境变化都将使应力控制材料老化，老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大的变化，体积电阻率变大，应力控制材料成了绝缘材料，起不到改善电场的作用，体积电阻率变小，应力控制材料成了导电材料，使电缆出现故障。这就是应用应力控制材料改善电场的热缩式电缆附件为什么只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件经常出现故障的原因所在，同样采用冷缩应力管和应力控制带的电缆附件也有类似问题。采用非线性电阻材料---非线性电阻材料（FSD）也是近期发展起来的一种新型材料，它利用材料本身电阻率与外施电场成非线性关系变化的特性，来解决电缆绝缘屏蔽切断处电场集中分布的问题。非线性电阻材料具有对不同的电压有变化电阻值的特性。当电压很低的时候，呈现出较大的电阻性能；当电压很高的时候，呈现出较小的电阻性能。采用非线性电阻材料能够生产出较短的应力控制管，从而解决电缆采用高介电常数应力控制管终端无法适用于小型开关柜的问题。非线性电阻材料亦可制成非线性电阻片（应力控制片），直接绕包在电缆绝缘屏蔽切断处上，缓解这一点的应力集中的问题。

4、终端及接头中的电场分布示例