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了解电力电缆,此文足矣!

电力专家联盟2018-12-05 17:16:12

来源:电力笔记  ID:dianlibiji

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申请格式:城市名称-公司名称(电气工程师行业职称)

电缆网的主要特点
优点
占用地面和空间少
受天气和外部环境影响小 
可提高系统功率因数
有利于人身安全
运行维护工作简单方便
有利于城市规划,有利于环保
缺点
建设投资费用大 
电缆线路不易更改
分支技术复杂
电缆接头需要专门技术,费用较高
故障寻测困难,修复时间长
特别适合采用电缆网的情况
重要办公场所:
党政机关;科研院所;国际机构;使领馆
线路密集的场所:
如位于市区的变电站、配电室;发电厂;大型企业内;商业中心;CBD区域;金融中心;城市广场;高层建筑;居民小区
风景名胜;文物保护区
重要跨越:跨越铁路;跨越高速公路;跨越河流。
电力电缆的基本知识
什么是电力电缆?
在金属线芯上进行绝缘挤包缠绕,用防护材料进行屏蔽、密封,能够传输电能的特殊导线。主要包括线芯、绝缘、防护、密封。
按照电压等级分类
低压电力电缆:3kV及以下;
中压电力电缆:6kV~35kV;
高压电力电缆:66kV~110kV;
超高压电力电缆:220kV~500kV;
特高压电力电缆:750kV;1000kV。
按照绝缘材料划分电缆类型
1、交联聚乙烯绝缘电缆
2、聚氯乙烯(PVC)绝缘电缆
3、聚乙烯(PE)绝缘电缆
4、橡胶绝缘电缆
5、粘性油纸绝缘电缆
6、不滴流油纸绝缘电缆
7、充油电缆
8、充气电缆
电缆规格型号的含义
比如:ZR-YJY22-8.7/10kV-3×240
① 前半部分表示型号:ZR-YJY22 
阻燃 交联聚乙烯绝缘 铜芯 聚乙烯内护套 双层钢带铠装 聚氯乙烯外护套。
② 后半部分表示规格:8.7/10kV-3×240
电缆设计的相电压U0为8.7kV;电缆设计的线电压U为10kV ;三个线芯,每芯标称截面为240㎜2。
电缆网中的两个电压概念 
① 电力系统电压:电力系统正常运行时的额定电压。如220V、380V、10kV、35kV、110kV、220kV、500kV等。
② 电缆产品电压:表示为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:相电压;U:线电压;Um:设备可承受的“最高系统电压”的最大值(最高电压)。
电力电缆的基本结构
线芯
① 作用是用来传输电能,常用材料为铜、铝。
② 截面积(计量单位平方毫米):为了便于制造和使用电缆的截面采取标准系列规格,我国的规定是: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 线芯结构:采取多根细丝绞合成束,之后经过模具进行压紧,使紧压系数从0.73提高到0.9以上,有利于进行压接连接。
④ 电缆导体电阻:导体本身具有电阻,通过电流时会发热,其温升数值是限制电缆载流量的关键因素。我们希望导体的电阻越小越好。
导体屏蔽层(也称内屏蔽层、内半导电层)
① 导体屏蔽层是挤包在电缆导体上的非金属层,与导体等电位,体积电阻率为100~1000Ω•m。与导体等电位。
② 一般情况3kV及以下低压电缆没有导体屏蔽层,6kV及以上的中高压电缆都必须有导体屏蔽层。
③ 导体屏蔽层主要作用:消除导体表面的坑洼不平;消除导体表面的尖端效应;消除导体与绝缘之间的孔隙;使导体与绝缘之间紧密的接触;改善导体周边的电场分布;对于交联电缆导体屏蔽层还具有抑制电树生长和热屏蔽作用。
绝缘层(也称主绝缘)
① 电缆主绝缘具有耐受系统电压的特定功能,在电缆使用寿命周期内,要长期承受额定电压和系统故障时的过电压,雷电冲击电压,保证在工作发热状态下不发生相对地或相间的击穿短路。因此主绝缘材料是电缆的质量关键。
② 交联聚乙烯是一种良好的绝缘材料,现在得到广泛的应用,其颜色为青白色半透明。其特性是:较高的绝缘电阻;能够耐受较高的工频、脉冲电场击穿强度;较低的介质损失角正切值;化学性能稳定;耐热性能好,长期允许运行温度90℃;良好的机械性能,易于加工和工艺处理。
绝缘屏蔽层(也称外屏蔽层、外半导电层) 
①  绝缘屏蔽层是挤包在电缆主绝缘上的非金属层,其材料也是交联材料,具有半导电的性质,体积电阻率为500~1000 Ω•m。与接地保护等电位。
② 一般情况3kV及以下低压电缆没有绝缘屏蔽层,6kV及以上的中高压电缆都必须有绝缘屏蔽层。
③ 绝缘屏蔽层的作用:电缆主绝缘与接地金属屏蔽之间的过渡,使之有紧密的接触,消除绝缘与接地导体之间的孔隙;消除接地铜带表面的尖端效应;改善绝缘表面周边的电场分布。
④ 绝缘屏蔽按照工艺分为可剥离型和不可剥离型,一般中压电缆,35kV及以下采用可剥离型,好的可剥离绝缘屏蔽具有良好的附着力,剥离后没有半导电颗粒残留。110kV及以上采用不可剥离型。不可剥离型屏蔽层与主绝缘的结合更紧密,施工工艺要求更高。
金属屏蔽层
① 金属屏蔽层包裹在绝缘屏蔽层外,金属屏蔽层一般采用铜带或铜丝,它是将电场限制在电缆内部,保护人身安全的关键结构。也是保护电缆免受外界电气干扰的接地屏蔽层。
② 在系统发生接地或短路故障时,金属屏蔽层是短路接地电流的通道,其截面积应根据系统短路容量、中性点接地方式计算确定,一般10kV系统计算屏蔽层截面积推荐不小于25平方毫米。
③ 在110kV及以上电缆线路中金属屏蔽层是由金属护套构成,既有电场屏蔽作用还有防水密封功能,同时还兼有机械保护功能。
④ 金属护套的材料和结构一般采用波纹铝护套;波纹铜护套;波纹不锈钢护套;铅护套等。另外有一种复合护套,是采用铝箔贴在PVC、PE护套内的结构,在欧美的产品中使用较多。
铠装层
① 在内衬层外缠绕有金属铠装层,一般采用双层镀锌钢带铠装。其作用是保护电缆内部,防止在施工、运行过程中机械外力对电缆的损伤。也兼有接地防护的作用。
② 铠装层有多种结构,如钢丝铠装,不锈钢铠装,非金属铠装等,用于特殊电缆结构。
外护套
① 这是电缆最外边的保护,一般采用聚氯乙烯(PVC)聚乙烯(PE),都是绝缘材料,采用挤包成形。按照技术要求,一般采用的是阻燃聚氯乙烯(PVC)。适应冬季寒冷和夏季炎热的要求,不开裂,不软化。
② 外护套主要的作用是密封防止水分侵入,保护铠装层不受腐蚀,防止电缆故障引发的火灾扩大。
③ 在外护套上还打印有电缆的特性信息,如规格、型号、生产年份、制造厂、连续计米长度等。



电缆的包装、运输、保管
1、电缆的包装需要使用电缆盘,有铁盘、木盘和铁框木盘,盘的外径对运输、保管的成本影响较大,用于10kV及以下电缆的盘径以3.2米以下为宜,盘宽以不超过2.2米为好,对于超过3.5米的要用特殊的运输车。 


2、每盘电缆的重量与电缆的规格型号和长度有关,一般中低压电缆单盘长度在500米左右,重量在3-10吨。


3、在运输装卸过程中,不应使电缆及电缆盘受到损伤。严禁将电缆盘直接由车上推下。电缆盘不应平放运输、平放贮存。 


4、运输或滚动电缆盘前,必须保证电缆盘牢固,电缆绕紧。滚动时必须顺着电缆盘上的箭头指示或电缆的缠紧方向。

5、电缆在运输、保管中封头应进行保护,可靠密封,防止受潮进水。当外观检查有怀疑时,应进行受潮判断或试验。保管中封头有损坏应立即处理。


6、电缆保管应集中分类存放,并应标明型号、电压、规格、长度。电缆盘之间应有通道。地基应坚实,当受条件限制时,盘下应加垫,存放处不得积水。当电缆盘有损坏时,应及时更换。


7、充油电缆在运输、保管中应保持压力油箱、油管、阀门和压力表完好。保管期应经常检查油压,并作记录,油压不得降至最低值。当油压降至零或出现真空时,应及时处理。




电缆终端、接头的基本知识
 


 按安装位置电缆接头分类

1、电缆终端头:终端头的作用是装配到电缆线路的首末端,用以完成与其他电气设备连接的装置;细分有户外终端头、户内终端头、肘型终端头、GIS终端头、变压器终端头;


 2 、电缆中间接头:中间接头的作用是电缆与电缆之间相互连接的一种装置。细分有直通式接头、绝缘接头、分支接头、异形接头。


电缆终端按技术工艺分类

电缆终端

1、长沙头:用于油浸纸铅包电缆户外终端。

2、热缩终端:工艺较简单,价格低,环境、人员影响相对小 ,密封不良,抱紧力差。

3、冷缩终端:使用硅橡胶,弹性好,抱紧力密封好,一体化生产,容易保证安装质量,现场安装方便,相比价格高。

4、硅橡胶预制终端:结构与冷缩终端相似,没有在工厂预扩张,安装尺寸要求严格,抱紧力密封不稳定,相比价格适中。

5、瓷套式终端:工艺成熟,对环境、人员要求高,笨重。

6、干式终端:终端内不需要充绝缘油的产品。


电缆接头的基本工艺要求

通常电缆接头工作中要进行的工艺操作可归纳为四类: 

1、导体连接 

2、绝缘增强 

3、电场均衡 

4、屏蔽密封


电缆终端头外绝缘的要求 

电缆终端头外绝缘材料主要分为两种无机材料和有机材料

无机材料主要有瓷、玻璃等; 

有机材料主要有橡胶、环氧树脂、交联聚乙烯等;                              
   

1、材料要求:

优良的电气绝缘性能

优良的老化性能

优良的耐污秽性能

优良的增水性能   

                                                                                            

2、结构要求 

干闪距离:干燥状态下,因升高电压而产生放电的途径

湿间距离:淋雨状态下,因升高电压而产生放电的途径

泄漏距离(爬电距离):从高压端到接地端或两相之间沿绝缘表面拉伸的长度或距离;泄漏比=泄漏距离/最高工作电压(额定线电压)。    


污秽等级与泄漏比  

IEC标准规定污秽等级为4级:

污秽等级      污秽程度      泄漏比

 Ⅰ级             轻           1.6

 Ⅱ级             中           2

 Ⅲ级             重           2.5

 Ⅳ级             严重          3.1

 

 

电缆附件标准与试验  

电缆附件的设计与生产应遵循相关的国际标准,国家标准及行业标准。

a.中低压附件标准:IEC60502,GB12706,JB8144(原GB11033)

b.高压附件标准:IEC60840,IEC60859,IEC62067,GB11017,GB18890

c.金具标准:GB14315


电缆附件的试验

主要试验:分型式试验、抽样试验、出厂试验和交接试验等

a.  1min工频:检验附件的耐压质量水平;

b.  局部放电:检验附件材料内部是否存在气隙;

c.  循环试验:考核附件材料老化水平;

d.  冲击试验:考核耐受过电压的能力;

e.  直流耐压:考核以上试验后的绝缘水平;

f.  盐雾试验(潮湿试验):检验附件外绝缘耐污秽水平;

g.  密封试验:考核附件的防水防潮水平;

h. 机械性能试验:考核附件承受外力,内部膨胀压力及电动力的能力



电缆质量到货检测 

目前检测中心电缆常规检测项目及目前检测中心常规检测项目包括: 

结构尺寸检查; 

导体直流电阻; 

绝缘热延伸;

如有特殊要求,还需进行电缆的成束燃烧试验。


检测中心电缆常规检测项目

结构尺寸检查:检查电缆各部分材质、结构、直径、偏心度、厚度等是否符合标准。


导体直流电阻:检查电缆线芯的材质和截面,通过直流电阻换算是检查线芯的物理截面积是否符合标准,同时检查线芯表面是否受潮氧化等。 


绝缘热延伸试验:针对交联聚乙烯绝缘材料的检查,电缆主绝缘的交联度是考察其绝缘原材料质量和交联工艺是否达标。绝缘热延伸不合格,则反映电缆成品绝缘性能不良,可能造成电缆在长时间运行的过程中发生加速老化变形,最终形成击穿。


几种常见缺陷,如下表: 


电力电缆绝缘理论基础 

放电是造成绝缘击穿的重要原因。

什么是放电? 

在两个有电位差的导体之间,当绝缘材料性能下降,两个导体间产生了电子能量的迁移,比如高压火线与地线间的打火就是放电,完全的放电是放电的瞬时在两个电极间形成了完整的电弧通道。


放电的特殊情况—局部放电

情况之一在两个导体之间有绝缘,当绝缘材料内部有缺陷,如杂质、空隙、导体的尖端等,会造成绝缘内部电场歧变,引起在绝缘内部产生脉冲放电。

情况之二外部放电产生电晕也是局部放电的一种,在高电位与接地之间有空气绝缘,当导体周围的电场在某一点特别集中时,如导线毛刺,引起在空气中产生脉冲放电,且没有形成对地短路,形成电晕。


局部放电的特征

局部放电也具有放电的基本特征,即有电子能量的迁移,由于放电能量较小,又有绝缘材料的阻挡,在两个电极间不一定形成完整的电弧通道,此类通道一旦出现就会加剧局部放电,直到形成两极贯通,就会发生短路放电故障。


局部放电形成的原因

主绝缘内存在气隙会引起局部放电。由于气隙的相对介电常数远小于电缆绝缘,在工频电场作用下,气隙要承受较大的电场强度,造成局部放电,随着气隙的多次放电,气隙通路不断扩大,放电量逐渐增加,直至发生击穿,造成电缆损坏。

主绝缘内存在杂质会引起局部放电。杂质的击穿强度比绝缘材料小的多,在电场作用下,杂质首先发生放电、炭化和气化,生成气隙,引起局部放电。

导体的尖端、毛刺会引起局部放电。由于尖端会使电场强度增加,尖端周围的绝缘材料先发生放电,进而发展成击穿,这就是我们常说的尖端效应。


试验:针板电极试验、气隙更易产生电树


试验结果小结

由以上针—板电极试验的结果可以看出,在绝缘材料中产生局放和电树的起始电压同电极的曲率半径是紧密相关的,曲率半径越大,产生局放和电树的起始电压越高;反之曲率半径越小,起始电压也越低。

针尖出现的裂缝产生了气隙,气隙内的相对介电常数远小于固体绝缘材料,气隙要承受较大的电场强度,在很低的电压下造成局部放电。


水分对电缆绝缘的影响

交联电缆在生产过程中绝缘材料中会有水分子存在,在电场和温度的作用下,会形成水树枝,水树枝在长期运行中会生长,也会发生迁移,逐渐演变成气隙,形成放电,损坏绝缘。

另外电缆在成形后外护套破损进水,在线芯和绝缘外有潮气存在,也会降低电缆绝缘特性,形成放电通道。在施工中一定要保护好内外护套,防止线芯进水。


温度对电缆绝缘的影响

电缆绝缘材料性能都与温度密切相关,随温度的升高,绝缘性能下降,绝缘电阻降低,击穿场强下降,温度升高绝缘加速老化,超过最高工作温度还会引起电缆变形,场强分布歧变,严重会导致热击穿发生,因此要严格控制电缆工作温度,不允许电缆超负荷工作


半导体界面对绝缘的影响

在进行电缆终端和对接头制作中都有处理半导体屏蔽层,这是接头质量的关键。此处是场强突变的部位,如果处理工艺水平不高,投入运行后对绝缘造成损伤,严重的情况在竣工试验中就会发生击穿。



绝缘材料损伤造成的影响

在电缆接头安装过程中要剥除外半导电屏蔽,如果在关键部位造成损伤,例如刀痕,也会形成内部爬闪放电通道。



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