电力电缆制作.pptx
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1、2022-8-181一、概述 110kV及以上:输电系统 35kV及以下:配电系统1.架空线路裸线(钢芯铝绞线),铁塔,避雷线,接地,绝缘子 。2.电缆线路导体,绝缘层,保护覆盖层;受气候影响小,安全耐用 。第1页/共83页2022-8-182 基本结构1. 导电线芯 表1(铜和铝线长度、电阻相等时,铝线重量为铜线的一 半左右) 多股导线扭绞而成便于运输和辐射,可以弯曲.2. 电缆护层第2页/共83页2022-8-1832. 电缆护层防水。 材料:铅包(柔软,耐腐蚀)或铝包护套。护套外加强:钢带或钢丝铠装。 外护层:防腐场所3.绝缘介质10kV及以下:聚氯乙烯价格低、温度低。35kV及以下:粘
2、性浸渍的油纸绝缘、橡皮绝缘、塑料(聚氯乙烯、聚乙烯)绝缘更高电压:多用充油、钢管油压或充气电缆。交联聚乙烯(XLPE):用途日增。第3页/共83页2022-8-184电力电缆的分类1、按结构特征(1) 统包型(10kV及以下)。(2) 分相型:分相屏蔽(1035kV)。(3) 扁平型:一般用于较长的水下和海底电缆。(4) 自容型:护套内部有压力的电缆。2、按敷设环境(1)直埋式 (2)构架式 (3)水下敷设第4页/共83页2022-8-185 10kV及以下:三芯统包型图 34 三芯统包型电缆1导体线芯;2填充 ;3线芯绝缘 ;4统包绝缘;5铅包; 6沥青防腐层;7铠装层 8沥青黄麻层第5页/
3、共83页2022-8-186 10kV及以上:屏蔽型或分相铅包型 图35 三芯分相屏蔽型电缆 1导电线芯;2线芯屏蔽;3线芯绝缘;4外屏蔽层;5填料; 6扎紧带;7金属外层;8铠装层;9外护套。第6页/共83页2022-8-187 图36 三芯分相铅包型电缆 1导电线芯;2线芯屏蔽;3线芯绝缘;4外来蔽层;5铅护套;6填料;7铠装层;8外护套第7页/共83页2022-8-188 分相屏蔽型电缆结构紧凑,外径小,可节省金属护套和外扩层材料。分相铅 (铝)包电缆电气性能稳定,但外径大,重量较大。这两种径向型电缆在结构上各有特点,与非径向的统包型电缆比较,虽然价格较贵 优点:电缆线芯表面电场均匀,没
4、有绝缘表面的切向应力,绝缘性能较好。适用于较高电压等级的电缆;单相故障不易转化为相间故障,使维修更快、更方便。 第8页/共83页2022-8-1893、按绝缘材料性质分(1)油纸绝缘电缆粘性浸渍纸绝缘电缆不滴流浸渍纸绝缘电缆(2)塑料绝缘电缆 (1)聚氯乙烯绝缘电缆:工艺性能好,化学稳定性髙,非延燃性,生产效率髙,价格低廉,敷设维护简单。第9页/共83页2022-8-1810聚乙烯绝缘电缆:有良好的介电性能;绝缘电阻髙;工艺性能好,易于加工,耐湿性好,比重小 。抗电晕及耐热性能较差,受热易变形或开裂。交联聚乙烯绝缘电缆:电气性能好,击穿场强度很高,绝缘电阻髙。有较高的耐热性和耐老化性,允许工作
5、温度高,载流量大,适宜于髙落差与垂直敷设。(3)橡胶绝缘电缆第10页/共83页2022-8-1811二、电力电缆的结构(一) 纸绝缘电缆1、粘性绝缘电缆 适用于35KV及以下,在光亮油中加入松香制成粘性浸渍剂。在较高浸渍温度时具有较低的粘度保证了对纸层的完善浸渍。 正常温度时粘度大,电缆弯曲时仍具有纸层间相对位移。 浸渍电缆的热膨胀系数比其它材料要大,容易形成空隙局部放电第11页/共83页2022-8-1812 敷设在较大落差时,浸渍剂下流电缆护套胀裂,上部更多空隙。 更大落差时宜改用塑料电缆或不淌流电缆图1:粘性浸渍总包绝缘型电缆结构(10kV及以下)1载流芯;2相绝缘;3带绝缘;4金属护层
6、;5铠甲图2:粘性浸渍分向铅包型电缆结构(35kV及以下)1载流芯;2半导体屏蔽;3绝缘层;4分相铅包;5铠甲第12页/共83页2022-8-1813(二)充油电缆1、自容式充油电缆图3:自容式充油电缆1油道;2导电线芯;3绝缘;4屏蔽;5护套;6铠甲;7外护层图4:油浸电缆纸的电气 强度与纸带厚度的关系1冲击电压;2工频电压第13页/共83页2022-8-1814 高压电缆油粘度较小可以及时补充。压力箱确保绝缘。 低油压(0.6MPa以下)。 国产110、220、330kV低油压自容式电缆的绝缘厚度为10、18、25mm。2)钢管充油电缆 钢管内有三根单芯屏蔽电缆,屏蔽外包有铜带,管内充有1
7、.5MPa左右的油压。 优点:机械强度高,油压高,电气性能易保证; 图5 钢管充油电缆1载流芯;2屏蔽;3绝缘层;4屏蔽;5半圆形滑丝;6钢管;7防护层第14页/共83页2022-8-1815 (三)充气电缆1、纸绝缘充气电缆 附属设备简单,无液体静压力髙落差处。 充气电缆的许用场强低于充油电缆。 高压力充气电缆少见。 2、管道充气电缆(GIC) 特点:电容小、介质损耗低、散热性能好。 第15页/共83页2022-8-1816 缺点:一相发生故障可能影响另两相 。 国外超高压充油电缆也多采用自容式或钢管式。第16页/共83页2022-8-1817(四) 电力电缆的许用场强1、电场分布 单芯电缆
8、及分相铅包的三芯电缆(导体光滑)电场为圆轴圆柱体电场。 导线线芯有多根导线绞合最大场强比圆柱表面的髙30。第17页/共83页2022-8-1818l 对层式绝缘来说,电场法向分量高,将使滑闪放电容易出现。10kV以上的三芯电缆就改用分相铅包(或屏蔽)结构,使电力线全与绝缘层互相垂直。 电缆绝缘层较厚时,分阶绝缘降低场强。电场分布取决于介电常数,靠近线芯处采用介电常数大的介质第18页/共83页2022-8-1819第n层的最大场强2、许用场强的选取(1)交流电缆(油纸) 其绝缘老化的主要原因是局部放电max,1111lnnminniiiErrr第19页/共83页2022-8-1820发生局部放电
9、(线芯附近的油隙或气隙)持续地强烈放电,气隙扩大;放电尖端深入绝缘内部,电场畸变,放电成滑闪放电。 措施:关键是要设法提高局部放电电压。如采用分阶绝缘、绝缘层内外包半导电纸等来改善电场分布,如提高压力以提高局部放电电压。第20页/共83页2022-8-1821 图6 : 缠包绝缘中形成树枝状示意图 (a)近线芯处局部放电,(b)深入绝缘,畸变电场;(c)开始滑闪放电(粗线为放电路径,虚线为电力线)第21页/共83页2022-8-1822 表3:油纸电缆的工作场强第22页/共83页2022-8-1823图7: 工频下油纸绝缘局部放电 起始场强与纸带厚度及压力的关系油压:l一1.5MPa;2一1.
10、0MPa; 30.1MPa;气压:43.0MPa;52.0MPa;61.5MPa;71.0MPa;80.5MPa;90.25MPa第23页/共83页2022-8-1824 表4 电缆绝缘在各种电压下的击穿场强 单位:Kv/mm第24页/共83页2022-8-1825(3)交流电缆(塑料)决定因素是树枝化放电问题:电树枝,导体有尖状突出物或分界面上有气隙,局部放电引起。电化学树枝,水、硫化物等脏物导致。 表5 国外高压塑料电缆举例第25页/共83页2022-8-1826 ( 2)直流电缆 绝缘强度高: 局部放电远不如交流下严重,因而直流下击穿场强很高,其击穿场强近于短脉冲下的数值; 低粘度油浸纸
11、(充油电缆)与粘性浸渍绝缘的击穿场强的差别也不象交流下那样显著。 施加同样的场强值,则直流下的寿命要比交流下的长得多。 按用于工35kV系统设计的粘性电缆几乎可用于直流110kV系统。第26页/共83页2022-8-1827 油浸纸绝缘电缆自1890年问世以来,已有一百多年的悠久历史,其系列与规格最完善。已广泛应用于330kV及以下电压等级的输配电线路中,并已研制出500一750kV的超高压电缆。 这种电缆的特点是:耐电强度高,介电性 能稳定;寿命较长;热稳定性好;载流量大; 材料资源丰富;价格便宜。缺点是;不适于高 落差敷设;制造工艺较为复杂;生产周期长; 电缆头制作技术比较复杂等。第27页
12、/共83页2022-8-1828第28页/共83页2022-8-1829 四、交联聚乙烯(XLPE)电缆 由聚乙烯(PE)加入交联剂挤出成形 聚乙烯绝缘(热可塑性)电缆通过较大的电流时,绝缘会熔化变形。 交联聚乙烯(XLPE)聚乙烯分子间交联形成网状结构,改善了耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。 交联的物理方法辐射法,去除聚乙烯分子中的氢原子,使碳一碳链合,分子间进行交联。(不经济) 化学交联在聚乙烯中加入少量的有机过氧化物,借助于过氧化物受热分解,产生游离基,游离基能与聚乙烯中的氢原子结合、失去氢原子的聚乙烯分子间就联合起来。第29页/共83页2022-8-1830 图26 交联电缆分子结
13、构 (a)PE电缆 (b)XLPE电缆第30页/共83页2022-8-1831 图41 0.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘阻燃电力电缆第31页/共83页2022-8-1832图42 0.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装阻燃电力电缆 图43 0.6/1kv三芯交联聚乙烯绝缘钢丝铠装阻燃电力电缆 第32页/共83页2022-8-1833图44 0.6/1kv四芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装阻燃电力电缆 第33页/共83页2022-8-1834(一)优点与油纸电缆相比,具有结构简单,制造周期短,工作温度高,无油,敷设高差不限,运行可靠,质量轻,安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性较好,传
14、输容量大,不仅适用于中低压,而且还可以应用到高压和超高压系统中。交联聚乙烯绝缘电缆不仅在中低压范围内能代替传统的油纸绝缘电缆,而且在高压或超高乐等级上可与自容式充油电缆相竞争。第34页/共83页2022-8-1835表7 交联聚乙烯绝缘与其它绝缘材料的性能对比第35页/共83页2022-8-1836图25 交联电缆热变形 抗张硬度与温度的关系 (a)热度形与温度 (b)抗张硬度与温度第36页/共83页2022-8-1837表8 较早开发交联聚乙烯电力电缆公司的开发简况第37页/共83页2022-8-1838第38页/共83页2022-8-1839 (1)游离放电老化从材料不连续点或界面引发出来
15、的,在绝缘层与屏蔽层的空隙产生游离放电(仅在电缆内部有缺陷时才会发生)。 (2)树老化电树是在局部高电场(绝缘与内半导电层的界面等)作用下,某些缺陷在绝缘层中呈现树枝状伸展,管壁上有交联聚乙烯因放电而分解产生的碳粒痕迹,最终导致绝缘击穿。(二)交联聚乙烯电缆的老化1、电气方面第39页/共83页2022-8-1840 图37 电树枝第40页/共83页2022-8-1841水树分为从导体的内半导电层上产生的内导水树(危害最大)、从绝缘的外半导电层产生的外导水树、从绝缘层中空隙等产生的蝴蝶结形水树3类。在比引发电树枝低得多的电场强度下即可发生。树枝管有的大体不连续,内聚凝有水分,主干树枝较钮,分枝多
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