电缆及附件基础知识讲义.docx
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1、电缆及附件基础知识讲义第一贯大伙儿介绍一下公司的概况:咱们长沙电缆附件是长沙国家高新技术开发区重点企业,是咱们国家定点生产电缆附件的专业性骨干企业。要紧生产220kV及以下电力电缆终端与接头、导体连接金具、压接工具、电缆敷设机具、电缆施工用绝缘材料等。产品畅销国内外,并已通过IS09001质量体系认证。一、电缆及附件大体知识1、 电力电缆进展概况:早在1880年,爱迪生在纽约和费兰蒂在伦敦几乎同时用绝缘导线埋在地下作为照明供电利用,成为最先的电力电缆线路。我国1897年第一次在上海利用硫化天然橡胶绝缘电缆(直埋)。我国30年代后期才开始生产电缆(600V以下的橡胶电缆,高压电缆靠入口)。品牌:
2、长缆电工科技股分询价:黄领导油纸电缆生产的历史:1)油浸纸绝缘电缆:1951,6kV;1953,IOkV;1956;35kVo2)60年代开始研制不滴流纸绝缘电缆:1966年第一根66kV充油电缆在大连投入运行,同年IlOkV水底充油电缆在南京投入运行;1968年生产22OkV充油电缆;1973年生产33OkV充油电缆;1981年试生产500kV充油电缆,于1983年正式生产并安装运行。橡塑电缆生产的历史:60年代开始研制PVC和XLPE电缆;70年代普遍应用,80年代IIOkVXLPE电缆;1997年中外合伙生产22OkVXLPE电缆。2、 电力电缆线路概述:电力电缆线路由电缆本体和附件及其
3、他安装材料组成。 电缆之间的接续由中间接头完成。 电缆与其它电器设备的连接由终端头或可分离终端完成。 其他安装材料指桥梁、穿管、防火材料等。 电缆线路输电特点:高压输电导线通过固体绝缘体隔离后被封锁在接地的金属屏蔽内部。(架空输电线通过空断气缘体隔离,大地为地电极。)3、电力电缆结构特性:A、油浸纸绝缘电缆与XLPE绝缘电缆结构区别D油浸纸绝缘统包型电缆三芯油浸纸绝缘电力电缆结构图1一扇形导体;2导体屏蔽;3油浸纸绝缘;4填充物;5一统包油浸纸绝缘;6一绝缘屏蔽;7一铅(或铝)护套;8垫层;9钢丝铠装;10一聚氯乙烯外护套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
4、屏蔽;3油纸绝缘层;4一绝缘屏蔽;5一铅护套;6内垫层及填料;7铠装层;8一外被层;2 一 g3) IlOkVXLPE绝缘电缆HOkVXLPE绝缘电缆结构图1、导电线芯二、内屏蔽层3、绝缘层4、绝缘屏蔽层五、金属屏蔽层六、金属护层7、填充层8外护层B、XLPE绝缘电缆结构组成及作用1)导体紧压型线芯作用:a、使外表面滑腻,幸免引发电场集中;b、避免挤塑半导电屏蔽层时半导电料进入线芯;c、可有效地避免水分顺线芯进入。注意安装时选择适合的内孔金具及压模,注意铜芯与铝芯电缆压模不同。金具壁厚面积/线芯截面积Cu21Al金具板部平面面积电流密度AKmm2Cumm22)导电屏蔽层v=IO1cm作用:a、
5、屏蔽层具有均匀电场和降低线芯表面场强的作用;b、提高了电缆局部放电的起始放电电压,减少局放的可能性;c、抑制树枝生长;d、热屏障作用。3)绝缘层作用:绝缘是将高压电极与地电极靠得住隔离的关键结构。a、经受工作电压及各类过电压长期作用,因此其耐电强度与长期稳固性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部份;b、能耐受发烧导体的热作用维持应有的耐电强度。作为最近几年来普遍利用的交联电缆的绝缘,是由单一介质交联聚乙烯(XLPE)组成,它的要紧优势是:a、优良的电气性能:耐电强度高(长期工频击穿强度2030kVmm,冲击击穿强度4065kVmm),介损小(工频时tg=一),介电常数小(一);(注:空气的工
6、频击穿强度为一kVmm,也是局部放电起始场强)b、耐热性能好(持续工作温度90),因此载流量较大;c、不受落差限制。因此,关于超高压长距离输电超级有利。但它也有明显的缺点:a、耐局部放电性能差,受杂质和气隙及水分的阻碍专门大,在这些缺点处易产生局部电场集中,发生局部放电,造成不可恢复的永久性损坏;b、热膨胀系数大,热机械应力效应严峻。因此,交联电缆的生产专门强调纯净,尤其是高压和超高压电缆的质量更是由材料的纯净度决定的。关于交联电缆附件,除结构设计正确合理外,最重要的问题也是清洁问题,尤其是附件所涉及绝缘界面往往是电场易变的地址,一但有杂质、气隙等,其绝缘性能会显著下降。(1)绝缘材料:交联聚
7、乙烯与聚乙烯性能对照:性能项目聚乙烯交联聚乙烯体积电阻率/(。cm)31015510,4介质损耗角正切相对介电常数击穿强度/(kVmm1)抗张强度/PaBOXlO5176105在10%盐酸70浸7天后78XlO582105在苯溶液70浸7天后溶33XlO5伸长率600%526%在10%盐酸70浸7天后37%83%在苯溶液70浸7天后碎94%在50二甲苯中应力开裂时间/h157500耐热老化性能在110以上完全熔融在150下14天,机械性能基本不变耐热变形性能在110加5N负荷,有120下加5N完全压出,变形率达95%负荷变形达30%40%聚乙烯通过交联后大大地提高了聚乙烯的机械、耐热抗蠕变和抗
8、环境开裂性能。各类绝缘材料的物理性能:材料常用符号抗拉强度(kgCm2)伸张度(%)密度(gCm3)抗磨性抗切割性聚氯乙烯PVC168260差差聚乙烯PE98300差差交联聚乙烯XLPE210120适中适中聚四氯乙烯TFE210150适中适中费化乙30丙烯FEP210150差差ETFETefzel(ETFE)420150好好氯丁(二烯)橡胶Kynar497300好好硅胶Silicone56-126100-800适中差氯丁橡胶Neoprene60-700好好丁基橡胶Butyl49-105500-700适中适中EPDMEPDM84-119300适中适中橡胶碳氧化合物Viton168350适中适中聚
9、氨酯Urethane350-560100-600好好聚酰亚胺Nylon280-490300-600好好薄膜Kapton1260707优优聚酯薄膜Mylar910185优优Polyakene140-490200-300好好各类绝缘材料的电性能:材料常用符号绝缘强度(kVcm,)电数介常损耗系数体积电阻率(Ccm)聚氯乙烯PVC165-721014聚乙烯PE19IO16交联聚乙烯XLPE28IO16聚四氯乙烯TFE19IO18费化乙30丙烯FEP20IO18ETFETefzel(ETFE)20IO16氯丁(二烯)橡胶Kynar6210,4硅胶Silicone23-282X1015氯丁橡胶Neopr
10、ene459IO11丁基橡胶Butyl24IO17EPDMEPDM24IO17橡胶碳氧化合物Viton2021013聚氨酯Urethane18-20聚酰亚胺Nylon154-10XlO13薄膜Kapton106IO18聚酯薄膜Mylar10261016Polyakene746X1013(2)、绝缘层厚度:64/1IOkVXLPE电缆绝缘层厚度(GBT11017-2002):导体截面m?标称绝缘层厚度mm24030040050063080010001200气隙和杂质对绝缘的阻碍:几个国家厂商对绝缘中气隙尺寸要求及生产水平:厂商及品种气隙尺寸/Um内层中外层上海电缆厂干法工艺33上海电缆厂湿法工艺
11、数微米10-30德国HOkV电缆320日本住友电工干法5日本住友电工湿法30-50日本高电压试验专业委员会电缆高压试验分委员会(RPST)规定1177kV电缆20,体积电阻率PV为1()8io2qcm,应控管安装在附件中,使电场中电力线在两种不同介电常数介质的界面上遵循必然的折射规律(应力操纵片FSD是利用其电阻率与外施电场成非线性关系转变的特性,即当外施电场增加时,电阻率下降)。界面上折射图由此可见,两种介质的介电常数不同越大,发生折射的角度也越大,当高介电常数的材料有必然厚度时,电力线在另一面的位移就大,位移越大,场强越小。图应力层中电力线位移图终端应力层等值电路模型a、等值电路;b、等值
12、参数电路应力操纵管的最小长度按体会公式确信,即1.=KU0式中U0-相电压,kV;K泄漏距离,一样取K=L2cmkV6-35kV级电缆的应力管长度可按下表查取:6-35kV应力管的长度表:额定电压/kVUo/kVLmin/Cm68610715113525两种应力操纵方式性能对照:从上述分析可知,在应力操纵中,尽管应力层操纵电场散布有体积小、结构简单等优势,但关于超高压电缆来讲,应力层中材料参数的选择相当重要,体积电阻率选择过小,会使应力层在运行时电阻电流发烧而老化,同时介电常数过大,电容电流也会产生热量而使应力层发烧老化,故必需依照电压品级选择应力材料参数。应力锥结构尽管参数比较容易操纵,但体
13、积较大,加工工艺要求严格,若是喇叭口制做的不适合会引发电场在此集中,专门是现场绕包的应力锥更易显现操作缺点,而预制式应力锥大体能够克服上述缺点,因此目前是国外较常采纳的一种方式。D、接头电场散布应力锥的曲线曲率,及屏蔽套的两头口曲率半径直接阻碍到电场散布。电场分布图二、电缆附件中的界面特性XLPE绝缘电缆,由于其绝缘材料的特殊性能,使这种电缆的绝缘强度很高,在一样情形下,本体主绝缘击穿的可能性很小,同时配合交联聚乙烯的电缆附件,不论是什么形式(如热缩、预制、冷缩等)都是用专门好的绝缘材料制成,附件本身的绝缘不成问题,因此关键要解决电缆绝缘本体和附件之间的界面问题。尽管咱们设计附件时采纳了适当的
14、裕度,保证一样电缆利用中可不能显现问题,但由于电缆制造工艺的千差万变,使得同一截面的电缆绝缘外径相差超级大,例如:240mm2LPE电缆标称绝缘外径应为,而目前大多数电缆为,这就带来了预制电缆附件的安装困难。热缩形电缆附件要紧靠附件加热收缩进程中产生界面握紧力来保证界面特性,当附件安装完成后进入运行,随着电缆负荷的转变,气候条件温差阻碍,电缆本体热胀冷缩,运行进程中附件不能再进行加热,就造成了热缩管对电缆绝缘表面界面压力不足,仅凭热缩管内壁很薄的热溶胶弹性来保证界面特性,显然是不够的,以致于热缩附件密封性能较差,油浸低绝缘电缆最好不要利用。交联聚乙烯电缆附件界面的绝缘强度与界面上受到的握紧力有
15、指数关系,如下图:图界面压力与击穿强度关系曲线界面正是如此一个力的作用下维持电性能稳固的,依照国外技术人员分析,界面压力达到98KPA时,它的击穿强度能达到3kVmm以上,如界面压力达到500588KPA,它的击穿强度能达到11kVmm,而设计附件时,一样界面的工作场强均取击穿场强的1/101/15,为kV/mm以下,乃至更低,这要紧取决于电缆附件的材料特性,如热缩附件取kV/mm以下,而预制冷缩附件能够取到kV/mm。这种设计参数国内外都用于附件设计中,通过较长运行时刻,证明如此的基础场强关于XPLE绝缘电缆是超级适合的。值得注意的是,如此一个场强必需是在界面有必然压力的前提条件下,若是不存
16、在界面压力,界面的长度就要和户外的长度一样计算。3、终端电气计算A、终端外绝缘终端外绝缘有三个要素必需计算,这确实是干闪距、湿闪距和爬距(见下表)。这三个参数对外绝缘将产生不同的阻碍。关于一种附件,只有取三个参数计算出的最大绝缘距离,才能保证整个运行时的平安。表:电缆附件基础外绝缘距离压绝缘级分荽f1035110户内户夕卜户内户夕卜户内户夕卜干闪125250300500900HOO湿闪1754001000污闪2809002200(1)、干闪距干闪距离是指上金属电极至下金属电极间的最短直线距离。例如,我国电缆运行规程规定:10kV户内电缆终端金具与地和其它相的最小距离不得小于125mm,这确实是
17、指最小干闪距离,因为在户内不存在污闪和湿闪问题。此刻很多IOkV附件,尽管主绝缘露出长度都小于这一数值,但由于在安装工艺中,将接线端子和接地线的一部份金属绝缘起来,从而延长了主绝缘,使得总长度仍然大于125mm,关于户外IOkV附件,一般干闪距离应大于250mmo如右图所示,终端外绝缘长度L=a+c+d或L=(U干一14),式中U干为干放电电压,kVo图终端外绝缘(2)、湿闪距湿闪距离是指当雨水以45角淋在附件上时,附件上仍存在的干区长度,如右上图所示,a+b等的组合。湿闪电压一样为干闪的70%80%,当正常运行时,在电压必然的情形下,一样附件设计要紧以湿闪为依据,若是能知足湿闪要求,干闪大体
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