电力电缆设计原理电缆设计概述Word文档下载推荐.docx

1、电阻率 =0.026m，电阻温度系数 =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。41.质量相同时的体积3.332.电导值相同时的截面21.61.53.负载相同时的截面Al4.电阻值相同时的质量10.5Cu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

2、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.绝缘材料承受电压电性能好，损耗小，耐电晕性好，化学稳定性

3、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、PEb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：非金属材料防腐防潮；衬垫防止两层金属之间摩擦。外护套：

4、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： 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） 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

5、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，加入第三单体（双环成二烯），得到三元乙丙橡胶，可用于高压绝缘。电缆典型结构：1.单芯2.二芯：可平行排列或制成扁平电缆3.三芯、四芯：结构基本同浸渍纸绝缘电力电缆， 6

6、000V 以上加半导电屏蔽层。成缆后加护套，作用是不受光、潮气、化学侵蚀和机械损伤材料：为 PVC、氯丁橡胶、铅等。金属材料比塑料（非金属材料）防水性好。 （如：铅套、铝套）2.3 聚氯乙烯绝缘电力电缆PVC 塑料由 PVC 树脂添加增塑剂、润滑剂、防老剂、抗氧化剂等，其价格低，生产效率高，化学稳定性好，但由于其为极性材料，介质损耗大，击穿场强低，故只能用于较低电压绝缘。（6KV 以下）。此材料绝缘电力电缆价格低，较浸渍纸绝缘电力电缆生产、敷设方便。电缆的典型结构： 线芯、绝缘、护套二芯： 线芯、绝缘、填充、无纺绕包带、护套（ PVC 或 PE）线芯、绝缘、填充、无纺绕包带、内护套（内衬层）

7、、铠装（涂漆钢带或镀锌钢带）、外护套三芯： 线芯（圆形或扇形）、绝缘、填充、无纺绕包带、护套（ PVC 或 PE）四芯：结构同上线芯：四个扇形、三个扇形 +一个圆形、四个圆形五芯：同截面的五个圆形、三个同截面 +二个同截面、四个同截面 +一个同截面电缆型号：类别、用途： N 农用 C船用 K 控制 P信号绝缘： V PVC 绝缘 Z纸绝缘 Y PE 绝缘YJ交联聚乙烯 FYJ辐照交联聚乙烯线芯： L 铝 T铜 可省略内护层（衬层、护套） ： VPVC Y PE Q铅H橡套 F氯丁橡皮 L 铝铠装： 0无铠装 1连锁钢带铠装 2双钢带铠装3细圆钢丝铠装 4粗圆钢丝铠装外护套： 0无护套 1纤维护

8、套 2 PVC 护套 3 PE 护套特征： CY 充油 D不滴流 F分相护套 P屏蔽 Z直流ZR阻燃 TZR特种阻燃 WZR 无卤阻燃例： YJLV23-21/35 3150（ GB12706.3-91）表示铝芯聚乙烯绝缘双钢带铠装聚乙烯护套电力电缆，额定电压为 21/35（表示相电压 /线电压），三芯，标称截面 150mm 的电力电缆。优点：具有良好物理机械、介电和工艺性能。交联聚乙烯具有空间网状结构，耐热性、耐环境、应力开裂性等提高，近年来广泛用于低、中、高压电缆绝缘。（预计上两种绝缘电缆在中低压领域最终完全取代浸渍纸和聚氯乙烯绝缘电缆）存在四种 PE 交联方法：两种物理交联：辐照交联、紫

9、外光交联两种化学交联：过氧化物交联、硅烷交联交联聚乙烯电缆优点：电性能好传输容量大，长期工作温度可达 90重量轻可垂直、高落差敷设耐化学稳定性好安装、维护方便（1） 中、低压电缆的典型结构：线芯、绝缘内屏蔽（交联聚乙烯绝缘） 、半导外屏蔽、铜带屏蔽、护套三芯结构：铜或铝导线、内半导电屏蔽、交联聚乙烯绝缘、聚烯烃外半导电屏蔽、铜带屏蔽、聚丙烯绳或 PVC 填充条、无纺布包带、聚氯乙烯或聚乙烯绝缘、涂漆钢带或镀锌钢带、聚氯乙烯或聚乙烯外护套35KV 三芯胶料聚乙烯绝缘水低电缆结构（见P7 图 2-2）半导电屏蔽作用：均化电场，绝缘内外平整，使突起屏蔽于半导电层之内；限制电场避免线芯局部放电，内半导

10、电层与线芯等电位，使二者之间的气隙不受此场力的作用。金属屏蔽作用： 统包或分相绕包 传导泄露电流，充电电流和故障电流（主要用于中高压电缆） 降低外来电磁场的干扰 保证电场径向分布（2） 高压电缆结构 （ 220275KV）P18 结构是老结构新结构是：导体、导体屏蔽、 XLPE 绝缘、绝缘屏蔽、缓冲层（半导电材料） 、皱纹铝层、外护套、半导电涂层（石墨）皱纹铝套作用：径向阻水，同金属屏蔽波纹铝护套内加钢丝层是在出现故障时导电流提交联聚乙烯绝缘电缆绝缘性能的措施： 挤内外屏蔽层 采用超净绝缘料 多层共挤 干式交联工艺（无水）高压下交联聚乙烯绝缘的树枝化老化：根据树枝化放电的形态和生成机理，可分为

11、电树枝和水树枝：（1） 电树枝 分枝少而清晰，呈树枝状 电树枝产生的根源：绝缘层内部的气隙、杂质和屏蔽层的缺陷；气隙可能产生于电缆的制造过程，机械应力，气隙中的放电导致了树枝的形成和发展 杂质和屏蔽层缺陷的存在导致局部的电场集中，因而导致树枝化的形成和发展 在高电场作用下，电极发射的电子进入介质并与介质分子碰撞，引起介质破坏，导致树枝的引发（2） 水树枝主干树枝较粗，分枝多且密集，树枝管有的大体不连续，内凝聚有水分水树枝主要是由于水分浸入绝缘层在电场作用下形成。引发树枝的空隙含有水分，较低电压下即可发生。电树枝、水树枝的产生与发展是电缆的击穿场强下降，寿命缩短，抑制树枝化放电的形成，主要方法如

12、下：1.采用半导电屏蔽，消除导致电场集中的缺隙2.净化原料，采用多层共挤技术和干式交联工艺，进行封闭式生产，防止杂质的引入和水分污染3.减小气隙数目和尺寸4.加入电压稳定剂，减少电子注入的能量2.5 充油、冲气、超导电缆2.5.1 充油电缆特点：用补充浸渍剂的办法消除因负荷变化而在油纸绝缘层中形成气隙，以提高电缆的工作场强。分类（根据护层结构）自容式充油电缆：铅或铅护套钢管充油电缆：整根屏蔽电缆拖入一无缝钢管内（1） 自容式充油电缆阻止式连接头盒：使电缆油流互不相通，以限制电缆净压力和故障影响区。中空线芯a具有螺旋支撑 b. 由型线构成 c. 分割导体油道位于线芯的优点：即使补充电场强度最大处

13、的绝缘层，提高电气性能，集肤效应小。（金属对电缆油老化有催化作用，铜的催化作用显著，而锡、铝较小，因此铜和铜带需要镀锡）螺旋支撑结构柔软性好，型线结构稳定性好，分割线芯结构可消除集肤、临近效应。型线表面刻有沟槽，以保证油道与绝缘相通。护套采用铅、铝或合金。（2） 钢管充油电缆无中心油道内屏蔽用半导电纸，外屏蔽用打孔铜带打孔铜带屏蔽层外缠 23 根半圆形青铜丝，增加强度，防止损伤屏蔽层、绝缘层，便于浸渍剂流动2.5.2 冲气电缆主要用于超高压、大容量传输电能，绝缘为 SF6 压缩气体。铜或铝绝缘支撑：氧化铝或双酚环氧树脂，单芯园板式，三芯柱式。非铁磁性材料，不锈钢或铝，防止产生感应电势无缝钢管或

14、铝管2.5.3 低温及超导电缆低温电缆：高纯度铜和铝的电阻在低温下大幅度降低。在液氢（ 20K）或液氮（77K）下，损耗降低，散热能力提高，传输容量增加。绝缘层：液氢或液氮浸滞非极性合成纤维纸（如聚乙烯合成纸） 、真空液氢、液氮结构： 1.导线 2.绝缘 3.护层 4.液氢 5. 电磁屏蔽压力管6.真空热绝缘 7.防蚀钢管真空绝缘： 1. 液氮 2.导线 3.真空绝缘 4. 屏蔽管5.热绝缘 6. 防蚀钢管超导现象：某些金属和金属化合物在某一温度下直流电阻率几乎等于零的现象。超导临界温度：导体呈现超导现象的最高温度。超导电缆：工作在导体线芯超导临界温度以下的电缆（液氦 4.2.K）线芯材料：基

15、体（铜、铝）超导体：钛铌合金（ NbTi ）及铌三锡化合物（ Ni3Sn）液氮、真空、浸滞液氦的塑料薄膜或纤维。第三章 电力电缆的主要电气参数电力电缆的主要电气参数：导电线芯的有效电阻绝缘电阻电感器电容电缆的电气参数决定电缆的传输性能电缆的传输容量由它的各部分损耗发热、绝缘材料的允许最高温升和热阻来决定，而各部分损耗发热需根据电缆的电气参数来计算。电缆的电阻、电容或其变化量往往用来作为电缆工艺检查或预防性试验的指标。电力电缆的电气参数由电缆各组成部分材料性能 （电阻系数、介电常数、磁导系数）和电缆结构的几何尺寸所决定。因此，根据电缆结构尺寸可以计算电缆的电气参数，根据线路对电气参数的要求可选择

16、、设计电缆的结构尺寸。导电线芯电阻 单位长度导电线芯的直流电阻R 20 1（ 20） k kk5AA 线芯截面积。n d 2或 An ni di 2i 1420 20时线芯材料的电阻率 电阻温度系数，表示温度每升高一度，导体电阻增加的倍数k1 考虑单根导线加工引起电阻率增加引入的系数（ 1.021.12），与导线直径大小，金属种类，表面是否有涂层等有关k2 考虑多根导线绞合会使单线长度增加引入的系数（ 1.001.04）实芯 k2=12 2紧压绞合线芯 k2=1.02（200mm 以下） 1.03（250mm 以上）k3 考虑紧压引起电阻率增加而引入的系数（ 1.01）k4 考虑成缆绞合使线芯

17、长度增加引入的系数（ 1.01）k5 考虑导线允许公差引入的系数（ 1.01）紧压绞合线芯 k5 1.01非紧压绞合线芯d，d 线径， e 公差k =de单位导电线芯交流电阻（有效电阻）R=R（1+Ys+Y P）Ys 集肤效应因数，由于集肤效应电阻增加的百分数Y P 临近效应因数，由于临近集肤效应电阻增加的百分数当 Ys、YP 不大于 2.8 时，其值可按 P29 （3-3）、（ 3-4）、（3-5）公式计算。YSX S 4YPX P 44 （DC）D C1.18192S0.312（1 9 2 0.8XS0.8X PX P0.27X S 28 f107 K SX P 210 7KPR1DC 线

18、芯外径，对于扇形芯它等于截面积相同圆形芯的直径；S线芯中心轴间距离， 对于扇形多芯电缆， S=DC,为线芯间绝缘厚度， 其 YP值为前面的计算值的 2。K S 常 数， 1500 mm2以下的四扇形分割线芯， KS0.435 ; 图像中空线芯K SDC D0 （DC 2D0）2 D0 DC D0D0 线芯内径（中空油道直径）具有相同中心油道等效实线芯外径，其它结构线芯 K S 1 .K P 常数， 1500 m m2 以四扇形分割线芯， K P =0.37 ，其它结构线芯 K P =0.8 或3.2 电缆的绝缘电阻圆形单芯电缆的绝缘电阻单位长度上 dR i = pi dxi绝缘体积电阻率2 x

19、单位长度上绝缘电阻 R iDiDc 2 1R i = DC2dx=ln=DcR i = iGG= lnD i 几何因数 其他也可利用曲线图求得D c多芯多电缆的绝缘电阻圆形多芯电缆： R i= iG 扇形多芯电缆 R i = iGF2 nnF扇形校正系数，其值可利用曲线图求得Dc 与扇形线芯截面积相同圆形芯的直径（Di 绝缘层的外径， Dc 绝缘层的内径）G1 三芯（双芯）电缆之三芯（双芯）连接在一起对于护套间的几何因数G2 每相工作绝缘电阻的几何因数交流下的泄漏电阻（介质耗损） W=UCtgRC tan3.3 电缆的电容电缆线芯与接地的金属屏蔽层构成下电容器的两极电缆电容决定着线路中电容电流

20、的大小在超高压电缆线路中，电容电流可能达到与电缆额定电流相比拟的数值，成为限制电缆容量和传输距离的因素。电缆电容也可用于检查电缆工艺质量、绝缘质量变化等。C=Q C= S （ 平板电容器，均匀电场 ）U dC电容， Q电量， U电压， S 电容器面积， d 电容器极板间的距离圆形单芯电缆的电容（线芯对金属护套的电容）E ds =qE 2 x1= qsr 0r则有 E=q 单位长度线芯所带电荷（电荷线密度）又 = EdlEdl = DC2l2 2 x r 02 r 0C=q = 20 =8.86 10 12 F/mln Di从而有 C=55.710 12 （F/m）圆形多芯电缆的电容（线芯连在一

21、起对金属护套的电容）C=55.7nG1扇形多芯电缆的电容（线芯连在一起对金属护套的电容）C=55.7n 10 12 （F/m）G1 F例 3-3 计算例 3-2 电缆的绝缘电阻与电容（单芯）已知： i =510 12 m r =3.5 tan =0.003解： Dc =线芯直径 +内屏蔽层厚度 2=29.3+0.85 2=31.0 （ mm）1=20mm1 /D c =20/31=0.645查表得： G=0.82单位长度绝缘电阻：G=10120.82 =6.51011 单位长度电缆电容： C=55.710 12 =2.3910 10F交流电压下绝缘电阻 :R 2=4.4109 fCtgR i

22、几乎为 R2 的 100 倍3.4.1 单相线路电缆的电感（ H/m）与线芯相链的磁通分为两部分：线芯内部的磁通链，它所产生的电感称为内感（ Li ）线芯外部的磁通链，它所产生的电感称为内感（ Le）=BS LI线芯电感 L：L=Li+Le 或 L11-M21L11、M21自感、互感（1）内感据安培环路定律可得：B dl I B H r0 H x2x2Bdl B 2 x IHi2x（线芯材料铜、铝为非铁磁性材料，其磁导率为 0（4 10-7 ）在圆筒（厚度为 dx，长为 l ）内的储能为：l dxx 240 I 2 lx 3 dxdW0 HidV02xldxDc从而长为 l的线芯储能为： WDc2 40 I 2lx 3 dx 0 I 2l DC16又有：