电缆概说

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在现代工矿企业中，电缆应用十分广泛。电缆在电力企业中，应用更广。在发电厂和变电所中，电缆像人体的血管或神经系统一样遍布全厂、全站，作用尤为重要。一座100MW的中温中压火力发电厂，使用电缆总长度约70km(其中动力电缆30km，控制电缆40km)；一座200MW的高温高压火电厂，电缆总长度约150km；自动化程度较高的2台300MW亚临界火力发电机组，电缆总长度约1500km，其中动力电缆300km左右，控制、测量、信号电缆约1200km；某电厂1号600MW机组电缆总长度达1137km。

随著电力事业的发展，大电网不断形成，大机组、大电厂相继投产，控制、自动化及保护的水平相应提高，控制、信号、保护、动力电缆的数目大幅度增加。这些电缆通向各个设备，遍布整个机房、变电所，高至80m多的锅炉顶棚，低到－2m以下的电缆沟道，将全厂、全站组成一个有机的整体。

在发电厂、变电所及工业企业的供电中，电缆的工作环境和条件较差，再加上电缆本身故障的因素，电缆火灾事故时有发生。电缆燃烧试验和历年来电缆火灾事故表明，电缆延燃与电缆的数量有关，电缆密度越大，数量越多，著火后电缆延燃越快，火势也越猛烈，造成的损失也越严重。因此，在现代化电力生产中，对电缆火灾事故的危险性应充分认识，采取可靠的预防措施，以减少或防止电缆火灾事故的发生。

电力电缆于19世纪80年代开始制造，第一根电缆是在电报电缆的基础上发展起来的，电压为2000V。1890年出现了第－根用浸渍纸制成的10kV电缆。本世纪20年代出现了充油电缆，解决了110kV以上电缆的绝缘问题。30年代，出现了充气电缆及加压电缆，使电缆的电压等级有新的提高。目前500kV充油电缆、充气电缆、钢管充油电缆(美国普遍采用钢管充油电缆，钢管充油电缆管道粗，绝缘油量大，管内压力高达1．5MPa)已经投入运行。直流电力电缆最高工作电压已达±500kV，并采用充油电缆。短距离的低损耗500kV电缆线路也已运行。为降低损耗，增大输送容量，便于制造、运输、敷设、连接、维护等，正在研制介质损耗小、绝缘强度高的新型绝缘材料，如聚丙烯叠层纸(即PPLP)电缆等，以满足特高压电缆的要求。

(一)电缆的种类

1．按照导电芯子的数目，可分为单芯、双芯、三芯和四芯电缆；按照芯子截面的形状不同，可分为圆形的、半圆形、扇形、腰圆形等不同形状。有的导体制成空心的电缆芯，作为充油之用。各种形状电缆芯截面示意图如图5－3－10所示。

(a)半圆型；(b)腰圆型；(c)同心圆筒形；(d)圆形；(e)扇形；(f)空心形

2．按照所用的绝缘材料不同，可分为浸渍纸绝缘电缆、充气电缆、充油电缆、压气(SF₆)绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡套绝缘电缆等。

3．按照使用电压分类，有低压电缆、中压电缆和高压电缆；按照电压等级来分有：0．5、1、3、6、10、20、35、110、220、330、440、550、750、1150kV电缆等种类。

4．按照架设方式来分，有架空、地下、海底电缆。1973年在丹麦与瑞典的埃山德／松德海峡敷设了第一条420kV交流海底充油电缆，输送容量为870MVA。

5．按照用途来分，有动力电缆、控制电缆、仪表电缆、电信电缆(同轴电缆和光纤电缆)等。

6．按照电缆的冷却方式来分，有自然冷却电缆、管道间接水冷却电缆、管道直接水冷却电缆、隧道内“U”形沟间接水冷电缆、隧道强迫风冷却电缆、钢管充油强迫循环冷却电缆、管道充气电缆、蒸发冷却电缆、超低温电缆等。

7．按照电缆对周围环境温度的适应能力来分，有普通电缆、阻燃电缆、无卤阻燃电缆及耐火电缆(又分为外层耐火电缆、内层耐火电缆、绝缘耐火电缆)等。

8．按照电流的种类来分，可分为直流电缆和交流电缆。

9．按照导体呈现的电阻大小不同来分，可分为普通电缆(电阻为普通值)、低温有阻电缆(比普通电缆电阻小得多)、超导电缆(超低温电缆即在超低温下失去电阻的电缆)。

10．电力电缆的种类见表5－2－23。

表5－2－23 电力电缆种类表

1－导体；2－纸绝缘；3－统包纸绝缘；4－铅包；5－黄麻填充物；6－钢带铠装；7－黄麻保护层

1－导体；2－纸绝缘；3－有孔铝箔屏蔽带；4－带有铜丝的纱带；5－铅包；6－防腐带；7－填充物；8－黄麻层；9－钢带甲

1－导体；2－纸绝缘；3－铅包；4－填充物；5－黄麻层；6－钢丝甲

(a)用放大铅包皮的间隙的方法来做成气槽；

(b)用圆的铅包皮放到椭圆的电缆芯上的方法来做成气槽

1－线芯；2－绝缘；3－屏蔽带；4－铜丝编织的棉带；5－铅包皮；6－狭带；7－阔带；8－保护层

(a)断面；(b)外形

1－铝或铜的电缆芯线；2－相绝缘用油浸润纸；3－黄麻充填物；4－环带绝缘用油浸润纸；5－铅包皮；6－黄麻层；7－钢带铠装；8－黄麻保护层；9－防腐带

充油电缆如图5－3－16(a)、(b)所示，电缆护套内部设有油道，充入低粘度、压力略大于正常大气压的绝缘油，以保证绝缘纸经常保持完全浸油状态。目前，500kV充油电缆已投入运行。钢管充油电缆是将三根电缆线穿入防腐钢管后，充入压力为1．5MPa的低粘度绝缘油的电缆，如图5－3－16(c)所示。这种电缆具有较高的电气稳定性，电缆可以有效地被冷却，在美国的超高压电缆线路上已广泛的应用。

(a)单芯充油电缆；(b)三芯充油电缆；(c)钢管充油电缆

1、15－油通道；2－螺旋层；3－导体；4－炭质；5、25－绝缘纸；6、11、13、27－炭质纸；7、14－屏蔽层；8、16－铝护套；9、18－防腐层；10－导线；12－绝缘纸；17－扎紧带；19－防腐钢管；20－绝缘油；21－半圆形滑丝(不锈钢线)；22、28－不锈钢带，聚酯带(复合缠绕)；23－单面金属层聚酯带；24－单面金属层纸；26－单面绝缘处理炭质纸；29－导体

交联聚乙烯绝缘乙烯护套电缆结构见图5－3－17，其特点是导体最高运行温度为90℃，电流容量较大，重量轻，埋设很方便，电气性能较好，易于在高低差较大的场所敷设。500kVXLPE电缆已经在日本投运。

(a)三芯形；(b)三线合一形

1－导线；2、4－半导电层；3－交联聚乙烯绝缘层；5－屏蔽软铜带；6－黄麻充填物；7－扎紧布带；8－乙烯外护套

5．阻燃电缆。阻燃电缆又称难燃电缆。阻燃电缆是指在规定试验条件下，电缆著火燃烧后不延燃或燃烧火焰控制在一定范围内，撤去火源后，残焰在限定时间内能自行熄灭的电缆。因此阻燃电缆除具有普通电缆特性外，还具有阻燃性能。

阻燃电缆的基本构造特征：一是绝缘层采用阻燃材料；二是护套及外护层采用阻燃材料；三是包带和填充材料采用阻燃材料。采用何种组合，应根据阻燃类别而定。衡量材料的阻燃性能，一般采用氧指数0Ⅰ来表征，氧指数越大，材料的阻燃性能越好，电缆的阻燃性能也越好，几种常用材料阻燃处理前后氧指数值如表5－3－24所示。

表5－3－24 电缆材料阻燃处理前后的氧指数值

(a)低压无卤阻燃电力电缆；(b)高压无卤阻燃电力电缆

1－线芯；2－无卤阻燃聚乙烯绝缘；3－交联聚乙烯绝缘；4－半导电层；5－无卤阻燃聚乙烯内护层；6－钢丝铠装；7－无卤阻燃聚乙烯外护套

我国低烟无卤阻燃电力电缆研制开发工作进展迅速，其中0．6／1kV辐照交联聚烯烃低烟无卤阻燃电缆就是其中一种，它采用XLPE辐照交联聚乙烯作为绝缘材料，护套材料采用高阻燃性能的辐照交联低烟无囱聚烯烃，护套材料氧指数达38%。低烟无卤阻燃电缆，除保持了一般阻燃电缆的电气特性和物理特性外，又兼有高阻燃性、低发烟性、低毒害性等特点。其阻燃性能经成束电线电缆燃烧(B类)实验，满足GB12666·5的标准，燃烧时不释放氯化氢有害气体，燃烧时毒性极小，烟密度极低，经国家电线电缆质量监督检测中心测试，达到了国内外同类产品的先进水平。

6．耐火电缆。耐火电缆是在火焰高温作用下，在一定时间内仍能维持通电能力的一种电缆。耐火电缆按其材料可分为两种：一种是典型的耐火电缆，即用无机材料构成的矿物绝缘(如氧化镁)金属护套的耐火电缆(如MI型电缆)，又称矿物绝缘电缆，它具有耐受1000℃高温，持续10h的耐火特性。这种耐火电缆防火性能优良，但价格昂贵，工艺复杂，施工比较麻烦；第二种是普通型耐火电缆，它是在普通电缆结构中，设置了特殊的耐火层，即在导体和绝缘层之间增加了一个耐火层，耐火层采用有机硅玻璃粉云母带和大鳞片云母带。所以它是无机材料与一般有机材料复合构成的耐火电缆，又称内层耐火电缆。这种结构的耐火电缆已通过GB12666·6规定的耐火B类试验，即在750～800℃火焰中燃烧90min，而保持施加额定电压情况下电缆不被击穿(3A熔丝不熔断)。常用耐火电缆结构如图5－3－19所示。

(a)单芯电缆；(b)三芯电缆；(c)多芯电缆

1－导体；2－耐火层；3－绝缘层；4－填充；5－绕包层；6－阻燃PVC护套

为进一步提高耐火电缆的耐火性能，可改进耐火层的加工工艺，一方面在云母带外使用无机材料绕包带绕包，提高耐火层的防火性能；同时，在绝缘线芯成缆后，再增加一层耐火层。这样既加强了对芯线的防护作用，又提高了绝缘线芯的防火和对地绝缘强度。这种电缆经国家电线电缆检测中心测试，顺利通过GB12666·6标准规定的耐火A类试验，即在950～1000℃火焰中燃烧90min，而保持施加额定电压情况下，电缆不被击穿(即3A熔丝不熔断)。耐火电缆结构设计和材料见表5－3－26。

表5－3－26 多芯耐火电缆结构和使用材料表

❶ 仅指多芯结构的电缆。

普通型耐火电缆还有外层耐火电缆，即用玻璃纤维带加防火涂料，或膨胀型耐火包带等包在常规电缆的外面，再加一层防护带的耐火电缆，这种电缆的缺点是增加了外护层的热阻，降低了电缆的输送容量。