电力电缆的分类及结构

电力电缆的分类及结构

一、电力电缆的种类

随着电力电缆应用范围的不断扩大和电网对电力电缆提出的新要求，制造电力电缆的新材料、新工艺不断出现，电缆的电压等级逐渐增高，功能不断增强和细分，电力电缆的品种越来越多。电力电缆可以有多种分类方法，如按电压等级分类、按导体标称截面积分类、按导体芯数分类、按绝缘材料分类、按功能特点和使用场所分类等。

1.按电压等级分类

电力电缆都是按照一定的电压等级生产制造的，不同电压等级的电缆应用于不同电压等级的电网，同一电压等级的电缆可以采用相同的绝缘厚度，也可以根据导体截面积不同、绝缘材料不同及接地方式运行情况不同，采用不同的绝缘厚度。我国电缆产品的电压等级包括0.6/1、1/1、3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、8.7/15、12/15、12/20、18/20、18/30、21/35、26/35、36/63、48/63、64/110、127/220、190/330、290/500 kV共19种。

从施工技术要求、电缆中间接头、电缆终端结构特征及运行维护等方面考虑，同时为了交流的方便，也可以依据电压范围粗略进行分类∶

（1）低压电力电缆（1kV）。

（2）中压电力电缆（6~35kV）。

（3）高压电力电缆（110kV）。

（4）超高压电力电缆（220~500kV）。

2.按导体标称截面积分类

电力电缆的导体是按一定等级的标称截面积生产制造的，这样做是为了形成一定的规范，既便于制造，也便于施工。

我国电力电缆标称截面积系列分为1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200、1400、1600、1800、2000、2500mm²，共27种。高压和超高压电力电缆标称截面积系列分为240、300、400、500、630、800、1000、1200、1600、2000、2500mm²，共11种。

在选择电缆导体的截面积时，能采用一个大的截面积电缆时，就不要采用两个或两个以上的小截面积电缆来代替。

3.按导体芯数分类

电力电缆导体芯数有单芯、二芯、三芯、四芯和五芯共5种。单芯电缆通常用于传送直流电、单相交流电和三相交流电，一般中、低压大截面的电力电缆和高压、超高压电缆多为单芯。二芯电缆多用于传送直流电或单相交流电。三芯电缆主要用于三相交流电网中，在35kV及以下各种中小截面积的电缆线路中得到最广泛的应用。四芯和五芯电缆多用于低压配电线路，随着TN-S保护系统推广和普及，五芯低压电缆的应用比四芯低压电缆的应用会更多一些。一般情况下，只有1kV电压等级的电缆才有二芯、四芯和五芯。

4.按绝缘材料分类

（1）挤包绝缘电力电缆。挤包绝缘电力电缆包括聚氯乙烯绝缘电力电缆、交联聚乙烯绝缘电力电缆、聚乙烯绝缘电力电缆、橡胶绝缘电力电缆。挤包绝缘电力电缆制造简单，重量轻，终端和中间接头制作方便，施工和运行时允许弯曲半径小，敷设安全，维护量小，并具有耐化学腐蚀和一定的耐水性能，适用于高落差和垂直敷设。聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆一般多用于10kV及以下的电缆线路中;交联聚乙烯绝缘电缆多用于6kV及以上乃至110~500kV的电缆线路中;橡胶电力电缆，由于其柔性特别好，适用于35kV及以下的线路中，特别适用于发电厂、变电站、工厂企业内部的连接线，矿山、船舶等场所以及其他经常移动的电器设备。

（2）油浸纸绝缘电力电缆。油浸纸绝缘电力电缆是历史上应用最广泛的一种电缆。油浸纸绝缘电力电缆的绝缘是一种复合绝缘，它是以纸为主要绝缘体，用绝缘浸渍剂充分浸渍制成的。

5.按功能特点和使用场所分类

（1）阻燃电力电缆。普通电缆的绝缘材料有一个共同的缺点，就是具有可燃性。当线路中或接头处发生故障时，电缆可能因局部过热而燃烧，并导致扩大事故。阻燃电缆是在电缆绝缘或护层中添加阻燃剂，即使在明火烧烤下，电缆也不会燃烧。阻燃电力电缆的结构与相应的普通聚氯乙烯绝缘电力电缆和交联聚乙烯绝缘电力电缆的结构基本上相同，而用料有所不同。对于交联聚乙烯绝缘电力电缆，其填充物（或填充绳）、绕包层内衬层及外护套等，均在原用材料中加入阻燃剂，以阻止延燃;有的电缆为了降低电缆火灾的毒性，电缆的外护套不用阻燃型聚氯乙烯，而用阻燃型聚烯烃材料。对于聚氯乙烯绝缘电力电缆，有的采用加阻燃剂的方法，有的则采用低烟、低卤的聚氯乙烯料作绝缘，而绕包层和内衬层均用无卤阻燃料，外护套用阻燃型聚烯烃材料等。至于采用哪一种型式的阻燃电力电缆，要根据使用者的具体情况进行选择。

（2）耐火电力电缆。耐火电力电缆是在导体外增加有耐火层，多芯电缆相间用耐火材料填充。其特点是可在发生火灾以后的火焰燃烧条件下，保持一定时间的供电，为消防救火和人员撤离提供电能和控制信号，从而大大减少火灾损失。耐火电力电缆主要用于1kV电缆线路中，适用于对防火有特殊要求的场合。

二、电力电缆的基本结构

不论是何种种类的电力电缆，其最基本的组成有三部分，即导体、绝缘层和护层。对于中压及以上电压等级的电力电缆，导体在输送电能时，具有高电位。为了改善电场的分布情况，减小导体表面和绝缘层外表面处的电场畸变，避免尖端放电，电缆还要有内外屏蔽层。总的来说，电力电缆的基本结构必须有导体（也可称线芯）、绝缘层、屏蔽层和护层四部分组成，这四部分在组成和结构上的差异，就形成了不同类型、不同用途的电力电缆，多芯电缆绝缘线芯之间，还需要添加填芯和填料，以利于将电缆绞制成圆形，便于生产制造和施工敷设。以下是这四个组成部分的作用和要求。

1.线芯

（1）作用。线芯的作用是导电，用来输送电能，是电缆的一个主要部分。

（2）材料要求。电缆线芯的材料应是导电性能好、机械性能高、资源十分丰富的材料，适宜于生成制造和大量应用。

（3）规格与结构。

①截面。为了便于设计制造和安装施工，电缆的截面必须采用规范化的方式进行定型生产，即电缆的截面由小到大按标称截面规格进行生产。

②芯数。指电缆具有多少根线芯，一般有单芯、二芯、三芯、四芯、五芯电缆5种形式。

③形状。有圆形、椭圆形、中空圆形和扇形线芯四种。

④结构。若用单根实心的金属材料制成电缆的线芯，线芯的柔软性就会很差而不能随意弯曲，截面越大弯曲越困难，这样必然给生产制造和电缆敷设施工带来无法克服的困难。经研究和实践证明，采用多股导线单丝绞合线作为线芯是最好的结构，这样的结构既能使电缆的柔软性大大增加，又可使弯曲时的曲度不集中在一处，而分布在每根单丝上，每根单丝的直径越小，弯曲时产生的弯曲应力也就越小，因而在允许弯曲半径内弯曲不会发生塑性变形，从而电缆的绝缘层也不致损坏。同时弯曲时每根单丝间能够滑移，各层方向相反绞合（相邻层一层右向绞合，一层左向绞合），使得整个导体内外受到的拉力和压力分解，这就是采用多股导线绞合形式的线芯的原因。

2.绝缘层

（1）作用。它能将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，从而保证在输送电能时不发生相对地或相间击穿短路，因此绝缘层也是电缆结构中不可缺少的组成部分。

（2）材料要求。

①耐压强度高。由于电缆导电部分的相间距离及其对地距离都较小，所以绝缘层承受着很高的电场强度，一般在1~5kV/mm 之间，110kV的电缆中达8~10kV/mm，500kV的电缆中高达 14~16.5kV/mm，电压等级越高的电缆，对绝缘材料的耐压强度的要求越高。

②介质损耗角正切值低。运行于交流电场中的绝缘介质，由于极性分子的存在，绝缘层中将会有泄漏电流通过，使绝缘层（介质）发热，这部分损耗称为介质损耗。电缆电压等级越高，介质损耗越大，这部分损耗高，发热就大，绝缘就会加速老化，因此要求绝缘材 料的介质损耗角正切值低。

③耐电晕性能好。绝缘层中的气泡或内外表面的凸起在很高电场下易被电离而产生放电现象，放电时产生的臭氧对绝缘层具有破坏作用，各种材料的耐电晕性能是不同的，因此要求选用耐电晕性能好的材料。

④化学性能稳定。化学性能不稳定的材料，在外来因素的作用下，其性能易改变，它的绝缘水平就会随之发生变化，通常这种变化是使绝缘性能变差，这对电缆的使用寿命有直接的影响，因此要选用化学性能稳定的材料。

⑤耐低温。一般情况下，非金属材料的强度高，其脆化点高，电缆线路的施工（特别在北方地区）经常需在气温很低的情况下进行安装，一旦变脆很易损坏，就无法安装，所以要求有耐低温的性能。在北方冬天平均气温在0℃以下敷设高压电缆需预先加热后再施工。

⑥耐热性能好。电缆的最高允许运行温度取决于绝缘材料的耐热性能，即在绝缘材料的物理性能和化学性能不发生变化时的最高允许温度越高越好，这样电缆线路允许通过的载流量越大，因此绝缘材料的耐热性能越高越好。

⑦机械加工性能好。绝缘材料必须具有一定的柔性和机械强度，这样才有利于生产制造和施工安装，因此这是绝缘材料应具备的性能。

⑧使用寿命长。绝缘材料经过一定长的时期，均会发生老化现象，性能下降甚至无法运行。由于电缆线路的成本、施工费用高，敷设难度大，因此对电缆使用寿命的要求更高，要求经久耐用。目前电缆的使用寿命一般不少于30年。

3.屏蔽层

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（1）作用。6kV及以上的电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，也称为内屏蔽层和外屏蔽层。导体屏蔽层的作用是消除导体表面的不光滑（多股导线绞合会产生的尖端）所引起导体表面电场强度的增加，使绝缘层和电缆导体有较好的接触。同样，为了使绝缘层和金属护套有较好接触，一般在绝缘层外表面均包有外屏蔽层。

（2）材料要求。油纸电缆的导体屏蔽材料一般用金属化纸带或半导电纸带。绝缘屏蔽层一般采用半导电纸带。塑料、橡皮绝缘电缆的导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮。对于无金属护套的塑料、橡胶电缆，在绝缘屏蔽外还包有屏蔽铜带或铜丝。

（3）结构、种类。所谓金属化纸，就是在厚度为0.12mm 的电缆纸的一面，贴有厚度为0.014mm 的铝箔。所谓半导电纸，即在一般电缆纸浆中，掺入胶体碳粒所制成的纸，它的电阻率为1×10'~1×10°Ω·m。而半导电塑料、半导电橡皮，则要求电阻率在1×10°Ω·m 以下，实际数据远小于这一数字。

4.护层

（1）作用。护层的作用是密封保护电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电缆绝缘层，有些电缆的外护套还具有阻燃的作用，因此它的制造质量对电缆的使用寿命有很大的影响。

（2）材料要求。护层材料的密封性和防腐性必须良好，并且有足够机械强度，适当考虑空气中敷设电缆外护套材料的阻燃性能。

（3）结构、种类。一般电缆的护层是由内护套、内衬层、铠装层和外被层（或外护套）等几个部分有选择的组合而成，充油电缆的护层必须有加强层。为适应不同环境场合的需要，护层在制造时，可以采用这几个部分不同组合的结构，因此在实际使用中，应注意按不同的用途选择不同结构的护层。