1.电力系统及电缆原理

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电力系统及电缆基础

中压电力产品销售人员

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典型电力系统的组成升压变电站 发电厂(火力, 发电厂(火力, 水力,风电等) 水力,风电等) 输电架空线路: 输电架空线路: 110kV及以上电压等级 及以上电压等级

输电电缆线路 :110kV及以上电压等级 及以上电压等级

降压变电站

用户侧: 用户侧:380V及220V 及 配电架空线路: 配电架空线路: 35kV, 20kV,10kV

配电电缆线路: 配电电缆线路:35kV, 20kV,10kV

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电力系统一般由发电,输电,变电,配电及用户组成.500kV,330kV, 电力系统一般由发电,输电,变电,配电及用户组成.500kV,330kV, 220kV,110kV为输电电压等级,35kV,20kV,10kV为中压配电电压等级, 220kV,110kV为输电电压等级,35kV,20kV,10kV为中压配电电压等级, 380V,220V为低压配电电压等级. 380V,220V为低压配电电压等级.Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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发电

火力发电

水力发电

风力发电

核能发电3 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

中国目前的发电厂主要为火力发电和水力 发电两种,也包括新兴能源如风力和核能发电. 电厂发出电能的出口电压为6 35kV等级,通 电厂发出电能的出口电压为6-35kV等级,通 过就地的升压变压器升至110kV或更高电压送至 过就地的升压变压器升至110kV或更高电压送至 远方. 电厂内部特别是火电厂有较多的厂用电设备, 电压等级一般为6kV或10kV. 电压等级一般为6kV或10kV. 3M中压冷缩电缆附件主要应用于电厂内厂 3M中压冷缩电缆附件主要应用于电厂内厂 用电设备供电,升压变电站和集电线的中压电缆 上.

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输电输电是指将电能从电源点通过较长 距离输送至用电的负荷中心.输电的电 压等级一般为110kV级以上等级. 压等级一般为110kV级以上等级. 根据我国各级电压输送能力统计, 220 kV输电线路输送容量为100~500 MW, kV输电线路输送容量为100~ 传输距离为100~ 传输距离为100~300 km; 110 kV输电线路 kV输电线路 输送容量为10~ MW,传输距离为50~ 输送容量为10~50 MW,传输距离为50~ 100 km. km. 传统的输电网络一般使用架空线路, 现在,高压电缆已经较普遍地应用于110 现在,高压电缆已经较普遍地应用于110 kV及以上电压等级,即需要使用高压电 kV及以上电压等级,即需要使用高压电 缆附件. 高压输电架空线4 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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配电配电是指将电能从降压变电站分配到各负荷片区.我国城市配网 以10kV电压等级为主,大型重工业较多采用35kV电压等级.在少数城 10kV电压等级为主,大型重工业较多采用35kV电压等级.在少数城 市仍保留35kV配电等级电压, 20kV电压等级是未来城市配电电压等 级的发展方向. 线路:电缆,架空线(裸导线/绝缘架空线) 线路:电缆

,架空线(裸导线/绝缘架空线)

配电变压器:油浸式变压器/ 配电变压器:油浸式变压器/干式变压器

开关设备:开关柜/环网柜/ 开关设备:开关柜/环网柜/电缆分支箱,柱上开关,环网柜等

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冷缩式电缆附件在 配电网中的应用配电网(6 35kV)采用电缆进行电能传输已越来越普遍,是3M 配电网(6-35kV)采用电缆进行电能传输已越来越普遍,是3M 中压电缆附件的主要应用场合和主要市场,以下为一些典型的应用.

电缆户外终端

电缆户内终端

电缆中间接头

可插拔式终端

主要用于电缆与 架空线路,户外 布置的变压器连 接.6 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

主要用于电缆 与空气绝缘开关 柜,母排,户内 变压器,电机的 连接.

主要用于电缆之 间的接续.

主要用于电缆与 充气式环网开关 柜的连接.

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屏蔽电缆的基本结构1. 导 体 2. 导体屏蔽 3. 主绝缘 4. & 5. 绝缘屏蔽(4) 外半导电层 (5) 铜带屏蔽

6. 护套

以上为单芯中压屏蔽电缆的典型结构.中,高压电缆与一般低压电 缆的主要区别是其完善的屏蔽结构,即具有导体屏蔽和绝缘屏蔽两层屏 蔽结构,这两层屏蔽层与电缆附件的关系非常密切.7 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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中压电缆的基本类型

单芯铜带屏蔽电缆

单芯铜丝屏蔽电缆

单芯钢丝(铝丝)铠装电缆

单芯不锈钢铠装电缆

单芯铅包油纸绝缘电缆

三芯铜带屏蔽铠装电缆

以上为几种常见电缆的类型,在中国城市中压配网系统中,最常见的 是三芯铜带屏蔽钢带铠装型交联聚乙烯电缆;工业供配电系统中也经常采 用单芯电缆,特别是35kV单芯电缆.采用单芯电缆时,由于其感应电压及 用单芯电缆,特别是35kV单芯电缆.采用单芯电缆时,由于其感应电压及 铠装类型的影响,需要根据实际情况采取合适的接地方式.8 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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中压电缆系统的电压等级规定中,高压电缆的适用电压等级一般用U U来表示,例如8.7/10kV; 中,高压电缆的适用电压等级一般用U0 / U来表示,例如8.7/10kV; U0 :指的是电缆设计用的导体与屏蔽或金属套之间的额定工频电压, 即电缆主绝缘承受的电压,即相电压; U: 指的是电缆任意两相导体之间的额定工频电压,即线电压; 有时也会提到U 有时也会提到Um,它指的是设备最高电压(使用设备的系统最高电 压的最大值),如10kV系统的最高电压一般为12kV. 压的最大值),如10kV系统的最高电压一般为12kV. 下表为中压 系统的电压等级,其中在中国最常用的是10kV和35kV等级 系统的电压等级,其中在中国最常用的是10kV和35kV等级U 1 3 6 10 Um 3.6 7.2 12 U0 1 0.6 1.8 3.6 6 2 0.6 3.6 6 8.7 U 15 20 35 Um 17.5 24 42单位:( ) 单位:(kV) :( U0 1 2 8.7 12 12 18 21 26

注:U0按系统接地故

障持续时间不同分为两类,具体分类如下: 1类用于单相接地故障时间每一次一般不大于1min 的系统. 2类用于接地故障时间更长的系统,对电缆绝缘性能要求较高的场合,中国电缆系统普遍采用 2类U0Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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8.7/10kV 电 压 等 级 示意10 kV 相对相 10kV 8.7 kV 相对地 8.7 kV 10 kV 8.7 kV

A

B

C

以上为U /U=8.7/10kV电压等级的电缆示意.可看出8.7kV即电缆绝缘厚 以上为U0/U=8.7/10kV电压等级的电缆示意.可看出8.7kV即电缆绝缘厚 上需要承受的电压(相电压),10kV即两相之间的电压(线电压). 上需要承受的电压(相电压),10kV即两相之间的电压(线电压).10 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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电缆的型号– 中国GB表示方法 电缆的型号– 中国GB表示方法注:以交联聚乙烯塑料绝缘电力电缆为例 代号:铜导体: 铝导体: PVC绝缘或内护套 PVC绝缘或内护套 PE绝缘或内护套 PE绝缘或内护套 XLPE绝缘 XLPE绝缘 (T)省略 L V Y YJ

外护层代号:标记 0 2 3 4 铠装层 无 双钢带 细圆钢丝 粗圆钢丝 外护套 ---PVC外套 PVC外套 PE 外套

铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装PVC护套电力电缆,额定电压为26/35kV, 3芯,标称 护套电力电缆,额定电压为 铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装 护套电力电缆 芯 截面240mm2,表示为:YJLV22-26/35-3×240 截面 ,表示为: ×11 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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导体类型铜导体: 1. 铜导体:--应用较广泛,特别是供电系统 --应用较广泛,特别是供电系统 --抗拉强度较高,运行稳定 --抗拉强度较高,运行稳定 --高的导电率,相同截面是铝的1.3倍 --高的导电率,相同截面是铝的1.3倍 --价格较贵 --价格较贵

铝导体: 2. 铝导体:--由于铜价较高,现在开始在一些地方使用 --由于铜价较高,现在开始在一些地方使用 --重量较铜轻,不抗拉 --重量较铜轻,不抗拉 --导电率较低 --导电率较低 --延伸系数大于铜 --延伸系数大于铜12 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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屏蔽层之一:导体屏蔽的结构和作用导体屏蔽层) 内 半 导 电 层(导体屏蔽层)导体屏蔽层也叫做内半导电层,它是由半导电材料紧密包裹在 导线外并与绝缘内表面紧密结合而形成的屏蔽结构.导体屏蔽层形 成一个法拉利笼(导电的屏蔽体),并有效填充导体和绝缘之间气 隙,防止导体间的气隙放电. 下方左图为无导体屏蔽的电缆运行情况,导体和绝缘间的气隙 在电场作用下产生放电,并会加速绝缘老化,劣化.右图由于有内 半导电层有效屏蔽和填充,无放电现象.

无导体屏蔽局部放电

有导体屏蔽

导体屏蔽(内半导电层) 导体屏蔽(内半导电层)

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主绝缘层的类型和特点主绝缘

绝缘类型PILC(油浸纸) 油浸纸) XLPE(交联聚乙烯) 交联聚乙烯) EPR (乙

丙橡胶)

工作温度 应急温度80℃ 90℃ 90℃ 95℃ 130℃ 130℃ 140℃

EPR* (耐热乙丙橡胶) 105℃

PILC绝缘较早开始使用,现在已基本退出运行,缺点是耐温较低, PILC绝缘较早开始使用,现在已基本退出运行,缺点是耐温较低, 安装电缆附件不方便. XLPE绝缘是目前中高压电缆使用最多的类型,优点是耐温性能和机 XLPE绝缘是目前中高压电缆使用最多的类型,优点是耐温性能和机 械性能俱佳,载流量大,电缆附件安装方便.缺点是容易产生水树枝状 老化. EPR及EPR*绝缘一般应用于工业设备的电缆上,如矿用软电缆,船用 EPR及EPR*绝缘一般应用于工业设备的电缆上,如矿用软电缆,船用 电缆等,优点是较柔软,弯曲半径较小.14 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

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屏蔽层之二:绝缘屏蔽层的结构和作用1. 外半导电层绝缘屏蔽层一般由两层结构共同构成, 一层是和导体紧密结合的外半导电层结构, 另一层是绕包或布置在外半导电层外的金属 屏蔽层. 外半导电层在生产时与电缆主绝缘共同 挤出,与电缆绝缘之间几乎无气隙.外半导 电层与绝缘结合得越紧密,层间气隙越少越 不容易放电,电缆性能越好. 外半导电屏蔽层一般通过外层的金属 屏蔽去接地,使整个绝缘屏蔽处于零电位, 有效将电场限制在其内部.当安装电缆附件 时,要开剥一定长度的外半导电层,以保证 足够的高低电位电气距离.15 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

外半导电层

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屏蔽层之二:绝缘屏蔽层的结构和作用2. 金属屏蔽层金属屏蔽层是绝缘屏蔽的外层,一般是 由搭叠绕包的铜带或螺旋径向布置的铜丝构 成. 金属屏蔽层必须接地,三芯电缆一般两 端接地,单芯电缆根据电缆线路的情况采取 合理的接地方式. 同时,金属屏蔽层还有以下作用: 减少碰撞损坏的概率 电缆短路时提供短路电流路径 提供中性线路径 在安装中间接头时,要通过铜屏蔽网套 将两侧电缆的金属屏蔽层恢复连通状态.16 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

金属屏蔽层

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屏蔽层之二:绝缘屏蔽层的作用下图为没有绝缘屏蔽层的中高压电缆的运行情况.由于电场没有 屏蔽层的限制,电力线结束于电缆外的接地处.电力线可能集中于局 部范围内,此处电场较强,容易产生放电现象. 电力线

电缆沟或 管井(接地) 管井(接地)

电场集中处17 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

可能在此放电

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屏蔽层之二:绝缘屏蔽层的作用下图为有绝缘屏蔽层结构的中高压电缆运行情况.绝缘屏蔽层通 过金属屏蔽有效接地,处于零电位,电缆内径向分布的电力线结束于 绝缘屏蔽层处,电场被有效限制在电缆内部.同时分布非常均匀,不 会产生局部电场强度集中,容易放电的情况.

绝缘屏蔽层

电力线被限制 在绝缘内

部

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护套层的类型和特点护套常用材料: 护套常用材料:塑料(PVC-聚氯乙烯,PE塑料(PVC-聚氯乙烯,PE-聚乙烯) 橡胶(氯丁橡胶等) 铅 电缆护套层的作用主要有两个:防水及机械保护. 一些特殊的场合,如地铁,需要用到低烟无卤阻燃的护套层. PVC及PE是中压电缆最常用的护套材料. PVC及PE是中压电缆最常用的护套材料. 橡胶护套比较耐磨,一般可用于矿用移动电缆等场合. 铅包护套一般用于PILC油纸绝缘电缆上. 铅包护套一般用于PILC油纸绝缘电缆上.19 Copyright 3M 2008. All Rights Reserved.

护套

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