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線纜產品的絕緣結構總論——探討絕緣厚度的確定原則
在傳統的電纜專業教科書中,確定電線電纜產品絕緣厚度的原則主要是針對中高壓電力電纜的,因為它是在高電場強度作用下絕緣理論的經典學科理論。但對于有上千種電線電纜品種、并用于許多領域、分為許多大類的整個電線電纜來說,并不是只有這一種高電場的情況。本文將按電線電纜產品處在不同的使用功能要求下,對其絕緣厚度確定的原則進行探討,使讀者進一步了解各種電線電纜的絕緣厚度是如何確定的,以有利于在設計和發展產品中有更全面的考慮。

一、中高壓用電纜的絕緣厚度


中高電壓用的電纜一般指工資電壓U0在1.8kv及以上,直流在3kv以上的電纜。最典型的是3kv及以上直至500kv的電力電纜,其它如3kv及以上的礦用電纜、機車車輛電纜、電機引接線(達±200kv)、CT機用電纜等。


1,此類電纜的絕緣厚度,基本上是按經典的“電場強度承受能力”來確定的。即



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式中:U0—電纜的工作電壓,kv,工頻系統,指相電壓;


En— 絕緣的擊穿電場強度, k v /mm;


K1—長期工作時的耐電壓,老化系數,工頻取4,直流取1.65。


2,對66kv及以上的電纜,絕緣厚度還必須經過沖擊電壓(雷擊為主)的校核。即上述公式中的U0改為標準中規定的沖擊試驗電壓,En為絕緣的沖擊擊穿電場強度,老化系數由k2·k3組成,k2取1.2,k3取1.3。


3,對于工作電壓為6-35kv的電纜,同一電壓等級而導線截面不同的產品,采用同一個絕緣厚度。但66kv及以上的高壓電纜則其絕緣厚度當導線截面增大時,絕緣厚度卻可分級減薄。其原因是,當導線截面增大時,電纜絕緣中導線表面的最大電場強度會逐步降低。


4,在6~35kv的電力電纜產品標準中,番禺電纜每一個電壓級有二種規格的產品,如3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、21/35、26/35,這是考慮到我國電力系統中存在二種接地系統,即直接接地系統和通過消弧線圈接地(簡接接地),直接接地系統,一相對地短路時,繼電保護動作迅速,另二相仍承受相電壓( )而簡接接地時,一相對地短路時,另二相要承受較高的電壓。


二、低電壓用電線電纜的絕緣厚度


低電壓用的電線電纜品種特別多,主要包括1kv及以下的低壓電力電纜,450/750伏的橡皮、塑料絕緣電線、1kv及以下的船用、礦用、機車車輛用電線電纜,以及各種通用和專用的絕緣電線、安裝線,控制、信號電纜的絕緣線等等。


1,低壓電線電纜的絕緣厚度主要根據其力學性能來確定,因為如果按其工作電壓來考慮、其絕緣厚度可以較薄。但是產品在制造、安裝敷設或使用過程中,產品的絕緣層會受到拉、壓、彎、扭、剪切等機械應力的作用。而產品自身的導線截面大小對這些應力的數值影響很大,即截面愈大、自重也大、彎曲應力愈大,因此此類產品的絕緣厚度,在同一使用電壓下總是隨著導線截面的增大而增大,為了方便,絕緣厚度總是分檔增加。


表1列出了幾種產品的絕緣厚度,而圖1是幾種電線電纜的絕緣厚度與導線截面的關系圖。


表1 幾種低電壓電線電纜產品的絕緣厚度分檔表


番禺電纜

圖1 幾種電線電纜的絕緣厚度與導線截面的關系圖




1-0.38/0.6kV UY礦用移動電纜絕緣線芯;


2-450/750V BX橡皮絕緣電線;


3-450/750V BV聚氯乙稀絕緣電線;


4-300/500V RV聚氯乙稀絕緣軟線


2,從表1中可以看出,除了考慮到產品的力學性能將絕緣厚度按導線截面增加而分檔加厚外,還有一些規律存在。


(1)如所用絕緣材料的電性能或機械性能較好,就可以適當減薄絕緣厚度,如BV線與BX對比,說明聚氯乙稀的機械性能優于橡皮,而交聯聚乙烯的機械性能明顯優于聚氯乙稀,因此0.6/1kV級的YJV電力電纜絕緣厚度要比VV電纜減薄30%左右。
番禺電纜

(2)導線的柔軟度高,能明顯改善產品的力學性能,所以采用柔軟型結構導線的產品可適當減薄一些絕緣厚度,但柔軟型產品往往供移動式使用,因此又抵消了上述因素,對比BV線與RV線的絕緣厚度就可以說明這一點。


(3)用于使用環境條件較差或對安全性要求特別高的產品,應適當增加其絕緣厚度,如船用、礦用電纜。


(4)對主要是家用電器用的護套的低壓電線產品,原則上適當減薄其絕緣厚度,但考慮到這使安裝于居室內條件較差處(如穿管、嵌墻),以及浴室、廚房等環境條件較苛刻(水汽、油、煙氣溫度偏高)場合下,且導線截面都在1.0mm2及以下,因此仍采用相同的


絕緣厚度。


3,對于工作電壓在250伏以下,甚至只有幾十伏、幾伏以下的眾多電氣裝備用電纜,如計測控制用電線電纜、儀器儀表用電線電纜(內部安裝線與外部連接線),其絕緣厚度的設計原則當然首先要符合力學性能的要求,但實際上更主要的是要滿足其它的外部環境要求,如耐高溫、耐油??因此其側重點不是考慮絕緣厚度。一般的方法是在經過選擇、試驗、試運行選定材料之后,再最后確定其絕緣厚度。


4,目前,各類產品已確定的絕緣厚度(包括分檔),是在長期試驗和實踐的基礎上得到的,并可作出有關的經驗計算公式,番禺電纜但隨著材料的改進和新材料的出現,以及擠出研究工作的深入,將會使絕緣厚度的設計更為合理。


三、信息傳輸用電線電纜的絕緣層


信息傳輸用電線電纜包括通信電線電纜、電子線纜、光纖光纜等三個大類產品,在此類產品的導體(銅線、光纖)上傳輸的是幾百赫茲到幾百千赫(kHz)、兆赫(MHz)、千兆赫(GHz)的電磁波直至光纖上傳輸著光波,它們的傳輸原理與電力系統用的電線電纜完全不同,分析這些產品的絕緣層,有如下一些鮮明的特點。


1,由于不同絕緣線芯之間(一對線芯間與其他線對間)或導線對地之間的電壓將很低很低,因此絕緣層不是按承受的電場強度來設計的。實際上,絕緣層是對所傳電磁波的一種“隔離”,因此對絞式結構的電線,絕緣厚度在具有相應的力學性能后可以很薄很薄。以光纖為例,光纖上的玻璃涂膜包層,其作用是為光信號提供反射邊界和光隔離,同時起著一定的機械保護,這就是理論意義上的絕緣層。而包層外面再加上的一層至數層的二次被覆層,是為了保證光纖的強度的增強層。


2,對于傳輸信息電磁波(300Hz~300MHz)的電線電纜,絕緣層的結構與尺寸是按照產品的傳輸性能參數的要求來確定的。以通信電纜為例,其等效電路可以看作是由無限小的四端網絡串聯構成的,其一次傳輸參數的衰減常數、相移常數、波阻抗以及回路中的干擾參數、衰減、防衛度等均與絕緣層的尺寸和絕緣材料的特性密切相關。

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3,對于同軸結構的電纜,內外均采用銅時,一對回路在外導體比內導體的比例為3.6倍時(即= 3.6d/D)回路衰減最小。即不管是大、中、小同軸電纜,其內外導體之間的徑向間距是應該符合這一規定的。所以才采用了嵌片式、螺旋繩式、以及小同軸用的藕芯狀擠包式等絕緣結構。


四、絕緣厚度的表示方法由于絕緣厚度是絕緣結構最重要的尺寸,但沿同一圓周上的絕緣厚度又不可能絕對的一致,而電場影響最嚴重之處必然是絕緣的最薄點,因此對絕緣厚度必須同時有幾項考核指標。


(1)標稱絕緣厚度即設計和工藝上控制的厚度(δ0)


(2)最薄絕緣厚度同一圓截面上絕緣最薄一點的厚度。通常規定為:標稱絕緣厚度的百分之九十,再減0.1mm,即δmin = δ0×0.9 ? 0.1mm


(3)最厚絕緣厚度同一圓截面上絕緣最厚一點的厚度。一般不作規定。但最厚絕緣厚度大,絕緣層呈不均勻橢圓說明工藝水平差且費料。

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(4)平均絕緣厚度規定沿同一截面六等分測量6點,求其平均值。要求:不小于標稱厚度,但過大則用料多,工藝水平低。


(5)絕緣厚度的不圓率,用下式表示:


不圓率=最厚點厚度-最薄點厚度/平均厚度×100%


此項指標僅指擠包式絕緣,還有幾種名稱如不均勻率、橢圓度等,計算方法也略有差異,行業中尚未統一,但其含義類同。在二種情況下要控制絕緣厚度的不圓率,首先是110kv及以上的交聯聚乙烯絕緣高壓電纜,因其絕緣厚度在16mm以上,甚至超過40mm。雖然采用了旋轉加懸鏈式或立塔等工藝設備的措施,但剛擠出而未交聯的粘流狀材料很難保證均與分布。但是如果不圓率過大,則在很高電場強度下工作時,由于內外不是“幾何圓”,則在絕緣中會形成切向電場,容易造成切向電擊穿。因此標準必須控制不圓率。


還有一種是企業為了提高質量,降番禺電纜低材料消耗,主動在工藝過程中對10~35kv級的電纜也控制其不圓率。110kv及以上交聯聚乙烯電力電纜標準中規定絕緣厚度的不圓率不得大于標稱厚度的15%,實際上有些企業可以控制在10%以下,而35kv級的電纜可以控制到5%左右。

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2018-4-5 13:38:33
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