电缆绝缘层材料

目前纸绝缘电力电缆在输配电系统中应用最为广泛。纸绝缘电力电缆根据浸渍剂粘度的不同，可以分为黏性浸渍纸绝缘电力电缆、充油电力电缆和充气电力电缆等。下面对纸绝缘电力电缆的绝缘结构进行介绍。

1.黏性浸渍纸电力电缆

如图6.6所示的三相带式绝缘（总包绝缘）电缆，就是浸渍纸绝缘电力电缆典型结构。它包括：电缆芯1，是由多根铜线或铝线绞合而成，以便具有充分的柔韧性。绞合的芯线，在单芯电缆内是圆形的，而在多芯电缆中通常是扇形的，这样使电缆结构更加紧凑。电缆的每一根芯线都用带状电缆纸包绕起来，构成电缆各相间的绝缘，称为相绝缘4。为了使电缆总的截面成圆形，各芯线间的空隙内填入纸绳或麻绳，即填料2。所有三根芯线连同它们的相绝缘并与填料一起，还包绕公共的电缆纸绝缘，即总包绝缘，又叫带绝缘3。此后，电缆再经过真空干燥，以除去纸绝缘中的水分和空气，然后用黏性浸渍剂进行浸渍。浸渍过的电缆包以铅皮5，使电缆密封，以防水分、潮气浸入。但是铅皮的机械强度不够大，它不能保护电缆在使用时可能发生的机械磨损，为此，采用坚固的钢带8裹覆。在裹覆钢带前，铅皮上预先包绕纸带6和黄麻保护层7，以便铅皮与钢带之间造成一个软垫，不致使钢带磨损铅皮。由于钢带有被腐蚀的可能，所以外面还要包裹麻纱并浸渍沥青防锈层9。

图6.6　三相电缆的结构

1—芯线；2—填料；3—带绝缘；4—相绝缘；5—铅皮；6—纸带；7—黄麻保护层；8—钢带；9—沥青麻皮

此外，在电缆导电芯线表面和铅皮内侧，通常还包以半导电纸带或金属化纸带的屏蔽层。近年来，多用0.12 mm厚的含碳黑的半导电纸带（俗称炭黑纸），其电阻率为107～108Ω·m。这种纸既能改善此处由于导电芯线表面（或铅皮内侧）不光整而引起的电场集中现象，所含炭黑还可以具有吸附浸渍剂中杂质离子的作用。

由上述知，黏性浸渍纸电力电缆的结构比较简单，也不需要其他附属设备。但它的生产和运行过程中，不可避免地会在绝缘中形成气隙，降低电缆的电气性能。因而，粘性浸渍纸绝缘电力电缆一般只用于交流35 kV及以下电压等级。为了解决电缆绝缘中出现的气隙以及气隙的耐电强度远较浸渍纸为低的间题，从基本原理上看，有两条解决途径：或设法经常不断地用低黏度油来填充气隙（充油电缆）；或设法提高气隙的耐电强度（充气电缆）。

2.充油电缆

充油电缆是利用补充浸渍油原理消除绝缘层中形成的气隙，以提高电缆工作场强的一种电缆结构。充油电缆根据护层结构的不同分为两类：一类叫自容式充油电缆；另一类叫钢管充油电缆。

1） 自容式充油电缆

自容式充油电缆的结构与前述的浸渍纸绝缘电缆结构相似，如图6.7所示。 自容式充油电缆一般在芯线中心（有的在金属护套下）具有与补充浸渍设备（供油箱等）相连接的油道。当电缆温度升高时，浸渍剂受热膨胀，膨胀出来的浸渍剂经过油管流到补充浸渍剂设备中；当电缆温度下降时，浸渍剂收缩，补充浸渍剂设备中的浸渍剂经过油道对电缆绝缘层进行补充浸渍。这样既消除了绝缘层中气隙的产生，提高了电缆的工作场强，又防止了电缆中产生过高的压力。为了提高补充浸渍速度，充油电缆一般采用低黏度油作为浸渍剂。为了提高绝缘层的耐电强度，防止护套破裂时潮气浸入，也为了便于补充浸渍，一般浸渍剂压力高于大气压。如图6.8所示为典型的自容式充油电缆图。

图6.7　自容式充油电缆截面图

1—芯线；2—油道；3—屏蔽；4—铅套；5—绝缘；6—内衬；7—加强层； 8—护层

图6.8　自容式充油电缆工作原理图

1—重力供油箱；2—压力供油箱；3—终端盒；4—连接盒；5—阻止式接头盒；6—电缆

电缆内浸渍剂的增减可由重力供油箱1或压力供油箱2中的油来调整，重力供油箱安装于电缆线路的最高位置，而压力供油箱则根据线路的需要和可能，可安装在线路的任何地点。阻止式连接接头盒5的作用是将电缆分为只有电的连接而油道互不相通的两段，以限制电缆内静压力的增加和故障影响区的扩大。连接接头盒4的作用是维持油道的畅通。

2）钢管充油电缆

钢管充油电缆是由三根屏蔽的单芯电缆置于无缝钢管内组成，如图6.9所示。芯线用铝丝或铜丝绞合，没有中心通道。电缆绝缘层的浸渍剂黏度较高，以保证电缆在拉入钢管时，浸渍剂不会大量从绝缘层流出。在绝缘层表面包有半导电屏蔽层。屏蔽层外缠上2～3根半圆形（D型）青铜丝（又叫滑丝，如图6.9中5），包缠节距约为300 mm，其作用是减少电缆拖入钢管时的拉力，并防止电缆拖入钢管时损伤电缆绝缘层。同时，由于青铜丝使电缆绝缘外屏蔽与钢管内壁间保持一定距离，浸渍剂在这个间隙中可以流通，因此还有降低电缆热阻，提高电缆载流量的作用。为了避免在运输过程中潮气浸入电缆，电缆表面具有临时铅套，在拖入钢管时剥去。同时管内油压较高（约1500 kPa左右），以消除绝缘层中可能形成的气隙。

图6.9　钢管充油电缆

1—导电芯线；2—导线屏蔽层；3—绝缘层；4—绝缘外屏蔽；5—半圆滑丝；6—钢管；7—防腐层

3.充气电缆

充气电缆是利用提高绝缘层中气隙的耐电强度，来提高电缆工作场强的一种结构形式。

由气体电性能可知，当气体压力超某一数值时，气体的击穿电压随压力的增加而增加，同时还知道某些气体（如SF6等）的相对耐电强度比较高，充气电缆主要就是基于这些原理设计制作的。

如图6.10所示为10 kV低压力三芯充气电缆结构截面图。由图中可见，其基本结构与一般黏性浸渍纸电缆相似，只是在电缆三芯间空隙处不充填任何填料，而是作为供气的通道，充以较高压力的气体。

充气电缆所充的气体是绝缘层的组成部分，因此，要求它的电气性能优良，且对绝缘层及其他材料无损害。一般采用纯度为99.95%以上的干燥氮气。近年来已试用SF6等高耐电强度的气体，以提高总体绝缘的耐电强度。

图6.10　低压力充气电缆截面

1—铅皮；2—供气通道；3—芯线导体；4—绝缘层；5—内屏蔽层；6—外屏蔽层；7—钢带铠装；8—外护层