电力电缆的结构设计

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第1章电力电缆的结构设计2.1导电线芯与电缆结构的选择以YJLW02-Z127/220kV1*1000电力电缆为例。2.1.1选择导电线芯结构，绝缘层结构与护层结构。导电线芯采用铜单线紧压绞合圆形线芯结构。从技术上讲，要求线芯材料导电率高和加工性能好。线芯的作用是传输电流，高导电系数可以减小线芯损耗；加工性能好便于线芯拉制和绞合加工。从填充系数和稳定性考虑，中心为一根导线的规则绞合结构最佳，绞合后应给予紧压，使结构紧凑，线芯表面光滑，减小多导丝效应。2.1.2绝缘结构的选择绝缘的主要作用是承受电压。因此绝缘结构的选择至关重要。2.1.2.1导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽标称截面大于500mm2的电缆导体屏蔽应由半导电包带和挤包半导电层组成；绝缘料为交联聚乙烯，代号为XLPE,要求做到“超净”，严防杂质和水分进入；绝缘屏蔽层应为挤包半导电层。半导电材料为可交联型的，由聚乙烯和碳黑组成。2.1.2.2缓冲层和纵向阻水结构采用半导电弹性材料和半导电阻水膨胀带。2.1.3金属套铅套应采用复合JB5268.2规定的铅合金。铅套厚度应符合GB/Z18890.1-2002中要求。当不能满足用户地短路容量的要求时，应采用增加金属套厚度或在金属套下增加疏绕铜丝（在疏绕铜丝外用反向绕包的铜丝或钢带扎紧）等措施。2.1.4外护套在金屈套表面应有电缆沥青（或熟溶胶）防腐层。采用聚氟乙烯（PVC）材料做外批层，为了对外披层测试方便，表面应有石墨导电涂层。2.2拟定电缆各部分的预定尺寸1•线芯尺寸：根据要求和材料，对线芯结构做如下选择：取单线根数Z:217绞合层m72标称截面积为1000mm2设单线直径为d；由A=—4得：d=J—=2.43取紧压系数为0.88 线芯直径Z)c=(2h-1)JxO.88=36.4mm紧压圆形线芯的结构及外径截面积/mm2一次紧压线芯屮心层/根xmm第一层/根xmm第二层/根xmm第三层/根xmm第四层/根xmm10001x2.436x2.4312x2.4318x2.4324x2.43第五层/根xmm第六层/根xmm外径xnun外径缩小到/%30x2.4336x2.4336.4XX2.导体屏蔽层：半导电包带厚度A]=0.5mm挤包半导电层厚度导体屏蔽层外径£>C=DC+2（A1+A2）=40.4mm3.绝缘层：厚度=24mm,外径0•二D.+2A.=88.4mm4.绝缘屏蔽层：厚度△广1mm外径Dg+2△广90.4mm5.缓冲纵向阻水结构：厚度As=2mm外径△力=A.+2As=94.4mm6.屏蔽层：厚度Asl=0.4mm外径£i=£>力+2△、产95.2mm7.铅套厚度△V2=2.6mm外径£）s2=Ai+2A5.2=100.4mm8.外护层厚度As=5.0mm外径=DS2+2As=110.4mm2.3电缆结构示意图及其优缺点优点：结构稳定，填充系数高，紧压外径缩小，线芯表面光滑，阻水性能好; 金属套损耗较小；传输容量高；在允许过载倍数情况下可持续工作时间长。 缺点：体积大，成本高；弯曲困难；生产和敷设难度较大。127/220KV电缆结构示意图洞屏蔽PVC：护套石墨涂层2.4电缆的制造工艺图及工艺要点导线拉制交联绝缘半导电层挤包I2＞绞制紧压绕包和阻水v】结构7金属屏蔽Ia挤外护套|A成品检测制造工艺图2.4.1拉线拉线过程屮，拉的原单线应有符合标准要求的形状、尺寸和表面质量，硬线应有一定的冷却变形程度，以达到所要求的机械性能；应使各道次都有适当的安全系数，以保证拉制过程中稳定进行；成分利用拉制材料的塑性，选择较高的变形量，以减小拉制的道次数，减小模具、辅助时间和电能的损耗；对于多模拉线机，应根据拉线机速比等拉线条件选择模具系统。2.4.2绞合线芯在明确了绞合制品并选择好设备后，按产品结构和技术要求，确定外径尺寸和节距长度。对设备进行调整，如果是采用变换齿轮的设备，应将绞笼、牵引轮和排线机构的变换齿轮按确定的节距长度进行搭配，并在安装时注意绞笼的方向 是否与被绞层的绞向相符合。准备好满盘放线盘与空收线盘，将放线盘装入放线架后，初步调整放线张力，对放线机进行仔细检查线盘的锁紧保险是否可靠，调整排线宽度，并按绞合制品的外径调好排线节距。利用引线把线拉到牵引轮固定,检查单线穿过的导线孔是否正确，各单线与断线自动停车的金属环或金属棒之间的距离是否正常，然后调整各放线盘的放线张力，接通断线自动停车装置的电源。检查绞合制品的外径与节距长度，要求符合规定要求。在正常生产中要注意放线盘与收线盘上的绕线数量，更换线盘。如果发生断线所引起的绞制品缺股超过技术条件规定，都须把线拉回，重新接好，确保产品质量。还应使绞制品的排列平整紧密，设备完好，场地齐整，线盘的充足情况以及设备旋转部分旁边是否有人通过等都需在开车运行时加以注意，以保证安全生产。设备及工装模具，应保养保管好，定期对设备进行检查，经常保持设备的润滑与清洁以及牛产场地的整洁。2.4.3绝缘层及护套挤出成型由丁•电缆绝缘和护套用塑料主要材料为聚氟乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯，对原料处理的基本要求有：（1）除去材料中过多的水分，（2）除去固体杂质，（3）均匀混入各种混合剂。在塑料挤出过程中，挤出物的最终温度应大于物料的粘流温度（或融化温度），其上限温度决定于聚合物的最高稳定温度。但挤出物的温度也不能太大，基础温度过高，挤出制品的形状稳定性差，收缩率增加，甚至会引起制品变色和出现气泡等缺陷。为了提高材料的塑化程度，塑化挤出机采用较长的长径比，并根据熔融理论采用一些有别于常规的新螺杆，如屏蔽性螺杆。为了避免材料在机头处停滞而烧焦，采用三层共极。对于一定规格的挤出机都有一定的生产范围，选择挤岀机时要根据其产量和机头的挤出压力确定。模具的尺寸由制品的规格确定，其具体尺寸可根据生产经验公式确定：d=d。+弓£>=〃+2力+勺+2力式中：模芯孔直径弓-模芯孔放大值d（）-线芯直径D-模套孔直径力-模芯嘴壁厚勺-模具孔放大值其次，要求牵引速度均匀稳定，如果牵引速度高于挤出速度，可能引起制品离模时引起的膨胀，并使制品分子链产生一定的轴向取向。塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却，否则在重力作用下发生变形。 2.4.4交联交联的温度在交联剂的分解温度以上至聚乙烯的分解温度之间，在此范围内，随温度的增加，交联速度加快。交联的时间决定于交联剂的分解温度，考虑到热传递所需的时间，实际牛产电缆在交联管中的停留时间一般为低压电缆几分钟，高压电缆为几十分钟。交联压力要求为:10KV>0.6Mpa；35KV>1.0Mpa；由交联管出來的电缆可以采用水冷却，也可以采用惰性气体冷却，采用惰性气体冷却可以避免冷却过程中间绝缘吸收水分。2.5本章小结本次设计的电力电缆属于高压交联聚乙烯电力电缆，由于截面积相对较大，传输容量有所提高，但是集肤效应因数相对较大些。另外，由于电压高，绝缘层的介质损耗成为限制传输容量的主要因素，必须严格控制介质损耗正切值的大小。本次设计中在电缆绝缘和金属护套间有纵向阻水结构，防止了电缆在运行和敷设过程中由于水分浸入交联聚乙烯绝缘形成水树枝而降低电缆的使用寿命，同吋设计中采用金属护套换位连接方式，电缆金属护套层损耗小，亦相对提高了传输容量。另一方面，由于电压高、绝缘层厚，电缆的热稳定性必须予以足够的重视。总之，通过设计和重复的验算，我认为此电缆的设计合理、满足了设计的要求，经严格的生产工艺后能长期良好运行。