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线缆产品的绝缘结构总论——探讨绝缘厚度的确定原则

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线缆产品的绝缘结构总论——探讨绝缘厚度的确定原则

发布日期:2018-05-29 作者:配件 点击:

  在传统的电缆专业教科书中,确定电线电缆产品绝缘厚度的原则主要是针对中高压电力电缆的,因为它是在高电场强度作用下绝缘理论的经典学科理论。但对于有上千种电线电缆品种、并用于许多领域、分为许多大类的整个电线电缆来说,并不是只有这一种高电场的情况。本文将按电线电缆产品处在不同的使用功能要求下,对其绝缘厚度确定的原则进行探讨,使读者进一步了解各种电线电缆的绝缘厚度是如何确定的,以有利于在设计和发展产品中有更全面的考虑。

  

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  一、中高压用电缆的绝缘厚度

  

  中高电压用的电缆一般指工资电压U0在1。8kv及以上,直流在3kv以上的电缆。最典型的是3kv及以上直至500kv的电力电缆,其它如3kv及以上的矿用电缆、机车车辆电缆、电机引接线(达±200kv)、CT机用电缆等。

  

  1,此类电缆的绝缘厚度,基本上是按经典的“电场强度承受能力”来确定的。即

  

  线缆产品的绝缘结构总论钬斺斓教志岛穸鹊娜范ㄔ

  

  式中:U0—电缆的工作电压,kv,工频系统,指相电压;

  

  En— 绝缘的击穿电场强度, k v /mm;

  

  K1—长期工作时的耐电压,老化系数,工频取4,直流取1.65。

  

  2,对66kv及以上的电缆,绝缘厚度还必须经过冲击电压(雷击为主)的校核。即上述公式中的U0改为标准中规定的冲击试验电压,En为绝缘的冲击击穿电场强度,老化系数由k2·k3组成,k2取1.2,k3取1.3。

  

  3,对于工作电压为6-35kv的电缆,同一电压等级而导线截面不同的产品,采用同一个绝缘厚度。但66kv及以上的高压电缆则其绝缘厚度当导线截面增大时,绝缘厚度却可分级减薄。其原因是,当导线截面增大时,电缆绝缘中导线表面的最大电场强度会逐步降低。

  

  4,在6~35kv的电力电缆产品标准中,每一个电压级有二种规格的产品,如3.6/6、6/6、6/10、8.7/10、21/35、26/35,这是考虑到我国电力系统中存在二种接地系统,即直接接地系统和通过消弧线圈接地(简接接地),直接接地系统,一相对地短路时,继电保护动作迅速,另二相仍承受相电压( 线缆产品的绝缘结构总论钬斺斓教志岛穸鹊娜范ㄔ )而简接接地时,一相对地短路时,另二相要承受较高的电压。

  

  二、低电压用电线电缆的绝缘厚度

  

  低电压用的电线电缆品种特别多,主要包括1kv及以下的低压电力电缆,450/750伏的橡皮、塑料绝缘电线、1kv及以下的船用、矿用、机车车辆用电线电缆,以及各种通用和专用的绝缘电线、安装线,控制、信号电缆的绝缘线等等。

  

  1,低压电线电缆的绝缘厚度主要根据其力学性能来确定,因为如果按其工作电压来考虑、其绝缘厚度可以较薄。但是产品在制造、安装敷设或使用过程中,产品的绝缘层会受到拉、压、弯、扭、剪切等机械应力的作用。而产品自身的导线截面大小对这些应力的数值影响很大,即截面愈大、自重也大、弯曲应力愈大,因此此类产品的绝缘厚度,在同一使用电压下总是随着导线截面的增大而增大,为了方便,绝缘厚度总是分档增加。

  

  表1列出了几种产品的绝缘厚度,而图1是几种电线电缆的绝缘厚度与导线截面的关系图。

  

  表1 几种低电压电线电缆产品的绝缘厚度分档表

  

  线缆产品的绝缘结构总论钬斺斓教志岛穸鹊娜范ㄔ

  

  图1 几种电线电缆的绝缘厚度与导线截面的关系图

  

  线缆产品的绝缘结构总论钬斺斓教志岛穸鹊娜范ㄔ

  

  1-0.38/0.6kV UY矿用移动电缆绝缘线芯;

  

  2-450/750V BX橡皮绝缘电线;

  

  3-450/750V BV聚氯乙稀绝缘电线;

  

  4-300/500V RV聚氯乙稀绝缘软线

  

  2,从表1中可以看出,除了考虑到产品的力学性能将绝缘厚度按导线截面增加而分档加厚外,还有一些规律存在。

  

  (1)如所用绝缘材料的电性能或机械性能较好,就可以适当减薄绝缘厚度,如BV线与BX对比,说明聚氯乙稀的机械性能优于橡皮,而交联聚乙烯的机械性能明显优于聚氯乙稀,因此0。6/1kV级的YJV电力电缆绝缘厚度要比VV电缆减薄30%左右。

  

  (2)导线的柔软度高,能明显改善产品的力学性能,所以采用柔软型结构导线的产品可适当减薄一些绝缘厚度,但柔软型产品往往供移动式使用,因此又抵消了上述因素,对比BV线与RV线的绝缘厚度就可以说明这一点。

  

  (3)用于使用环境条件较差或对安全性要求特别高的产品,应适当增加其绝缘厚度,如船用、矿用电缆。

  

  (4)对主要是家用电器用的护套的低压电线产品,原则上适当减薄其绝缘厚度,但考虑到这使安装于居室内条件较差处(如穿管、嵌墙),以及浴室、厨房等环境条件较苛刻(水汽、油、烟气温度偏高)场合下,且导线截面都在1.0mm2及以下,因此仍采用相同的

  

  绝缘厚度。

  

  3,对于工作电压在250伏以下,甚至只有几十伏、几伏以下的众多电气装备用电缆,如计测控制用电线电缆、仪器仪表用电线电缆(内部安装线与外部连接线),其绝缘厚度的设计原则当然首先要符合力学性能的要求,但实际上更主要的是要满足其它的外部环境要求,如耐高温、耐油??因此其侧重点不是考虑绝缘厚度。一般的方法是在经过选择、试验、试运行选定材料之后,再最后确定其绝缘厚度。

  

  4,目前,各类产品已确定的绝缘厚度(包括分档),是在长期试验和实践的基础上得到的,并可作出有关的经验计算公式,但随着材料的改进和新材料的出现,以及挤出研究工作的深入,将会使绝缘厚度的设计更为合理。

  

  三、信息传输用电线电缆的绝缘层

  

  信息传输用电线电缆包括通信电线电缆、电子线缆、光纤光缆等三个大类产品,在此类产品的导体(铜线、光纤)上传输的是几百赫兹到几百千赫(kHz)、兆赫(MHz)、千兆赫(GHz)的电磁波直至光纤上传输着光波,它们的传输原理与电力系统用的电线电缆完全不同,分析这些产品的绝缘层,有如下一些鲜明的特点。

  

  1,由于不同绝缘线芯之间(一对线芯间与其他线对间)或导线对地之间的电压将很低很低,因此绝缘层不是按承受的电场强度来设计的。实际上,绝缘层是对所传电磁波的一种“隔离”,因此对绞式结构的电线,绝缘厚度在具有相应的力学性能后可以很薄很薄。以光纤为例,光纤上的玻璃涂膜包层,其作用是为光信号提供反射边界和光隔离,同时起着一定的机械保护,这就是理论意义上的绝缘层。而包层外面再加上的一层至数层的二次被覆层,是为了保证光纤的强度的增强层。

  

  2,对于传输信息电磁波(300Hz~300MHz)的电线电缆,绝缘层的结构与尺寸是按照产品的传输性能参数的要求来确定的。以通信电缆为例,其等效电路可以看作是由无限小的四端网络串联构成的,其一次传输参数的衰减常数、相移常数、波阻抗以及回路中的干扰参数、衰减、防卫度等均与绝缘层的尺寸和绝缘材料的特性密切相关。

  

  3,对于同轴结构的电缆,内外均采用铜时,一对回路在外导体比内导体的比例为3.6倍时(即= 3.6d/D)回路衰减最小。即不管是大、中、小同轴电缆,其内外导体之间的径向间距是应该符合这一规定的。所以才采用了嵌片式、螺旋绳式、以及小同轴用的藕芯状挤包式等绝缘结构。

  

  四、绝缘厚度的表示方法由于绝缘厚度是绝缘结构最重要的尺寸,但沿同一圆周上的绝缘厚度又不可能绝对的一致,而电场影响最严重之处必然是绝缘的最薄点,因此对绝缘厚度必须同时有几项考核指标。

  

  (1)标称绝缘厚度即设计和工艺上控制的厚度(δ0)

  

  (2)最薄绝缘厚度同一圆截面上绝缘最薄一点的厚度。通常规定为:标称绝缘厚度的百分之九十,再减0.1mm,即

  

  (3)最厚绝缘厚度同一圆截面上绝缘最厚一点的厚度。一般不作规定。但最厚绝缘厚度大,绝缘层呈不均匀椭圆说明工艺水平差且费料。

  

  (4)平均绝缘厚度规定沿同一截面六等分测量6点,求其平均值。要求:不小于标称厚度,但过大则用料多,工艺水平低。

  

  (5)绝缘厚度的不圆率,用下式表示:

  

  不圆率=最厚点厚度-最薄点厚度/平均厚度

  

  此项指标仅指挤包式绝缘,还有几种名称如不均匀率、椭圆度等,计算方法也略有差异,行业中尚未统一,但其含义类同。在二种情况下要控制绝缘厚度的不圆率,首先是110kv及以上的交联聚乙烯绝缘高压电缆,因其绝缘厚度在16mm以上,甚至超过40mm。虽然采用了旋转加悬链式或立塔等工艺设备的措施,但刚挤出而未交联的粘流状材料很难保证均与分布。但是如果不圆率过大,则在很高电场强度下工作时,由于内外不是“几何圆”,则在绝缘中会形成切向电场,容易造成切向电击穿。因此标准必须控制不圆率。

  

  还有一种是企业为了提高质量,降低材料消耗,主动在工艺过程中对10~35kv级的电缆也控制其不圆率。110kv及以上交联聚乙烯电力电缆标准中规定绝缘厚度的不圆率不得大于标称厚度的15%,实际上有些企业可以控制在10%以下,而35kv级的电缆可以控制到5%左右。

  

  


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