一、電力電纜的發(fā)展
隨著電能的應(yīng)用和發(fā)展,為了適應(yīng)輸送和分配大功率電能的需要,在110年前世界上首次出現(xiàn)了電力電纜。1890年,英國(guó)開始安裝了10kV單相電纜。20kV及35kV三芯電纜是在1910年以后才逐步發(fā)展使用的。1920年英國(guó)第一次設(shè)計(jì)并于1926年生產(chǎn)了33~66kV充油電纜。由于充油電纜運(yùn)行后,性能良好,因而20世紀(jì)30年代英國(guó)城市的主要輸電線路,廣泛地采用了66kV充油電纜。1927年美國(guó)開始采用132kV充油電纜,1934年又敷設(shè)使用了第一條220kV充油電纜。法國(guó)于1952年和1960年先后制成了380~425kV和500kV充油電纜,并于20世紀(jì)70年代初在一些國(guó)家投入運(yùn)行。我國(guó)電力電纜的生產(chǎn)是在20世紀(jì)30年代后期開始的,到1949年,電力電纜的生產(chǎn)規(guī)模還很小,能力還很薄弱,曾生產(chǎn)過(guò)6.6kV橡膠絕緣鉛護(hù)套電力電纜。新中國(guó)成立后,隨著國(guó)家開展大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè),電力工業(yè)快速發(fā)展,電力電纜的品種和數(shù)量也迅猛增長(zhǎng)。1951年研制成6.6kV鉛護(hù)套紙絕緣電力電纜,在此基礎(chǔ)上,生產(chǎn)了35kV及以下黏性油浸紙絕緣電力電纜的系列產(chǎn)品。1966年生產(chǎn)了第一條66kV充油電力電纜,并在大連第二發(fā)電廠投入運(yùn)行。同時(shí)研制生產(chǎn)了九江和南京燕子磯橫過(guò)長(zhǎng)江的110kV充油電力電纜。1968年和1971年先后研制、生產(chǎn)了220kV和330kV充油電力電纜,并先后在劉家峽、新安江、漁子溪、烏江渡等水電站投入運(yùn)行。1983年研制了500kV充油電力電纜,并在遼寧省內(nèi)投入試運(yùn)行。
1978年我國(guó)改革開放以來(lái),電力工業(yè)得到更為迅猛地發(fā)展。1996年起,每年裝機(jī)容量達(dá)1400萬(wàn)kW,1999年發(fā)電量已達(dá)12393億kW·h,為1957年的64倍。電纜工業(yè)也隨之迅速發(fā)展,電纜新材料、新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),這期間生產(chǎn)了10kV及以下的聚氯乙烯絕緣電力電纜和35kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,并得到廣泛使用。110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜也開始生產(chǎn)并在電網(wǎng)上使用。220kV交聯(lián)聚乙烯電力電纜不久也將生產(chǎn)應(yīng)用。1982年我國(guó)生產(chǎn)和敷設(shè)了超長(zhǎng)的35kV海底電力電纜。
為了提高黏性油浸紙絕緣電力電纜的敷設(shè)位差,1973年起我國(guó)生產(chǎn)了35kV及以下不滴流油浸紙絕緣電力電纜,后來(lái)又研制生產(chǎn)出滴干型油浸紙絕緣電力電纜,解決了浸漬劑流淌的問(wèn)題。這種電力電纜允許工作溫度高,老化穩(wěn)定性好,不滴流油浸紙絕緣電力電纜已形成與黏性油浸紙絕緣電力電纜相應(yīng)的系列產(chǎn)品。
自容式充油電力電纜的絕緣結(jié)構(gòu)性能較為優(yōu)良,能承受很高的工作電場(chǎng)強(qiáng)度,且介質(zhì)損耗低,散熱性能良好,今后將會(huì)向更高一級(jí)電壓的自容式充油電力電纜和管道式充氣電力電纜發(fā)展,可使輸電線路的容量大大的提高。
二、電力電纜線路的特點(diǎn)
傳送電能的線路有架空導(dǎo)線和電力電纜兩種。架空導(dǎo)線與電力電纜相比,各有其優(yōu)點(diǎn)。架空導(dǎo)線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)便宜、施工容易和便于檢修等優(yōu)點(diǎn)。而電力電纜線路一般埋于土壤或敷設(shè)于管道、溝道、隧道中,不用桿塔,占用地面和空間少;受氣候和周圍環(huán)境條件的影響小,供電可靠;安全性高;運(yùn)行簡(jiǎn)單方便;維護(hù)費(fèi)用低;市容整齊美觀。
電力電纜線路的特點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)由于城市的發(fā)展,使得城市的用電密度增高,用電量愈來(lái)愈大。而架空導(dǎo)線又受到大城市地面、空間、環(huán)境保護(hù)以及安全的限制,因此輸、配電線路只能采用電纜進(jìn)入地下,并發(fā)展成為電纜配電網(wǎng)絡(luò)。即使是中等城市,采用地下電力電纜線路,來(lái)代替架空導(dǎo)線的,也日漸增多。20世紀(jì)80~90年代,北京、上海、南京等城市在對(duì)城市電網(wǎng)進(jìn)行改造的過(guò)程中,大量使用了電力電纜。根據(jù)1981年底的統(tǒng)計(jì),上海已敷設(shè)6~10kV電力電纜線路1330km、20~35kV電力電纜線路460km、110~220kV充油電力電纜線路25km。
(2)一些發(fā)電廠、變電所特別是水電站,由于受地形、環(huán)境和建筑的限制,使得進(jìn)出線走廊擁擠,或者架空線路方案難于實(shí)施,因此只得采用電力電纜線路作為進(jìn)出線或電站內(nèi)部的聯(lián)絡(luò)線路。
(3)輸電線路跨越江、河、湖、海峽等而不能用架空導(dǎo)線時(shí),采用在橋上或水底敷設(shè)電力電纜的亦愈來(lái)愈多。
(4)現(xiàn)代化的工廠、礦山企業(yè)及大型體育場(chǎng)館、飯店、交通單位等用電量是很大的,這些工廠與場(chǎng)所的配電線路和對(duì)廠內(nèi)機(jī)器設(shè)備的供電,都需要采用電纜線路。而電力電纜的需用量是很大的,例如一個(gè)10萬(wàn)kW的發(fā)電廠,需要電纜的總長(zhǎng)度可達(dá)70km,其中電力電纜約為30km。容量更大的火電廠或其他大型工廠,電纜的用量將達(dá)100km以上。
三、電力電纜的應(yīng)用電壓等級(jí)
我國(guó)輸電與配電電壓等級(jí)劃分為:220/380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等,并劃分為輸電電壓與配電電壓兩類。
按照原能源部和建設(shè)部聯(lián)合頒布的《聯(lián)合電力網(wǎng)規(guī)劃導(dǎo)則》規(guī)定,將配電電壓劃分為:
高壓配電電壓35~110kV
中壓配電電壓10kV
低壓配電電壓380/220V
按照輸電技術(shù)特點(diǎn),輸電電壓等級(jí)劃分為三級(jí):
特高壓輸電電壓1000kV以上
超高壓輸電電壓330kV及以上
高壓輸電電壓220kV
輸、配電用的電纜稱為電力電纜,電力電纜的電壓等級(jí)依照輸、配電電壓等級(jí)劃分。不過(guò),電力電纜技術(shù)中,通常把35kV及以下電壓等級(jí)的電纜稱為中低壓電纜,而把110kV及以上電壓等級(jí)的電纜稱為高壓電纜。
我國(guó)交流發(fā)電機(jī)及變壓器的額定電壓為3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.7kV、18kV、20kV等,變壓器尚有35kV及以上電壓。因此電力電纜為適應(yīng)這類設(shè)備引出線的需要還生產(chǎn)了6kV、15kV、20kV電壓等級(jí)的電纜。
油浸紙絕緣電力電纜生產(chǎn)和使用歷史最長(zhǎng),它具有使用壽命長(zhǎng),電性能良好,熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn),適用于各種電壓等級(jí),低壓可用在1kV及以下,高壓已用于500kV的輸電線路中,如330kV高壓充油電纜已應(yīng)用于我國(guó)西北地區(qū);而世界上第一條連接歐洲與非洲、從西班牙到摩洛哥的400kV線路已于1998年開始運(yùn)行。
塑料絕緣電力電纜的電氣性能雖然不如油浸紙絕緣電力電纜優(yōu)良,但其制造工藝簡(jiǎn)單,重量輕而柔軟,沒有敷設(shè)落差的限制,電纜的施工、維護(hù)比較簡(jiǎn)單,且具有抗化學(xué)腐蝕的性能,因而在35kV及以下電壓等級(jí)中是油浸紙絕緣電力電纜更新?lián)Q代的主流產(chǎn)品。其中,聚氯乙烯絕緣電纜,由于介質(zhì)損失大,在較高電壓下運(yùn)行不經(jīng)濟(jì),因此主要用在1kV及以下的配電線路上。而交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的電氣絕緣性能優(yōu)良,特別是具有較高的熱穩(wěn)定性,長(zhǎng)期允許工作溫度可達(dá)90℃,因此對(duì)電壓等級(jí)高的電纜經(jīng)濟(jì)效果特別顯著,國(guó)內(nèi)已大量用于110kV及以下輸、配電線路中。
橡膠電力電纜,由于其柔性特別好,運(yùn)行維護(hù)很方便。適用于35kV及以下的線路中,特別適用于礦山、船舶等場(chǎng)所以及其他經(jīng)常移動(dòng)的電器設(shè)備。
四、電力電纜的應(yīng)用
電力電纜作為輸、配電線路可分為三大類:
(1)地下輸、配電線路。這種線路的電纜敷設(shè)方式有:直埋式、管道式、溝道式。
(2)水下輸電線路。水下輸電線路是將電纜敷設(shè)于江河湖水底或海峽水底。
(3)空氣中輸、配電線路??諝庵休斉潆婋娎|敷設(shè)方式有:敷設(shè)在廠房、溝道、隧道內(nèi)、豎井中,橋梁上及架空電纜等。
電力電纜的導(dǎo)體有銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)體兩種。110kV及以上電壓等級(jí)的電纜,勵(lì)磁回路、高溫或易爆場(chǎng)所以及發(fā)電廠廠用電等重要線路的電力電纜應(yīng)采用銅導(dǎo)體,而其他場(chǎng)所用的電纜,視具體情況可用鋁導(dǎo)體或銅導(dǎo)體。由于電力電纜敷設(shè)的方式多種多樣,敷設(shè)環(huán)境條件也各有不同,且要求電纜要可靠運(yùn)行數(shù)十年,為此電力電纜的內(nèi)護(hù)套、外護(hù)層的材料與結(jié)構(gòu)也相應(yīng)的有多種。電纜的內(nèi)護(hù)套有鉛護(hù)套、鋁護(hù)套、聚氯乙烯護(hù)套、橡膠護(hù)套等,主要起保護(hù)電纜絕緣作用。外護(hù)層有鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝、聚氯乙烯護(hù)套、聚乙烯護(hù)套、麻被層等,用以防止電纜受外力損傷、承受拉力和防腐蝕等。在選擇電纜時(shí),應(yīng)根據(jù)不同場(chǎng)合來(lái)選擇電纜的外護(hù)層,如直埋敷設(shè)或易受到機(jī)械損傷且潮濕的地方,應(yīng)選用內(nèi)鋼帶鎧裝電纜;在水下敷設(shè)時(shí),應(yīng)選用鋼絲鎧裝電纜;當(dāng)在水下敷設(shè)而采用塑料絕緣電纜時(shí),應(yīng)采用帶金屬內(nèi)護(hù)套的電纜;當(dāng)在橋梁上敷設(shè)有金屬護(hù)套的電纜時(shí),應(yīng)選用鋁護(hù)套的電纜等。
由于電力電纜在應(yīng)用中具有強(qiáng)電的特點(diǎn),其電氣性能和熱性能要求很高,而電纜及其附件的品種和電纜敷設(shè)的方式又繁多,因此對(duì)電力電纜各種方式的敷設(shè)和終端、中間接頭各種制作方法的研究、實(shí)踐和總結(jié)都是十分重要的。