1.2 電力電纜基礎

1.2.1 電力電纜概述

為了降低發電成本和提升供電的可靠性，現代的電力系統都是將分散的電力系統并網連接成一個大的電力系統整體運行。各類發電站將電能通過升壓接入高電壓的輸電網絡，輸電網絡再通過降壓將電能接入配電網絡，配電網絡進一步通過降壓將電能傳輸給一般用戶。

電力電纜是電力系統主網的主要元件，是電能傳輸的通道。一般情況下，電力電纜通過直埋、排管、電纜溝和隧道等方式敷設于地下。由于不占用地面空間，所以隱蔽性較高且受外部環境條件的影響較小，電力電纜一般應用于城市電網、大型工廠和國防工程等。

傳統電力電纜的品種和規格有上千種之多，分類方法多種多樣。通常按照電纜的絕緣和結構不同，可分為紙絕緣電纜、擠包絕緣電纜和壓力電纜三大類。其中紙絕緣電纜是繞包絕緣紙帶后浸漬絕緣劑（油類）作為絕緣的電纜。擠包絕緣電纜又稱為固體擠壓聚合電纜，它是以熱塑性或熱固性材料擠包形成絕緣的電纜。擠包絕緣材料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、交聯聚乙烯（XLPE）和乙丙橡膠（EPR）等。壓力電纜是在電纜中充以能夠流動，并具有一定壓力的絕緣油或氣的電纜。

電力電纜主要由三大部分組成：

1）導體：傳輸電流；

2）絕緣層：承受電壓，起絕緣作用；

3）外護層：保護電纜絕緣不受外界環境境影響和防止機械損傷等。

電纜導體一般由具有較高電導率的銅、鋁或者合金材料制成。電纜導體的作用是傳輸電流，由于電阻的存在，傳輸電流時導體會產生焦耳熱，造成電能損耗和導體溫度上升，導體的損耗主要由導體截面和導體材料電導率決定。

電纜絕緣層采用具有較高擊穿場強、高絕緣電阻，具備一定柔軟性和機械強度的材料制成。電纜絕緣的作用是承受導體與保護層（接地）之間的電場。為增加電力電纜的輸電容量，電纜導體一般運行于極高的對地電壓下，因此導體與保護層之間由具有較高擊穿場強的材料進行絕緣。電纜絕緣失效是電網事故的主要原因，絕緣失效將導致導體與保護層之間產生極大的擊穿電流，釋放巨大的能量，可能引發爆炸、火災和連鎖的電網故障。現有中高壓電力電纜主要采用XLPE作為絕緣，其絕緣壽命取決于材料工藝、運行環境、運行場強和運行溫度等。一般要求XLPE正常工作溫度不得高于90℃，短路故障下溫度不得高于250℃，否則將加速材料熱老化，威脅電纜運行安全。

電纜外護層是包裹于電纜絕緣層外面的保護層。護層的主要作用是在敷設時保護電纜不受機械破壞，運行時保護電纜不受外部環境影響，對于有金屬護層的電纜，金屬護層還需要承擔正常運行時的電容電流和短路故障時的故障電流。不同電壓等級的電纜對保護層的要求不一樣，一般低壓電纜不需要考慮電容電流和故障電流，其護層主要作用就是機械保護。中壓電纜的電容電流和故障電流相對較小，護層除了需要提供機械保護外，還需要有銅絲或者銅帶來承擔電流。高壓及以上電壓等級電纜的電容電流和故障電流較大，一般由具有較大截面的鋁套等來承載電容電流和故障電流。