1.2 电力电缆基础

1.2.1 电力电缆概述

为了降低发电成本和提升供电的可靠性，现代的电力系统都是将分散的电力系统并网连接成一个大的电力系统整体运行。各类发电站将电能通过升压接入高电压的输电网络，输电网络再通过降压将电能接入配电网络，配电网络进一步通过降压将电能传输给一般用户。

电力电缆是电力系统主网的主要元件，是电能传输的通道。一般情况下，电力电缆通过直埋、排管、电缆沟和隧道等方式敷设于地下。由于不占用地面空间，所以隐蔽性较高且受外部环境条件的影响较小，电力电缆一般应用于城市电网、大型工厂和国防工程等。

传统电力电缆的品种和规格有上千种之多，分类方法多种多样。通常按照电缆的绝缘和结构不同，可分为纸绝缘电缆、挤包绝缘电缆和压力电缆三大类。其中纸绝缘电缆是绕包绝缘纸带后浸渍绝缘剂（油类）作为绝缘的电缆。挤包绝缘电缆又称为固体挤压聚合电缆，它是以热塑性或热固性材料挤包形成绝缘的电缆。挤包绝缘材料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、交联聚乙烯（XLPE）和乙丙橡胶（EPR）等。压力电缆是在电缆中充以能够流动，并具有一定压力的绝缘油或气的电缆。

电力电缆主要由三大部分组成：

1）导体：传输电流；

2）绝缘层：承受电压，起绝缘作用；

3）外护层：保护电缆绝缘不受外界环境境影响和防止机械损伤等。

电缆导体一般由具有较高电导率的铜、铝或者合金材料制成。电缆导体的作用是传输电流，由于电阻的存在，传输电流时导体会产生焦耳热，造成电能损耗和导体温度上升，导体的损耗主要由导体截面和导体材料电导率决定。

电缆绝缘层采用具有较高击穿场强、高绝缘电阻，具备一定柔软性和机械强度的材料制成。电缆绝缘的作用是承受导体与保护层（接地）之间的电场。为增加电力电缆的输电容量，电缆导体一般运行于极高的对地电压下，因此导体与保护层之间由具有较高击穿场强的材料进行绝缘。电缆绝缘失效是电网事故的主要原因，绝缘失效将导致导体与保护层之间产生极大的击穿电流，释放巨大的能量，可能引发爆炸、火灾和连锁的电网故障。现有中高压电力电缆主要采用XLPE作为绝缘，其绝缘寿命取决于材料工艺、运行环境、运行场强和运行温度等。一般要求XLPE正常工作温度不得高于90℃，短路故障下温度不得高于250℃，否则将加速材料热老化，威胁电缆运行安全。

电缆外护层是包裹于电缆绝缘层外面的保护层。护层的主要作用是在敷设时保护电缆不受机械破坏，运行时保护电缆不受外部环境影响，对于有金属护层的电缆，金属护层还需要承担正常运行时的电容电流和短路故障时的故障电流。不同电压等级的电缆对保护层的要求不一样，一般低压电缆不需要考虑电容电流和故障电流，其护层主要作用就是机械保护。中压电缆的电容电流和故障电流相对较小，护层除了需要提供机械保护外，还需要有铜丝或者铜带来承担电流。高压及以上电压等级电缆的电容电流和故障电流较大，一般由具有较大截面的铝套等来承载电容电流和故障电流。