油浸纸绝缘电缆的电力应用

油浸纸绝缘电缆自1890年问世以来，其系列与规格最完善，已广泛应用于330kV及以下电压等级的输配电线路中，并已研制出500～750kV的超高压电缆。这种电缆的特点是：耐电强度高；介电性能稳定；寿命较长；热稳定性好；载流量大；材料资源丰富；价格便宜。缺点是：不适于高落差敷设；制造工艺较为复杂；生产周期长；电缆头制作技术比较复杂等。

10kV及以下电压等级的电缆，通常是将各导电线芯外包上绝缘纸（称为线芯绝缘或相绝缘），芯与芯之间的空隙用麻、塑料管、玻璃丝等填料填充后绞成圆形，外面再绕包绝缘纸（称为统包绝缘、共同绝缘或绝缘），最后包上一个共同的金属护套和保护层。具有这种结构形式的电缆称为统包型电缆或带绝缘电缆，国际上通称为非径向电场电缆。其结构如图1-3-1所示，其电场分布如图1-3-2所示。

图1-3-1　三芯统包型电缆

图1-3-2　非径向电场电缆的电场分布

在统包型电缆中，共同绝缘的作用除了补足各导电线芯对地的绝缘强度外，同时还扎紧各线芯，使其不松散，减少制造上的困难。电缆各导电线芯之所以采用扇形结构，是为了使电缆结构更加紧凑、充分利用空间、使电缆外径更小，以节省制造材料和降低成本。这种电缆的应用历史最长，在10kV及以下电压系统中，有着良好的运行记录，至今仍有一定量的统包型电缆在运行。这种统包型电缆有以下不足。

（1）电缆绝缘材料中绝缘油的热效应所形成的空隙里存在着气体，因此，在电场作用下的气体游离将导致绝缘的逐渐破坏。

（2）由于沿绝缘纸表面切线方向电场分量的存在，使纸层发生树枝状的炭化裂纹。同时，该电场也作用在比纸绝缘介电强度低得多的填料上，致使电缆击穿强度下降。

（3）在电缆三芯结构的中心，因热量不易散发而使温度升高，加速了绝缘的老化，也使载流量受到限制。

（4）因为各线芯绝缘外无接地屏蔽，而三根线芯公用一个接地护套，故容易将单相接地故障转化为相间故障，从而增加了线路跳闸停电的事故几率。

（5）由于电缆浸渍剂在工作温度下粘度较低，易于流淌。因此，在高落差的条件下敷设，将使电缆线路高端因浸渍剂流失而干枯，绝缘水平严重下降。并使低端电缆护套内部压力增大或低端终端头漏油。

电压等级在10kV及以上的三芯电缆，为了改善其电场分布，一般制成分相屏蔽型（见图1-3-3）或分相铅（铝）包型（见图1-3-4）两种结构。

图1-3-3　三芯分相屏蔽型电缆

图1-3-4　三芯分相铅（铝）包型电缆(www.xing528.com)

分相屏蔽和分相铅（铝）包电缆，在线芯表面和线芯绝缘表面均包有半导电屏蔽层。其区别在于分相屏蔽电缆在三根屏蔽线芯成缆后统包以公共的金属护套。而分相铅（铝）包电缆则是在每一根绝缘线芯上单独地挤压以铅（铝）护套，三根铅（铝）包线芯成缆后，再统包公共的外护套。这两种电缆均属于径向型电场电缆，国际上统称为H型电缆，其电场分布如图1-3-5所示。

图1-3-5　径向电场电缆的电场分布

两者相比，分相屏蔽型电缆结构紧凑，外径小，可节省金属护套和外护层材料。分相铅（铝）包电缆电气性能稳定，但外径大，重量较大。这两种径向型电场电缆在结构上各有特点，与非径向的统包型电缆比较，虽然价格较贵，但具有两个重要的优点：①电缆线芯周围电场均匀，没有绝缘表面的切向应力，绝缘性能较好，适用于较高电压等级的电缆；②单相故障不易转化为相间故障，使维修更快、更方便。

上述非径向型和径向型电场电缆都属于粘性浸渍纸绝缘电缆，这种电缆成本低，工作寿命长，结构简单，制造方便，绝缘材料来源充足，易于安装与维护，但油易流淌，不适宜作高落差敷设。为了适应高落差的运行条件，将粘性浸渍纸绝缘电缆干燥浸渍后，进行真空滴干，制成干绝缘电缆，这是粘性浸渍纸绝缘电缆的一种特殊形式。其特点是：绝缘层中粘性浸渍纸间的浸渍剂减少70%，纸内的浸渍剂减少30%，消除了浸渍剂的流动现象，适宜作高落差敷设，但其电气性能有所下降。例如绝缘厚度相同时滴干纸绝缘电力电缆的耐电压强度为6kV，而粘性浸渍纸绝缘电缆的耐电压强度为10kV。因此其绝缘层较厚，而且一般采用分相铅（铝）包结构。由于上述的不足，干绝缘电缆已被逐步淘汰，取而代之的是不滴流浸渍纸绝缘电缆。

所谓不滴流浸渍纸绝缘电缆就是在工作温度下，浸渍剂具有不滴流性质的电缆。这种电缆在结构特征上也有统包型、分相屏蔽型和分相铅（铝）包型之分。无论采用哪种结构，不滴流电缆与粘性浸渍电缆相比，除浸渍剂的特性和配方不同以外，其生产工艺基本相同。但由于采用了优异的不滴流浸渍剂配方，使不滴流电缆比粘性浸渍电缆的载流量大，老化进程缓慢，使用寿命更长，且适合高落差和垂直的运行环境。因此，在我国35kV及以下电压等级的油纸电缆中，不滴流型是推荐品种之一。

各种油浸纸绝缘电力电缆的允许最大敷设落差见表1-3-1。

表1-3-1　粘性浸渍和滴干电缆的允许最大敷设落差

以上介绍的粘性浸渍型、滴干型、不滴流型电力电缆均为油浸纸绝缘电力电缆。这种电力电缆的根本缺点是：由于绝缘层的固体材料纸与浸渍剂热膨胀系数相差很大，在制造和运行过程中因温度的变化，不可避免地会在绝缘层中产生气隙，而且这些气隙多分布在电场强度较大的绝缘层内侧——靠近线芯处。其最大工作场强不超过4～4.5MV/m，因此，这种油浸纸绝缘电缆的电压等级不超过35kV。为了提高油浸纸绝缘电力电缆的工作电压，可采用如下两种方法：一种是尽可能消除气隙的产生；另一种方法是提高气隙的击穿场强。

充油电缆是利用补充浸渍原理来消除绝缘层中形成的气隙，以提高电缆工作场强的一种电缆结构。其工作原理是：当电缆温度升高时，浸渍剂膨胀，电缆内部压力增加，浸渍剂流入供油箱；电缆冷却时浸渍剂收缩，电缆内部压力降低，供油箱内浸渍剂又流入电缆，防止了气隙的产生，故可以用于110kV及以上线路。充油电缆的结构分两类：一类是自容式充油电缆，浸渍剂是低粘度矿物油或十二烷基苯，导电线芯具有中空油道（见图1-2-5），浸渍剂可以通过它及时补充进绝缘或流入油箱；另一类是钢管充油电缆，浸渍剂是粘度稍高的聚丁烯油，导电线芯是实心，三根绝缘线芯一并置于无缝钢管内，管内充以高压力（一般约1.5MPa，即15个大气压）的浸渍剂，钢管与电缆之间的空间即为供油道，并与供油系统相连。钢管充油电缆具有优良的电性能和机械保护特性，但耗油量大，接头较复杂，不宜高落差敷设。

充气电缆是利用提高绝缘层中气隙的击穿场强原理来提高电缆工作场强的一种结构型式。充气电缆采用滴干纸绝缘，充以一定压力的气体，以提高气隙的击穿场强，消除局部放电。充气电缆结构多为三心，并利用三心间空隙作为气体传送管道，气体一般为氮气或六氟化硫气体等，适用于垂直敷设的110kV线路。

管道充气电缆又称压缩气体绝缘电缆。其导电线芯置于一个充有一定压力气体（SF6）的管道中。按线芯数可分为三芯和单芯电缆，单芯电缆又分刚性和可挠型。导电线芯通常是铝管或铜管，由固体绝缘垫片每隔一定距离支撑在管内。外管道为电缆护套兼作气体介质压力容器。单芯电缆通常用铝管或不锈钢管作护套，三芯电缆的护套也可用钢管。由于采用了气体介质（SF6），它的电容小，介质损耗低，导热性好，故传输容量大，可达50000 MVA。常用作大容量发电厂的高压引出线，封闭电站与架空线的连接线等。

上述充油和充气电缆都有效地提高了电缆的工作场强，因此常被超高压电缆采用。但这两种电缆都存在结构复杂，施工、维护不便，成本高等特点。