電力電纜是一種用于傳輸和分配電能的電纜,廣泛應用于城市地下電網(wǎng)、發(fā)電站引出線路、工礦企業(yè)內(nèi)部供電及過江海水下輸電線等場合。它主要由導體、絕緣材料和護套等部分組成,能夠?qū)⒏邏?、中壓或低壓電能輸送到各種類型的設備中,如建筑物、工廠、通信系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)等。電力電纜的基本結(jié)構(gòu)包含三個部分:導體、絕緣材料和護套層。其中,導體負責傳輸電流;絕緣材料將導體隔離在一個不導電的環(huán)境中,以防止短路和電擊;護套層則起到保護密封作用,使絕緣層不被潮氣浸入,不受外界損傷,保持絕緣性能。
2、電力電纜主要特征
1)結(jié)構(gòu)組成:
a、線芯(導體):
線芯是電力電纜中負責傳輸電能的部分,它由一根或數(shù)根導線絞合而成,主要作用是輸送電能。線芯的材料和截面大小直接影響電纜的電氣性能和傳輸能力。
b、絕緣層:
絕緣層位于線芯之外,其主要功能是將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離,保證電能的安全輸送。絕緣層的材料和厚度對電纜的電氣安全性和使用壽命有重要影響。
c、屏蔽層:
屏蔽層的作用主要是改善電場分布情況,減小切向應力,對于多芯電纜,絕緣線芯之間還需增加填芯和填料,以便于電纜的整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,減少電磁干擾。
d、保護層:
保護層通常位于電纜的最外層,其作用是保護電纜免受外界環(huán)境因素的影響,如機械損傷、化學腐蝕等,確保電纜的長期穩(wěn)定運行。
e、填充結(jié)構(gòu)和抗拉元件:
在某些特定類型的電纜中,為了提高電纜的機械強度和耐久性,會在電纜內(nèi)部添加填充結(jié)構(gòu)和抗拉元件。這些結(jié)構(gòu)有助于提高電纜的整體性能,使其能夠更好地適應不同的使用環(huán)境和條件。
導體是如何傳輸電流的?
電力電纜的導體傳輸電流的基本原理是通過有傳導電流功能的實心單線或絞合組成的導體進行電能的傳輸。
在電纜體外面包覆具有耐受電壓的絕緣材料,以保證電力電纜的正常工作。導體是電力電纜中唯一負責傳輸電能的部分,通常使用銅或鋁制成,其主要作用是提供電子流動的通道,從而實現(xiàn)電能輸送。此外,電纜中的電流傳輸還涉及到一些特殊現(xiàn)象,例如趨膚效應,這是指高頻信號的電流流過電纜時,電流集中于導體表面而使導體有效橫截面積減少、電阻值加大的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象說明,在特定條件下,電流的分布和傳輸方式會受到影響。電力電纜的導體通過提供一個電子流動的通道來傳輸電流,同時,電纜的設計和材料選擇(如使用高電導率的金屬材料)以及特殊現(xiàn)象(如趨膚效應)都會影響電流的傳輸效率和方式。
絕緣材料:隔離導體,防止短路和電擊。
絕緣層的作用是隔離導體之間的電場,防止因電壓過高引起的漏電等問題,并防止與外界環(huán)境產(chǎn)生電氣聯(lián)系。這種隔離作用是通過使用具有高耐電強度的絕緣材料來實現(xiàn)的,這些材料能夠有效地阻止電流的流動。礦物絕緣電纜使用氧化鎂粉末作為無機絕緣材料來隔離導體與護套,而常見的電線電纜絕緣層材料包括聚氯乙烯(PVC)、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)、氟塑料、橡皮料、乙丙橡膠料和硅橡膠絕緣料等。此外,絕緣層的設計還考慮到了保持低污染等級的重要性,以充分發(fā)揮其在高壓和超高壓電纜中的作用。
護套層:保護絕緣層,防止外界損傷。
a、防止水分和潮氣侵入:電纜內(nèi)護套的作用之一是防止絕緣層受到濕氣的影響,保持絕緣層的干燥狀態(tài),從而避免因受潮導致的絕緣性能下降或損壞。
b、防護機械損傷:電纜護套層能夠承受外力作用,減少機械力對電纜的影響,保護電纜在敷設、運輸和使用過程中免受機械損傷。特別是外護層,它位于最外層,可以有效防止鎧裝層受到侵蝕,進一步保護內(nèi)護層免受外界影響和機械損傷。
c、抵抗化學腐蝕:電纜護套層還能防止絕緣層受到化學侵蝕性介質(zhì)的作用,如酸、堿等,保護絕緣層不被化學物質(zhì)破壞。
d、屏蔽和防腐蝕:對于金屬護套(內(nèi)護層)和外護層構(gòu)成的保護層,它們不僅起到機械保護作用,還具有防腐蝕性、抗壓抗拉性和阻燃性,這些特性有助于延長電纜的使用壽命并保證其長期穩(wěn)定的電氣性能。e、流過短路電流:內(nèi)護層還可以流過短路電流,這在電纜發(fā)生故障時尤為重要,可以有效地分攤短路電流,避免直接對絕緣層造成損害。
2)電力電纜的主要特征包括:
工作電壓較高,要求具有優(yōu)良的電氣絕緣性能;
傳輸容量較大,對電纜的熱性能考慮突出;
通常固定敷設于各種環(huán)境條件下(如地下、隧道溝管、豎井斜坡以及水下等),并要求可靠地運行數(shù)十年,因此對護套的材料與結(jié)構(gòu)有特殊要求。
電力電纜的結(jié)構(gòu)主要包括一根或數(shù)根導線絞合而成的線芯,裹以相應的絕緣層后,外面包上密閉包皮(鋁、鉛或塑料)。
此外,電力電纜還具有導電絕緣傳輸性能、抗拉強度、伸展率、彎曲性、彈性、振動耐磨性、抗沖擊以及耐熱等級等特點。
2)電力電纜應用領(lǐng)域:
電力電纜的應用領(lǐng)域非常廣泛,包括但不限于城市地下電網(wǎng)、發(fā)電站引出線路、工礦企業(yè)內(nèi)部供電及過江海水下輸電線等。
根據(jù)國家規(guī)劃,電力電纜在新能源、智慧電網(wǎng)、軌道交通、航空航天、海洋工程等領(lǐng)域有著重要的應用前景。
此外,電力電纜還在電力系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用,用于電力的傳輸和分配。隨著技術(shù)的發(fā)展和應用需求的增加,電力電纜行業(yè)的產(chǎn)品升級趨勢明顯,預計到2026年行業(yè)需求規(guī)模有望接近1.8萬億元。