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直流電纜種類和結(jié)構(gòu)

文章出處：責(zé)任編輯：發(fā)布時間：2020-09-04 14:06:00 點擊數(shù)：- 【大 中 小】

直流電纜，是用于直流輸配電系統(tǒng)中的電力電纜。直流電纜除了運行的電氣特性與交流的不同，其結(jié)構(gòu)和交流電纜基本相同。直流電纜主要用在長距離的海底電纜線路。

直流電纜

直流輸配電系統(tǒng)通常是二線（正、負極）運行，因此直流電纜一般為單芯電纜。因為直流電纜的導(dǎo)體沒有集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，即使輸送很大電流，也不必采用復(fù)雜的分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。直流電纜的絕緣可以和油浸紙絕緣電纜、固體擠壓聚合電纜、自容式充油電纜、充氣電纜的絕緣相同，而鎧裝層因不受導(dǎo)體電流的影響，不需考慮鎧裝層的損耗和降低鎧裝層電阻率的措施。
交流電纜的最大場強總是在導(dǎo)體表面緊靠絕緣層處，而直流電纜的電場強度是按絕緣的電阻系數(shù)成正比分配的，絕緣的電阻系數(shù)是隨溫度而變化的，即絕緣層中的最大電場強度不僅與外加電壓有關(guān)，而且與負載有關(guān)。當無負載時，最大電場強度在電纜導(dǎo)體的表面。當負載增大時，因靠近導(dǎo)體處溫度較高，絕緣電阻系數(shù)降低，則導(dǎo)體表面的電場強度減少，而絕緣表面的電場強度逐漸增加。因此直流電纜允許的最大負載不應(yīng)使絕緣表面的電場強度超過其允許值，即不僅要考慮電纜的最高工作溫度，而且還要考慮絕緣層的溫度分布。
直流電纜的另一特點是絕緣必須能承受快速的極性轉(zhuǎn)換。在帶負荷的情況下極性轉(zhuǎn)換會引起絕緣內(nèi)電場強度的增加，通常增加50%~70%。
直流電纜種類
由于世界上早期的供電是以直流為基礎(chǔ)的，所以早在20世紀初期，直流電纜就已有所采用。但是后來，隨著交流輸電技術(shù)的飛速發(fā)展，交流電纜得到了廣泛的應(yīng)用。直流電纜在發(fā)展中吸取了交流電纜的成熟經(jīng)驗，所以在結(jié)構(gòu)上與交流電纜有很多相似之處。目前實際使用的高壓直流電纜有以下幾種類型。
油浸紙實心電纜：
這種直流電纜采用得最早，也采用得最多，這種電纜結(jié)構(gòu)簡單，制造及維護方便，價格低廉，但其工作電場強度只能達25kV/mm左右。這一限制決定了這種電纜的電壓只能制造到250~300kV。果特蘭島、英一法海峽、撒丁島、溫哥華島、康梯一斯堪等工程均采用了這種電纜。它適合于做長距離海底敷設(shè)，因為它不需要供油，而且海水的良好冷卻作用能避免浸漬劑的流失。這種電纜不宜做大落差敷設(shè)，因為在這種條件下運行，電纜會出現(xiàn)浸漬劑向下部移動，促使高處絕緣干枯，絕緣強度降低。
充油電纜：
當額定電壓超過250kV時，大多采用充油電纜。它在陸地上采用時，具有比其他類型電纜都優(yōu)越的技術(shù)性能。近年來，由于解決了長距離供油的技術(shù)問題，所以它也可用作海底電纜。在國外，這種充油電纜已用于金斯諾思、康梯一斯堪、四國一本州等直流工程中。
充氣電纜：
它的介質(zhì)通常選用高密度浸漬紙再充以壓縮氣體（如氮氣）組成，有較高的絕緣強度，其工作電場強度可達25kV/mm以上，它適宜于做長距離海底電纜敷設(shè)及大落差敷設(shè)，如新西蘭庫克海峽直流輸電工程就采用了這種電纜。但是，由于電纜內(nèi)的壓縮氣體對電纜及其附件的密封性與機械強度提出了很高的要求，因此沒被廣泛采用。
擠壓聚乙烯電纜：
這種電纜結(jié)構(gòu)簡單而堅固，用來作為海底電纜是比較適宜的，但按其直流耐壓能力看，工作電壓只能達250kV左右。
目前實際采用的直流電纜絕大多數(shù)是膠浸實心電纜與充油電纜，但是沒有金屬包皮，只有鋼絲鎧裝的聚乙烯電纜，由于在某些方面有了一定的優(yōu)點，所以近期亦受到廣泛的關(guān)注。
直流電纜結(jié)構(gòu)
導(dǎo)電線芯：
導(dǎo)電線芯材料一般采用銅線，其截面按額定電流、容許壓降、短路容量等因素選定。在選擇芯線結(jié)構(gòu)時，應(yīng)著重考慮發(fā)生故障后的海水滲透問題，一般可采用壓聚、焊接、涂水密封材料等堵水措施。
絕緣層：
直流電纜的絕緣層厚度應(yīng)同時滿足四方面要求：①對于額定直流電壓，無負荷時導(dǎo)體表面處的場強應(yīng)在允許值以下；②對于額定直流電壓，滿負荷時外層包皮處的場強應(yīng)在允許值以下；③能耐受沖擊試驗電壓；④在額定電流下，導(dǎo)體的溫度應(yīng)在允許值以下。一般可先假定幾種絕緣厚度進行計算，然后選定最合適的絕緣層厚度。
外護層：
直流電纜由于在金屬護套和鎧裝上不會有感應(yīng)電壓，所以不存在護套損耗的問題。護層的結(jié)構(gòu)主要是考慮機械的保護和防止腐蝕，特別是對于海底電纜。
(1)金屬護套。為了保證金屬護套的可靠性和柔軟性，迄今直流電纜都采用鉛護套，鉛護套的厚度一般為2.5~3.0mm，對內(nèi)壓型充油或充氣電纜，還必須和所采用的壓力相應(yīng)，增設(shè)有幾層金屬帶制成的加強層。
(2)防蝕層。海底電纜在正常運行時，由于漏電流和以海水做回路的電流作用，金屬護套和加強層都將受到電解腐蝕作用。通常只要加一層由塑料制成的護套，即可防止電蝕。但一旦塑料防蝕層受損，就將出現(xiàn)局部性的急速腐蝕。所以，有些電纜用浸瀝青絕緣膠的紙帶組成輕防蝕層，或在幾層橡膠帶之間涂上瀝青絕緣膠。近年來，大多采用擠壓幾層聚乙烯或氯丁橡膠作為防蝕層，是因為聚乙烯或橡膠的彈性模數(shù)較大，能夠部分地吸收作用在鉛包上的機械應(yīng)力，并使應(yīng)力分布得更為合理。同時，它防水性能好，與鉛包一起組成了雙重防水密封。而且它的絕緣性能也較好，適合于承受金屬護套的暫態(tài)過電壓。
(3)鎧裝。為了防止外來機械損傷，根據(jù)具體情況可在防蝕層外面加鋼帶或鋼絲鎧裝。海底電纜一般都采用鋼絲鎧裝。海底電纜在敷設(shè)或打撈時，由于電纜的自重，使電纜受到很大的機械應(yīng)力，同時在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，電纜會受到海水、海洋生物等的侵蝕。

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