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線纜產(chǎn)品的絕緣結(jié)構(gòu)總論——探討絕緣厚度的確定原則

作者：zsdqjt 添加時間：2022-08-22 16:39:45

在傳統(tǒng)的電纜專業(yè)教科書中，確定電線電纜產(chǎn)品絕緣厚度的原則主要是針對中高壓電力電纜的，因?yàn)樗窃诟唠妶鰪?qiáng)度作用下絕緣理論的經(jīng)典學(xué)科理論。但對于有上千種電線電纜品種、并用于許多領(lǐng)域、分為許多大類的整個電線電纜來說，并不是只有這一種高電場的情況。本文將按電線電纜產(chǎn)品處在不同的使用功能要求下，對其絕緣厚度確定的原則進(jìn)行探討，使讀者進(jìn)一步了解各種電線電纜的絕緣厚度是如何確定的，以有利于在設(shè)計(jì)和發(fā)展產(chǎn)品中有更全面的考慮。

一、中高壓用電纜的絕緣厚度

中高電壓用的電纜一般指工資電壓 U0在1 .8kv 及以上，直流在3kv 以上的電纜。***典型的是3kv 及以上直至500kv 的電力電纜，其它如3kv 及以上的礦用電纜、機(jī)車車輛電纜、電機(jī)引接線（達(dá)±200kv）、 CT 機(jī)用電纜等。

1，此類電纜的絕緣厚度，基本上是按經(jīng)典的“電場強(qiáng)度承受能力” 來確定的。即

式中：

U0—電纜的工作電壓， kv，工頻系統(tǒng)，指相電壓；

En— 絕緣的擊穿電場強(qiáng)度， k v /mm；

K1—長期工作時的耐電壓，老化系數(shù)，工頻取4，直流取1.65。

2，對66kv 及以上的電纜，絕緣厚度還須***經(jīng)過沖擊電壓（雷擊為主）的校核。即上述公式中的 U0改為標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的沖擊試驗(yàn)電壓， En 為絕緣的沖擊擊穿電場強(qiáng)度，老化系數(shù)由k2· k3組成， k2取1.2， k3取1.3。

3，對于工作電壓為6－35kv 的電纜，同一電壓等級而導(dǎo)線截面不同的產(chǎn)品，采用同一個絕緣厚度。但66kv 及以上的高壓電纜則其絕緣厚度當(dāng)導(dǎo)線截面增大時，絕緣厚度卻可分級減薄。其原因是，當(dāng)導(dǎo)線截面增大時，電纜絕緣中導(dǎo)線表面的***大電場強(qiáng)度會逐步降低。

4，在6～35kv 的電力電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，每一個電壓級有二種規(guī)格的產(chǎn)品，如3.6/6、 6/6、6/1 0、 8.7/10、 21/35、 26/35，這是考慮到我國電力系統(tǒng)中存在二種接地系統(tǒng)，即直接接地系統(tǒng)和通過消弧線圈接地（簡接接地），直接接地系統(tǒng)，一相對地短路時，繼電保護(hù)動作迅速，另二相仍承受相電壓

而簡接接地時，一相對地短路時，另二相要承受較高的電壓。

二、低電壓用電線電纜的絕緣厚度

低電壓用的電線電纜品種特別多，主要包括1kv 及以下的低壓電力電纜， 450/750伏的橡皮、塑料絕緣電線、 1kv 及以下的船用、礦用、機(jī)車車輛用電線電纜，以及各種通用和專用的絕緣電線、安裝線，控制、信號電纜的絕緣線等等。

1，低壓電線電纜的絕緣厚度主要根據(jù)其力學(xué)性能來確定，因?yàn)槿绻雌涔ぷ麟妷簛砜?/span>慮、其絕緣厚度可以較薄。但是產(chǎn)品在制造、安裝敷設(shè)或使用過程中，產(chǎn)品的絕緣層會受到拉、壓、彎、扭、剪切等機(jī)械應(yīng)力的作用。而產(chǎn)品自身的導(dǎo)線截面大小對這些應(yīng)力的數(shù)值影響很大，即截面愈大、自重也大、彎曲應(yīng)力愈大，因此此類產(chǎn)品的絕緣厚度，在同一使用電壓下總是隨著導(dǎo)線截面的增大而增大，為了方便，絕緣厚度總是分檔增加。

表1列出了幾種產(chǎn)品的絕緣厚度，而圖1是幾種電線電纜的絕緣厚度與導(dǎo)線截面的關(guān)系圖。

表1 幾種低電壓電線電纜產(chǎn)品的絕緣厚度分檔表

圖1 幾種電線電纜的絕緣厚度與導(dǎo)線截面的關(guān)系圖

1－0.38/0.6kV UY礦用移動電纜絕緣線芯；

2－450/750V BX橡皮絕緣電線；

3－450/750V BV聚氯乙稀絕緣電線；

4－300/500V RV聚氯乙稀絕緣軟線

2，從表1中可以看出，除了考慮到產(chǎn)品的力學(xué)性能將絕緣厚度按導(dǎo)線截面增加而分檔加厚外，還有一些規(guī)律存在。

（1）如所用絕緣材料的電性能或機(jī)械性能較好，就可以適當(dāng)減薄絕緣厚度，如 BV 線與BX對比，說明聚氯乙稀的機(jī)械性能優(yōu)于橡皮，而交聯(lián)聚乙烯的機(jī)械性能明顯優(yōu)于聚氯乙稀，因此0.6/1kV級的 YJV 電力電纜絕緣厚度要比 VV電纜減薄30％左右。

（2）導(dǎo)線的柔軟度高，能明顯改善產(chǎn)品的力學(xué)性能，所以采用柔軟型結(jié)構(gòu)導(dǎo)線的產(chǎn)品可適當(dāng)減薄一些絕緣厚度，但柔軟型產(chǎn)品往往供移動式使用，因此又抵消了上述因素，對比BV線與 RV線的絕緣厚度就可以說明這一點(diǎn)。

（3）用于使用環(huán)境條件較差或?qū)Π踩砸筇貏e高的產(chǎn)品，應(yīng)適當(dāng)增加其絕緣厚度，如船用、礦用電纜。

（4）對主要是家用電器用的護(hù)套的低壓電線產(chǎn)品，原則上適當(dāng)減薄其絕緣厚度，但考慮到這使安裝于居室內(nèi)條件較差處（如穿管、嵌墻），以及浴室、廚房等環(huán)境條件較苛刻（水汽、油、煙氣溫度偏高）場合下，且導(dǎo)線截面都在1.0mm2及以下，因此仍采用相同的絕緣厚度。

3，對于工作電壓在250伏以下，甚至只有幾十伏、幾伏以下的眾多電氣裝備用電纜，如計(jì)測控制用電線電纜、儀器儀表用電線電纜（內(nèi)部安裝線與外部連接線），其絕緣厚度的設(shè)計(jì)原則當(dāng)然首先要符合力學(xué)性能的要求，但實(shí)際上更主要的是要滿足其它的外部環(huán)境要求，如耐高溫、耐油??因此其側(cè)要點(diǎn)不是考慮絕緣厚度。一般的方法是在經(jīng)過選擇、試驗(yàn)、試運(yùn)行選定材料之后，再***后確定其絕緣厚度。

4，目前，各類產(chǎn)品已確定的絕緣厚度（包括分檔），是在長期試驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)上得到的，并可作出有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，但隨著材料的改進(jìn)和新材料的出現(xiàn)，以及擠出研究工作的深入，將會使絕緣厚度的設(shè)計(jì)更為合理。

三、信息傳輸用電線電纜的絕緣層

信息傳輸用電線電纜包括通信電線電纜、電子線纜、光纖光纜等三個大類產(chǎn)品，在此類產(chǎn)品的導(dǎo)體（銅線、光纖）上傳輸?shù)氖菐装俸掌澋綆装偾Ш眨?/span>kHz）、兆赫（MHz）、千兆赫（GHz）的電磁波直至光纖上傳輸著光波，它們的傳輸原理與電力系統(tǒng)用的電線電纜完全不同，分析這些產(chǎn)品的絕緣層，有如下一些鮮明的特點(diǎn)。

1，由于不同絕緣線芯之間（一對線芯間與其他線對間）或?qū)Ь€對地之間的電壓將很低很低，因此絕緣層不是按承受的電場強(qiáng)度來設(shè)計(jì)的。實(shí)際上，絕緣層是對所傳電磁波的一種“隔離”，因此對絞式結(jié)構(gòu)的電線，絕緣厚度在具有相應(yīng)的力學(xué)性能后可以很薄很薄。以光纖為例，光纖上的玻璃涂膜包層，其作用是為光信號提供反射邊界和光隔離，同時起著一定的機(jī)械保護(hù)，這就是理論意義上的絕緣層。而包層外面再加上的一層至數(shù)層的二次被覆層，是為了保證光纖的強(qiáng)度的增強(qiáng)層。

2，對于傳輸信息電磁波（300Hz～300MHz）的電線電纜，絕緣層的結(jié)構(gòu)與尺寸是按照產(chǎn)品的傳輸性能參數(shù)的要求來確定的。以通信電纜為例，其等效電路可以看作是由無限小的四端網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)構(gòu)成的，其一次傳輸參數(shù)的衰減常數(shù)、相移常數(shù)、波阻抗以及回路中的干擾參數(shù)、衰減、防衛(wèi)度等均與絕緣層的尺寸和絕緣材料的特性密切相關(guān)。

3，對于同軸結(jié)構(gòu)的電纜，內(nèi)外均采用銅時，一對回路在外導(dǎo)體比內(nèi)導(dǎo)體的比例為3.6倍時（即= 3.6 d/D ）回路衰減***小。即不管是大、中、小同軸電纜，其內(nèi)外導(dǎo)體之間的徑向間距是應(yīng)該符合這一規(guī)定的。所以才采用了嵌片式、螺旋繩式、以及小同軸用的藕芯狀擠包式等絕緣結(jié)構(gòu)。

四、絕緣厚度的表示方法由于絕緣厚度是絕緣結(jié)構(gòu)***重要的尺寸，但沿同一圓周上的絕緣厚度又不可能******的一致，而電場影響***嚴(yán)重之處必然是絕緣的***薄點(diǎn)，因此對絕緣厚度須***同時有幾項(xiàng)考核指標(biāo)。

（1 ）標(biāo)稱絕緣厚度即設(shè)計(jì)和工藝上控制的厚度（δ 0）

（2） ***薄絕緣厚度同一圓截面上絕緣***薄一點(diǎn)的厚度。通常規(guī)定為：標(biāo)稱絕緣厚度的

百分之九十，再減0.1mm，即 δ min = δ 0×0.9 ? 0.1mm

（3） ***厚絕緣厚度同一圓截面上絕緣***厚一點(diǎn)的厚度。一般不作規(guī)定。但***厚絕緣厚度大，絕緣層呈不均勻橢圓說明工藝水平差且費(fèi)料。

（4）平均絕緣厚度規(guī)定沿同一截面六等分測量6點(diǎn)，求其平均值。要求：不小于標(biāo)稱厚度，但過大則用料多，工藝水平低。

（5）絕緣厚度的不圓率，用下式表示：

不圓率= ***厚點(diǎn)厚度-***薄點(diǎn)厚度/ 平均厚度×1 00%

此項(xiàng)指標(biāo)僅指擠包式絕緣，還有幾種名稱如不均勻率、橢圓度等，計(jì)算方法也略有差異，行業(yè)中尚未統(tǒng)一，但其含義類同。在二種情況下要控制絕緣厚度的不圓率，首先是110kv 及以上的交聯(lián)聚乙烯絕緣高壓電纜，因其絕緣厚度在16mm 以上，甚至超過40mm。雖然采用了旋轉(zhuǎn)加懸鏈?zhǔn)交蛄⑺裙に囋O(shè)備的措施，但剛擠出而未交聯(lián)的粘流狀材料很難保證均與分布。但是如果不圓率過大，則在很高電場強(qiáng)度下工作時，由于內(nèi)外不是“幾何圓” ，則在絕緣中會形成切向電場，容易造成切向電擊穿。因此標(biāo)準(zhǔn)須***控制不圓率。還有一種是企業(yè)為了提高質(zhì)量，降低材料消耗，主動在工藝過程中對10～35kv 級的電纜也控制其不圓率。 110kv 及以上交聯(lián)聚乙烯電力電纜標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定絕緣厚度的不圓率不得大于標(biāo)稱厚度的15％，實(shí)際上有些企業(yè)可以控制在10％以下，而35kv 級的電纜可以控制到5％左右。

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