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直流電纜種類和結構

文章出處：責任編輯：發布時間：2020-09-04 14:06:00 點擊數：- 【大 中 小】

直流電纜，是用于直流輸配電系統中的電力電纜。直流電纜除了運行的電氣特性與交流的不同，其結構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。因為直流電纜的導體沒有集膚效應和鄰近效應，即使輸送很大電流，也不必采用復雜的分割導體結構。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成正比分配的，絕緣的電阻系數是隨溫度而變化的，即絕緣層中的最大電場強度不僅與外加電壓有關，而且與負載有關。當無負載時，最大電場強度在電纜導體的表面。當負載增大時，因靠近導體處溫度較高，絕緣電阻系數降低，則導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換。在帶負荷的情況下極性轉換會引起絕緣內電場強度的增加，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，隨著交流輸電技術的飛速發展，交流電纜得到了廣泛的應用。直流電纜在發展中吸取了交流電纜的成熟經驗，所以在結構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，這種電纜結構簡單，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，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，因為在這種條件下運行，電纜會出現浸漬劑向下部移動，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越的技術性能。近年來，由于解決了長距離供油的技術問題，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及大落差敷設，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：
這種電纜結構簡單而堅固，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點，所以近期亦受到廣泛的關注。
直流電纜結構
導電線芯：
導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。在選擇芯線結構時，應著重考慮發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同時滿足四方面要求：①對于額定直流電壓，無負荷時導體表面處的場強應在允許值以下；②對于額定直流電壓，滿負荷時外層包皮處的場強應在允許值以下；③能耐受沖擊試驗電壓；④在額定電流下，導體的溫度應在允許值以下。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電壓，所以不存在護套損耗的問題。護層的結構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，對內壓型充油或充氣電纜，還必須和所采用的壓力相應，增設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較大，能夠部分地吸收作用在鉛包上的機械應力，并使應力分布得更為合理。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過電壓。
(3)鎧裝。為了防止外來機械損傷，根據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。海底電纜在敷設或打撈時，由于電纜的自重，使電纜受到很大的機械應力，同時在復雜的海洋環境中，電纜會受到海水、海洋生物等的侵蝕。

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