电缆概说
出处：按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第三卷》第1520页（7270字）
在现代工矿企业中，电缆应用十分广泛。电缆在电力企业中，应用更广。在发电厂和变电所中，电缆像人体的血管或神经系统一样遍布全厂、全站，作用尤为重要。一座100MW的中温中压火力发电厂，使用电缆总长度约70km(其中动力电缆30km，控制电缆40km)；一座200MW的高温高压火电厂，电缆总长度约150km；自动化程度较高的2台300MW亚临界火力发电机组，电缆总长度约1500km，其中动力电缆300km左右，控制、测量、信号电缆约1200km；某电厂1号600MW机组电缆总长度达1137km。
随着电力事业的发展，大电网不断形成，大机组、大电厂相继投产，控制、自动化及保护的水平相应提高，控制、信号、保护、动力电缆的数目大幅度增加。这些电缆通向各个设备，遍布整个机房、变电所，高至80m多的锅炉顶棚，低到－2m以下的电缆沟道，将全厂、全站组成一个有机的整体。
在发电厂、变电所及工业企业的供电中，电缆的工作环境和条件较差，再加上电缆本身故障的因素，电缆火灾事故时有发生。电缆燃烧试验和历年来电缆火灾事故表明，电缆延燃与电缆的数量有关，电缆密度越大，数量越多，着火后电缆延燃越快，火势也越猛烈，造成的损失也越严重。因此，在现代化电力生产中，对电缆火灾事故的危险性应充分认识，采取可靠的预防措施，以减少或防止电缆火灾事故的发生。
电力电缆于19世纪80年代开始制造，第一根电缆是在电报电缆的基础上发展起来的，电压为2000V。1890年出现了第－根用浸渍纸制成的10kV电缆。本世纪20年代出现了充油电缆，解决了110kV以上电缆的绝缘问题。30年代，出现了充气电缆及加压电缆，使电缆的电压等级有新的提高。目前500kV充油电缆、充气电缆、钢管充油电缆(美国普遍采用钢管充油电缆，钢管充油电缆管道粗，绝缘油量大，管内压力高达1．5MPa)已经投入运行。直流电力电缆最高工作电压已达±500kV，并采用充油电缆。短距离的低损耗500kV电缆线路也已运行。为降低损耗，增大输送容量，便于制造、运输、敷设、连接、维护等，正在研制介质损耗小、绝缘强度高的新型绝缘材料，如聚丙烯叠层纸(即PPLP)电缆等，以满足特高压电缆的要求。
(一)电缆的种类
1．按照导电芯子的数目，可分为单芯、双芯、三芯和四芯电缆；按照芯子截面的形状不同，可分为圆形的、半圆形、扇形、腰圆形等不同形状。有的导体制成空心的电缆芯，作为充油之用。各种形状电缆芯截面示意图如图5－3－10所示。
图5－3－10 不同电缆芯体的电缆示意图
(a)半圆型；(b)腰圆型；(c)同心圆筒形；(d)圆形；(e)扇形；(f)空心形
2．按照所用的绝缘材料不同，可分为浸渍纸绝缘电缆、充气电缆、充油电缆、压气(SF6)绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡套绝缘电缆等。
3．按照使用电压分类，有低压电缆、中压电缆和高压电缆；按照电压等级来分有：0．5、1、3、6、10、20、35、110、220、330、440、550、750、1150kV电缆等种类。
4．按照架设方式来分，有架空、地下、海底电缆。1973年在丹麦与瑞典的埃山德／松德海峡敷设了第一条420kV交流海底充油电缆，输送容量为870MVA。
5．按照用途来分，有动力电缆、控制电缆、仪表电缆、电信电缆(同轴电缆和光纤电缆)等。
6．按照电缆的冷却方式来分，有自然冷却电缆、管道间接水冷却电缆、管道直接水冷却电缆、隧道内“U”形沟间接水冷电缆、隧道强迫风冷却电缆、钢管充油强迫循环冷却电缆、管道充气电缆、蒸发冷却电缆、超低温电缆等。
7．按照电缆对周围环境温度的适应能力来分，有普通电缆、阻燃电缆、无卤阻燃电缆及耐火电缆(又分为外层耐火电缆、内层耐火电缆、绝缘耐火电缆)等。
8．按照电流的种类来分，可分为直流电缆和交流电缆。
9．按照导体呈现的电阻大小不同来分，可分为普通电缆(电阻为普通值)、低温有阻电缆(比普通电缆电阻小得多)、超导电缆(超低温电缆即在超低温下失去电阻的电缆)。
10．电力电缆的种类见表5－2－23。
表5－2－23 电力电缆种类表
(二)电缆的结构及其材料
电力电缆由缆芯、绝缘及防护层三部分组成。
1．电缆芯。电缆芯是由细的铜丝或铝丝绞扭而成(小截面电缆除外)。它可使电缆具有所要求的柔软性和机械强度。
2．绝缘。电缆绝缘必须有高的耐电强度和机械强度，在很广的温度变化范围内应具有柔软性。用作电缆的绝缘有浸渍纸、橡胶、漆布、绝缘油、塑料和压缩空气等。
塑料绝缘材料有热塑性塑料和添加交联剂的热塑性塑料，如聚乙烯、交联聚乙烯、聚氯乙烯等。
橡套绝缘电缆的绝缘材料有丁苯橡胶、丁基橡胶和乙丙橡胶等。
绝缘油(电缆油)是用变压器油馏分经溶剂脱蜡、酸碱精制、尿素脱蜡及白土补充精制，并加入适量添加剂而制成。电缆油是用来制造油浸纸绝缘电缆(低压电缆)和充油电缆的绝缘油(110、220、330kV及以上电压的电缆绝缘油)。电缆油的质量要求是绝缘强度高、介质损失角小、安定性好，低温性能好，凝点低，有适宜的粘度。按照电缆油的绝缘强度要求分为35、110、330三个牌号。35号电缆油与松香按7／3混合，熬煮制成的绝缘剂，可作35kV以下的油浸纸电缆的油浸纸的浸渍剂；110号电缆油用作110kV以下的充油绝缘电缆的绝缘油；330号电缆油用作110kV以上的充油绝缘电缆的绝缘油。
3．防护层。在绝缘外面包有铅(或铝)皮，用以防止潮气入内和浸渍液体外流。为防止铅皮的机械损伤，外面还有钢甲，钢甲外再加由沥青、浸渍纱及白垩粉做成的覆盖层，使钢甲在水中或在潮湿环境不致因化学反应而腐蚀。橡塑电缆中，采用聚乙烯、聚氯乙烯或橡胶(天然或合成)护套。
4．几种常用电缆的结构：三芯统包型电缆和三芯屏蔽型电缆结构见图5－3－11和图5－3－12。三芯分相铅包电缆和充气电缆的结构图见图5－3－13和图5－3－14。三相铜芯纸绝缘铅包钢带铠装电力电缆如图5－3－15所示。
图5－3－11 三芯统包型电缆
1－导体；2－纸绝缘；3－统包纸绝缘；4－铅包；5－黄麻填充物；6－钢带铠装；7－黄麻保护层
图5－3－12 三芯屏蔽型电缆
1－导体；2－纸绝缘；3－有孔铝箔屏蔽带；4－带有铜丝的纱带；5－铅包；6－防腐带；7－填充物；8－黄麻层；9－钢带甲
图5－3－13 三芯分相铅包电缆
1－导体；2－纸绝缘；3－铅包；4－填充物；5－黄麻层；6－钢丝甲
图5－3－14 充气电缆结构图
(a)用放大铅包皮的间隙的方法来做成气槽；
(b)用圆的铅包皮放到椭圆的电缆芯上的方法来做成气槽
1－线芯；2－绝缘；3－屏蔽带；4－铜丝编织的棉带；5－铅包皮；6－狭带；7－阔带；8－保护层
图5－3－15 ZQ20型钢带铠装电缆
(a)断面；(b)外形
1－铝或铜的电缆芯线；2－相绝缘用油浸润纸；3－黄麻充填物；4－环带绝缘用油浸润纸；5－铅包皮；6－黄麻层；7－钢带铠装；8－黄麻保护层；9－防腐带
充油电缆如图5－3－16(a)、(b)所示，电缆护套内部设有油道，充入低粘度、压力略大于正常大气压的绝缘油，以保证绝缘纸经常保持完全浸油状态。目前，500kV充油电缆已投入运行。钢管充油电缆是将三根电缆线穿入防腐钢管后，充入压力为1．5MPa的低粘度绝缘油的电缆，如图5－3－16(c)所示。这种电缆具有较高的电气稳定性，电缆可以有效地被冷却，在美国的超高压电缆线路上已广泛的应用。
图5－3－16 充油电缆结构图
(a)单芯充油电缆；(b)三芯充油电缆；(c)钢管充油电缆
1、15－油通道；2－螺旋层；3－导体；4－炭质；5、25－绝缘纸；6、11、13、27－炭质纸；7、14－屏蔽层；8、16－铝护套；9、18－防腐层；10－导线；12－绝缘纸；17－扎紧带；19－防腐钢管；20－绝缘油；21－半圆形滑丝(不锈钢线)；22、28－不锈钢带，聚酯带(复合缠绕)；23－单面金属层聚酯带；24－单面金属层纸；26－单面绝缘处理炭质纸；29－导体
交联聚乙烯绝缘乙烯护套电缆结构见图5－3－17，其特点是导体最高运行温度为90℃，电流容量较大，重量轻，埋设很方便，电气性能较好，易于在高低差较大的场所敷设。500kVXLPE电缆已经在日本投运。
图5－3－17 交联聚乙烯电缆结构图
(a)三芯形；(b)三线合一形
1－导线；2、4－半导电层；3－交联聚乙烯绝缘层；5－屏蔽软铜带；6－黄麻充填物；7－扎紧布带；8－乙烯外护套
5．阻燃电缆。阻燃电缆又称难燃电缆。阻燃电缆是指在规定试验条件下，电缆着火燃烧后不延燃或燃烧火焰控制在一定范围内，撤去火源后，残焰在限定时间内能自行熄灭的电缆。因此阻燃电缆除具有普通电缆特性外，还具有阻燃性能。
阻燃电缆的基本构造特征：一是绝缘层采用阻燃材料；二是护套及外护层采用阻燃材料；三是包带和填充材料采用阻燃材料。采用何种组合，应根据阻燃类别而定。衡量材料的阻燃性能，一般采用氧指数0Ⅰ来表征，氧指数越大，材料的阻燃性能越好，电缆的阻燃性能也越好，几种常用材料阻燃处理前后氧指数值如表5－3－24所示。
表5－3－24 电缆材料阻燃处理前后的氧指数值
阻燃电缆按其性能分为普通阻燃电缆、低烟低卤阻燃电缆和低烟无卤阻燃电缆三类：
(1)普通阻燃电缆：普通阻燃电缆是利用含卤材料的阻燃聚氯乙烯电缆材料，按照不同使用目的，加入不同组分的添加剂，经过一定的加工工艺，采用一定的阻燃结构制成。这种电缆具有一定的阻燃性能，还具有较优良的机械性能、电气性能和挤出加工性能。按照阻燃性能不同，普通阻燃电缆又分为A、B、C三类，它们应分别满足国标GB12666·5－90《电线电缆燃烧试验方法》中A类、B类、C类的试验条件，其中A类阻燃性能最高，依次为B类、和C类。普通阻燃电缆的材料性能见表5－3－25。
表5－3－25 几种阻燃电缆材料的特性比较
(2)低烟低卤阻燃电缆：低烟低卤阻燃电缆是以聚氯乙烯树脂为基材，配以特种高效阻燃剂、增塑剂、HCl吸收剂、抑烟剂及适当助剂的电缆材料作为绝缘和护套材料，经过特殊加工工艺制成。
低烟低卤阻燃电缆，在燃烧时具有较好的阻燃性能，且HCl有毒气体释放量和烟气释放量明显减小，其特性见表5－3－25。但其机械性能也有所降低，其他性能基本保持普通电缆所具备的性能。
(3)低烟无卤阻燃电缆：低烟无卤阻燃电缆的绝缘层采普通的交联聚乙烯，护套材料采用高阻燃性辐照交联无卤聚燃烃，并通过辐照交联提高其阻燃性能、耐温等级、耐老化性能等，此外辅以其他结构配合制成低烟无卤阻燃电缆。
该电缆是使用不含卤的聚烯烃为基础的聚合物(如聚乙烯、交联聚乙烯、乙丙橡胶和乙烯－醋酸乙烯共聚物等)，加入金属氧化物(氢氧化铝、氢氧化镁等)、水合物做阻燃填充剂，以达到阻燃的目的。聚烯烃是无卤材料，系碳氢化合物，燃烧时分解出水和二氧化碳，不产生明显的烟雾和有毒气体(卤化氢气体)，这样非常有利于火灾扑救、人员疏散，仪器设备不受污染。无卤阻燃材料除添加阻燃剂以外，还应加入加工助剂和偶联剂，以改善材料的加工性能和由于添加氢氧化铝等阻燃填充剂后的机械性能。其包带和填充等辅助材料也是无自材料，同时对电缆结构做特定设计，从而获得实用性强、性能较优良的无卤阻燃电缆，这种电缆具有优良的阻燃性能，而且在燃烧时几乎不产生有毒气体，且仅释放出极少量的烟雾，其性能见表5－3－25；因此应用前景非常广阔。无卤阻燃电力电缆结构参看图5－3－18。
图5－3－18 无卤阻燃电力电缆结构图
(a)低压无卤阻燃电力电缆；(b)高压无卤阻燃电力电缆
1－线芯；2－无卤阻燃聚乙烯绝缘；3－交联聚乙烯绝缘；4－半导电层；5－无卤阻燃聚乙烯内护层；6－钢丝铠装；7－无卤阻燃聚乙烯外护套
我国低烟无卤阻燃电力电缆研制开发工作进展迅速，其中0．6／1kV辐照交联聚烯烃低烟无卤阻燃电缆就是其中一种，它采用XLPE辐照交联聚乙烯作为绝缘材料，护套材料采用高阻燃性能的辐照交联低烟无囱聚烯烃，护套材料氧指数达38%。低烟无卤阻燃电缆，除保持了一般阻燃电缆的电气特性和物理特性外，又兼有高阻燃性、低发烟性、低毒害性等特点。其阻燃性能经成束电线电缆燃烧(B类)实验，满足GB12666·5的标准，燃烧时不释放氯化氢有害气体，燃烧时毒性极小，烟密度极低，经国家电线电缆质量监督检测中心测试，达到了国内外同类产品的先进水平。
6．耐火电缆。耐火电缆是在火焰高温作用下，在一定时间内仍能维持通电能力的一种电缆。耐火电缆按其材料可分为两种：一种是典型的耐火电缆，即用无机材料构成的矿物绝缘(如氧化镁)金属护套的耐火电缆(如MI型电缆)，又称矿物绝缘电缆，它具有耐受1000℃高温，持续10h的耐火特性。这种耐火电缆防火性能优良，但价格昂贵，工艺复杂，施工比较麻烦；第二种是普通型耐火电缆，它是在普通电缆结构中，设置了特殊的耐火层，即在导体和绝缘层之间增加了一个耐火层，耐火层采用有机硅玻璃粉云母带和大鳞片云母带。所以它是无机材料与一般有机材料复合构成的耐火电缆，又称内层耐火电缆。这种结构的耐火电缆已通过GB12666·6规定的耐火B类试验，即在750～800℃火焰中燃烧90min，而保持施加额定电压情况下电缆不被击穿(3A熔丝不熔断)。常用耐火电缆结构如图5－3－19所示。
图5－3－19 耐火电缆结构
(a)单芯电缆；(b)三芯电缆；(c)多芯电缆
1－导体；2－耐火层；3－绝缘层；4－填充；5－绕包层；6－阻燃PVC护套
为进一步提高耐火电缆的耐火性能，可改进耐火层的加工工艺，一方面在云母带外使用无机材料绕包带绕包，提高耐火层的防火性能；同时，在绝缘线芯成缆后，再增加一层耐火层。这样既加强了对芯线的防护作用，又提高了绝缘线芯的防火和对地绝缘强度。这种电缆经国家电线电缆检测中心测试，顺利通过GB12666·6标准规定的耐火A类试验，即在950～1000℃火焰中燃烧90min，而保持施加额定电压情况下，电缆不被击穿(即3A熔丝不熔断)。耐火电缆结构设计和材料见表5－3－26。
表5－3－26 多芯耐火电缆结构和使用材料表
①仅指多芯结构的电缆。
普通型耐火电缆还有外层耐火电缆，即用玻璃纤维带加防火涂料，或膨胀型耐火包带等包在常规电缆的外面，再加一层防护带的耐火电缆，这种电缆的缺点是增加了外护层的热阻，降低了电缆的输送容量。