拖鏈電纜絕緣層厚度的計(jì)算
上面分析了影響絕緣厚度的諸多因素，這些因素都是確定絕緣厚度 的依據(jù)。綜合分析，對于低壓小截面電纜，如 500V 以下的小截面橡塑絕 緣和 1000V 及以下的浸漬紙絕緣，其厚度往往由工藝規(guī)定的最小厚度決 定。橡塑絕緣最小厚度規(guī)定為 0 . 3mm，油紙絕緣紙層最少不低于 5 - 10 層 等，防止可能出現(xiàn)穿透的孔隙和導(dǎo)電點(diǎn)重合。最小厚度的確定也考慮工 藝實(shí)現(xiàn)的可能性。
而對于低壓大截面的電纜，其絕緣厚度主要根據(jù)機(jī)械性能確定。主 要考慮電纜在生產(chǎn)和安裝時(shí)所受到的拉、壓、彎、扭、剪切等機(jī)械應(yīng)力。因 為電纜工作電壓低，對于能滿足承受可能的機(jī)械損傷的絕緣厚度，均能滿 足電氣擊穿強(qiáng)度的要求。對于熱帶、寒帶、船用及礦用等特殊場合所用電 纜，須承受很大的機(jī)械應(yīng)力。這類電纜的絕緣設(shè)計(jì)，往往是根據(jù)制造和運(yùn)
行經(jīng)驗(yàn)或機(jī)械實(shí)驗(yàn)來選定其厚度，然后再進(jìn)行電氣核算。
只有工作電壓高至 10kV 以上時(shí)，絕緣的擊穿場強(qiáng)才逐漸成為決定絕 緣層厚度的主要因素。電纜絕緣結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)應(yīng)能安全承受各 種形式的電壓。此時(shí)絕緣層厚度的確定，主要是根據(jù)電纜絕緣內(nèi)的最大 場強(qiáng)等于其擊穿場強(qiáng)的原理來設(shè)計(jì)的。
對于高壓單芯不分階絕緣電纜，其絕緣厚度可按下式進(jìn)行計(jì)算
E U
=
m R
rc1n rc
式中，U 為試驗(yàn)電壓，為工頻試驗(yàn)電壓時(shí)，大約為 2 . 6 ~ 3 . 3 倍的相電 壓，為脈沖實(shí)驗(yàn)電壓時(shí)，可據(jù)保護(hù)水平選取，或?yàn)?6 U0 + 40kV，二者均可按 電壓等級從標(biāo)準(zhǔn)中選??；E 為擊穿場強(qiáng)，油紙絕緣的工頻和脈沖擊穿強(qiáng)度 可參照例；m 為相應(yīng)于工頻和脈沖電壓下的安全裕度，一般取 1 . 2 ~ 1 . 6； rc 為導(dǎo)電線芯半徑，一般含內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層；R 為絕緣層外半徑。
可據(jù)上式分別按工頻電壓和場強(qiáng)及脈沖電壓和場強(qiáng)進(jìn)行計(jì)算，然后
選擇厚度較大者。其厚度為
△i = R - rc = rc [exp( ) - 1]
對 n 層分階絕緣結(jié)構(gòu)的電纜
E1 E2 En
式中 rc 為導(dǎo)體半徑；r1，r2，…，rn - 1 分別為各分階絕緣層內(nèi)半徑； E1、E2、… En 為相應(yīng)于 U 為工頻電壓或脈沖電壓時(shí)的長期工頻擊穿強(qiáng)度 或脈沖擊穿強(qiáng)度；m1、m2、…、mn 為安全裕度。
當(dāng)擊穿強(qiáng)度、介電常數(shù)、rc 給定后就可按式確定各分階內(nèi)半徑 r 1、r2、 …、rn - 1，及絕緣外半徑 R 。各層絕緣厚度分別為
△i1 = r 1 - rc l
1
i2 = r2 - r 1 1
… … 1
1
△in = R - rn - 1 J
絕緣層總厚度 △i = R - rc
而對于塑力纜，由于擊穿強(qiáng)度受半徑等幾何尺寸影響較大，所以可以 采用平均擊穿場強(qiáng)來確定絕緣層厚度。
仍然是分別按脈沖和工頻進(jìn)行計(jì)算，然后取其厚者。
按脈沖電壓確定塑料絕緣厚度
UB1L k 1 k2
Eav
式中，UB1L 為基本絕緣水平，可根據(jù)線路的保護(hù)水平選取脈沖試驗(yàn)電 壓；k 1 為脈沖電壓老化系數(shù)，交聯(lián)聚乙烯可取 1. 2；k2 為絕緣層溫度系數(shù)， 交聯(lián)聚乙烯取 1. 3；Eav 為平均脈沖擊穿強(qiáng)度，應(yīng)據(jù)威伯爾分布函數(shù)通過實(shí) 驗(yàn)確定，參考數(shù)值：交聯(lián)聚乙烯為 50 ~ 70kV/mm，聚氯乙烯為 40kV/mm 左 右。
按工頻電壓確定塑料絕緣厚度
U0 k3
△i =
式中，U0 為最大工作相電壓；k3 為工頻電壓老化系數(shù)，交聯(lián)聚乙烯壽 命指數(shù) n = 9 時(shí) k3 取 4。上二式中的 k 值，對于聚氯乙烯要相對交聯(lián)聚乙 烯取較高數(shù)值；E' av 為平均長期工頻擊穿強(qiáng)度，亦應(yīng)按威伯爾分布函數(shù)確 定，對交聯(lián)聚乙烯大約為 10 ~ 30kV/mm；對聚氯乙烯大約取 4 ~ 6kV/mm。
例 試計(jì)算 - 220kV 電纜的絕緣層厚度
已知數(shù)據(jù)：
線芯標(biāo)稱截面積 845mm2
線芯屏蔽外徑 41 . 0mm
工作油壓 不低于 101kPa(1atm)
系統(tǒng)額定線電壓 220kV
系統(tǒng)額定相電壓 127kV
最高工作相電壓 146kV
一相接地，另一相可能出現(xiàn)最大電壓 202kV
工頻安全裕度 1. 3
脈沖安全裕度 1. 3
采用三層分階，各層紙帶絕緣性能如下：
紙帶厚度 | 相對介電常數(shù) s | 長期工頻擊穿強(qiáng)度① | 脈沖擊穿強(qiáng)度① |
/um | /(MV·m - 1 ) | /(MV·m - 1 ) | |
45 | 4 . 1 | 36 | 111 |
75 | 3 . 3 | 33 | 100 |
125 | 3 . 3 | 30 | 90 |
解 (1)根據(jù)絕緣長期工頻擊穿強(qiáng)度確定絕緣層厚度三層分階，各層 取相同安全裕度，根據(jù)式計(jì)算分階半徑
(2)根據(jù)絕緣脈沖擊穿強(qiáng)度確定絕緣層厚度
①采用 FZ 型避雷器
FZ 型避雷器保護(hù)水平 Up = 2 .4 x x 202kV = 686kV
電纜基本絕緣水平(B1L) = 1 . 3 x 686kV = 890kV
取 B1L = 950kV
如各層取相同脈沖安全系數(shù)，根據(jù)式計(jì)算絕緣層分階半徑
s1 = 4 . 1 s2 = s3 = 3 . 3
E1 = 111 x ( )2/7
E2 = 100 x ( )2/7
E3 = 90 x ( )2/7
4 . 1 x 111( )2/7 x 20 . 5 = 3 . 3 x 100( )2/7 r'2
得 r'2 = ( )7/5 x 20 . 5mm = 1 . 57 x 20 . 5mm = 32 . 2mm r'3 = ( )7/5 x 20 . 5mm = 1 . 83 x 20 . 5mm = 37 .4mm
于是脈沖擊穿強(qiáng)度
E1 = 111 x ( )2/7 = 90 . 5MV/m
E2 = 100 x ( )2/7 = 71 . 5MV/m
E3 = 90 x ( )2/7 = 61 .7MV/m
確定絕緣層總厚度 A'i
于是
A'i1 = (32 . 2 - 20 . 5)mm = 11 .7mm
A'i2 = (37 .4 - 32 . 2)mm = 5 . 2mm
A'i3 = (38 . 6 - 37 .4)mm = 1 . 2mm
A'i = (38 . 6 - 20 . 5)mm = 18 . 1mm
②采用磁吹避雷器
國產(chǎn)磁吹避雷器保護(hù)水平 Up = 1 . Ua = 1 . 9 x x 202kV = 545kV 電纜基本絕緣水平(B1L) = 1 . 3 Up = 1 . 3 x 545kV = 710kV
取 B1L = 750kV
如各層取相同安全裕度 m = 1 . 3，根據(jù)式計(jì)算絕緣層分階半徑及絕緣 層總厚度
rc = 20 . 5mm
r'2 = 32 . 2mm
r'3 = 37 .4mm
R' = 32 . 2exp[ ( - ln ) ] = 32 . 2 x 1 . 063mm = 34 . 2mm
因?yàn)?R' < r'3，故不用第三層絕緣
△"i1 = 32 . 2 - 20 . 5mm = 11 .7mm
△"i2 = 34 . 2 - 32 . 2mm = 2 . 0mm
△"i = 34 . 2 - 20 . 5mm = 13 .7mm
從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：
A . 如電纜線路采用 FZ 閥型避雷器，電纜的脈沖擊穿強(qiáng)度成為絕緣 厚度的決定因素。此時(shí)絕緣層厚度 △'i = 18 . 1mm，而工頻安全裕度大于規(guī) 定值。電纜在標(biāo)稱工作電壓(127kV)下的工作場強(qiáng)
127
E = = 9 . 32MV/m
B . 如電纜線路采用磁吹避雷器，線路對電纜的沖擊絕緣水平要求大
大地降低了，電纜的長期工頻擊穿強(qiáng)度成為絕緣層厚度的決定因素。此 時(shí)絕緣層厚度 △i = 15 .7mm，而脈沖安全裕度大于規(guī)定值。 電纜在標(biāo)稱工 作電壓(127kV)以下工作場強(qiáng)為
127
E = = 10MV/m
C . 從 A，B 可以看出，改善線路保護(hù)設(shè)備性能，可以提高電纜的工作 場強(qiáng)，從而減薄電纜絕緣層的厚度。
