电力电缆工程（原书第3版）PDF电子书下载

第1章 电力电缆的历史 1

1.1 地下电缆的发展 1

1.2 早期电报线路 1

1.3 电气照明 2

1.4 照明用配电 3

1.5 纸绝缘电缆 5

1.6 地下住宅配电系统 6

1.7 挤包绝缘电力电缆 7

1.8 存在的问题 7

1.9 中压电力电缆的研制 8

参考文献 10

第2章 电缆介质基础理论 11

2.1 引言 11

2.2 电场与电压 11

2.3 空气绝缘导体 12

2.4 利用绝缘节省空间 12

2.5 更高的电压 13

2.6 绝缘屏蔽 14

2.7 必要的导体屏蔽 15

2.8 屏蔽层要求 15

2.9 绝缘层要求 16

2.10 护层 16

2.11 术语 16

2.11.1 非屏蔽电力电缆 16

2.11.2 中压屏蔽电缆 16

2.11.3 导体 16

2.11.4 电气绝缘（电介质） 17

2.11.5 电场 17

2.11.6 等位线 17

参考文献 17

第3章 导体 18

3.1 引言 18

3.2 材料选择 18

3.2.1 直流电阻 18

3.2.2 重量 19

3.2.3 载流量 19

3.2.4 电压降 19

3.2.5 短路 19

3.2.6 其他重要因素 19

3.3 导体规格 20

3.3.1 美国线规（AWG） 20

3.4 圆密耳（截面积单位）规格 20

3.5 公制标准 27

3.6 绞合 31

3.6.1 同心绞合 31

3.6.2 紧压绞合 32

3.6.3 型线绞合 32

3.6.4 束绞 32

3.6.5 束丝复绞 33

3.6.6 扇形导体 33

3.6.7 分割导体 34

3.6.8 环形导体（中空导体） 35

3.6.9 同向绞合导体 36

3.7 机械物理性能 36

3.7.1 导体性能 36

3.7.2 硬度 36

3.8 绞合阻隔 37

3.9 电气参数计算 38

3.9.1 导体直流电阻 38

3.9.2 导体交流电阻 38

3.9.3 集肤效应 39

3.9.4 邻近效应 39

3.9.5 磁性金属管中的电缆 39

3.9.6 高频电阻 39

参考文献 40

第4章 电缆电气参数 41

4.1 电缆额定电压 41

4.2 100％水平 41

4.3 133％水平 41

4.4 173％水平 42

4.5 不适用电缆的场合 42

4.6 低压电缆额定电压 42

4.7 电缆计算中的常量 42

4.7.1 电缆绝缘电阻 42

4.7.2 体积电阻率 42

4.7.3 表面电阻率 43

4.7.4 直流充电电流 43

4.8 介电常数 44

4.9 电缆绝缘的介质损耗 44

4.10 电缆电容 45

4.11 容抗 46

4.12 交流运行时的充电电流 46

4.13 电缆的感抗 47

4.13.1 高频下电缆的感抗 47

4.14 电缆内的互感 47

4.15 电缆导体阻抗 48

4.16 电缆总电抗 48

4.17 电缆介质损耗因数 48

4.18 绝缘参数 49

4.18.1 电缆内的电应力 49

4.18.2 介电强度 49

4.18.3 交流介电强度 50

4.18.4 冲击强度 50

4.19 电气参数综述 50

4.19.1 电阻 50

4.19.2 电导 50

4.19.3 电导率 51

4.19.4 体积电阻率 51

4.19.5 电感 51

4.19.6 多导体电缆电感 51

4.19.7 电缆互感 52

4.19.8 同轴电缆电感 52

4.20 电容 52

4.20.1 电缆电容 52

4.21 电抗 52

4.21.1 感抗 52

4.21.2 容抗 53

4.21.3 总电抗 53

4.22 阻抗 53

4.23 导纳 53

4.24 电力工程的功率因数 53

4.25 圆筒的切向应力 54

参考文献 54

第5章 绝缘材料的基本原理 55

5.1 引言 55

5.2 电气绝缘材料的物理化学特性 58

5.2.1 概述 58

5.2.2 聚乙烯分子链长度及分子量 59

5.2.3 支链 61

5.2.4 结晶度 62

5.2.5 聚乙烯共聚物 64

5.3 聚乙烯的制造 65

5.3.1 传统制造工艺 65

5.3.2 分子量分布控制技术 65

5.4 交联聚乙烯 66

5.4.1 基本原理 66

5.4.2 过氧化物交联 68

5.4.3 辐照交联 71

5.4.4 硅烷交联 72

5.4.5 温度对材料特性的影响 74

5.4.6 抗氧化剂 75

5.4.7 本节内容回顾 76

5.5 抗水树交联聚乙烯 77

5.6 乙丙橡胶绝缘 78

5.6.1 机理 78

5.6.2 其他乙丙橡胶 81

5.6.3 乙丙橡胶并不都是类似的 81

5.6.4 自由电荷与限制电荷 83

5.7 屏蔽材料 83

5.7.1 综述和聚合物的作用 83

5.7.2 炭黑的作用 84

5.7.3 非导电的屏蔽材料 85

5.8 护套材料 85

5.9 阻水技术 87

5.10 纸绝缘电缆 88

5.10.1 机理 88

5.10.2 老化行为 90

5.10.3 测试方法 91

5.11 低压聚合物绝缘电缆 92

5.11.1 绝缘材料 92

5.11.2 次级电缆 97

5.12 挤包绝缘的修复 97

5.12.1 概念介绍 97

5.12.2 修复原理 99

5.12.3 电缆修复的现场过程 100

5.13 中压绝缘材料的比较 101

参考文献 103

附录 105

附录A 聚乙烯分子链在极低温度下的运动 105

附录B 单点催化聚合 105

第6章 电缆绝缘材料电气性能 107

6.1 引言 107

6.2 体积电阻率（VR） 108

6.3 运行场强下绝缘材料的响应 109

6.3.1 极化 109

6.3.2 介电常数 112

6.3.3 介质损耗 113

6.3.4 色散 113

6.3.5 矿物填充体系和界面极化 115

6.3.6 电导 115

6.3.7 电缆响应 116

6.3.8 纸／液绝缘系统 116

6.3.9 小结 117

6.4 高场强时的绝缘响应 117

6.4.1 介绍 117

6.4.2 介电强度 117

6.4.3 测试方法 118

6.4.4 击穿和故障 120

6.4.5 局部放电 122

6.5 本章小结 125

参考文献 126

第7章 电力电缆的屏蔽 127

7.1 引言 127

7.2 导体屏蔽 127

7.3 中压电缆的绝缘屏蔽 128

7.3.1 应力消减层 128

7.3.2 金属屏蔽 128

7.3.3 同心中性线电缆 129

7.4 低压电力电缆的金属屏蔽 129

7.4.1 电场 129

7.4.2 磁场 130

参考文献 130

第8章 护套和铠装 131

8.1 金属护套 131

8.2 热塑性护套 131

8.2.1 聚氯乙烯 131

8.2.2 聚乙烯（不导电的） 132

8.2.3 半导电护套 133

8.2.4 聚丙烯 134

8.2.5 氯化聚乙烯 134

8.2.6 热塑性弹性体 134

8.2.7 尼龙 134

8.2.8 低烟无卤（LSZH）护套 135

8.3 热固性护套材料 135

8.3.1 交联聚乙烯 135

8.3.2 氯丁橡胶 135

8.3.3 氯磺化聚乙烯 135

8.3.4 丁腈橡胶 136

8.3.5 丁腈／聚氯乙烯 136

8.3.6 乙丙橡胶 136

8.4 铠装 136

8.4.1 连锁铠装 136

8.4.2 钢丝铠装 137

8.4.3 其他铠装类型 138

参考文献 138

第9章 低压电缆 139

9.1 引言 139

9.2 设计 139

9.2.1 导体设计 139

9.2.2 单层绝缘导体 140

9.2.3 带绝缘和护套的导体 142

9.2.4 成股的单芯导体电线和电缆 144

9.2.5 多芯电缆 145

参考文献 150

第10章 标准和规范 151

10.1 引言 151

10.2 制造商组织 151

10.2.1 绝缘电缆工程师协会（ICEA） 151

10.2.2 国家电气制造商协会（NEMA） 152

10.2.3 铝协会（AA） 152

10.3 使用者组织 152

10.3.1 爱迪生照明公司协会（AEIC） 152

10.3.2 乡村公共服务（RUS）［之前的REA］ 152

10.4 共识组织 153

10.4.1 美国国家标准学会（ANSI） 153

10.4.2 美国材料试验协会（ASTM） 153

10.4.3 加拿大标准协会（CSA） 153

10.4.4 国际电工委员会（IEC） 153

10.4.5 美国国家电气规范（NEC） 153

10.4.6 美国安全检测实验室（UL） 153

10.5 典型的标准和规范 154

10.5.1 导体 154

10.5.2 导体屏蔽 155

10.5.3 绝缘 155

10.5.4 挤包绝缘屏蔽 157

10.5.5 金属屏蔽 158

10.5.6 电缆护套 159

10.5.7 常规文献 159

参考文献 159

第11章 电缆的制造 161

11.1 引言 161

11.2 导体的制造 161

11.2.1 拉丝 161

11.2.2 退火 161

11.2.3 退火拉丝 162

11.2.4 绞合 162

11.3 挤包绝缘电缆制造 162

11.3.1 绝缘材料和护套材料 162

11.3.2 挤出 163

11.3.3 硫化 163

11.3.4 冷却 165

11.4 挤出生产线的构造 165

11.4.1 单台挤出机生产线 165

11.4.2 “两步法”挤出 165

11.4.3 “一步法”挤出生产线 166

11.4.4 “真正三层”共挤 167

11.4.5 挤出机头 167

11.4.6 加工 167

11.4.7 成缆 167

11.5 纸绝缘电缆 168

11.5.1 纸绝缘 168

11.5.2 纸张绕包 169

11.5.3 成缆 169

11.5.4 浸渍材料 169

11.5.5 干燥和浸渍 170

11.5.6 浸渍油的处理 171

11.5.7 浸渍控制 171

11.5.8 冷却工序的控制 171

11.6 出厂检验 172

11.6.1 低压电缆全长度电性能试验 172

11.6.2 中压电缆电性能试验 173

11.6.3 其他出厂检验 173

参考文献 173

第12章 电缆敷设 174

12.1 引言 174

12.2 电缆敷设拉力的讨论 175

12.2.1 导体的最大允许拉力 175

12.2.2 敷设拉力计算 175

12.2.3 摩擦系数 176

12.2.4 侧壁承载压力（sWBP） 176

12.2.5 管道或排管中多根电缆的敷设 177

12.3 敷设计算 180

12.3.1 横向弯曲外的拉力 180

12.3.2 敷设方向的选择 181

12.4 电缆敷设研究 182

12.4.1 研究成果 183

12.5 现场经验 183

参考文献 185

第13章 接头、终端和附件 186

13.1 引言 186

13.2 终端理论 186

13.2.1 电场介绍 186

13.2.2 终端的用途 186

13.2.3 简单消除应力的终端 187

13.2.4 电压梯度终端 188

13.3 终端设计 190

13.3.1 应力锥设计 190

13.3.2 电压梯度设计 190

13.3.3 纸绝缘电缆终端 190

13.3.4 钎柄（接线端子） 190

13.3.5 可分离连接器（肘形） 191

13.4 接头 194

13.4.1 接头理论 194

13.4.2 接头设计和绝缘 195

13.5 可替代设计 198

13.6 接头和终端的选择 199

13.7 故障分析 199

参考文献 199

第14章 电缆载流量 200

14.1 引言 200

14.2 土壤热阻系数 200

14.3 载流量计算 201

14.3.1 热路模型 201

14.3.2 负载因数 202

14.3.3 损耗因数 202

14.3.4 导体损耗 202

14.3.5 介质损耗的计算 204

14.3.6 金属屏蔽损耗 204

14.4 典型热路 206

14.4.1 有护套和屏蔽电缆的内部热路 206

14.4.2 单层绝缘，连续负载 206

14.4.3 不同材料电缆的内部热路，连续负载 206

14.4.4 有护套和屏蔽简单电缆的热路，连续负载 206

14.4.5 例3中电缆，周期性负载 206

14.4.6 外部热路，沟道中电缆，连续负载 207

14.4.7 外部热路，沟道中电缆，时变负载，外部热源 207

14.4.8 外部热路，直埋电缆，周期性负载，可能有外部热源 207

14.4.9 外部热路，空气中电缆，可能有外部热源 207

14.5 载流量算例 208

14.5.1 概述 208

14.6 载流量表和计算机程序 209

14.6.1 表格 209

14.6.2 计算机程序 209

14.7 短路条件下的“载流量” 209

14.8 载流量与电压降计算的关系 210

参考文献 210

第15章 土壤热阻系数 211

15.1 引言 211

15.2 土壤中的热传递机理 211

15.2.1 土壤临界含水量 214

15.3 外部热环境 215

15.4 自然土壤热阻系数 215

15.5 埋深处季节性的温度变化 217

15.6 土壤的热稳定 218

15.6.1 热交换率 218

15.6.2 土壤类型和密度 219

15.6.3 土壤水分 219

15.7 土壤干燥时间概念 219

15.8 临界热交换率 221

15.9 热特性好的土壤 222

15.10 热特性差的土壤 222

15.11 使用合适的回填土 223

15.12 合适的回填土 223

15.12.1 颗粒压实回填土 224

15.12.2 现场敷设 225

15.12.3 质量控制 225

15.12.4 流体回填土 226

15.13 混凝土作为回填土 227

15.13.1 电缆回填混凝土 228

15.13.2 佛罗里达州安装测试 228

15.13.3 实验结果 229

15.14 土壤界面温度 229

15.15 敷设路线热特性调查 230

15.15.1 回顾和规划 230

15.15.2 现场测试 230

15.15.3 实验室测试 230

15.15.4 分析 231

15.15.5 回填土参数和热稳定性 231

15.15.6 质量保证 231

15.15.7 通用 231

参考文献 232

第16章 护套互联和接地 234

16.1 引言 234

16.2 电缆是个变压器 234

16.3 载流量 235

16.3.1 屏蔽损耗 236

16.3.2 屏蔽电导率 236

16.3.3 互联跳线能力 237

16.4 多点接地 238

16.4.1 优点 238

16.4.2 缺点 238

16.4.3 讨论 238

16.5 单点接地和交叉互联 238

16.5.1 优点 238

16.5.2 缺点 238

16.5.3 背景 239

16.5.4 单点互联方法 239

16.5.5 护套的感应电压水平 239

16.5.6 互联方式 241

参考文献 244

第17章 地下系统故障点定位 245

17.1 引言 245

17.2 管道与工井系统 245

17.2.1 Murray回路电桥 246

17.3 地下住宅配电系统 246

17.4 故障点标定的方法 247

17.4.1 电缆定位 247

17.4.2 切断和尝试 247

17.4.3 雷达或时域反射仪 248

17.4.4 电容放电装置（轰鸣器） 248

17.4.5 土壤梯度仪 249

17.4.6 电容测量法 249

17.4.7 在北美不常使用的标定方法 249

17.5 故障电路指示器 250

参考文献 253

第18章 电力电缆现场评估 254

18.1 引言 254

18.1.1 验收测试 254

18.1.2 安装测试 254

18.1.3 维护性测试 254

18.2 原理 255

18.2.1 测试项目 255

18.2.2 励磁电压 255

18.2.3 性能测试的项目 255

18.2.4 时间上的考虑 255

18.2.5 全局评估和精确定位故障 256

18.2.6 需要测试的量 256

18.3 综述 256

18.3.1 在线和离线测试 256

18.3.2 直流电压测试 257

18.3.3 替代性测试手段 258

18.4 直流电压测试 258

18.4.1 简介 258

18.4.2 低压直流测试 258

18.4.3 高压直流测试 259

18.4.4 优缺点 259

18.5 工频在线监测 259

18.5.1 简介 259

18.5.2 测量 260

18.5.3 优点 260

18.5.4 缺点 260

18.6 工频离线监测 260

18.6.1 简介 260

18.6.2 测试设备的要求 261

18.6.3 测试系统特性 261

18.6.4 测试过程 261

18.7 局部放电测试 262

18.7.1 概述 262

18.7.2 局部放电的测量 262

18.7.3 测试设备 263

18.8 损耗因数测试 264

18.8.1 概述 264

18.8.2 介质损耗 264

18.8.3 方法 264

18.8.4 测量方法和仪器 265

18.8.5 优点 265

18.8.6 缺点 265

18.8.7 甚低频正弦波下损耗因数 265

18.9 甚低频测试 266

18.9.1 概述 266

18.9.2 甚低频耐压测试 267

18.9.3 余弦波甚低频测试 267

18.9.4 正弦波甚低频测试 268

18.9.5 甚低频正弦波tanδ测试 269

18.10 振荡波测试 271

18.10.1 概述 271

18.10.2 测试方法概述 271

18.10.3 优点 271

18.10.4 缺点 271

18.10.5 测试设备 272

18.10.6 试验过程 272

18.10.7 进一步研究工作 272

18.11 介电谱 272

参考文献 273

第19章 树 275

19.1 引言 275

19.2 背景 275

19.3 水树 276

19.3.1 水树的机理 276

19.3.2 加速试验的介绍 279

19.4 电树 280

19.5 电树和水树的组合 281

19.6 实验室测试 283

19.7 树的技术讨论 286

19.8 亚甲基蓝的染色技术 287

19.9 浸硅油观察 287

参考文献 288

第20章 配电电缆系统的雷电保护 289

20.1 引言 289

20.2 电涌保护（过电压保护） 289

20.2.1 保护裕度 289

20.2.2 额定电压 289

20.2.3 最高电压 290

20.2.4 接地系数 290

20.2.5 放电 290

20.2.6 电涌放电 290

20.2.7 绝缘电阻放电电压 290

20.3 波形和上升率 290

20.4 避雷器的操作使用 291

20.4.1 气隙 291

20.4.2 阀型避雷器 291

20.4.3 金属氧化物变阻器（MOV） 292

20.5 自然雷击 292

20.6 行波 293

20.7 传播速度 294

20.8 避雷器的正确连接方法 294

20.8.1 引线长度 295

20.8.2 电流的路径 295

20.8.3 接地电阻／阻抗 295

参考文献 296

第21章 电缆性能 297

21.1 引言 297

21.2 电缆故障数据 297

21.3 性能 298

21.4 数据分析 300

21.5 当前情况 301

参考文献 302

第22章 同心中性线的腐蚀 303

22.1 引言 303

22.2 电位序 303

22.2.1 电化当量 304

22.2.2 氢离子浓度 304

22.3 腐蚀机理 306

22.4 腐蚀类型 307

22.4.1 阳极腐蚀（杂散直流电流） 307

22.4.2 阴极腐蚀 307

22.4.3 电化学腐蚀 307

22.4.4 化学腐蚀 308

22.4.5 交流腐蚀 308

22.4.6 局部电池腐蚀 308

22.4.7 其他腐蚀类型 308

22.5 同心中性线腐蚀 308

22.5.1 研究活动 309

22.5.2 土壤成分 309

22.5.3 同心中性线腐蚀机理 309

22.6 护套 311

22.7 阴极保护 311

22.8 腐蚀位置的定位 311

22.8.1 中性线电阻率测量 311

22.8.2 受损位置的定位 311

参考文献 312

第23章 海缆铠装的腐蚀 313

23.1 引言 313

23.2 铠装系统中的电流 313

23.3 腐蚀 316

23.3.1 直流条件下的腐蚀 316

23.3.2 交流条件下的腐蚀 316

23.4 现场经验 317

23.5 铠装腐蚀的缓解 317

参考文献 318

第24章 名词术语和缩略语 319

24.1 名词术语 319

24.2 缩略词 327