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充氣電纜工作原理和結構特點

文章出處：責任編輯：發布時間：2020-09-23 14:58:49 點擊數：- 【大 中 小】

充氣電纜用干燥的氮氣作絕緣介質的電纜。是油紙絕緣電纜中的一種。它是向油紙絕緣電纜內部充以高壓力的氮氣，使氣體密度增加，氣體分子的平均自由行程減少，以提高其游離電場的強度。由于氮氣價廉，不會燃燒，且在高差較大的電纜線路中不存在充油電纜的靜壓問題，因此充氣電纜有它的特殊的適用場所。

充氣電纜用高壓力的氮氣填充油紙絕緣中的氣隙以提高絕緣性能的一種電力電纜。曾用于33～138kV的電力電纜線路中，有些也用于275kV級的電纜線路。因為充氣電纜絕緣中不含大量的易燃電纜油，對防火要求較高的場所(如隧道等)尤為適宜。
充氣電纜的油紙絕緣中的氣隙被高壓力的氮氣填充后，其絕緣強度與氮氣的壓力成近似線性比例。按不同電壓等級的氣體工作壓力的不同，充氣電纜可分為低壓力、中壓力和高壓力三種，氣體的壓力分別為0.15MPa、0.45MPa和1.45MPa。
充氣電纜的游離電場強度與沿電場方向的氣體間隙大小有關，間隙厚度愈小則游離電場強度愈高。因此，充氣電纜和充油電纜一樣，常使用薄紙帶作為繞包絕緣以提高其電氣強度。
所用的氣體大多采用干燥氮氣。氮氣與浸漬紙絕緣直接接觸，是絕緣的組成部分，其含水量不超過0.03%，純度在99.95%以上。氮氣不純會使電纜絕緣酸化和受潮，并使介質損耗因數增加。近年來也有試用SF6負電性氣體的，以提高絕緣層總體的擊穿強度。
工作原理
原理與充油電纜完全不同，絕緣內部的氣隙不是被消除，而是用高壓力的氮氣來填充以提高其游離電場強度。
根據氣體放電理論，氣體的起始游離電場強度與其壓力亦即與氣體分子的平均自由程有關，隨著壓力的增加，氣體密度增加，氣體分子的平均自由程將減少。為了能達到撞擊游離，氣體分子或離子就必須在較短的路程中積聚更多的能量，這就需要增加電場強度。因此，若在電纜絕緣內充以高壓力的氮氣時，電纜內部氣隙起始游離的電壓就可以大大提高。
充氣電纜的游離電場強度與沿電場方向的氣體間隙大小有關。間隙厚度愈小則游離電場強度亦愈高。此外，在同樣的壓力下，工頻擊穿和沖擊擊穿強度亦隨紙帶厚度減小商提高。因此充氣電纜與充油電纜一樣，也可以使用薄紙來包繞絕緣以提高其電氣強度。但是，必須注意，氣隙的體積和形狀會在很大程度上影響游離電場強度，而這種特性是無法測量的，并且它會受一些不可控制的現象如熱膨脹、浸漬劑的滲透等的作用而變化。
結構與特點
充氣電纜的構造與充油電纜相似。兩者的區別在于氣道的構造與油道不完全相同，而且紙絕緣的浸漬與加工過程也不同。單芯充氣電纜有的線芯中心有一個氣道；有的則是鉛包與絕緣表斷的屏蔽層之間留出2.5毫米的空隙作氣道，或者采用橢園形線芯與園形鉛包，使鉛包與絕緣層這間形成兩條月牙形氣道。三芯電纜由于可利用芯與芯之間的空隙作氣道，較好地解決了供氣問題。但形式也有區別；有的只用一根金屬導氣管，有的除金屬導氣管外，還有～根管壁有孔的彈性塑料管，而有些則有兩根螺旋形氣道，再加一根導氣管。金屬導氣管是用無縫金屬管制成，它的管壁上也沒有氣孔，其作用只是保證氣體能直接傳送到每一個接頭盒中，在那里氣體就可以沿三個纜芯周圍的空隙或螺旋形氣道流到電纜內部絕緣中去。
原理與充油電纜完全不同，絕緣內部的氣隙不是被消除，而是用高壓力的氮氣來填滿氣隙以提高它的游離電場強度。因為氮氣是一種隋性氣體，具有非常穩定的分子結構，不容易發生游離放電。電纜中充入壓縮氮氣后，氣體與浸漬紙絕緣直接接觸，也是絕緣的組成部分，其工作電場強度就會大大提高，可以使用在較高的電壓等級中。
按照氮氣壓力的不同，分為低壓、中壓和高壓三種。其工作壓力分別為1.2～2、3～6、12～15公斤/厘米2，運行電壓分別為35、20～75、35～275千伏。運行電壓在138千伏及以下者有單芯和三芯兩種型式，138千伏及以上者則一般只有單芯型式。

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