10. 5 典型的标准和规范
10. 5. 1 导 体
10. 5. 1. 1 电 阻
CSA、 ICEA 和 UL 电力电缆标准包括铜和铝导体， 且这一系列标准由 ASTM 标准所规定。 由于最大直流电阻是确定导体尺寸的决定性因素， 这些标准规定了每一种美国线规和数千圆密耳尺寸的最大电阻值。 ICEA 对导体直径要求不超过标称直径的 ± 2% 。
10. 5. 1. 2 紧压绞线
ASTM 同心绞线标准规定了生产商制造的 B 级和 C 级紧压型导体。 这就意味着这类导体的整体直径最多可以比同心非紧压绞线的导体直径小 3% 。 这种压缩的必要性和优势在第 3 章中进行了介绍。 因此， 如果只要求同心绞线， 生产商也可以选择提供紧压绞线。
10. 5. 1. 3 硬度 （ 强度）
金属的强度是作为导体的一个重要方面。 这一数值选择应基于以下因素， 如预期受到的拉力， 要求的柔软性以及成本。
3 / 4
强度越大， 导体安装时可施加的拉力越大。 半硬铝导体所能承受的拉力要小于硬或全硬铝导体。 另一方面， 强度的增加会导致导体的弯曲难度增大并且柔性
降低。 然而， 与成品电缆相比， 裸导体附加的弯曲力可以忽略不计。 在导体绞合的拉线过程中， 金属硬化且强度增加。 在拉线过程中或者导体绞合完成后的退火处理可以降低强度， 但是需要耗能， 因此退火导体的成本增加。 在做决定前应该对所有这些因素进行权衡。
10. 5. 1. 4 标 识
电缆生产商可以对 7 根或者更多根单线绞合的 B 级或 C 级导体进行打印识别。生产商还可以在中心绞线上， 以规则的间距打印生产年份和他们的名字。 这样就对生产商和生产年份提供了一个持久的标识。
10. 5. 1. 5 阻水导体
另一个需要考虑的是密封或者填充。 带填充的 B 级绞合导体已经从空隙排出了几乎所有的空气， 这就阻止了在空气中的潮湿以及湿气沿着电缆纵向移动。 绞线中水汽的排出降低了对水树放电的担心， 并且在加速水树试验中提高了电缆的寿命。 ICEA 标准中包含了对这种 “ 阻水导体” 有效性的试验[12，14，16] 。
另外一个阻止水进入绞线的方法是在半导电屏蔽层安装金属屏障。 这是一个类似 “ 三明治” 的层状结构， 由中心具有铅或铝带包覆的半导电材料组成。
一些标准中要求导体额定电压为 2000V 或者更高时使用屏蔽层 （ 半导电或非导电压力控制层）。 屏蔽层通常是由一层介于导体和绝缘体之间的挤包半导电层组成。 为了充分发挥这一层的作用， 屏蔽层应易于从导体的表面去除， 并且挤包屏蔽层的外表面应该牢固地与绝缘层结合在一起， 确保导体层和绝缘层之间没有气孔。
挤包绝缘半导电材料由聚合物组成， 并保证其与绝缘层的兼容性和界面的结合强度。 它的绝缘性能是通过添加特殊的炭黑而获得的。 当前对该层最大电阻率的要求是在最大的正常操作温度和紧急操作温度下达到 1000Ω·m。 工业标准要求这一材料的电阻率在电缆额定紧急过载温度下， 能通过长期稳定的试验。 加速试验表明在潮湿的环境下， 材料的清洁度可以显著提高电缆的寿命。 比传统化合物明显柔软和/ 或干净的化合物， 在加速水树放电试验中可以显著提高电缆寿命。
可以使用具有高介电常数 （ 高 K 值） 的非导体， 而不是半导电应力控制层材料。 这就意味着这种材料类似于非常差的导体， 在导体和绝缘层之间产生一个非常小的压降。 它的确提供使导体表面光滑所需的压力控制。
在有些应用情况下， 可以在导体和半导电层之间绕包半导电胶带， 它起到结合的作用。 这种方法有时用于大截面导体中。
2in
如果使用了半导电应力控制层， 其电阻率是在导体应力控制层上， 相距至少的两个喷涂的银电极之间测量的。 如果要求更高的精度， 供电电极可以放置在
每个电位电极后 1in 的位置。
电阻应该在两个电位电极之间测量。 测量回路的功率不能超过 100mW。
体积电阻率由下面的公式计算：
ρ =
R（ D2 - d2 ） 100L
（10- 1）
式中， ρ 为体积电阻率 （ Ω·m）； R 为测量的电阻值 （ Ω）； D 为导体压力控制层的直径 （ in）； d 为导体直径 （ in）； L 为电极间的距离 （ in）。
10. 5. 3 绝 缘
交联聚乙烯 （ XLPE） （ 包括抗水树交联聚乙烯 （ TR- XLPE）） 和乙丙橡胶
（ EPR） 是目前中压电缆使用的主要绝缘材料。
10. 5. 3. 1 AEIC 规 范
AEIC 制定 5 ～ 345kV 的挤包绝缘电缆规范[1] ， 包括交联 （ 热固性） 聚乙烯和乙丙橡胶电缆。 同时 AEIC 也包括了所有形式的 1 ～ 765kV 的复合电缆。 目前在北美， 中压热塑性聚乙烯电力电缆还没有生产[6] 。
AEIC[1] 和 ICEA[14，16] 要求对生产过程中使用的材料进行大量的试验， 适用时，要求通过的试验包括：
● 对于填充和未填充的 XLPE 包括 TR- XLPE， 以及Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ级乙丙橡胶， 绝缘的物理性能要求在表 10- 1 中给出。
● 绝缘的电性能要求在表 10- 2 中给出。
表 10- 1 绝缘机械物理性能
性 能 项 目 | 绝 缘 类 型 | ||||||
XLPE 和 TR- XLPE | XLPEⅢ和TR- XLPEⅢ | EPR | |||||
Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | ||||
老化前拉伸强度 保留率， 最小 lbf / in2 MPa 断裂伸长率 绝对值， 最小% 空气烘箱 168h 老化老化温度，℃ ± 1℃ 拉伸强度 保留率， 最小% 断裂伸长率 保留率， 最小 % 绝对值， 最小 % 热延伸 150℃ ± 2℃ 伸长率， 最大% ① 永久变形， 最大% ① | 1800 （12. 5） 250 121 75 75 — 无填充 175 10 | 1800 （12. 5） 250 136 75 75 — 填充 100 5 | 700 （4. 8） 250 121 75 75 — 50 5 | 1200 （8. 2） 250 121 80 80 — 50 5 | 700 （4. 8） 250 136 75 75 — 50 5 | 550 （3. 8） 250 121 75 — 175 50 5 | |
注： 来源于 ANSI/ ICEA S- 94- 649， 2004
① XLPE 和 TR- XLPE 绝缘如果该项试验值超标， 应进行溶剂试验， 该试验作为合格与否的参考方法
（20h 干燥后失重最大 30% ）。
表 10- 2 绝缘电气性能要求
项 目 | XLPE 和 XLPE Ⅲ | TR- XLPE TR- XLPE | 和 Ⅲ | 绝 缘 类 型 EPR Ⅰ， Ⅱ和Ⅲ | 28 kV 及以下 | EPR | Ⅳ | 28 kV 以上 |
介电常数 介质损耗 （% ） | 3. 5 0. 1 | 3. 5 0. 5 | 4. 0 1. 5 | 4. 0 2. 0 | 4. 0 1. 5 | |||
15. 6℃ 时 绝 缘 电 阻 常 数 / MΩ·1000ft | 20000 | 20000 | 20000 | 20000 | 20000 | |||
注： 来源于 ANSI/ ICEA S- 94- 649， 2004。
10. 5. 3. 2 绝缘厚度和试验电压
根据 ICEA[14，16] 标准， XLPE 和乙丙橡胶绝缘电缆具有相同的绝缘厚度要求和
RUS 规范要求按需生产的电缆使用的绝缘厚度等级为 133% ， 除非已经基于精心的设计。
10. 5. 4 挤包绝缘屏蔽
除了导体的应力控制层， 中压屏蔽电力电缆还要求有绝缘屏蔽。 绝缘屏蔽由非金属直接挤包在绝缘层上， 并且由非磁性金属组成物直接包覆或包含在非金属导体包覆层中。 绝缘屏蔽在温度为- 10 ～ 40℃时应该可以去除。 根据购买者的选择， 可以提供粘结型的绝缘屏蔽。 因为绝缘材料和半导电材料紧密接触， 所以彼此间应该相互兼容。
10. 5. 4. 1 剥 离 力
ICEA 标准对 5 ～ 46kV 电缆在去除半导电层时的剥离力数值有限制， 下限是为了确保电缆的性能， 上限是为了在剥离时不损坏绝缘层的表面。
试验时要求切取平行于中心导体宽度为 1 / 2in 的条带。 切取时可以贯穿整个层厚 （ 不同于现场剥离实践）。 1 / 2in 的条带可以在垂直于绝缘层表面的 90°方向上以一定的速度拉下。 表 10- 3 中给出了限制条件。
表 10- 3 ICEA 剥离力限制条件
材 料 | 最小值/ lbf （ N） | 最大值/ lbf （ N） |
XLPE 和 TR-XLPE | 3 （13. 4） | 24 （107） |
EPR | 3 （13. 4） | 24 （107） |
注： 来源于 ANSI/ ICEA S- 94- 649， 2004。
10. 5. 4. 2 电 阻 率
根据 ICEA 的试验程序， 对于额定温度为 90℃ 的电缆在温度为 90℃ 和 110℃时， 以及额定温度为105℃ 的电缆在温度为105℃ 和125℃ 时， 其挤包绝缘屏蔽的体积电阻率不应超过 500Ω·m。 这一层只能作为辅助屏蔽使用， 还需要与其相接处的金属屏蔽层来释放充电电流并提供静电屏蔽。
因为这一层涉及环境中的化学作用， 对于体积电阻率的要求是对导体屏蔽要求的一半。 较高的屏蔽特性值是可以接受的， 但是要考虑长期稳定性能的影响。
挤包层的电阻率同样使用喷涂银的电极测量。 去除包括金属屏蔽在内的外层包覆。 四个喷涂银的环孔形电极安置在绝缘屏蔽的外表面。 内侧两个电极相距至少
2in。 如果要求高精度， 一组供电电极应该安置在电位电极后至少1in 的位置。 电阻应该在两个电位电极间测量。 测试回路的功率应该不超过 100mW㊀。
体积电阻率按下面的公式计算：
㊀ 原文错为 “ 测试回路的功率应该超过 100mW。” ———译者注
ρ =
2R （ D2 - d2 ）
100L
（10- 2）
式中， ρ 为体积电阻率 （ Ω·m）； R 为测量的电阻值 （ Ω）； D 为包含绝缘屏蔽的直径 （ in）； d 为去除绝缘屏蔽后的直径 （ in）； L 为电位电极间的距离 （ in）。
10. 5. 4. 3 绝缘屏蔽厚度
为了给压接接头和端子生产商提供指导， ICEA 规定了对挤包绝缘屏蔽最大和最小厚度[14，16] 。
10. 5. 5 金属屏蔽
除了之前描述的挤包绝缘屏蔽外， 屏蔽电缆还必须有非磁性的金属屏蔽包覆，并与非金属半导电层接触。 金属可以有如下选择：
● 螺旋状使用的镀锡或无镀层铜带。
● 纵向使用的波纹状退火铜带。
● 镀锡或无镀层铜丝屏蔽 （ 最小为#25AWG6 根， 或更大）。
● 同心铜丝 （#16AWG 或更大， 应满足中性线截面积规定）。
● 有密封包覆的平整铜带， 应满足中性线截面积规定。
● 带材和丝的结合。
● 连续焊接的波纹状金属护套 （ 铜， 铝， 青铜等）。
● 挤包铅护套。
丝和平整的屏蔽带是常用的金属屏蔽， 并且大多选用铜材。 如果规定使用铜带屏蔽， 通常使用最小重叠率为 10% 的 5mil 铜带绕包。 对于铜丝屏蔽， 按适当的比例使用#24AWG ～ #18AWG 的铜丝， 达到最小为 5000cmil / in （ 0. 1mm2 / mm）
（ 与绝缘芯直径相比） 。 由于这些材料的故障电流容量有限， 户外电站一般不适用。
地下配电和地下住宅配电电缆通常规定使用同心中性线和带材， 此时金属既可以作为屏蔽又可以作为中性线。 这些结构中通常使用铜线， 并在铜线上挤包护套进行防腐保护。
对于 35 ～ 138kV 的高压电力电缆， 故障电流通常比单一屏蔽线的载流量大。这种情况下经常使用铜丝和铜带的混合结构进行屏蔽。
金属屏蔽的尺寸必须符合特殊的故障通流要求， 相关数据有这几个来源： ANSI / ICEA P- 45- 482， “ 短路情况下金属屏蔽和绝缘电缆护套的性能”， EPRI RP1286- 2 （ EL- 5478） ， “ 故障情况下挤包绝缘电缆金属屏蔽和同心中性线导体的优化设计”。
10. 5. 5. 1 同心中性线电缆
ICEA 标准包括了这类电缆的同心中性线的数量和尺寸。 同心中性线应为符合 ASTM B3 规定的无镀层铜或者是符合ASTM B33 规定的镀锡铜。 同心中性线应该直接包覆在绝缘层上， 节距不小于 6 倍且不大于 10 倍的同心绞线直径。
尽管 AEIC 规范没有提供同心中性线的信息， 但应该明确全部或者 1 / 3 的中性线都没有任何标准规定。 基于金属屏蔽越多增加屏蔽损耗越大的事实， 很多应用场所都减少了中性线的使用。 RUS 标准甚至没有要求 URD 电缆使用中性线。
10. 5. 6 电缆护套
金属屏蔽层外通常要求使用护套， 目的是在电缆安装或运行过程中进行机械和腐蚀防护。
几种可能的护套材料如下：
● 低密度和线性低密度聚乙烯， 黑色 （ LDPE / LLDPE）。
● 中密度聚乙烯， 黑色 （ MDPE）。
● 高密度聚乙烯， 黑色 （ HDPE）。
● Ⅰ类半导电护套。
● Ⅱ类半导电护套。
● 聚氯乙烯 （ PVC）。
● 氯化聚乙烯 （ CPE）。
● 热塑弹性体 （ TPE）。
● 聚丙烯 （ PP）。
它们的作用在第 8 章中讨论。 ICEA 标准包括了这些护套的厚度。
10. 5. 7 常规文献
大量的标准文献可以提供有用的信息， 如参考文献 [2- 5， 7- 11， 13， 15， 17- 24]。