地面上的高压输电线我们都见过,一些城市里也有电线杆。但是现在在许多地方,出于美学、安全和稳定的考虑,输电线往往走地下通道,地面上看不见。比如在德国,73%以上的中低压电缆是地下电缆。我国最早(1882年)用上电线杆的城市——上海也在2018年开始了架空线入地和合杆整治,把电缆埋入地下,或者进行美化。附近架空线入地后的上海“颜王”武康大楼@wikipedia。可是,你见过地下电缆吗?
你知道地面施工的时候,工人们是怎么把它们连起来的吗?实际上,这个过程堪比外科手术,而且看完让人浑身舒适。想到自家的电力就被现代科技这样保护着,有莫名的安全感呢!铺设地下电缆时用到的电缆盘地面上的高压电线主要是靠空气绝缘的。而且高高在上的高压输电线反而不需要沉重的多层保护,不然会增加电网铺设成本。但在地下铺设电缆,却需要考虑很多问题,比如如何防水和气腐蚀啊,防止啮齿动物来咬啊,防止地面的信号干扰啊。
所以,地下电缆往往需要穿好几层厚厚的衣服,它的制造和铺设成本也比电线杆这类的架空线路要高。我们来把地下电缆的贵重衣服一层层剥开来,看看它到底长什么样吧!地下电缆一般分成这几层。线芯(导体)裸体的电缆,就是线芯了。线芯是电缆的核心,是导电、输送电能的部分。线芯一般是用镀锡铜或者铝做的。至于为什么金属要被扭成一股一股的,这是因为这样缆线可以变得更为灵活,不容易被拗坏。
绝缘层线芯外面包着一层绝缘层,绝缘层是隔绝线芯和大地的部分。绝缘层的厚度取决于电压等级。常用的绝缘材料有浸油绝缘纸等。隔离层在绝缘层外面,还有一层隔离层。隔离层的主要功能是防水和防止气体,以及其他污染物渗入。隔离层材料有聚乙烯的,也有铝或铅的。在隔离层外面,是一层垫层。它是用来保护隔离层的,防止它被腐蚀或者受到机械伤害。垫层一般是用黄麻或粗麻布胶带做的。
铜编织套筒垫层往外,是一层铜编织套筒,它相当于一个法拉第笼,可以有效屏蔽外部的电磁干扰。金属铠装和垫层(白色)在铜编织套筒外面,是一层垫层和金属铠装层。金属铠装一般是电镀钢丝或钢条做的,它的主要功能是防止铺设缆线时的物理损伤。最外面一层叫做保护层,它的功能大家懂的,是用来保护金属铠装层不受环境腐蚀的。保护层(黑色)电缆的构造很复杂吗?
想想看,为了保护食物不沾地,我们发明了桌子;为了保护食物不碰桌子,我们又发明了盘子。为了保护食物不碰人手,我们还发明了餐具。人类就是这样深思熟虑的动物嘛。当然,根据电缆荷载和使用场景的不同,里面还有各种额外的七七八八的衣服。了解了电缆的构造,是时候看一看,两条电缆是怎么被扒拉掉秋裤连起来的了。
连接电缆(电缆中间接头)有很多方法,有时电缆是用热收缩套管和接头连接的,但是今天我们来介绍用树脂和接头连接高压电缆的方法。首先有技巧地撕开第一层外衣,也就是红色的保护层。露出了里面的银色的金属铠装层。扒拉掉金属铠装层后,露出了黑色的内护套。像剖鱼一样切开内护套。挖掉内护套下面白色的电缆填料,露出铜带屏蔽。铜带屏蔽是防止电缆电磁场泄漏的保护层,高压地下电缆一般需要这样的屏蔽。
按规格量好,然后去掉一段铜带屏蔽。铜带屏蔽下面是黑色的半导体层(防止局部放电——电晕放电的保护层)。去掉一段半导体层。这层灰色的物质是交联聚乙烯绝缘层。用特殊的工具去掉一段交联聚乙烯绝缘层。其实,连接电缆可能是比开挖掘机还讲究细致的技术活。要知道,为了分散电应力,防止击穿,电缆的削头是不能削成马蹄形的,要削成“铅笔头”的形状才行,而且误差不能超过2毫米,所以这个师傅的手艺是相当精致了。
现在,铜导线,以及电缆内部的一层层的“组织”也都层次分明地露出来了。套上待会儿要用的铜编织套筒。用同样的步骤处理另一个电缆。现在,用长得像章鱼脚的电缆接头连接两个线芯。现在,用一层半导电胶带缠绕在电缆接头和半导体层上。继续用绝缘胶带和防水胶带捆绑。接着,把法拉第笼——铜编织套筒拉在每个线芯上面。然后用恒压弹簧,就是这种银色的金属环固定好。然后再用防水胶带套几圈。用密封、减震的泡棉胶带包裹缆线。
在中央的位置放上一个注射阀。在末端开一个小口,用处待会儿你就知道了。然后就要注入绝缘和保护的树脂了。像挤牙膏一样,把液体注入电缆接线头里面。树脂从刚刚的小切口里流出来了,说明每一处都已经被浸润封闭了。把切口封住,等着树脂变硬就好啦。当当,电缆木乃伊大功告成!还有个可爱的肚脐呢。地下电缆的复杂保护操作令人陷入了沉思...电缆是把电从一个地方运到另一个地方的管道,人是把有机物从口腔运到的管道。
为了保护重要的管道,电缆长出了一层层功能复杂的保护套,而人长出了肌肉、骨骼、内脏、皮肤和脑子。但脑子却说它最重要?