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在电网中，电力电缆用于输电和配电，因而它需要满足输电、配电网络对电缆的要求，例如，能够承受电网的电压（包括工作电压、故障电压、雷电冲击电压、操作过电压），传输较大的功率，能够承载正常工作电流和故障情况下的电流，具有安装、敷设所需要的机械性能，相对较小的线路损耗，以及寿命长、成本低等。
电缆的绝缘承受着线路中的电压，电力电缆的绝缘材料应具备的主要性能如下 [1] ：
1）高的击穿场强（工频、脉冲、操作波）；
2）低的介质损耗角正切（tan δ ）；
3）高的绝缘电阻；
4）优良的耐树枝放电、局部放电性能；
5）具有一定的柔软性和机械性能；
6）绝缘性能长期稳定等。
常用的电力电缆绝缘有油浸纸绝缘、塑料绝缘、橡皮绝缘、气体绝缘，以及使用于低温环境的低温介质绝缘等。根据这些绝缘材料，电力电缆可分为纸绝缘电缆（黏性浸渍纸绝缘电力电缆、不滴流纸绝缘电力电缆、充油电力电缆等）、塑料绝缘电缆（交联聚乙烯绝缘电力电缆、聚乙烯绝缘电力电缆、聚丙烯绝缘电力电缆、聚氯乙烯绝缘电力电缆等）、橡皮绝缘电力电缆、压缩气体绝缘电力电缆、超导电力电缆等。
油浸纸绝缘电力电缆已经有超过100年的可靠运行经验。至今，除外力破坏外，纸绝缘电缆损坏的唯一原因仍然是由于普遍使用在该电缆外部的铅护套开裂或被腐蚀，使水分渗入电缆内部而导致的。由于纸绝缘电缆专业技术人员的缺乏，以及与聚合物绝缘电缆相比较大的介质损耗和较高的安装、维护费用，导致了人们更多地选择聚合物作为电力电缆的绝缘材料 [2] 。
油浸纸绝缘电力电缆包含黏性浸渍纸绝缘电缆和充油电缆。黏性浸渍纸绝缘电缆曾用于中低压交流传输，但目前仅用于最高直流电压等级的海底大功率传输应用。黏性浸渍纸绝缘电缆最高适用于直流500kV [3] ，充油电缆应用于高电压等级。
油浸纸绝缘电力电缆的绝缘为电缆纸和浸渍剂的混合绝缘。
电缆纸结构为层状结构，包括木纤维电缆纸和夹在两层木纤维电缆纸层间的塑料薄膜，构成复合纤维纸，如在两层木纤维电缆纸之间加入一层聚丙烯薄膜的聚丙烯复合纤维纸。加入的塑料薄膜材料的介质损耗低、介电常数小，因而可以提高电缆绝缘的击穿场强、降低电缆绝缘损耗。
黏性浸渍纸绝缘电缆包括普通黏性浸渍电缆和不滴流浸渍电缆。这两种电缆除浸渍剂不同外，结构是相同的，曾广泛用于35kV及以下电压等级。10kV及以下电压等级一般为多相绝缘线芯共用一个金属护套，金属护套通常采用金属铅护套。20～35kV电缆通常为分相铅（或铝）包结构，每一相绝缘线芯都有各自的金属护套，使绝缘中的电场分布只有径向而没有切向分量，以提高电缆的电气性能。两种电缆结构分别如图2-1和图2-2所示 [4] 。
黏性浸渍纸绝缘电缆所需的浸渍剂黏度高，在电缆工作温度范围内不流动或基本不流动，但在浸渍温度下浸渍剂应具有相当低的黏度，以保证浸渍充分。普通黏性浸渍剂即使在较低的工作温度下也会流动，当电缆敷设于落差较大的场合时，浸渍剂会从高端淌下，造成绝缘干涸，绝缘水平下降，甚至可能导致绝缘击穿。因此，普通黏性浸渍电缆不宜用于高落差的场合。
图2-1 ZQ2型10kV及以下电压等级、油浸纸绝缘电力电缆结构
图2-2 ZQ2型20～35kV电压等级、油浸纸绝缘分相铅包电力电缆结构
不滴流浸渍电缆的浸渍剂也属于黏性浸渍剂，但在电缆工作温度范围内，它不流动且能够成为塑性固体并具有较小的温度膨胀系数，以保证绝缘间形成气隙的可能性较小，因而可用于高落差场合。
由于黏性浸渍纸绝缘电缆在直流下的良好性能和使用长度几乎不受限制，因而在直流500kV海缆中得到应用，图2-3所示为黏性浸渍纸绝缘高压直流电缆 [3] 。
图2-3 黏性浸渍纸绝缘高压直流电缆
450kV Baltic电缆（左）150kV Gotland电缆（右）
充油电缆是利用补充浸渍原理来消除绝缘层中形成的气隙，以提高电缆工作场强的一种电缆结构。根据不同金属护层结构，充油电缆分为自容式充油电缆（电缆结构见图2-4和图2-5）和钢管充油电缆（电缆结构见图2-6） [4] 。自容式充油电缆一般在线芯的中心（有的在金属护套下）具有与补充浸渍设备（供油箱等）相连接的油道。钢管充油电缆一般由三根屏蔽的单芯电缆绝缘线芯置于无缝钢管内组成，没有中心油道。为了提高补充浸渍速度和防止油流产生过高的压降，充油电缆所采用的浸渍剂黏度较低，其中自容式充油电缆要求浸渍剂的黏度最低，而钢管充油式电缆则要求浸渍剂的黏度相对高得多，以保证电缆线芯拉入钢管时，浸渍剂不会大量从绝缘层流出。
图2-4 单芯自容式充油电缆结构
1—油道 2—导体 3—导体屏蔽 4—绝缘层 5—绝缘屏蔽 6—铅套 7—内衬层 8—加强层 9—外护层
图2-5 三芯自容式充油电缆结构
1—导体 2—导体屏蔽 3—绝缘层 4—绝缘屏蔽 5—油道 6—填料 7—钢丝编织层 8—铅套 9—内衬层 10—加强层 11—外护层
图2-6 钢管充油电缆结构
1—导体 2—导体屏蔽 3—绝缘层 4—绝缘屏蔽 5—半圆形滑丝 6—钢管 7—防腐层
近些年来，考虑到铅护套和浸渍液体对环境的影响，油浸纸绝缘电缆已经很少被使用。
聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）最早使用于电缆的绝缘是在20世纪早期，直到聚乙烯（Polyethylene，PE）和交联聚乙烯（Cross Linked Polyethylene，XLPE）发展起来前，PVC一直都被普遍应用在电缆的绝缘中，尤其是低电压等级的电缆。然而，与PE材料相比，PVC在击穿场强、老化特性、温度等级以及耐潮湿性能等方面的劣势迅速显现出来。另外，在运行中的PVC绝缘电缆也表现出了较高的事故率。因此，目前1kV以上等级的电力电缆已经不再使用PVC绝缘 [2] 。
PVC现在仍然作为1kV及以下低压电缆的绝缘材料之一，同时也是一种护套材料。然而，PVC在电缆绝缘中的应用正在广泛地被XLPE代替，在护套中的应用正在迅速被线性低密度聚乙烯（Linear Low Density Polyethylene，LLDPE）、中密度聚乙烯（Medium Density Polyethylene，MDPE）或者高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，HDPE）所代替。
PE是一种碳氢化合物，除碳和氢以外，不含有其他因素。与纸绝缘相比，聚乙烯材料具有成本低、击穿场强较高、介质损耗较低及加工性能、耐潮湿、耐化学腐蚀和低温特性良好等优点。但是，聚乙烯材料不具有良好的耐电痕性能，导致PE很容易被局部放电腐蚀以及被电晕烧蚀，而且在潮湿环境和电场共同作用下，易产生水树。PE电缆的导体运行温度（70～80℃）低于XLPE电缆的运行温度（90℃）。LDPE在20世纪90年代曾用于500kV电力电缆，但随后被XLPE替代。
XLPE是通过将LDPE和交联剂（如过氧化物）混合而制造的一种热固性材料。长链的PE分子在硫化过程中发生交联，从而形成XLPE，XLPE不仅具备同热塑性PE同样良好的电性能，还具备更好的耐热和机械性能。
XLPE绝缘电缆的最高导体工作温度为90℃，过载温度为140℃。XLPE绝缘电缆的短路温度可达250℃。XLPE具有极好的电介质特性，使得其可用于600V～500kV的电压范围内。目前广泛应用于低压、中压、高压及超高压电缆的绝缘。
XLPE电缆绝缘的生产过程中，在挤出机的交联区域，高温下绝缘材料中分解产生的气体副产品会在没有冷却固化的绝缘中形成气泡。为了抑制气泡的产生，挤出电缆绝缘必须维持在具有一定压力的管道内，直至冷却的电缆绝缘具有足够的强度。冷却过程必须缓慢进行，以释放其内应力。XLPE电缆在绝缘生产中的交联段、冷却段和应力松弛段的总长通常可达到上百米。中压交联电缆的绝缘生产通常采用悬链式交联生产线（Catenary Continuous Vuicanization，CCV），如图2-7 [2] 所示，其硫化管呈近似水平悬链形式，因而要求厂房有较长的长度。为了获得更小的绝缘偏心及更高的稳定性，高压及超高压交联电缆则更多采用垂直的立式交联生产线（Vertical Continuous Vulcanization，VCV），俗称立塔，如图2-8 [2] 所示，其硫化管为上下垂直形式，从而较好地避免了绝缘挤出后固化前呈熔融状态时重力带来的影响。为获得更高的生产效率，立式交联生产线厂房高度可达到100多米。
图2-7 CCV生产线示意图
图2-8 VCV生产线示意图
聚丙烯（Polypropylene，PP）熔点较高，有较高的击穿强度和体积电阻率，可以满足电缆在较高温度下运行的需求，但是PP材料具有很强的脆性和刚性，耐低温冲击性能和导热能力较差。通过材料性能的改良，可有效改善这些缺点。同时，与XLPE相比，PP具有可降解的优点，而不像XLPE难以降解，很好地解决了电缆绝缘回收处理环节中面临的环保问题。近些年来，PP电力电缆逐渐开始得到一定应用。
橡皮是最早用来制作电线、电缆绝缘的材料。橡皮在很大的温度范围内具有高弹性，对于气体、潮气、水分具有低渗透性、高化学稳定性和良好的电气性能。特别是橡皮的高弹性使橡皮电缆具有很好的弯曲性能，因此常被用来作为要求高柔软电缆（移动式机器用电缆，矿缆、船缆等）的绝缘材料。
丁苯橡胶（Styrene Butadiene Rubber，SBR）是丁二烯—苯乙烯共聚物，它的抗老化性能、耐热性、耐磨性、耐油性都比天然橡胶高，广泛用来代替天然橡胶制造电缆绝缘及一般护套橡皮。
丁基橡胶（Isobutylene Isoprene Rubber，IIR）是异丁烯和异戊二烯的共聚物，它比天然橡胶和SBR的耐电晕性能、抗老化性能、电气性能及耐湿性能更好，能用作较高电压和较重要电缆的绝缘。
乙丙橡胶（Ethylene Propylene Rubber，EPR）是一种由乙烯、丙烯（有时会有第三种单体）共聚而成的热固性材料，三种单体的共聚物称为三元乙丙橡胶（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM）。在柔软的共聚物中，添加一系列经过设计的填料，会使材料具备良好的热性能、挤出性能及电性能，多用于高压绝缘，其缺点是抗撕强度、耐油等性能较差。在较宽的温度范围内，EPR始终保持柔软，并且具有良好的耐电晕性能。然而，EPR材料的介质损耗明显高于XLPE。
在管道充气电缆中，充入气体作为电缆的绝缘。作为绝缘的气体一般要求具有高的击穿场强、化学稳定性和不燃性。通常作为电缆绝缘的气体为六氟化硫（SF 6 ）气和氮气（N 2 ）。六氟化硫具有高的热稳定性和化学稳定性，它在温度150℃条件下，不与水、酸、碱、卤素、氧、氢、碳、银、铜和绝缘材料起化学反应，在500℃以下不分解。SF 6 具有良好的绝缘性能和灭弧性能，在均匀电场中，它的击穿场强为空气或N 2 的2.3倍，在不均匀电场中约为3倍，在3～4个大气压下，它的击穿场强与一个大气压力下的变压器油相似 [1] 。
SF 6 管道充气电缆是在内外两个圆管之间充以一定压力（一般是0.2～0.5MPa）的SF 6 气体。内圆管（常用铝管或铜管）为导电线芯，由固体绝缘垫片（通常是环氧树脂浇注体）每隔一定距离支撑在外圆管内。外圆管既作为SF 6 气体介质的压力容器，又作为电缆的外护层。单芯结构的外圆管可用铝或不锈钢管，三芯结构的可用钢管。气体绝缘电缆的导体和护层结构有刚性和可挠性两种，分别如图2-9和图2-10所示。刚性结构电缆在工厂装配成长12～15m的短段，运至现场进行焊接。由于负荷和环境温度的变化会引起热收缩，因此在线路中要有导体和护层的抗伸缩连接。在长线路中，还应有隔离气体的塞止连接。管道充气电缆的电容小、介质损耗低、导热性好，因而传输容量较大，一般传输容量可达2000MVA以上，常用于大容量电厂的高压引出线、封闭式电站与架空线的连接线或在避免两路架空线交叉而将一路改为地下输电时。但管道充气电缆的尺寸较大，如电压等级为275～500kV的刚性管道充气电缆的外径在340～710mm之间，500kV三芯结构的外径可达1220mm。可挠性结构电缆的最大外径一般限制在250～300mm之间，以便于卷挠，但传输容量要比刚性的小很多，并且必须采用较高的气压（一般为1.5MPa左右），以保证足够的耐压强度。管道充气电缆的管道要清洁光滑，气体要经过处理，去除其中的自由导电粒子，以保证绝缘的电气强度。固体绝缘垫片要设计合理，以改善其电场分布，使电缆具有高的耐冲击电压性能 [4] 。
图2-9 刚性管道充气电缆结构图
图2-10 可挠性管道充气电缆结构图
SF 6 因具有强温室效应，大气寿命为3200年，且其全球变暖潜能值（Global Warming Potential，GWP）为CO 2 的23900倍，故被《京都议定书》列为严格限制使用的六种温室气体之一。针对SF 6 的替代技术，各国一直在持续研发中，陆续开发了C 4 F 7 N（C 4 ）、C 5 F 10 O（C 5 ）、HFO1234、HFO1336等。
随着超导技术的不断发展，出现了适用于液氮温区的高温超导材料，极大地降低了超导电缆的低温制冷费用。低温绝缘高温超导电缆以其大容量、低损耗等优点逐渐开始得到应用。超导电缆在安装敷设完成之后、通电运行之前，在电缆的低温杜瓦管内部充满液氮，超导导体、电缆绝缘、超导屏蔽均处于液氮中，电缆运行时绝缘处于液氮低温环境下（77K附近），由绝缘材料和液氮组成复合绝缘。常规电缆所采用的塑料绝缘材料在液氮环境下一般会因为温度过低致使内部应力过大，容易产生开裂，且低温下塑料绝缘材料塑性过低，无法弯曲，因而不能作为超导电缆的低温绝缘材料。橡胶材料也存在类似的问题，且介质损耗较大，也不能作为超导电缆的低温绝缘材料。PP复合纤维纸相比木纤维电缆纸在液氮中具有更低的损耗和更高的击穿场强，同时具有较好的浸渍性能，是目前超导电缆通常采用的低温绝缘材料。其他的低温绝缘材料还有聚酰亚胺薄膜、聚芳酰胺纤维纸、聚丙烯薄膜等。