南方新闻 / NEWS

架空绝缘电缆技术及应用

一、架空绝缘电缆概况 

我国 60 年代,低压 380V 架空线路采用橡皮线(BX 系列),这种电线的绝缘层寿命不 到 2 年,后来采用塑胶线(BV 系列),寿命可延长到 8 年左右,仍不能令人满意。实际上 这两种电线作为裸电线处理。80 年代前,我国 10kV 线路还采用裸线架设,随着城市建 设和电网发展,安全问题日趋严峻,频频发生触电身亡事故。此次电网改造要求 380V 配 电距离不超过半公里,10kV 不超过 15 公里,综合线损率降到 10%以下,电压合格率达 到 90%以上。 

二、材料和结构

 1. 导体 农村、山区和林区的电网改造,有部分需要采用架空绝缘电缆,尤其是林区更为重 要,裸线输电是引起森林火灾的原因之一,美国有确切的报道。农、山、林区的电杆跨 度较大,电线拉力要求高,一般硬铝还不能符合要求,为避免增设大量电杆,可发展钢 芯铝绞线芯架空绝缘电缆,国家标准中虽未列入此产品,但可制定企业标准,导体一般 可用现有钢芯铝绞线结构,特殊要求可适当加强。 

2. 绝缘 低压 1kV 架空绝缘电缆标准规定有三种绝缘材料,即交联聚乙烯、高密度聚乙烯、 聚氯乙烯,中压 10-35kV 架空绝缘电缆标准规定二种绝缘材料,即交联聚乙烯和高密度 聚乙烯。 

A、聚氯乙烯绝缘有较多的缺点:①工作温度 70℃,短路温度 130℃;②耐气候性能 差,寿命较短,一般为 10 年,即便是优质黑色聚氯乙烯绝缘,寿命也只有 15 年左右, 这与电网要求运行 40 年以上, 差距很大;③聚氯乙烯架空绝缘电缆运行一定时间后, 绝缘 和导体的结合力会减小,在热胀冷缩过程中,绝缘会在电缆纵向产生不均匀收缩,尤其 在金具附近更为严惩,最后绝缘产生裂口,这种损坏的时间比自然老化时间短得多,实 际上已发生过这种事故;④聚氯乙烯的体积电阻率偏低, 介电常数偏大, 产品电性能不佳。

 B、黑色交联聚乙烯克服了上述缺点:①工作 90℃,短路温度铜芯为 250℃,铝芯为 200℃;②在正常情况下,耐气候老化寿命可超过 40 年。但是必须注意,如果电缆料配方 中碳黑粒径、含碳黑量、碳黑分散度不符合规定时,会影响耐气候老化寿命;③交联聚乙 烯为热固性材料,与导体结合稳定,电缆长期运行中基本收缩不均匀的情况很少发生。 但是电缆工艺不正常时,会使成品热延伸不合格或剩余伸长率负值较大,也可能使热收 缩试验不合格,因此对每批产品应加强热收缩和热延伸检验;④交联聚乙烯密度约 0.92, 产品重量增加有限。 C、黑色高密度聚乙烯优点是比重小,价格低,机械和电气性能好,工作温度为 75~ 80℃,挤塑工艺方便,不失为实用的架空绝缘电缆材料。缺点是热塑性材料,短路温度 较低,不允许过载,材料比较硬,施工不便。 总的来说,电网改造低压线路不宜采用聚氯乙烯绝缘架空电缆,高压线路更应严禁 采用聚氯乙烯绝缘。城市电网改造应首先采用交联聚乙烯绝缘架空电缆,农村、山区和 林区可选用交联聚乙烯和高密度聚乙烯绝缘架空电缆。

 三、各种交联方法对质量的影响 架空绝缘电缆可用干法交联、蒸汽交联、硅烷交联、辐照交联等方法。关于投资、 材料、加工等因素影响成本的关系,已有大量报道。

但用户关心的是各种方法对电缆质 量的如何,以下扼要地叙述: 

1. 干法交联过程中,电缆温度较高,这是绝缘交联的工艺条件,过高的温度使导体 退火,架空绝缘电缆的导体有拉力试验考核指标,退火后使铝导体拉力不合格,由于产 品拉力为型式试验和抽样试验项目,有时会忽略而漏检。工厂也可以降低交联温度,则 交联线速度势必放慢,影响电缆生产率。 

2. 蒸汽交联从表面上看,似乎水分较多,用户担心降低电性能,甚至会产生水树, 实际上架空绝缘电缆处于半绝缘状态工作,电场梯度很低,这些水从或微孔,不会影响 电缆正常工作和寿命。 3. 硅烷交联表面光洁度稍差,但不会影响电缆耐漏电痕迹性能。如果硅烷交联电缆 工艺不当,发生先期交联,造成表面粗糙,对耐电痕迹试验有影响。严格地说,耐电痕 迹试验不应单判断漏电流超标,还应看漏电痕迹的严重程度。 

4. 辐照交联电缆产品表面最为光洁,在电缆制造过程中虽多次弯曲,只要弯曲半径 足够大,不会对电缆质量产生影响,这对中、小规格架空绝缘电缆用辐照交联是有利的。 刚制造好的辐照交联聚乙烯电缆,其耐电压水平稍低,这是剩余电荷的作用,属于正常 情况,经过一段时期储存后能恢复到常规水平,当然配方的改进能有效地消除这个现象, 曾有一时用户对此产品有所怀疑,经多年来使用证明,辐照交联聚乙烯架空绝缘电缆运 行是可靠的,疑点也逐步消除。

 5. 无论哪种交联工艺,在挤塑技术方面应当要求相同,对 10kV 架空绝缘电缆的屏 蔽和绝缘必需一次挤成,就是说必须用 1+1 或 2 层共挤,若屏蔽和绝缘分二次挤出,则 不能保证质量。 

四、耐候性试验 几年来常有人提问耐候性试验与寿命的关系,其实,标准中规定的耐候性并不能推 算出实际寿命,有人问是否 42 天表示寿命为 42 年,当然没有根据,这项试验只是一定 程度上相对比较耐候性能的好坏。寿命试验需有设计方案,用大量试验数据推导,才能 得到基本寿命数量级有一点是基本公认的,优质黑色高密度聚乙烯通过多年运行经验和 寿命试验推导,可相信寿命能达 40 年以上。黑色交联聚乙烯材料从理论上分析,其耐气 候性能应比黑色高密度聚乙烯优良,国外研究报道黑色交联聚乙烯寿命,在一般自然条 件下达到 50 年以上,耐候性试验虽然不能代表寿命,但黑色交联聚乙烯寿命也是相当长的。


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