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超高壓交聯電纜如何選用各種金屬護套
作者:管理員    發布於:2013-10-28 15:42:27    文字:【】【】【
摘要:昆明電線電纜
此文僅起一個拋磚引玉的作用,希各供電係統能介紹使用不同金屬套電纜的經驗,使製造部門了解用戶觀點與需求。

  1.金屬套的種類

  金屬套有二大功能:(1)隔水作用:防止XLPE絕緣接觸到水分產生水樹技,金屬套是電纜的徑向防水層;(2)能承受零序短路電流熱穩定性好。按生產工藝可分為三大類:擠包無縫金屬套、縱向焊縫金屬套和綜合護套等。采用的材料又有鉛、鋁、銅和不鏽鋼等。金屬套的品種、製造、結構和特征如下:

  金屬套品種製造和結構特征

  無縫鉛套由連續壓鉛機擠包無縫連續鉛套鉛的化學性能穩定,耐腐蝕。

  無縫波紋鉛套由連續或非連續壓鋁機擠包鋁套及軋波紋電纜重量輕,鋁的化學性能較活潑,外護套損壞後鋁套易穿孔,外徑較大。

  焊縫波紋鋁套鋁板卷包用焊機焊接後再軋同上,但有縱向焊縫。

  焊縫波紋銅套銅板卷包用焊機焊接後再軋紋有縱向焊縫,外徑較大。

  焊縫波紋不鏽鋼不鏽鋼板卷包用焊機焊接後再軋紋有縱向焊縫,熱穩定容量比波縱銅套低,外徑較大。

  綜合護套鋁箔PE複合膜縱向搭蓋卷包熱風焊接電纜重量輕,鋁箔作防水層,用銅絲屏蔽滿足熱穩定。

  以上6種金屬套都有良好的徑向防水層,但內在質量、應用特性和製造成本各不相同。目前國內除波紋銅套和不鏽鋼套外都有生產,對國內生產的4類品種性能闡述如下。

  2.鋁套

  目前國內能製造鉛套交聯電纜的大廠都有以連續壓鉛機生產鉛套的能力。鉛套交聯電纜內部結構緊密,縱向防水性能好,鉛的化學穩定性耐腐性好,缺點是重量重。

  鉛合金的熔化溫度約300℃,壓鉛機的模座擠出溫度260℃。在螺杆連續壓鉛機上製造的鉛套是一個無夾灰、無縫、內壁光滑的連續鉛管。鉛的蠕變性能好,結構尺寸設計時無須在鉛套與線芯之間留有間隙,交聯絕緣膨脹時能撐大鉛套而絕緣表麵仍然平整光滑。由於交聯絕緣的膨脹係數比金屬大約一個數量級,因此各類波紋金屬套內必須留有足夠的膨脹間隙。如無間隙或間隙不夠大,在絕緣膨脹後會在絕緣表麵留下波紋的凹痕,這會影響電纜的電氣性能。在型式試驗中經過20個熱循環後,如電纜芯表麵呈波紋狀,電纜的衝擊裕度不高。由於鉛套內壁無需設計間隙,結構較緊密。因此鉛套交聯電線的縱向防水性能比任何一種波紋金屬套電纜都好。

  鉛的電阻係數是鋁的7.8倍,鉛套要滿足技術條件中的短路熱穩定要求,鉛套的截麵必須比鋁套的大得多。各供電係統采用短路熱穩定指標都比實際大了很多,主要是零序短路持續的時間太長,而實際上僅幾個周波。這指標是係統定的,對電纜技術人員來說無權變更。上海在220KV工程中要求50KA2秒,采用鉛套電纜時要在鉛套下加銅絲屏蔽,選用波紋鋁套要加厚。在85年的引進中,曾有一工程將國外加厚的波紋鋁套充油電纜與國產鉛套充油電纜(沒有銅絲屏蔽)對接,國外製造廠說:“如果發生短路時鉛套電纜的鉛套會熔化了”,實際上自七十年代以來的國產超高壓鉛套充油電纜和近年采用鉛套交聯電纜都沒有發生過鉛套熔化的故障。主要是目前係統的短路容量沒有這麽大,短路持續時間不可能達到2秒。現各大供電係統都己編製了“電網若幹技術原則的規定”,其中對110KV以上電力電纜的金屬套或金屬屏蔽層要求能承受單相短路電流的持續時間應不小於0.2秒(以上海電網為例)。如執行這項技術條件將使超高電纜的金屬套結構趨向合理,有利於降低電纜的造價。

  選擇用螺杆式連續壓鉛機生產的鉛套,不存在因鉛套夾灰形成鉛套上有砂眼問題。螺杆式壓鉛機從熔鉛爐底部取鉛擠包,鉛的氧化物和各種雜質比重較鉛小得多,都會浮在熔融鉛液表麵不可能擠包在電纜上。即使用水壓機式非連續壓鉛機也能生產質量優良的鉛套,關鍵是生產工藝。上海電力係統中有數百公裏單芯鉛套充油電纜,其中大部份是在上海生產,用水壓機式非連續壓鉛機生產的鉛套占很大比例,這些電纜在20多年運行中沒有發生過鉛套漏油的故障。產品質量關鍵在於工藝管理和工廠裝備。鉛套的徑向阻水功能與鋁套相比不僅毫不遜色,且能勝於鋁套。

  同規格超高壓鉛套電纜比鋁套電纜重得多,一般說要重60%至90%。當前超高壓電纜的敷設已不再是人背肩扛的施工方式了。敷設中要嚴格控製電纜的側壓力,隻有采用卷楊機加履帶輸送機方法施工才能掌握敷設張力和控製好電纜側壓力。當采用敷設機械施工時,鉛套和鋁套的重量之差異已無足輕重。在施工中要因地製宜設計一些機具籍以減輕勞動強度,在施工中克服了一些困難,在日後運行中能得到安全運行回報。萬一運行中外護套破損後由於鉛套耐腐蝕,金屬套不會很快穿孔造成進水。鉛套交聯電纜的敷設時比鋁套交聯電纜柔軟,鉛套電纜在接頭作業中可直接搪鉛比較方便。

  鉛的比重為11.34是鋁的4.2倍,鉛套原材料的成本要比鋁套大的多。以110KV1×630平方毫米電線為例作一對比:鉛套厚度為4mm,鋁套為2mm;在每米鉛套電纜中,鉛的重量是鋁套電纜中鋁重量的7.5倍。按99年同期的市場價格計算,鉛的原料每噸價格雖是鋁的34%,而鉛鉗套內鉛原料成本價是鋁的2.5倍。如技術條件中對短路持續時間提了過長的要求時,在設計鉛套的熱穩定中要增加銅絲屏蔽,會使兩種金屬套的原料成本相差更大。在招標競爭中,如生產鉛套交聯電纜的製造廠以鋁套交聯電纜相同單價或略高的價格參予與鋁套交聯電纜競爭,對用戶來說是合算的。

  鉛套交聯電纜是不會被鋁套交聯電纜所取代。在陸上電纜中各有特征及利弊,在直埋及排管敷設中宜優先考慮選擇鉛套電纜。海底高壓交聯電纜必須采用鉛套,海纜錨損等外力破壞機率非常高,一旦護層損傷後又難以修理。鋁套海底電纜如受外力破壞後,主絕緣及金屬套尚完好,但鋁護層在海水中很快會穿孔,必然會降低使用壽命。這是海纜不采用鋁套的原因。

  3.無縫波紋鋁套

  波紋鋁套交聯電纜最大的優點是重量輕和短路熱穩定容量大。在短路電流持續時間稍長的係統中,一般標準厚度鋁套即能滿足要求,如計算中熱穩定不夠時可將鋁套少加厚一些就能滿足技術要求,無需采用增加銅絲屏蔽,比鉛套簡單。用壓鋁機擠包的鋁套機械性能與密封性都很好。

  鋁套電纜重量比鉛套輕得多,在敷設中如何用人力搬、抬、扛、移電纜時要比鉛套電纜省力,很受敷設工人歡迎。

  波紋鋁套結構開發於六七十年代,在當時的高壓電纜主要是充油電纜。充油電纜設計中采用波紋鋁套後有很多優點:省略了鉛套的徑向加強帶;螺旋形波紋構成外油道使充油電纜的瞬態壓降明顯減小,在線路設計中能放長供油段的長度,可減少塞止接頭數量;當時的鋁價比目前價格低得多,與鉛銅價之比也便宜得多。因此在一些國家陸上充油電纜中以波紋鋁套取代了鉛套,在經濟上及技術上都有很大好處。然而波紋鋁套交聯電纜的螺旋形波紋使電纜不具有縱向阻水功能,在電線設計中如果使其也能縱向阻水而減小了間隙會降低電氣性能,似乎得不償失。

  鋁在元素周期表中的原子序數是13,而鉛是82,鋁是化學性能很活潑的金屬。在運行中遇到外力破壞損傷了外護層或外護層在支架上被棱破了,鋁套很快會被腐蝕穿孔而造成進水。

  鋁的熔點658℃,壓鋁機擠包時模座溫度約為500℃。相比鉛套的擠包溫度要高了很多,為此鋁套內應有銅絲編織玻璃絲帶或半導電阻水帶防止絕緣屏蔽被燙傷。壓鋁機有連續壓製與非連續壓製二類。不連續的在加鋁錠時要停頓一段時間,對交聯電纜芯不甚有利。新老鋁錠在壓鋁機內雖能結合成一體,在鋁套表麵仍有接縫可見,但對鋁套抗位強度沒有影響。應該說連續的比不連續的好。

  壓鋁機係是一精密設備造價很高,壓鋁套的生產工序及工藝也較複雜,壓鋁機生產鋁套的能耗和工耗較高,金屬套的生產成本也就較高了。

  電纜允許承受的側壓力與絕緣品種有關,不以金屬套種類而定。國外一些權威性手冊上推薦的數據如下表所示。波紋鋁管的抗壓強度雖比鉛管高,但電纜在敷設時的張力是在導體線芯上,在彎曲處的側壓力由導體向絕緣、金屬套及護層傳遞,由轉角滑輪承受推力。其中最易受機械力影響的是絕緣,以絕緣承受力來決定電纜承受的側壓力是合理的。

  電纜種類允許側壓力(N/m)

  油紙絕緣電纜

  擠包絕緣電纜3000

  3000

  鋁套電纜在安裝中有喜有憂。重量輕是敷設工人最受歡迎之點,但其柔軟性不如鉛套。自電纜盤上放下的鋁套高壓交聯電纜外端必須用校直機整直了才能牽引。在敷設過程中為控製電線的側壓力及牽引力,現都用卷揚機加屜帶輸送機方法施工,因此端部的牽引力不大,在電纜經過彎曲處後鋁套電纜不易自行變直,在轉彎處不如鉛套電纜順暢。在安裝各類附件中,鋁套上不能直接搪鉛,先要在鋁的表麵鍍鋅錫合金及搪底鉛後才能搪鉛。搪底鉛操作對人員的工藝水平要求較高,少有瑕疵會造成電纜進水。在大型工程中要鋸線封端和安裝牽引端的工作量不少,尤其在排管中敷設。鋁套電纜不被接頭工人所歡迎。

  4.焊縫波紋鋁露

  焊縫鋁套由鋁板卷包後用氬弧焊機焊成形。氬弧焊機的造價不能與昂貴的壓鋁機相比,設備價低後還貸成本及折舊費等進入產品成本也就少了。且焊縫鋁套生產工耗與能耗都比無縫鋁套低。焊縫鋁套生產成本低是它最大的特點。

  鋁的熔點658℃,鋁的熔融加工溫度約700一750℃,電弧的溫度就更高了。在焊接過程中,在焊縫二側的鋁扳受熱後會引起鋁的金相結構變化,使鋁套的機械性能在圓周上不均勻。在敷設牽引中受力後會產生集中變形。實際工程中曾發生過此現象。在某地工程中敷設雙回110KVXLPE電纜,一回是無縫鋁套,另一回路是焊縫鋁套,使用同樣的施工方式,無縫的圓整良好,有縫的鋁套變了形呈橢圓狀,這反映了二種電纜內在質量有差異。敷設中電纜變形與控製側壓力有關,敷設前分段計算張力及側壓力並采用適當措施,電線是不會變形的。

  支聯電纜因原料的膨脹係數相差甚大,使其熱機械性能變得很複雜。焊縫處700℃左右高溫,焊縫對側的鋁套處於很低的溫度。使交聯絕緣承受一次不均勻加熱的過程。電纜在運行中是由裏熱到外,壓鋁套或壓鉛套時是由外熱到裏,全是一個均勻對稱受熱過程。焊縫鋁套在生產過程中的不均勻受熱過程使電纜內的熱機械性變得更為複雜。焊縫鋁套隻能采用單麵平焊,這在焊接工藝中是最單薄的焊接方式,在標準中以軟鋁抗拉強度的90%(54MP2)來考核焊縫強度。

  焊縫鋁套設計時常以減少間隙來達到電纜能縱向阻水的目的,正如前述,這會降低衝擊裕度,得不償失。做縱向阻水試驗時除了滿足在5分鍾內注滿水外,在注水過程中還應模擬實際工況。電纜如安裝在浸滿水的電纜溝或工井內發生擊穿時,金屬套上會形成一個敝開的洞,水立刻向二側滲透,不會讓水膨脹帶有一個初膨脹的過程。此外,間隙過小也會造成附件安裝時剝除鋁套的困難,不被接頭工人所歡迎。

  焊縫鋁套與無縫鋁套相比除了有鋁套的共性外,尚有其特性。焊縫鋁套是一種有效的徑向防水層,但其內在質量與無縫鋁套不同且生產的成本不同,在價格上應有差異。一般說二者之間的價差可達到二位數的百分數,具體價差在引進市場競爭機製中能找到合理價位。

  5.波紋的波形

  鋁套的波紋形狀與工藝問題在國內設有專題研究過,在新製訂的標準中也沒有規定,各廠之間的差異不小。這幾年引進了不少各國生產的波紋鋁套交聯電纜。其外觀、波形、波長及波幅等參數及其與電纜芯外徑之關係是可供參考及借鑒。對此作一番調研後可作為製訂用戶標準或招標技術文件的依據。此外,允許彎曲半徑及側壓力也有類似問題。

  波形在交聯電纜中普遍采用螺旋形波紋,其缺點是無阻水性能。圓環形(又稱竹節形)波紋對交聯電纜而吉比螺旋形更合適些,較易阻止水份縱向滲透。

  在鋁套的波紋形狀沒有定型之前,應采用檢測鋁套的縱向抗拉強度來監視軋紋的質量。

  6.綜合護套

  綜合護套交聯電纜具有重量輕尺寸小和造價低的特點,可在零序短路容量不大的係統中使用;在短路容量大的係統內需加銅絲屏蔽,在造價上的優勢少有遜色。國產的綜合護套110KV交聯電線最早用於杭州,自92年以來運行記錄良好。上海在地鐵一期工程中引進德國的這類電纜用於直埋及排管的線路中,德國產品的阻水層采用水膨脹粉,不用阻水帶。

  綜合護套的金屬箔作徑向阻水是有效的阻水層。

  其抗外力破壞及外護套穿孔後的耐腐蝕作用是脆弱的。綜合護套用於外力破壞機率較小的隧道及排管線路中有其造價低的優勢。重量輕對水電站的高落差工程也有其獨特之處。

  7.結論

  (1)各種金屬套各有其特點,都能用作超高壓交聯電纜的徑向阻水層,不同的金屬套各有其特點。各有其適用性。在選擇金屬套的結構時應按各自的使用條件、施工習慣和運行經驗因地製宜的選用;

  (2)在不同的電纜結構和生產工藝中,—般說無縫金屬套比有縫的好,連續的比不連續的好;

  (3)電纜的內在質量不同和生產成本不同,在電纜的價格上應有明顯的差異;

  (4)電纜的質量由導體、屏蔽、絕緣、金屬套和外護層等各部件的綜合質量而決定,金屬套的質量僅是其中一個部份。

 
 
 
 
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