高压交联聚乙烯绝缘电缆的选择

高压交联聚乙烯绝缘电缆的选择 1 引言

交联聚乙烯绝缘电力电缆由于具有良好的电气性能等一系列优点，被广泛得到使用。其制造技术从低压到高压，从小截面到大截面，从普通结构到阻燃，从过氧化物交联、硅烷交联到辐照交联均已日趋成熟。上世纪80年代末，沈阳电缆厂用2+2悬链工艺制造出我国第一根100kV交联电缆，90年代初上海电缆厂开始用立式交联工艺生产10kV交联电缆，郑州电缆（集团）股份有限公司在试制成功110kV交联电缆后，1996年首次用立式全干法工艺生产的220kV交联电缆通过两部鉴定，填补国内空白，相继已有十多条生产线具备高压交联电缆的生产条件。实际上国内高压交联电缆的应用还要超前于电缆的制造。可以说高压交联电缆的批量使用促进了制造行业的技术进步，而制造技术和工艺装备的发展又不断满足了电力工业的需要。目前，国产110kV和220kV高压交联电缆的制造技术已基本接近当代世界先进水平。在进一步加强企业内部管理，稳定产品质量，合理选择电缆种类和参数，提高与整个线路相关的技术水平的前提下，高压交联电缆线路的安全性、可靠性、经济性就会不断提高。本文就选择高压交联电缆有关问题作初浅的探讨。

2 高压交联电缆的导体

高压交联电缆的导体与其他电力电缆一样，分为铜导体和铝导体，选择导体截面和导体材料主要考虑两个因素，其一是载流量，其二是允许通过的短路电流。影响载流量的因素分别为损耗即导体损耗、绝缘损耗、金属屏蔽层损耗和铠装层损耗，热阻以及电缆敷设方式和环境条件。在电缆敷设方式、环境条件和护层结构一定的前提下，电缆的载流量和短路电流的大小取决于导体直流电阻，也就是取决于导体的材料和导体的截面积。显然，铜的电阻率比铝的电阻率小得多，而且铜导体还具有接触电阻小、机械强度高、弯曲性能好等优点，紧压圆型绞合导体的表面质量明显优于铝导体。但是铝的密度小，对于相同直流电阻的铜、铝导体来说，铝导体的重量不到铜导体重量的50%，价格也比铜导体便宜，铝导体电缆与铜导体电缆相比具有明显的经济性。表1列出了铜、铝导体电缆的载流量和短路电流。 表 表1 电缆的短路电流

标称截面（mm） 载流量 （A） 短路电流 （KA） （1s）

注：电缆为YQL02，110kV，敷设条件为：直埋、平行敷设，土壤热阻系数1.2K·m/W，环境温度25℃，敷设深度1m。

Cu Al Cu/Al Cu Al Cu/Al

2

240 551 428 1.287 34.8 23.0 1.513

300 622 484 1.285 43.3 28.7 1.512

400 710 555 1.279 57.8 38.2 1.513

500 841 635 1.324 72.2 47.7 1.514

630 918 726 1.264 90.9 60.0 1.515

800 1031 828 1.253 115.3 76.1 1.515

从表1可以看出，相同截面积铜芯电缆的载流量是铝芯电缆的1.3倍，短路电流是铝芯电缆的1.5倍。由此可以认为，只要铝芯电缆价格低于铜芯电缆的1.5倍，从经济角度考虑应选择铝芯电缆。从表1可以看出，铝芯电缆的载流量和短路电缆均高于截面与之小两档的铜芯电缆。只要铝芯电缆的价格低于与之小两档的铜芯电缆的价格，选择铝芯电缆的工程费用就低。需要说明的是，铝导体焊接必须采用氩弧焊。其技术国内尚不成熟，缺乏施工和运行经验。 3 金属屏蔽层和金属护套

高压交联电缆的金属屏蔽或金属护套种类较多 ，有铅套、皱纹铝套、皱纹铜套、皱纹不锈钢铜套和铝塑综合护套。除皱纹不锈钢套外，国内能生产各种金属护套的高压交联电缆。铅套电缆的优点是柔软、弯曲性能、密封性和耐腐蚀性好，便于敷设、也便于电缆附件的安装，适合用于防水、防潮以及防腐蚀性要求较高的场合。缺点是机械强度低，抗蠕变性差，不适合用在震动或正压力较大的情况下。另外铅的密度大、直流电阻率高，允许通过的短路电流小。皱纹铝套的优点是机械强度高，直流电阻小，允许通过的短路电流大，见表 2。由于铝的密度小，使得电缆的重量明显小于铅套，见表3。与铅套相比铝套电缆的缺点是电缆外径大，装盘长度短，耐腐蚀性差，不易弯曲，在电缆附件安装过程中封焊比较困难。 表2 金属套允许通过的短路电流

标称截面（mm） 短路电流 （KA）

注：表中各型号电缆均为铜芯交联聚乙烯电缆，电压为110kV，其中铝套厚度为2.0mm，铅套厚度为3.4mm。不同的是其护套或外护套材料的不同，例如YJV为聚氯乙烯（PVC）护套；YIQ02为铅护套；YJLW02为皱纹铝护套PVC外护套。 表3 铅套、铝套电缆的重量

标称截面（mm） 重量 （kg/km）

YJQ02 YJLW02 YJLQ02 YJLLW02

22

240 15.4 19.4 57.8

300 15.3 19.7 58.4

400 15.2 19.9 58.8

500 15.2 20.4 60

630 15.0 20.8 63.5

800 15.0 24.9 69.6

YJV YJQ02 YJLW02

240 14233 7905 12711 6383

300 15060 8617 13135 6692

400 15948 9415 13487 6954

500 17332 10655 14171 7495

630 21340 14053 16156 9961

800 26181 17510 19549 10878

注：表中各型号电缆的额定电压均为110kV，铝套厚度为2.0mm，铅套厚度为3.4mm，型号的含义与表1相同，不同的是：YJLQ02、YJLLW02均采用铝导电线芯。 铝塑综合护套电缆除其外径小，重量略轻于皱纹铝套电缆外，没有其他优点，缺点

是密封性差。因为铝塑复合带本身厚度薄，一般在0.15～0.20mm左右，而且接缝处不可避免地存在缺陷；另外由于铝塑复合层与外护套之间的摩擦系数较小，电缆在敷设过程中容易起皱，甚至会产生破裂。这种结构的电缆不适用于直接埋地或湿度较大的环境条件。

皱纹铜套电缆与铅套电缆相比重量轻，允许通过的短路电流大，与皱纹铝套电缆相比几乎不存在优点。而且在焊接过程中焊弧对焊缝的自动跟踪性差，一旦焊弧漂移，轻则出现缝隙，重则当焊缝两侧熔融状态的铜不能接合在一起时，必然向铜套内侧滴淌，并在内壁形成铜柱。可见皱纹铜套的焊接工艺不易控制，焊缝质量不易保证。铝套与铜套不同，其焊接过程中，焊弧的自动跟踪性能良好，不会出现焊弧漂移，焊缝质量能够得到保证。