現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有多條生產(chǎn)線能生產(chǎn)110KV及以上的超高壓交聯(lián)電纜，各廠的金屬套結(jié)構(gòu)不全類同。不同金屬套各有其特征，用戶首要必需對(duì)金屬套的功用要有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解，按各自的條件進(jìn)行選擇。仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智，本文對(duì)各種類型金屬套的功用和特征作個(gè)闡述。此文僅起一個(gè)拋磚引玉的效果，希各供電系統(tǒng)能介紹運(yùn)用不同金屬套電纜的經(jīng)驗(yàn)，使制作部門了解用戶觀點(diǎn)與需求。
1.金屬套的種類
金屬套有二大功用：1隔水效果：避免XLPE絕緣接觸到水分發(fā)生水樹(shù)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(wěn)定性好。按生產(chǎn)工藝可分為三大類：擠包無(wú)縫金屬套、縱向焊縫金屬套和綜合護(hù)套等。選用的資料又有鉛、鋁、銅和不銹鋼等。金屬套的品種、制作、結(jié)構(gòu)和特征如下：
金屬套品種 制作和結(jié)構(gòu) 特征
無(wú)縫鉛套 由連續(xù)壓鉛機(jī)擠包無(wú)縫連續(xù)鉛套 鉛的化學(xué)功用穩(wěn)定，耐腐蝕。
無(wú)縫波紋鉛套 由連續(xù)或非連續(xù)壓鋁機(jī)擠包鋁套及軋波紋 電纜分量輕，鋁的化學(xué)功用較活潑，外護(hù)套損壞后鋁套易穿孔，外徑較大。
焊縫波紋鋁套 鋁板卷包用焊機(jī)焊接后再軋 同上，但有縱向焊縫。
焊縫波紋銅套 銅板卷包用焊機(jī)焊接后再軋紋 有縱向焊縫，外徑較大。
焊縫波紋不銹鋼 不銹鋼板卷包用焊機(jī)焊接后再軋紋 有縱向焊縫，熱穩(wěn)定容量比波縱銅套低，外徑較大。
綜合護(hù)套 鋁箔PE復(fù)合膜縱向搭蓋卷包熱風(fēng)焊接 電纜分量輕，鋁箔作防水層，用銅絲屏蔽滿足熱穩(wěn)定。
以上6種金屬套都有杰出的徑向防水層，但內(nèi)在質(zhì)量、應(yīng)用特性和制作利息各不相同?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)除波紋銅套和不銹鋼套外都有生產(chǎn)，對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的4類品種功用論述如下。
2.鋁套
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)能制作鉛套交聯(lián)電纜的大廠都有以連續(xù)壓鉛機(jī)生產(chǎn)鉛套的才干。鉛套交聯(lián)電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，縱向防水功用好，鉛的化學(xué)穩(wěn)定性耐腐性好，缺點(diǎn)是分量重。
鉛合金的熔化溫度約300℃，壓鉛機(jī)的模座擠出溫度260℃。螺桿連續(xù)壓鉛機(jī)上制作的鉛套是一個(gè)無(wú)夾灰、無(wú)縫、內(nèi)壁潤(rùn)滑的連續(xù)鉛管。鉛的蠕變功用好，結(jié)構(gòu)尺度設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)須在鉛套與線芯之間留有間隙，交聯(lián)絕緣膨脹時(shí)能撐大鉛套而絕緣表面依然平坦?jié)櫥?。因?yàn)榻宦?lián)絕緣的膨脹系數(shù)比金屬大約一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而各類波紋金屬套內(nèi)必需留有足夠的膨脹間隙。如無(wú)間隙或間隙不夠大，絕緣膨脹后會(huì)在絕緣表面留下波紋的凹痕，這會(huì)影響電纜的電氣功用。型式試驗(yàn)中經(jīng)過(guò)20個(gè)熱循環(huán)后，如電纜芯表面呈波紋狀，電纜的沖擊裕度不高。因?yàn)殂U套內(nèi)壁無(wú)需設(shè)計(jì)間隙，結(jié)構(gòu)較緊密。因而鉛套交聯(lián)電線的縱向防水功用比任何一種波紋金屬套電纜都好。
鉛的電阻系數(shù)是鋁的7.8倍，鉛套要滿足技術(shù)條件中的短路熱穩(wěn)定要求，鉛套的截面必需比鋁套的大得多。各供電系統(tǒng)選用短路熱穩(wěn)定指標(biāo)都比實(shí)際大了許多，主要是零序短路持續(xù)的時(shí)間太長(zhǎng)，而實(shí)際上僅幾個(gè)周波。這指標(biāo)是系統(tǒng)定的對(duì)電纜技術(shù)人員來(lái)說(shuō)無(wú)權(quán)變卦。上海在220KV工程中要求50KA 2秒，選用鉛套電纜時(shí)要在鉛套下加銅絲屏蔽，選用波紋鋁套要加厚。85年的引進(jìn)中，曾有一工程將國(guó)外加厚的波紋鋁套充油電纜與國(guó)產(chǎn)鉛套充油電纜(沒(méi)有銅絲屏蔽)對(duì)接，國(guó)外制作廠說(shuō)：假如發(fā)生短路時(shí)鉛套電纜的鉛套會(huì)熔化了實(shí)際上自七十年代以來(lái)的國(guó)產(chǎn)超高壓鉛套充油電纜和近年選用鉛套交聯(lián)電纜都沒(méi)有發(fā)生過(guò)鉛套熔化的毛病。主要是現(xiàn)在系統(tǒng)的短路容量沒(méi)有這么大，短路繼續(xù)時(shí)間不可能達(dá)到2秒?，F(xiàn)各大供電系統(tǒng)都己編制了電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定”其間對(duì)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繼續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于0.2秒(以上海電網(wǎng)為例)如執(zhí)行這項(xiàng)技術(shù)條件將使超高電纜的金屬套結(jié)構(gòu)趨向合理，有利于下降電纜的造價(jià)。
選擇用螺桿式連續(xù)壓鉛機(jī)生產(chǎn)的鉛套，不存在因鉛套夾灰構(gòu)成鉛套上有砂眼問(wèn)題。螺桿式壓鉛機(jī)從熔鉛爐底部取鉛擠包，鉛的氧化物和各種雜質(zhì)比重較鉛小得多，都會(huì)浮在熔融鉛液表面不可能擠包在電纜上。即運(yùn)用水壓機(jī)式非連續(xù)壓鉛機(jī)也能生產(chǎn)質(zhì)量?jī)?yōu)良的鉛套，關(guān)鍵是生產(chǎn)工藝。上海電力系統(tǒng)中有數(shù)百公里單芯鉛套充油電纜，其間大部份是上海生產(chǎn)，用水壓機(jī)式非連續(xù)壓鉛機(jī)生產(chǎn)的鉛套占很大份額，這些電纜在20多年
運(yùn)行中沒(méi)有發(fā)生過(guò)鉛套漏油的毛病。產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)鍵在于工藝辦理和工廠裝備。鉛套的徑向阻水功用與鋁套比較不只毫不遜色，且能勝于鋁套。
同規(guī)格超高壓鉛套電纜比鋁套電纜重得多，一般說(shuō)要重60%至90%當(dāng)前超高壓電纜的敷設(shè)已不再是人背肩扛的施工辦法了敷設(shè)中要嚴(yán)格操控電纜的側(cè)壓力，只要選用卷?xiàng)顧C(jī)加履帶輸送機(jī)辦法施工才華把握敷設(shè)張力和操控好電纜側(cè)壓力。當(dāng)選用敷設(shè)機(jī)械施工時(shí)，鉛套和鋁套的分量之差異已無(wú)足輕重。施工中要量體裁衣設(shè)計(jì)一些機(jī)具籍以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，施工中克服了一些困難，日后運(yùn)行中能得到安全運(yùn)行回報(bào)。萬(wàn)一運(yùn)行中外護(hù)套破損后因?yàn)殂U套耐腐蝕，金屬套不會(huì)很快穿孔構(gòu)成進(jìn)水。鉛套交聯(lián)電纜的敷設(shè)時(shí)比鋁套交聯(lián)電纜柔軟，鉛套電纜在接頭作業(yè)中可直接搪鉛比較便利。
鉛的比重為11.34鋁的4.2倍，鉛套原材料的利息要比鋁套大的多。以110KV1630平方毫米電線為例作一對(duì)比：鉛套厚度為4mm鋁套為2mm每米鉛套電纜中，鉛的分量是鋁套電纜中鋁分量的7.5倍。按99年同期的市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，鉛的質(zhì)料每噸價(jià)格雖是鋁的34％，而鉛鉗套內(nèi)鉛質(zhì)料利息價(jià)是鋁的2.5倍。如技術(shù)條件中對(duì)短路繼續(xù)時(shí)間提了過(guò)長(zhǎng)的要求時(shí)，設(shè)計(jì)鉛套的熱穩(wěn)定中要添加銅絲屏蔽，會(huì)使兩種金屬套的質(zhì)料利息相差更大。招標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)中，如生產(chǎn)鉛套交聯(lián)電纜的制作廠以鋁套交聯(lián)電纜相同單價(jià)或略高的價(jià)格參予與鋁套交聯(lián)電纜競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是合算的
鉛套交聯(lián)電纜是不會(huì)被鋁套交聯(lián)電纜所替代。陸上電纜中各有特征及利害，直埋及排管敷設(shè)中宜優(yōu)先考慮選擇鉛套電纜。海底高壓交聯(lián)電纜必需選用鉛套，海纜錨損等外力破壞機(jī)率十分高，一旦護(hù)層損傷后又難以修補(bǔ)。鋁套海底電纜如受外力破壞后，主絕緣及金屬套尚無(wú)缺，但鋁護(hù)層在海水中很快會(huì)穿孔，必定會(huì)下降運(yùn)用壽命。這是海纜不選用鋁套的原因。
3．無(wú)縫波紋鋁套
波紋鋁套交聯(lián)電纜最大的優(yōu)點(diǎn)是分量輕和短路熱穩(wěn)定容量大。短路電流繼續(xù)時(shí)間稍長(zhǎng)的系統(tǒng)中，一般規(guī)范厚度鋁套即能滿足要求，如計(jì)算中熱穩(wěn)定不夠時(shí)可將鋁套少加厚一些就能滿足技術(shù)要求，無(wú)需選用添加銅絲屏蔽，比鉛套簡(jiǎn)單。用壓鋁機(jī)擠包的鋁套機(jī)械功用與密封性都很好。
鋁套電纜分量比鉛套輕得多，敷設(shè)中怎么用人力搬、抬、扛、移電纜時(shí)要比鉛套電纜省力，很受敷設(shè)工人歡迎。
波紋鋁套結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)于六七十年代，當(dāng)時(shí)的高壓電纜主要是充油電纜。充油電纜設(shè)計(jì)中選用波紋鋁套后有許多優(yōu)點(diǎn)：省掉了鉛套的徑向加強(qiáng)帶；螺旋形波紋構(gòu)成外油道使充油電纜的瞬態(tài)壓降明顯減小，線路設(shè)計(jì)中能放長(zhǎng)供油段的長(zhǎng)度，可減少塞止接頭數(shù)量；當(dāng)時(shí)的鋁價(jià)比現(xiàn)在價(jià)格低得多，與鉛銅價(jià)之比也廉價(jià)得多。因而在一些國(guó)家陸上充油電纜中以波紋鋁套替代了鉛套，經(jīng)濟(jì)上及技術(shù)上都有很大好處。但是波紋鋁套交聯(lián)電纜的螺旋形波紋使電纜不具有縱向阻水功用，電線設(shè)計(jì)中假如使其也能縱向阻水而減小了間隙會(huì)下降電氣功用，好像得不償失。
鋁在元素周期表中的原子序數(shù)是13而鉛是82鋁是化學(xué)功用很活潑的金屬。運(yùn)行中遇到外力破壞損傷了外護(hù)層或外護(hù)層在支架上被棱破了鋁套很快會(huì)被腐蝕穿孔而構(gòu)成進(jìn)水。
鋁的熔點(diǎn)658℃，壓鋁機(jī)擠包時(shí)模座溫度約為500℃。比較鉛套的擠包溫度要高了許多，為此鋁套內(nèi)應(yīng)有銅絲編織玻璃絲帶或半導(dǎo)電阻水帶避免絕緣屏蔽被燙傷。壓鋁機(jī)有連續(xù)壓制與非連續(xù)壓制二類。不連續(xù)的加鋁錠時(shí)要停頓一段時(shí)間，對(duì)交聯(lián)電纜芯不甚有利。新老鋁錠在壓鋁機(jī)內(nèi)雖能結(jié)組成一體，鋁套表面仍有接縫可見(jiàn)，但對(duì)鋁套抗位強(qiáng)度沒(méi)有影響。應(yīng)該說(shuō)連續(xù)的比不連續(xù)的好。
壓鋁機(jī)系是一精細(xì)設(shè)備造價(jià)很高，壓鋁套的生產(chǎn)工序及工藝也較復(fù)雜，壓鋁機(jī)生產(chǎn)鋁套的能耗和工耗較高，金屬套的生產(chǎn)利息也就較高了
電纜允許承受的側(cè)壓力與絕緣品種有關(guān)，不以金屬套種類而定。國(guó)外一些權(quán)威性手冊(cè)上推薦的數(shù)據(jù)如下表所示。波紋鋁管的抗壓強(qiáng)度雖比鉛管高，但電纜在敷設(shè)時(shí)的張力是導(dǎo)體線芯上，彎曲處的側(cè)壓力由導(dǎo)體向絕緣、金屬套及護(hù)層傳遞，由轉(zhuǎn)角滑輪承受推力。其間最易受機(jī)械力影響的絕緣，以絕緣承受力來(lái)決定電纜承受的側(cè)壓力是合理的
電纜種類 允許側(cè)壓力(N/m
油紙絕緣電纜
擠包絕緣電纜 3000
3000
鋁套電纜在裝置中有喜有憂。分量輕是敷設(shè)工人最受歡迎之點(diǎn)，但其柔軟性不如鉛套。自電纜盤上放下的鋁套高壓交聯(lián)電纜外端必需用校直機(jī)整直了才華牽引。敷設(shè)過(guò)程中為操控電線的側(cè)壓力及牽引力，現(xiàn)都用卷?yè)P(yáng)機(jī)加屜帶輸送機(jī)辦法施工，因而端部的牽引力不大，電纜經(jīng)過(guò)彎曲處后鋁套電纜不易自行變直，轉(zhuǎn)彎處不如鉛套電纜順暢。裝置各類附件中，鋁套上不能直接搪鉛，先要在鋁的表面鍍鋅錫合金及搪底鉛后才干搪鉛。搪底鉛操作對(duì)人員的工藝水平要求較高，罕見(jiàn)瑕疵會(huì)構(gòu)成電纜進(jìn)水。大型工程中要鋸線封端和裝置牽引端的工作量不少，尤其在排管中敷設(shè)。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后用氬弧焊機(jī)焊成形。氬弧焊機(jī)的造價(jià)不能與昂貴的壓鋁機(jī)比較，設(shè)備價(jià)低后還貸利息及折舊費(fèi)等進(jìn)入產(chǎn)品利息也就少了且焊縫鋁套生產(chǎn)工耗與能耗都比無(wú)縫鋁套低。焊縫鋁套生產(chǎn)利息低是最大的特點(diǎn)。
鋁的熔點(diǎn)658℃，鋁的熔融加工溫度約700一750℃，電弧的溫度就更高了焊接過(guò)程中，焊縫二側(cè)的鋁扳受熱后會(huì)引起鋁的金相結(jié)構(gòu)變化，使鋁套的機(jī)械功用在圓周上不均勻。敷設(shè)牽引中受力后會(huì)發(fā)生會(huì)集變形。實(shí)際工程中曾發(fā)生過(guò)此現(xiàn)象。某地工程中敷設(shè)雙回110KVXLPE電纜，一回是無(wú)縫鋁套，另一回路是焊縫鋁套，運(yùn)用同樣的施工辦法，無(wú)縫的圓整杰出，有縫的鋁套變了形呈橢圓狀，這反映了二種電纜內(nèi)在質(zhì)量有差異。敷設(shè)中電纜變形與操控側(cè)壓力有關(guān)，敷設(shè)前分段計(jì)算張力及側(cè)壓力并選用適當(dāng)辦法，電線是不會(huì)變形的
支聯(lián)電纜因質(zhì)料的膨脹系數(shù)相差甚大，使其熱機(jī)械功用變得很復(fù)雜。焊縫處700℃左右高溫，焊縫對(duì)側(cè)的鋁套處于很低的溫度。使交聯(lián)絕緣承受一次不均勻加熱的過(guò)程。電纜在運(yùn)行中是由里熱到外，壓鋁套或壓鉛套時(shí)是由外熱到里，滿是一個(gè)均勻?qū)ΨQ受熱過(guò)程。焊縫鋁套在生產(chǎn)過(guò)程中的不均勻受熱過(guò)程使電纜內(nèi)的熱機(jī)械性變得更為復(fù)雜。焊縫鋁套只能選用單面平焊，這在焊接工藝中是最單薄的焊接辦法，規(guī)范中以軟鋁抗拉強(qiáng)度的90％(54MP2來(lái)查核焊縫強(qiáng)度。
焊縫鋁套設(shè)計(jì)時(shí)常以減少間隙來(lái)達(dá)到電纜能縱向阻水的意圖正如前述，這會(huì)下降沖擊裕度，得不償失。做縱向阻水試驗(yàn)時(shí)除了滿足在5分鐘內(nèi)注滿水外，灌水過(guò)程中還應(yīng)模擬實(shí)際工況。電纜如安裝在浸滿水的電纜溝或工井內(nèi)發(fā)生擊穿時(shí)，金屬套上會(huì)構(gòu)成一個(gè)敝開(kāi)的洞，水馬上向二側(cè)滲透，不會(huì)讓水膨脹帶有一個(gè)初膨脹的過(guò)程。此外，間隙過(guò)小也會(huì)構(gòu)成附件裝置時(shí)剝除鋁套的困難，不被接頭工人所歡迎。
焊縫鋁套與無(wú)縫鋁套比較除了有鋁套的共性外，尚有其特性。焊縫鋁套是一種有用的徑向防水層，但其內(nèi)在質(zhì)量與無(wú)縫鋁套不同且生產(chǎn)的利息不同，價(jià)格上應(yīng)有差異。一般說(shuō)二者之間的價(jià)差可達(dá)到二位數(shù)的百分?jǐn)?shù)，具體價(jià)差在引進(jìn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制中能找到合理價(jià)位。
5．波紋的波形
鋁套的波紋形狀與工藝問(wèn)題在國(guó)內(nèi)設(shè)有專題研討過(guò)，新制訂的規(guī)范中也沒(méi)有規(guī)定，各廠之間的差異不小。這幾年引進(jìn)了不少各國(guó)生產(chǎn)的波紋鋁套交聯(lián)電纜。其外觀、波形、波長(zhǎng)及波幅等參數(shù)及其與電纜芯外徑之關(guān)系是可供參考及借鑒。對(duì)此作一番調(diào)研后可作為制訂用戶規(guī)范或招標(biāo)技術(shù)文件的依據(jù)。此外，允許彎曲半徑及側(cè)壓力也有類似問(wèn)題。
波形在交聯(lián)電纜中遍及選用螺旋形波紋，其缺點(diǎn)是無(wú)阻水功用。圓環(huán)形(又稱竹節(jié)形)波紋對(duì)交聯(lián)電纜而吉比螺旋形更合適些，較易阻撓水份縱向滲透。
鋁套的波紋形狀沒(méi)有定型之前，應(yīng)選用檢測(cè)鋁套的縱向抗拉強(qiáng)度來(lái)監(jiān)視軋紋的質(zhì)量。
6．綜合護(hù)套
綜合護(hù)套交聯(lián)電纜具有分量輕尺度小和造價(jià)低的特點(diǎn)，可在零序短路容量不大的系統(tǒng)中運(yùn)用；短路容量大的系統(tǒng)內(nèi)需加銅絲屏蔽，造價(jià)上的優(yōu)勢(shì)罕見(jiàn)遜色。國(guó)產(chǎn)的綜合護(hù)套110KV交聯(lián)電線最早用于杭州，自92年以來(lái)運(yùn)行記錄杰出。上海在地鐵一期工程中引進(jìn)德國(guó)的這類電纜用于直埋及排管的線路中，德國(guó)產(chǎn)品的阻水層選用水膨脹粉，不必阻水帶。
綜合護(hù)套的金屬箔作徑向阻水是有用的阻水層。其抗外力破壞及外護(hù)套穿孔后的耐腐蝕效果是軟弱的綜合護(hù)套用于外力破壞機(jī)率較小的地道及排管線路中有其造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)。分量輕對(duì)水電站的高落差工程也有其獨(dú)特之處。
7.結(jié)論
1各種金屬套各有其特點(diǎn)，都能用作超高壓交聯(lián)電纜的徑向阻水層，不同的金屬套各有其特點(diǎn)。各有其適用性。選擇金屬套的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)按各自的運(yùn)用條件、施工習(xí)慣和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)量體裁衣的選用；
2不同的電纜結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝中，般說(shuō)無(wú)縫金屬套比有縫的好，連續(xù)的比不連續(xù)的好；
3電纜的內(nèi)在質(zhì)量不同和生產(chǎn)利息不同，電纜的價(jià)格上應(yīng)有明顯的差別；
4電纜的質(zhì)量由導(dǎo)體、屏蔽、絕緣、金屬套和外護(hù)層等各部件的綜合質(zhì)量而決定，金屬套的質(zhì)量?jī)H是其間一個(gè)部份。
