浅析/架空绝缘电缆技术

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，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******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******。
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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