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[架空電纜] 關(guān)于低壓架空絕緣電纜選型的探討
P:2008-03-27 08:21:58
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當(dāng)前﹐低壓電網(wǎng)改造工程已經(jīng)激活。低壓架空絕緣電纜可選用何種電纜料﹐選擇哪種好﹐看法不一。針對這種情況﹐從穩(wěn)定提高電網(wǎng)工程品質(zhì)﹐使之經(jīng)得起歷史考驗(yàn)原則出發(fā)﹐通過總結(jié)長期研究經(jīng)驗(yàn)﹐進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析﹐提出在低壓架空絕緣電纜中選用的聚乙烯﹐如果不交聯(lián)﹐還不如選用耐候型聚氯乙烯好的結(jié)論。 1、引言1kV及以下架空絕緣電纜用電纜料一般有三種﹕耐侯型聚氯乙烯﹑聚乙烯﹑交聯(lián)聚乙烯。選用哪種電纜合適﹐是當(dāng)今電網(wǎng)改造和建設(shè)中值得研究的問題。 這三種電纜料﹐如果單純從技術(shù)性能看﹐最優(yōu)者當(dāng)屬交聯(lián)聚乙烯﹐其次是耐候型聚氯乙烯﹐再次是聚乙烯。由于交聯(lián)聚乙烯價(jià)格太高﹐它只能用在特殊要求場合﹐所以﹐最常用的場合應(yīng)首選耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交聯(lián)）聚乙烯還不如采用耐候型聚氯乙烯﹐對于這種認(rèn)識形成的緣由﹐我想先回顧親身研制經(jīng)歷再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析﹐本著實(shí)事求是認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度與同行們進(jìn)行討論。 2、低壓電網(wǎng)絕緣化的歷史回顧2.1國外早期開發(fā)情況 日本是在1961年開始開發(fā)架空絕緣電纜的﹐據(jù)1976年日本九家電力公司統(tǒng)計(jì)﹐低壓架空絕緣線纜已敷設(shè) 101,00km﹐電網(wǎng)絕緣化率達(dá)到76％。低壓架空電纜料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型）﹐也有采用聚乙烯的﹐但多是交聯(lián)聚乙烯。美國在1971年就制定了70℃~0℃600 V的架空絕緣線纜國家標(biāo)準(zhǔn)﹐低壓網(wǎng)多數(shù)使用耐候型聚氯乙烯電纜。瑞典﹑法國﹑芬蘭﹑德國等歐洲發(fā)達(dá)國家早在60年代初就開始研究生產(chǎn)架空絕緣電纜﹐并且在金具研究方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)﹐使群群組裝件逐漸系列化。對我國架空絕緣電纜的金具開發(fā)起到了重要借鑒作用。2.2國內(nèi)低壓架空絕緣電纜的開發(fā) 遼寧沉陽地區(qū)對低壓架空絕緣電纜的開發(fā)在全國是比較早的。1983年我隨同沉陽市科委群群組織的技術(shù)考察團(tuán)去日本考察﹐在日本城鄉(xiāng)看到電網(wǎng)絕緣化程度很高﹐低壓電網(wǎng)見不到裸電線﹐多半是黑色耐候型聚氯乙烯絕緣電纜。日本專家說﹐在低壓架空絕緣電纜中﹐聚乙烯如果不交聯(lián)﹐還是耐候型聚氯乙烯電纜好。我們到日本吉野川電線株式會社聚氯乙烯絕緣電纜料生產(chǎn)車間參觀﹐我特意帶回電纜料樣品回國。經(jīng)剖析后﹐會同哈爾濱電工學(xué)院及撫順?biāo)芰弦粡S等三家聯(lián)合研制。用近兩年時(shí)間于1986年研制成功。由撫順?biāo)芰弦粡S生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯電纜料﹐沉陽電線廠生產(chǎn)架空聚氯乙烯絕緣電纜﹐經(jīng)省級鑒定認(rèn)為達(dá)到了國際同類產(chǎn)品水準(zhǔn)（日本JIS3340－1980（OW）型﹐德國 DIN47720－1970NFYW型）。從1986年開始﹐沉陽電業(yè)局及遼寧省城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)開始大量敷設(shè)耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜﹐為我國電網(wǎng)絕緣化工作起到了率先垂范作用。與此同時(shí)﹐這項(xiàng)工作也受到東北電管局﹑省農(nóng)電局領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)同志的重視﹐積極在低壓網(wǎng)推廣應(yīng)用耐候型聚氯乙烯絕緣線纜。所以遼寧是全國較早開發(fā)較多應(yīng)用架空聚氯乙烯絕緣電纜省份之一。到了80年代末﹐全國電線電纜行業(yè)形成了架空絕緣電纜生產(chǎn)熱。上海電纜研究所于1990年參考各地企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)﹐編寫了國家標(biāo)準(zhǔn)GB12527－90。根據(jù)實(shí)踐。作者先后在1986年和1988年的《電線電纜》雜志上發(fā)表論文﹐重點(diǎn)闡述了耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜的研制與應(yīng)用情況。 1986年~998年12年期間低壓架空絕緣電纜技術(shù)雖然逐步成熟并推向全國﹐但由于在重發(fā)電輕用電思想指導(dǎo)下﹐電力資金很少用到電網(wǎng)改造上﹐電網(wǎng)絕緣化水準(zhǔn)仍然很低﹐電網(wǎng)改造工作任重而道遠(yuǎn)。1998年夏秋之交﹐國家才把電力資金使用重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)改造和建設(shè)上﹐從而迎來了電網(wǎng)改造工程和建設(shè)的巨大發(fā)展﹐牽動了電線電纜行業(yè)等相關(guān)配套行業(yè)的大發(fā)展﹐積累了十多年制造低壓架空絕緣電纜經(jīng)驗(yàn)和能力的各生產(chǎn)企業(yè)得以有用武之地。 3、低壓架空絕緣電纜當(dāng)前應(yīng)首選耐侯型聚氯乙烯絕緣三種低壓架空絕緣電纜料﹐從經(jīng)濟(jì)技術(shù)全面分析來看﹐交聯(lián)聚乙烯在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件不十分寬裕情況下﹐用在特別重要場合比較合適。關(guān)于其它兩種電纜料﹕耐候型聚氯乙烯和聚乙烯﹐建議當(dāng)前應(yīng)首選耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料﹐其主要理由如下。3.1耐侯型聚氯乙烯絕緣電線電纜已有30年架空執(zhí)行的歷史架空絕緣電纜與其它電纜電纜相比最突出的特點(diǎn)是耐大氣老化﹐這一點(diǎn)是一般電線電纜不具備的。大氣老化因素很苛刻﹐最主要因素是太陽光紫外線﹐其它因素有雨﹑雪﹑冰雹﹑風(fēng)沙﹑高溫﹑低溫﹑煙霧﹑鳥糞﹑化學(xué)物質(zhì)﹑樹干枝葉摩擦﹑風(fēng)力搖擺等機(jī)械外力。長期暴露在太陽光下﹐紫外線對高分子材料破壞力很強(qiáng)﹐易出現(xiàn)分子鏈切斷﹑表面變色和龜裂等現(xiàn)象。如不采取有效措施﹐高分子材料是很難抵抗大氣因素常年累月侵襲破壞的。 耐大氣老化性能如何﹐除了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工氣候老化試驗(yàn)外﹐最有信服力的是長期架空敷設(shè)執(zhí)行實(shí)踐驗(yàn)證。在我國只有耐候型聚氯乙烯絕緣電纜架空敷設(shè)歷史最長﹐并且沒有發(fā)現(xiàn)變色和龜裂現(xiàn)象﹐所以可放心使用。 機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所李養(yǎng)珠進(jìn)階工程師早在60年代就從事電線電纜大氣老化性能試驗(yàn)研究工作。她于1968年在哈爾濱太陽島﹑齊齊哈爾市和海南島等具有代表性地方﹐把各種顏色的聚氯乙烯絕緣電線電纜敷設(shè)在太陽光下﹐并一直定期觀察測試﹐發(fā)現(xiàn)黑色聚氯乙烯絕緣電線耐候性最好﹐沒有變色龜裂﹐敷設(shè)16年后的1984年﹐她編寫了一份極有價(jià)值的"橡塑布電線定點(diǎn)執(zhí)行試驗(yàn)研究報(bào)告"﹐并在《電線電纜》雜志上發(fā)表﹐為我國架空絕緣電纜正確選擇材料提供了十分重要的實(shí)踐根據(jù)。 我們所從事的架空絕緣電纜的研究工作是在上述的試驗(yàn)研究工作成果的啟發(fā)下進(jìn)行的﹐特別是通過1983年去日本技術(shù)考察后﹐了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯絕緣電纜的實(shí)際應(yīng)用情況﹐使我們對耐候型聚氯乙烯絕緣電纜更增強(qiáng)了信心。我們在過去所開發(fā)的耐候型聚氯乙烯電纜料在配方上做了兩點(diǎn)重大改進(jìn)﹐都是針對提高耐大氣老化性能而采取的﹐比文獻(xiàn)到中所述的聚氯乙烯絕緣電線電纜耐大氣老化性能更好。這種性能的提高標(biāo)志著時(shí)代在進(jìn)步。 撫順?biāo)芰弦粡S自1986年以來﹐已累計(jì)生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料18,00t﹐用戶遍及東北﹑華北。其中包括黑龍江省最北部邊境地區(qū)﹑青島沿海地帶﹑山西內(nèi)陸等多風(fēng)沙地區(qū)。通過十多年使用實(shí)踐證明從未發(fā)生老化變色龜裂等品質(zhì)問題。 聚乙烯存在著環(huán)境應(yīng)力開裂問題﹐這是因?yàn)榫垡蚁┐嬖趦?nèi)應(yīng)力﹐會隨著使用環(huán)境條件變化而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。當(dāng)采用熔融指數(shù)為2.0的聚乙烯作電纜護(hù)套時(shí)﹐在電纜彎曲半徑較小﹐并接觸到一些諸如洗滌劑﹑化學(xué)試劑﹑肥皂水等化學(xué)物質(zhì)時(shí)﹐常會使護(hù)套發(fā)生開裂。 為改善聚乙烯耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能﹐應(yīng)采用熔融指數(shù)O.3以下﹐分子量分布不太寬的中密度聚乙烯。聚乙烯還有一個(gè)特點(diǎn)﹕在擠出時(shí)﹐熔融指數(shù)越大越易擠出﹐工藝溫度寬﹐但不耐環(huán)境應(yīng)力開裂﹔相反﹐熔融指數(shù)越小越不好擠出﹐表面易粗糙﹐但耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能優(yōu)。所以﹐在選料時(shí)一定要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)選用熔融指數(shù)小的聚乙烯﹐不能為了順利擠出而選用熔融指數(shù)偏大的聚乙烯料﹐萬一聚乙烯絕緣架空電纜表面出現(xiàn)環(huán)境應(yīng)力開裂現(xiàn)象﹐將會嚴(yán)重?fù)p壞電網(wǎng)工程品質(zhì)﹐影響極壞。 交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化性能好。這是由于它的分子結(jié)構(gòu)所決定的。由于交聯(lián)過程把聚乙烯分子的線性狀態(tài)通過交聯(lián)劑搭橋變成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)﹐大分子鏈間上下左右緊密聯(lián)結(jié)在一起﹐增強(qiáng)了抵抗外力破壞的能力﹐再加上光屏蔽劑和抗氧劑等作用﹐我們就不再擔(dān)心交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化能力。 有人認(rèn)為中高壓電纜用交聯(lián)聚乙烯﹐那幺低壓電纜最好用聚乙烯﹐這種認(rèn)識是不妥的。因?yàn)楦邏弘娎|用的聚乙烯是交聯(lián)聚乙烯﹐與聚乙烯有本質(zhì)區(qū)別。聚乙烯除了存在耐環(huán)境應(yīng)力開裂問題外﹐還存在不可忽視的機(jī)械強(qiáng)度低﹑軟化溫度低﹑受熱易變形﹑阻燃性能不好等問題。3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔軟﹑機(jī)械強(qiáng)度高﹑耐磨性好低壓電線電纜絕緣設(shè)計(jì)原則主要考慮絕緣的機(jī)械性能。我們所研究的對象是低壓電網(wǎng)用電線電纜﹐機(jī)械性能好壞應(yīng)是絕緣料性能的重點(diǎn)。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔軟﹑機(jī)械強(qiáng)度高﹑耐磨性好﹐從這點(diǎn)出發(fā)應(yīng)首選聚氯乙烯。GB12527－90標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定﹐聚氯乙烯張強(qiáng)度為12.5MPa。撫順?biāo)芰弦粡S聚氯乙烯電纜料抗張強(qiáng)度實(shí)測值達(dá)到20 MPa左右。聚乙烯抗張強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定10MPa﹐低于聚氯乙烯﹐實(shí)測值只有14MPa左右﹐比聚氯乙烯實(shí)測值低很多。在實(shí)際使用中電工都有明顯感覺。在架設(shè)線路中．電纜在地上托時(shí)﹐聚氯乙烯電纜不易被托破和起毛﹐而聚乙烯則相反﹐容易被托破和起毛。在與金具接觸承受壓力以及樹干枝葉接觸摩擦?xí)r﹐聚氯乙烯由于機(jī)械強(qiáng)度高而不易被壓壞和磨壞。平時(shí)我們用指甲在聚氯乙烯電纜表面不易劃出溝痕﹐而聚乙烯由于強(qiáng)度低﹐很容易用指甲劃出溝痕﹐這足以敘述聚乙烯機(jī)械強(qiáng)度低。3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好 聚氯乙烯燃燒時(shí)去掉火源后很快會自熄﹐而聚乙烯則不能﹐會繼續(xù)燃燒下去﹐這是因?yàn)榫勐纫蚁┓肿又泻宣u族氯原子﹐所以能阻燃。據(jù)介紹東北某一農(nóng)村低壓電網(wǎng)不慎起火。火源撲滅后﹐絕緣電纜卻繼續(xù)漫延燃燒﹐燒壞了不少塑料大棚﹐引起了民事糾紛﹐經(jīng)查絕緣電纜材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃劑是有一定難度的﹕一是提高成本﹐二是兼容性差﹐降低絕緣性能。在GB12527－90標(biāo)準(zhǔn)中只對阻燃性能好的聚氯乙烯絕緣電纜規(guī)定了不延燃性要求﹐而對另兩種阻燃性能不好的電纜（聚乙烯﹑交聯(lián)聚乙烯）沒有此項(xiàng)要求。這一點(diǎn)在修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)予以考慮。3.4聚氯乙烯比聚乙烯軟化溫度不﹐過教能力強(qiáng)聚氯乙烯軟化溫度﹕160℃～180℃﹐過載能力比聚乙烯要強(qiáng)很多﹐聚乙烯軟化溫度﹕110℃～125℃。當(dāng)電路過載時(shí)溫度上升﹐聚乙烯首先軟化變形﹐導(dǎo)致絕緣破壞﹐特別是在與金具接觸以及其它受到壓力的地方更容易蠕變而發(fā)生事故。3.5關(guān)于絕緣性能聚乙烯用到10kV以上中高壓電纜中可更大發(fā)揮絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)﹐而在1kV及以下低壓電線電纜中聚氯乙烯絕緣能力是足夠的﹐國內(nèi)外1kV及以下低壓電線電纜絕緣材料除橡皮外絕大多數(shù)是聚氯乙烯﹐而聚乙烯多用于通信電纜和中高壓電纜。3.6關(guān)于耐水性能從塑料材料總體看﹐耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分類中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能雖然很好﹐但相比之下﹐不如聚乙烯。然而在幾百伏的低壓電網(wǎng)中聚氯乙烯的耐水性是足夠的。這是因?yàn)榈蛪杭芸战^緣電纜使用在空中﹐接觸水的機(jī)會不多﹐就連經(jīng)常接觸潮濕和水的農(nóng)用理地電纜（JB2171－85標(biāo)準(zhǔn)NLVV型）系列中都有聚氯乙烯絕緣電纜。難道用于低壓架空的絕緣電纜還能懷疑聚氯乙烯絕緣的耐水性能嗎？3.7關(guān)于耐低溫性能聚乙烯的耐低溫能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯絕緣電纜在實(shí)際使用十多年過程中被證明能適應(yīng)我國低溫地區(qū)環(huán)境﹐在黑龍江省邊境地區(qū)使用多年﹐很受歡迎﹐據(jù)反映從未發(fā)生低溫脆裂現(xiàn)象。這是因?yàn)槟秃蛐途勐纫蚁┡浞皆O(shè)計(jì)中已考慮到低溫問題。采取技術(shù)措施后﹐它已不同于一般聚氯乙烯﹐而是經(jīng)過外增塑改性的聚氯乙烯﹐所以能夠適應(yīng)我國北方低溫環(huán)境需要﹐北方多年敷設(shè)實(shí)踐也充分證明了這一點(diǎn)。3.8關(guān)于電纜料價(jià)格分析生產(chǎn)電纜企業(yè)選購電纜料以重量計(jì)價(jià)進(jìn)廠﹐而賣出電纜是以長度計(jì)價(jià)出廠﹐所以評價(jià)不同電纜料價(jià)格應(yīng)該采用體積價(jià)格法進(jìn)行比較才有可比性。所謂體積價(jià)格就是用電纜料的重量價(jià)格乘以其密度之積﹐乘積低者﹐敘述電纜料體積價(jià)格低。按上述方法計(jì)算出的當(dāng)前市場兩種電纜料體積價(jià)格相近。3.9對于低壓電網(wǎng)﹐聚氯乙烯的絕緣能力是足夠的應(yīng)該指出1kV及以下電網(wǎng)聚氯乙烯絕緣能力是足夠的。自50年代塑料線被逐步普及推廣以來﹐日常用電線除了橡皮線外幾乎都是聚氯乙烯電線﹐國內(nèi)外行業(yè)專家對低壓電纜選擇絕緣材料時(shí)從未懷疑過聚氯乙烯的絕緣能力。因?yàn)?0kV以上中高壓架空電纜采用的是交聯(lián)聚乙烯絕緣而要求低壓電網(wǎng)一定要用聚乙烯絕緣是缺乏全面分析的。 4、結(jié)論（1）低壓架空聚氯乙烯絕緣電纜通過理論分析和30多年長期敷設(shè)實(shí)踐證明﹐具有耐大氣老化性能好﹑機(jī)械強(qiáng)度高﹑耐托﹑耐磨﹑阻燃性好等優(yōu)點(diǎn)﹐絕緣能力及耐水性能等都能滿足低壓電網(wǎng)要求。因此﹐應(yīng)成為低壓電網(wǎng)改造用首選產(chǎn)品。（2）低壓架空交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)異的絕緣性能﹑機(jī)械性能﹑耐熱不變形性能。但由于價(jià)格高﹐建議在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件下﹐用在特殊要求場合下較為合適。（3）低壓架空聚乙烯絕緣電纜雖然具有優(yōu)異的絕緣性能﹐但機(jī)械性能低﹑阻燃性能不好﹑耐熱性差﹐特別是在耐環(huán)境應(yīng)力開裂方面還缺乏更長時(shí)間架空敷設(shè)考驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)積累﹐建議應(yīng)長期敷設(shè)試驗(yàn)研究后再考慮大面積推廣。在當(dāng)前看來﹐選用聚乙烯如果不交聯(lián)﹐還不如選用耐候型聚氯乙烯好。
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