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關(guān)于單芯鋼絲鎧裝電纜諸問題的探討
馬國(guó)棟 上海電纜研究所
1 問題的提出
通過試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)資料的分析以及搜集到的資料表明,單芯鋼絲鎧裝電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材和運(yùn)行合理性等諸多問題逐漸引起人們的關(guān)注。單芯鋼絲鎧裝電纜的鎧裝損耗越來越引起人們的關(guān)注,國(guó)內(nèi)采用單芯鋼絲鎧裝電纜給多處工程帶來麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。用戶關(guān)注的敏感性及重視程度遠(yuǎn)大于電纜制造廠對(duì)這一問題的思考。資料[1]中對(duì)這一問題進(jìn)行了論述并列舉了國(guó)內(nèi)敷設(shè)單芯鋼絲鎧裝電纜線路情況。并提出國(guó)內(nèi)單芯電纜鋼絲鎧裝采用隔磁結(jié)構(gòu)是與世不同的“怪”產(chǎn)品。應(yīng)該與國(guó)外接軌,取消銅絲隔磁結(jié)構(gòu)。
60年代中期敷設(shè)了上海過黃浦江電纜,選用意大利比瑞利的220kV充油鉛套PE護(hù)套鋁合金絲鎧裝,廠方采用非磁性鎧裝,消除鋼絲的磁損耗.能提高輸送容量。國(guó)外也有采用硬銅合金絲鎧裝(原文作者認(rèn)為采用非磁性鎧裝是一種誤導(dǎo))。60年代后期南京和安慶110KV充油單芯海纜工程曾設(shè)想生產(chǎn)非磁性鎧裝,因國(guó)內(nèi)沒有鋁合金絲產(chǎn)品,就改用銅絲隔磁設(shè)計(jì)。在鋼絲鎧裝中間均勻分布3到4根銅絲是單芯電纜外不形成閉合磁路。自從那時(shí)起至今國(guó)產(chǎn)超高壓?jiǎn)涡竞@|全部采用隔磁結(jié)構(gòu)鎧裝。(這是否起源于我國(guó)有待于考證-摘錄者自言)。
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文章又列舉幾個(gè)引進(jìn)工程,1987年廣東虎門220KV充油鉛套PE護(hù)套鋼絲鎧裝PLP外護(hù)層海纜。由日本住友供貨。采用φ8 mm鍍鋅鋼絲45根。為了提高輸送容量,在鉛套與PE護(hù)套間有24根扁平導(dǎo)線共240mm2;亓鲗(dǎo)體的作用是降低金屬套阻抗,以降低護(hù)套損耗提高輸送容量。1989年廈門集美至高崎跨海峽海纜,220Kv1×630mm2銅芯充油鉛套HDPE護(hù)層鋼絲鎧裝PLP外護(hù)層海纜。由法國(guó)阿爾卡特供貨。采用Φ7.6mm鍍鋅鋼絲41根。1998年北京供電局敷設(shè)在湖里的水底電纜,15kV 1×300mm2銅芯XLPE鉛套鋼絲鎧裝PE外護(hù)層電纜。由法國(guó)阿爾卡特供貨。鎧裝采用φ7 mm鍍鋅鋼絲23根。廠商認(rèn)為鋼絲表面鍍鋅,其排列不是十分緊密,鋼絲間被外護(hù)層的防腐劑(如瀝青)所填充,不會(huì)形成閉合的磁回路,不會(huì)產(chǎn)生額外的護(hù)套損耗。
文章說國(guó)產(chǎn)單芯交流海底電纜鋼絲鎧裝的結(jié)構(gòu)自60年代開始至今一直采用隔磁鋼絲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而所有國(guó)外進(jìn)口的單芯交流海底電纜的鋼絲全采用鍍鋅鋼絲設(shè)計(jì),制造廠認(rèn)為從理論和實(shí)際運(yùn)行記錄上看沒有必要采取隔磁設(shè)計(jì)。為了使我國(guó)海纜的結(jié)構(gòu)與國(guó)外產(chǎn)品相似,文章作者的觀點(diǎn)是取消隔磁結(jié)構(gòu)。不僅是海纜,110kV XLPE電纜等都應(yīng)該作相應(yīng)的修改。
以上是國(guó)內(nèi)外高壓和超高壓電纜用于水下敷設(shè)時(shí)單芯鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)方面的情況。對(duì)于35kV及以下電纜由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用銅絲隔磁結(jié)構(gòu),所以各個(gè)制造廠基本都是按標(biāo)準(zhǔn)制造。設(shè)計(jì)部門和使用部門也選用此類電纜。出問題的大有其在。
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鎧裝損耗
單芯電纜鋼絲鎧裝損耗為什么這么大?其損耗原因主要是磁滯和渦流損耗起決定性作用。這些損耗都與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān),而磁場(chǎng)強(qiáng)度又與線芯電流有關(guān)。當(dāng)鋼絲單點(diǎn)互連時(shí),鎧裝不存在環(huán)流損耗。電纜是相當(dāng)于無限長(zhǎng)直導(dǎo)線,其線芯電流在本電纜鋼絲中的電場(chǎng)遠(yuǎn)大于其它相鄰電纜電流在該鋼絲中的電場(chǎng),認(rèn)為鋼絲損耗主要是本電纜線芯電流引起的。三根單芯呈三角形排列運(yùn)行于三相系統(tǒng)和三根單芯呈三角形排列串聯(lián)運(yùn)行于單相系統(tǒng)中,根據(jù)表2-2 試驗(yàn)資料(單相)和現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量資料(三相)反映到載流能力和溫度兩個(gè)參數(shù)來分析在三角形排列時(shí)兩者的鋼絲鎧裝損耗是接近的。這僅僅是就該組數(shù)據(jù)而言。因試驗(yàn)條件限制無法進(jìn)行三相系統(tǒng)試驗(yàn)。通過表3-1的計(jì)算溫度參數(shù)至少可以說明電纜呈三角形排列時(shí)單相的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(載流量)與三相系統(tǒng)下在現(xiàn)場(chǎng)排列方式下的測(cè)量電流是相近的。
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結(jié)論
通過上述分析至少可以取得兩點(diǎn)收獲:
1 單芯鋼絲鎧裝電纜載流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同截面非鎧裝單芯電纜,千萬不能按非鎧裝電纜選擇載流量(可以說100%廠家提供的載流量都是錯(cuò)誤的)。
2 鋼絲鎧裝損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線芯損耗,隔磁結(jié)構(gòu)實(shí)際上是虛設(shè)的,不起作用。隔磁是一個(gè)偽概念。
綜上所述,對(duì)單芯鋼絲鎧裝電纜而言由于鎧裝磁損耗造成了載流量減小。這是單芯鋼絲鎧裝電纜致命的缺點(diǎn)。但是單芯鋼絲鎧裝電纜又有其能承受拉力和強(qiáng)大的外來機(jī)械力的作用,實(shí)際上也是不可缺少的產(chǎn)品。如江河湖海敷設(shè)的海底電纜。因此,建議采用:
1單芯電纜非磁性鎧裝(如不銹鋼絲、銅合金或鋁合金絲),這絕不是誤導(dǎo)。
2 一定要選擇鋼絲者采用鍍鋅鋼絲,并涂以防腐層,鋼絲之間彼此隔開。資料[1]說國(guó)外廠家認(rèn)為可以到隔磁作用。但筆者認(rèn)為這與采用銅絲隔磁作用沒有多大區(qū)別?梢宰鰝(gè)試驗(yàn)來驗(yàn)證一下。不在這里加以評(píng)論。
3 除江河湖海水底及承受巨大拉力特殊情況外,通常情況下不易選用單芯鋼絲鎧裝電纜,如隧道、托架等不承受拉力和或可以預(yù)料的外來機(jī)械力不是很大時(shí)。
另外,建議修改電纜標(biāo)準(zhǔn)其中的單芯鋼絲鎧裝電纜采用銅絲隔磁結(jié)構(gòu)改為采用非磁性材質(zhì)作為鎧裝絲。
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陸地上電纜的金屬屏蔽損耗是一個(gè)二次函數(shù)求最大值的命題。其金屬套損耗因數(shù)函數(shù)曲線圖,是一個(gè)開口向下的單峰值曲線圖。
其峰值也就是損耗因數(shù)最大值λ1約等于1。
峰值的左側(cè),隨著電纜鎧裝金屬絲的電阻減小,損耗因數(shù)逐漸變小。當(dāng)采用硬銅絲鎧裝的損耗因數(shù)λ1約等于0.5。
峰值的右側(cè),隨著電纜鎧裝金屬絲的電阻增大,損耗因數(shù)也呈逐漸變小趨勢(shì)。當(dāng)采用高錳、鎳無磁合金絲鎧裝,損耗因數(shù)λ1約等于0.4。
直至采用聚脂塑料絲的外鎧,達(dá)電阻無窮大,外鎧無環(huán)流存在。
[wjn918 在 2012-4-24 16:25:38 編輯過]
