【電纜寶Dianlanbao.com】 本文是在上海電纜研究所多年從事架空電纜研究試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較為系統(tǒng)的總結(jié)，主要是架空電纜在張力作用下如何選用銅鋁導(dǎo)體，絕緣中采用耐候料和要求高的電氣性能之間的矛盾如何統(tǒng)一，在電纜運(yùn)行中，接地體與電纜長期接觸的危害性，以及人體觸及到架空電纜時(shí)是否安全等，進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

本文對(duì)用戶在城網(wǎng)改造如何選用架空電纜等，亦作了說明。

一、前言

在城市供電系統(tǒng)中，高壓線和綠化帶都要占有一定空間，空間走廊日益狹小，線樹矛盾突出，觸電傷亡事故不斷發(fā)生。采用地下電纜供電，可利用的地下空間也很有限，且開挖困難，耗資較多。

架空電纜在高壓線和地下電纜應(yīng)用困難時(shí)就應(yīng)運(yùn)而生了。特別在老城市的城網(wǎng)改造中，用量更大。早在30年前法國的1kV架空絕緣電線和線束就已問世。各國架空絕緣電纜也都得到了廣泛的應(yīng)用。可是1kV低壓系統(tǒng)的供電半徑均控制在0.5公里以內(nèi)，才不會(huì)形成較大的電壓降落，故形成不了較長的供電網(wǎng)絡(luò)?？?0kV系統(tǒng)的供電半徑可達(dá)15公里，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)的應(yīng)用中愈來愈多，目前我國10kV架空絕緣電纜的年需求量已達(dá)6萬公里左右。如何選用各類架空電纜和合理的作出其技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，是非常重要的。

二、各類架空絕緣電纜的結(jié)構(gòu)選型

1.銅、鋁及鋁合金導(dǎo)體選型分析眾所周知，采用鋁及鋁合金導(dǎo)體電纜要比銅導(dǎo)體便宜，可從其比重和電阻率進(jìn)行綜合核算，即： ρ1γ1／ρ2γ2／≈2 其中：ρ1=0.0172，ρ2=0.0283分別為銅和鋁導(dǎo)體的電阻率（Ωmm2/m） γ1=8.89，γ2=2.703分別為銅和鋁導(dǎo)體的密度（kg/dm3）上式就是為電纜行業(yè)所熟知的1噸鋁導(dǎo)體相當(dāng)于2噸銅導(dǎo)體，在銅鋁價(jià)格已基本相近的今天，當(dāng)然均較多地采用鋁芯電纜了。

但如全面的分析一下，在具有較大張力的架空電纜中，情況卻有些不同，應(yīng)具體加以分析。表2-1為φ2～3mm單線的特性參數(shù)。表2-1 導(dǎo) 體 材 料拉斷強(qiáng)度N/mm2 電導(dǎo)IACS％＊允許連續(xù)最高使用溫度 0℃ H9型硬鋁線 H4型軟鋁線硬銅線軟銅線國產(chǎn)LHA1鋁合金線國產(chǎn)NRLH60耐熱鋁合金線 170 100 400 - 320 152 60 61 100 101 52.5 58 70 70 任意選用＊＊ - 90 150 注：＊IACS％為國際銅相對(duì)電導(dǎo)百分?jǐn)?shù)，＊＊硬銅的連續(xù)最高使用溫度超過鋁合金線應(yīng)按絕緣選用。

從表2-1可知：鋁導(dǎo)體的允許連續(xù)最高使用溫度為70℃，架空絕緣電纜國標(biāo)GB14049-93[1]中規(guī)定，祗有帶承載線的電纜，采用交聯(lián)絕緣的銅鋁導(dǎo)體，其允許最高使用溫度為90℃，而普通的不帶支承的鋁芯交聯(lián)電纜，其允許最高使用溫度應(yīng)為70℃。

為此，由于使用溫度的限制，在張力作用下的鋁芯架空電纜，載流量還要下降，可用下式表示： [ （T2-40）／（T1-40）] -0.5≈77.5％其中：T1，T2為90℃和70℃即不同的最高使用溫度，也就是相當(dāng)于鋁導(dǎo)體的導(dǎo)體電阻再增加了（0.775）-0.5=60％。即：ρ1γ1／ρ2γ2／≈1.2 其中：ρ2為增加了60％的鋁導(dǎo)體電阻也就是說1噸鋁導(dǎo)體不是2噸銅導(dǎo)體，而是1.2噸銅導(dǎo)體了。

同時(shí)，在同樣載流量條件下采用鋁導(dǎo)體后，由于導(dǎo)體外徑加大，外面的絕緣層也要增多，采用鋁芯架空電纜也就沒有什么經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)了（詳見本文第六節(jié)）。

在國外也有采用鋁合金導(dǎo)體的，如表2-1中的LHA1，長期最高使用溫度為90℃，如北歐ASEA公司（現(xiàn)名ABB公司）著名的AXUS型鋁合金自承式交聯(lián)絕緣三芯大截距絞合的集束架空電纜[2]。

在國內(nèi)也曾大量使用過，由于電纜絕緣擊穿后，鋁合金電纜燒斷落地，在杭州曾發(fā)生過兩次這樣的事故。為此從90年代初開始，上海地區(qū)全部采用銅導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)為：

1)在電力規(guī)范中規(guī)定；在有張力作用下，鋁導(dǎo)體最高安全使用溫度為70℃，采用鋁導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不大。

2)上海電網(wǎng)負(fù)荷量重，鋁導(dǎo)體的過載能力有限，如遇較大的短路電流，是不堪重負(fù)的。

3)鋁導(dǎo)體表面容易氧化，接觸電阻大，對(duì)導(dǎo)體的接頭附件不安全。

4)沿海地區(qū)鹽霧腐蝕嚴(yán)重，采用鋁導(dǎo)體不安全。在東南亞使用的經(jīng)驗(yàn)證明，鋁導(dǎo)體大量斷裂落地，均是由于鹽霧腐蝕所致。

5)沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)較多，要求導(dǎo)體拉斷力高，上海在90年代初的一次大臺(tái)風(fēng)中，桿塔折斷，銅芯架空電纜落地，但供電始終沒有中斷。

也有較多采用鋁芯電纜的，主要原因?yàn)椋?

1)將現(xiàn)有桿塔上的裸鋁線拆下，換上鋁芯架空電纜，載流量也不必增加，工作方便，且工程造價(jià)最低。

2)如電網(wǎng)負(fù)荷不高，桿塔間距較近，采用鋁芯架空電纜也很安全。

3)如桿塔間距大，張力要求高時(shí)，采用鋁合金導(dǎo)線或支承線結(jié)構(gòu)，工程造價(jià)也不太貴。

最近北京地區(qū)采用了很多的鋁芯70mm2架空電纜，由于工程量大，時(shí)間要求快，經(jīng)過論證分析，也是經(jīng)濟(jì)合理的。一般在市郊或林區(qū)，如負(fù)荷不很高，送電距離又長，較多地采用鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)，在國外這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)淘汰，因這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)體尺寸大且很費(fèi)絕緣料，但我國的用戶歡迎。

國產(chǎn)鋁芯交聯(lián)電纜在生產(chǎn)中，有些生產(chǎn)廠不大注意產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中因交聯(lián)管溫度控制不當(dāng)，使鋁芯電纜在交聯(lián)管中退火，拉斷力大為下降。銅導(dǎo)體和鋼芯鋁絞線是不會(huì)退火的，而用戶又不大喜歡采用帶支承線的電纜，在國內(nèi)就大量采用鋼芯鋁絞線的線芯了。

在架空電纜系列中還有一個(gè)品種，稱變壓器下引線電纜，是變壓器和架空電纜之間的連接線，上海在馬路邊就有十幾萬臺(tái)這樣的變壓器，是一項(xiàng)量大面廣的產(chǎn)品，用于連接線的電纜一定要用軟銅導(dǎo)體，目前在國內(nèi)外均已全部采用軟銅導(dǎo)體，且絕緣水平要求很高，因變壓器附近的電場(chǎng)分布很復(fù)雜，在潮濕的環(huán)境中電纜表面很容易爬電。上海郊區(qū)曾多次發(fā)生因爬電燒毀電纜絕緣的事故，日本專門為這種產(chǎn)品制定了國家標(biāo)準(zhǔn)（JIS C 3649）[3]。

上述各種銅、鋁及鋁合金以及是否帶有支撐線等架空電纜產(chǎn)品，均包括在我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14049中，用戶應(yīng)視具體不同的特點(diǎn)，慎重選擇。

2.三芯節(jié)束架空電纜的研究選用架空電纜系統(tǒng)為半絕緣供電系統(tǒng)，大部份的相電壓由空氣承擔(dān)，在電纜使用中又沒有水樹等現(xiàn)象產(chǎn)生，供電非常安全。如利用現(xiàn)有桿塔，用架空電纜換下裸鋁導(dǎo)線，就更為方便，但這種電纜的主要缺點(diǎn)是電阝亢 大，在較長的送電距離中電壓降落大，如采用升壓措施，工程造價(jià)將成倍上升。現(xiàn)將電壓為10kV導(dǎo)體截面為120mm2的不同相間距離電纜電阝亢 值的計(jì)算結(jié)果列于表2-2中。表 2-2 相間距離 mm 300 200 100 三芯電纜電纜電阝亢 Ω/km 0.27 0.25 0.20 0.10 從表2-2的計(jì)算結(jié)果可見：三芯電纜的電阝亢 值很小，在長距離送電中，如采用三芯電纜，由于節(jié)省了升壓措施，其工程造價(jià)比裸線的工程造價(jià)還便宜。這種三芯電纜是大節(jié)距絞合的三芯電纜，又稱集束架空電纜（Bundle assembled cores for overhead system）。

集束架空電纜將三根絕緣導(dǎo)體用大節(jié)距束絞，外包一層熱收縮帶，安裝使用均非常方便。國外還有很多帶支撐線的集束架空電纜，這樣桿塔間距還可加長。

集束架空電纜是有著很大的發(fā)展前景的。采用集束架空電纜時(shí)應(yīng)注意這種電纜屬于全絕緣系統(tǒng)，絕緣上應(yīng)包一層外半導(dǎo)電層，使電纜絕緣的電場(chǎng)成徑向分布，如果沒有外半導(dǎo)電層，電纜表面將產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈，在晚上可以看到明亮的光環(huán)。在陰雨天還伴有放電的聲音。

在國標(biāo)GB 14049中，該電纜一定要在例行試驗(yàn)中進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。

三、架空電纜張力特性的研究設(shè)計(jì)[4]

1.架空電纜張力和弧垂架空電纜的張力完全由導(dǎo)體或支承線承擔(dān)，絕緣機(jī)械強(qiáng)度一般忽略不計(jì)，因此在選用導(dǎo)體前，必須作好電纜的弧垂張力計(jì)算，并采用適當(dāng)?shù)目缇啵ɑ驒n距）。 ⑴ 電纜重量計(jì)算 W1=W11+W12+W13+W14 其中：W11，W12，W13，W14分別為導(dǎo)體，內(nèi)半導(dǎo)電層，絕緣和外半導(dǎo)電層重量，如電纜結(jié)構(gòu)中無內(nèi)或外半導(dǎo)電層，可不計(jì)重量，結(jié)構(gòu)尺寸可參照有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，最后算出電纜單位長度重量W1。

⑵ 冰雪重量計(jì)算 W2=0.9π（D+t）t 其中：W2——單位長度電纜上冰雪重量 D——電纜外徑 t——冰雪厚度（取t=6mm）

⑶ 風(fēng)壓負(fù)荷計(jì)算 W3=αKSV2/16 其中：W3——單位長度電纜上風(fēng)負(fù)荷 kg/m α棗不均勻系數(shù) 取α=0.85 K——空氣動(dòng)力系數(shù) 取K=0.7 V——風(fēng)速 V=32m/s（12級(jí)臺(tái)風(fēng)） S——受風(fēng)面積 m2

⑷ 架空電纜的合成荷重 W=[（W1+W2）2+W3 2] -0.5 在某些地區(qū)如華南區(qū)可不考慮冰雪負(fù)荷，長江以北地區(qū)不一定考慮12級(jí)臺(tái)風(fēng)等，均應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)全面考慮。按國標(biāo)GB 14049級(jí)出的導(dǎo)體承載能力選用時(shí)，對(duì)一般地區(qū)的安全系數(shù)為2.5，對(duì)城市的主要街道，工廠及人口稠密地區(qū)的安全系數(shù)不應(yīng)小于3.0。

⑸ 弧垂、張力和跨距公式為： D=T [ Ch（WS/2T）-1 ] /W 式中：D——弧垂；S——跨距；T——水平張力。在上式中如欲求解S值時(shí)，應(yīng)采用牛頓選代法計(jì)算。

⑹ 不同環(huán)境溫度下弧垂、張力計(jì)算為： △L=α（T-TO）L 式中：△L——不同溫度下架空電纜的變化值； L——初始安裝時(shí)電纜長度； α——導(dǎo)體線脹系數(shù)對(duì)銅、鋁導(dǎo)體分別為17和23 （10-6 1/℃）； TO,T——為初始溫度和最終變化溫度。

⑺ 懸鏈常數(shù)計(jì)算 YO=T/W 其中：YO為不同導(dǎo)體的懸鏈常數(shù)，單位為m。 T為張力，W為單位長度電纜合成荷重。不同導(dǎo)體的懸鏈常數(shù)值見表3-1。表 3-1 名 稱硬銅硬鋁鋁合金懸鏈常數(shù) YO 4012 5670 9806

2.架空電纜不同導(dǎo)體結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析表3-2，表3-3為不同導(dǎo)體溫度、弧垂、張力時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

表3-2 JKYJ，JKLYJ 6/10kV單芯120mm2 跨距S=30m 導(dǎo)體溫度 ℃ 導(dǎo)體材料懸鏈常數(shù) m 弧垂 m 張力 kgf 張力利用率％ -10 硬銅硬鋁 781 532 0.144 0.210 1423.6 621 100 100 +20 硬銅硬鋁 256 213 0.440 0.528 476.2 255.6 33.3 41.8 +90 硬銅硬鋁＊ 146 124 0.770 0.910 184 60.8 12.9 9.8 注：＊硬鋁導(dǎo)體當(dāng)然是不能用到90℃的表3-3 JKYJ、JKYJLH 6/10kV單芯120mm2 跨距S=100m JKYJL 6/10kV 三芯120mm2 +95mm2 跨距S=100m 導(dǎo)體溫度 ℃ 導(dǎo)體材料懸鏈常數(shù) m 弧垂 m 張力 kgf 張力利用率％ -40 硬銅鋁合金硬鋁－鋼芯支撐 781 939 991.5 1.6 1.33 1.26 1428.6 1080 3619 100 100 100 +20 硬銅鋁合金硬鋁－鋼芯支撐 495 475 576 2.53 2.63 2.17 920.7 570 1872 64.4 52.7 51.7 +90 硬銅鋁合金硬鋁－鋼芯支撐 380 345 521 3.29 3.63 2.4 478.8 179.4 1693 33.5 16.6 46.8

從表3-2可見：

⑴ 硬銅線在跨距30m時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)比硬鋁線參數(shù)好些，因銅的膨脹系數(shù)較小。

⑵ 導(dǎo)體溫度最低為-10℃時(shí)，適合長江以南地區(qū)各城市，銅鋁導(dǎo)體均可應(yīng)用，如果不希望跨距在90℃時(shí)達(dá)到0.9m左右，可適當(dāng)降低架空電纜的工作溫度。

⑶ 硬鋁導(dǎo)體即使在12級(jí)臺(tái)風(fēng)影響下，張力利用率約為42％左右，仍有一定的安全裕度，硬銅導(dǎo)體則更安全，就是桿塔斷裂，導(dǎo)線仍可繼續(xù)送電。

從表3-3中，跨距達(dá)100m時(shí)的計(jì)算結(jié)果表明：

⑴ 跨距達(dá)100m，在室溫20℃時(shí)，三種結(jié)構(gòu)的弧垂約在2.17～2.63m之間，和瑞典ASEA計(jì)算結(jié)果相近，弧垂為跨距的2.5％左右。

⑵ 采用95mm2鋼芯作支撐時(shí)，由于支撐線不通電流。最高溫度為環(huán)境最高溫度40℃，最大弧垂為2.4m，這是支撐線較其他結(jié)構(gòu)為優(yōu)的最重量理由。

⑶ 在100m大跨距送電線路中，一般均采用支承式結(jié)構(gòu)，如美國的Hendrix[5]送電線路或ASEA的鋁合金結(jié)構(gòu)，均有一定優(yōu)點(diǎn)，如采用銅導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，價(jià)格就太貴了。

⑷ 瑞典ASEA的大跨距鋁合金結(jié)構(gòu)，最大工作溫度為65℃。這樣可將弧垂限制在3m以下。

為此架空電纜如采用交聯(lián)聚乙烯絕緣的工作溫度可達(dá)到90℃，但不一定要使用到90℃，架空電纜的導(dǎo)體在整個(gè)電纜成本中占著很大的比重，根據(jù)工程需求的特點(diǎn)，應(yīng)慎重考慮選用。

四、架空電纜的絕緣特性及其研究試驗(yàn)[4]

1.架空電纜的光老研究

1kV架空絕緣線纜（線束）的絕緣厚度是按耐候和耐機(jī)械特性選用的，如采用黑色耐寒聚氯乙（PVC），高密度聚乙烯（HDPE）或交聯(lián)聚乙烯（XLPE）時(shí)，絕緣厚度一般均選用1.2mm左右。

毋需過多地考慮其絕緣水平，絕緣中碳黑含量可高達(dá)2～2.5％，其耐候特性（光老化指標(biāo)）是沒有問題的，10～35kV等級(jí)電纜絕緣，除必須滿足較高的電氣性能要求外還要求有很好的耐候性能，才能長期地在日光輻照下安全地工作，高分子材料在日光下長期暴露，其碳?xì)滏I就會(huì)斷裂分解，絕緣表面就變得粗糙甚至開裂，最終使絕緣損壞失效。IEC-68對(duì)大氣光輻照能量測(cè)定為1.12kW/m2±10％，并測(cè)定了光輻照的各單式光譜組成及波長。

表4-1為測(cè)定結(jié)果，并列入了IEC-68標(biāo)準(zhǔn)。表 4-1 光譜范圍超紫外光B 超紫外光A 可 見 光紅外光波長 ×10-9m 輻射能量 W/m2 誤差百分比 ±％ 280～320 5 35 320～400 63 25 400～500 520～640 640～780 200 186 174 10 10 10 780～3000 492 20 注：波長短于300×10-9m的超紫外光達(dá)到地面的能量已可忽略不計(jì)高分子絕緣材料，完全可以把表4-1中列出的能量占94％的可見光和紅外光拒之門外，因其波長大于400×10-9m，是無法滲入高分子聚合物內(nèi)部的，波長小于300×10-9m的超紫外光，經(jīng)過大氣層入射到地球表面時(shí)，其能量已衰減到可以忽略不計(jì)的地步，約占能量6％的超紫外光A，俗稱VA光對(duì)高分子聚合物有較為嚴(yán)重的危害程度，VA光完全可以滲入絕緣內(nèi)部，在長期作用下，使高分子裂解，如果絕緣內(nèi)含有2％及以上的碳黑，就完全可以阻止VA光的入侵，但對(duì)10～35kV等級(jí)電纜的電氣絕緣性能來說是不允許的，tgδ會(huì)激烈地升高。表4-2為黑色XLPE絕緣料中碳黑含量和介電性能的試驗(yàn)結(jié)果。表 4-2 碳黑含量 ％ 0 0.5 0.7 1.0 2.0 體積電阻 Ωm 介電常數(shù)介質(zhì)損失角正切 1×1016 2.00 4×10-4 7×1015 2.05 6×10-4 5×1015 2.12 8×10-4 1×1015 2.23 1×10-3 6×1013 2.49 4×10-3 從表4-2試驗(yàn)結(jié)果可見，交聯(lián)電纜絕緣中碳黑含量較高時(shí)，介電性能就要下降，如碳黑含量在0.5～1％時(shí)就有較好的介電性能。為解決光老化和電氣性能之間的矛盾，我們采用了粒徑為20～100nμ的碳黑，且均勻混和好，即使碳黑含量為0.5～1.0％時(shí)，仍具有很好的光老化性能，仍可阻止粒徑（即波長）為300～400 nμ的光子進(jìn)入高分子絕緣之中，從而不致使碳?xì)浣≌蹟嗪徒^緣裂解。目前已找到一種在絕緣中碳黑含量少的超細(xì)高分散度碳黑，以滿足電氣性能和光老化性能的共同要求。

光老化試驗(yàn)是采用法國NFC-33-209[6]試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并在國標(biāo)GB 14049中采用了這項(xiàng)光老化試驗(yàn)方法。試驗(yàn)共進(jìn)行42天（1008小時(shí)）分別計(jì)算504小時(shí)及1008小時(shí)后電纜絕緣試樣的抗張強(qiáng)度和伸率變化率，試樣經(jīng)1008小時(shí)老化后，絕緣的抗張強(qiáng)度和伸長率，應(yīng)不低于原始值的30％，經(jīng)504小時(shí)老化后試樣與經(jīng)42天老化后試樣對(duì)比，則應(yīng)不低于15％。

試驗(yàn)結(jié)果見圖4-1：（試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要是美國UCC公司提供）[7]。在圖4-1中：AA－AA線為試驗(yàn)合格線（試驗(yàn)的臨界曲線），在曲線下方為不合格產(chǎn)品，上方是合格產(chǎn)品。 aa－aa線為PE絕緣+2.4％碳黑 bb－bb線為PE絕緣+0.5％碳黑 cc－cc線為XLPE絕緣+0.8％碳黑 dd－dd線為XLPE絕緣+0.5％碳黑 ee－ee線為國產(chǎn)XLPE耐候絕緣料從試驗(yàn)結(jié)果可見：bb線是不合格的，因碳黑含量?jī)H0.5％，同時(shí)PE絕緣本身的耐候性又不及XLPE，如碳黑加得過多，見aa曲線達(dá)2.4％，當(dāng)然會(huì)合格了。cc曲線為XLPE絕緣加0.8％碳黑，性能較為理想，如果碳黑含量為0.5％時(shí)，試驗(yàn)雖合格了，但不大安全，dd線的下端將和AA臨界相交時(shí)，就成不合格品了。Ee為國產(chǎn)料性能，試驗(yàn)結(jié)果也是比較好的。圖4-1 不同材料研制的電纜在不同碳黑含量時(shí)的光老化曲線

2.架空電纜耐電痕（Tracking）的研究試驗(yàn)[4]

架空電纜耐電痕試驗(yàn)，已列入國標(biāo)GB 14049-93，是考核架空電纜絕緣的主要指標(biāo)之一，如黑色耐候絕緣中碳黑含量較高時(shí)，則光老化性能就非常好，但電氣性能就大為下降，但單芯架空電纜由于沒有外半導(dǎo)電層，無法測(cè)量介損和局部放電，主要由耐電痕試驗(yàn)考核，光老化和耐電痕都要同時(shí)滿足要求，這就是矛盾的統(tǒng)一，ASTM對(duì)電痕的定義為：由于電弧產(chǎn)生痕跡的過程，此電弧集有足夠的能量?？僧a(chǎn)生一條或幾條痕跡，最終可發(fā)展使絕緣表面燒壞，有實(shí)際使用價(jià)值，如對(duì)耐候絕緣中碳黑含量較多或絕緣性能不佳時(shí)，即使在很低的工作電壓下也會(huì)使電纜絕緣燒毀，形成表面擊穿的通道，這就是電痕。我們對(duì)各廠送來的各種架空電纜試樣進(jìn)行試驗(yàn)研究，并和美國UCC公司提供的電纜試樣數(shù)值進(jìn)行對(duì)比。

圖 4-2即為研究試驗(yàn)的結(jié)果：其中：曲線aa為本所推出的XLPE絕緣料研制的電纜 bb為進(jìn)口菱克隆XLPE料生產(chǎn)的電纜 cc為早年本所測(cè)試的PVC絕緣電纜 dd為用PE護(hù)套料生產(chǎn)的電纜 ee為UCC公司提供的測(cè)試數(shù)據(jù) ff為蘭溪電纜廠用進(jìn)口料研制的電纜圖4-2 不同電纜絕緣電纜的耐電痕試驗(yàn)從圖4-2試驗(yàn)結(jié)果可見：在AA臨界曲線（101次）以下的產(chǎn)品均為不合格品，如PVC絕緣的碳黑含量為零，即cc曲線的耐電痕次數(shù)還不到50次，dd曲線為PE護(hù)套料做的1kV電纜，其碳黑含量達(dá)2％以上，其耐電痕次數(shù)也很低。其它曲線均為XLPE標(biāo)準(zhǔn)的耐候料，其耐電痕次數(shù)均在101次以上，直至200～300次，完全符合國標(biāo)GB 14049-93的規(guī)定要求。

3.架空電纜絕緣運(yùn)行試驗(yàn)及電蝕試驗(yàn)[4]

為了解電纜的長期運(yùn)行情況，在上海電纜研究所內(nèi)安裝了近100m電纜試運(yùn)行線路及全套金具附件，加上額定線電壓及負(fù)荷電流，電纜穿越樹枝，運(yùn)行一年多。上海長期連續(xù)高溫達(dá)36℃，平臺(tái)上不通風(fēng)處氣溫高達(dá)50℃左右，經(jīng)過了嚴(yán)冬的寒冷和夏季高溫考核，電纜的環(huán)境污染也較嚴(yán)重，前面為發(fā)電廠，東北角為化工廠，在運(yùn)行的電纜上我們接上一個(gè)接地銅環(huán)，銅環(huán)處電場(chǎng)較集中，并可聽到放電聲（陰天），經(jīng)過一年多的電蝕試驗(yàn)，平均每半年電蝕深度約0.5mm。

由此可見，架空電纜絕緣表面，不能和固定的金屬接地體接觸，否則絕緣會(huì)在高場(chǎng)強(qiáng)下產(chǎn)生電蝕，數(shù)年之后，電纜將全部損壞。但在試驗(yàn)中電纜絕緣表面和幌動(dòng)的樹枝或枝葉接觸時(shí)，則毫無影響。絕緣表面仍保持平整光滑。架空電纜經(jīng)過1年的加速運(yùn)行試驗(yàn)后，在1.73Uo下工作，如按壽命指數(shù)N值為9核算時(shí)，電纜的估計(jì)壽命，將超過三十年。

五、電纜絕緣對(duì)人身安全的研究試驗(yàn)應(yīng)上海供電局用電研究所要求：

如人體觸摸到帶高壓的電纜絕緣時(shí)，人身安全有否保障，對(duì)此進(jìn)行了研究和試驗(yàn)工作。

1.電纜及人體的等值回路阻阝亢 圖5-1為電纜和人體的等值回路阻阝亢 示意圖。

圖5-1 電纜和人體的等值回路阻抗在圖5-1中：Z=ZR+ZC 電纜阻阝亢 （矢量） Z'=ZR'+ZC' 人體阻阝亢 （矢量）則：1/Z=1/ZR+1/ZC Z=ZR ZC/（ZR+ZC）其中：ZR，ZC為電纜的阻抗和容阝亢 ，均勻矢量值同理 Z'=ZR' ZC'/（ZR'+ZC'）按國標(biāo)規(guī)定：交聯(lián)電纜絕緣在工作溫度下的電阻系數(shù)為1012 Ωcm，對(duì)10kV，240mm2絕緣厚度為3.4mm的電纜進(jìn)行計(jì)算： ZR=ρln(D/d)/2πL=4.75×109Ωdm ZC=1/C=7.67×107Ωdm 其中：C棗電纜電容，C=420pF/m L——握手寬度 取L=10cm 因 ZR+ZC≈ZR 故 Z=ZR ZC/(ZR+ZC)=7.6×107Ωdm Z'=ZR'=104～108Ωdm 其中：ZR>>ZC ZC'>>ZR' 而人體：ZR'=104～106Ωdm 在10kV電壓系統(tǒng)中，人體感應(yīng)電壓： △V=104～106(6000V)/7.6×107=0.79～79V 人體感應(yīng)電流：△I=6000/7.6×107=0.079mA

2. 安全電壓試驗(yàn)將電纜分別接入6/10kV，21/35kV系統(tǒng)，用數(shù)字電壓表及電流表測(cè)量，表5-1為測(cè)量和計(jì)算結(jié)果。表 5-1 交流電壓 kV 人體感應(yīng)電壓 V 人體感應(yīng)電流 mA 計(jì)算值實(shí)測(cè)值計(jì)算值實(shí)測(cè)值 10 35 0.79～79 1.45～145 1～42 3～90 0.079 0.145 <1mA測(cè)量?jī)x表讀不出從上述計(jì)算結(jié)果可見，由于人體的電阻值不同，感應(yīng)電壓值也不同，人體電阻的最小值約為104Ω（濕手觸摸），最高也不會(huì)高出106Ω。所以計(jì)算結(jié)果的范圍較大，測(cè)量結(jié)果基本上和計(jì)算值相符見表5-1，不管人體電阻如何變化，測(cè)出的均為感應(yīng)電壓，在35kV系統(tǒng)中，用手觸及電纜絕緣表面時(shí)，可發(fā)出放電火花聲，在10kV系統(tǒng)中，手持金屬體觸及電纜絕緣表面時(shí)，才可看到微弱的火花，用不同內(nèi)阻的電壓表測(cè)量。感應(yīng)電壓也不一樣，從計(jì)算結(jié)果還可看到，流過人體的電流極小，約在0.1mA左右，故在測(cè)量時(shí)采用普通的毫安表是讀不出讀數(shù)的，這樣微小的電流對(duì)人體是安全的，按我國電氣安全規(guī)程規(guī)定，流經(jīng)人體1mA電流時(shí)，人有發(fā)麻感覺，電流達(dá)10～15mA時(shí)，人能夠自動(dòng)排脫，在20～30mA時(shí)，裝置的安全開關(guān)應(yīng)自動(dòng)跳閘，人已很難自動(dòng)爭(zhēng)脫，在100mA時(shí)，能立刻致命。

從上面計(jì)算和試驗(yàn)可見，架空電纜在系統(tǒng)中工作時(shí)，當(dāng)人體或其他動(dòng)物不慎觸及電纜絕緣表面時(shí)，祗要電纜未擊穿，對(duì)人畜均是安全的。

在三芯集束架空電纜中，由于絕緣外有外半導(dǎo)電層，三相系統(tǒng)的等值電位趨近于零，如人體觸及時(shí)，并無多大反應(yīng)，是非常安全的。

六、架空絕緣電纜銅鋁導(dǎo)體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較架空絕緣電纜和地下電纜的主要區(qū)別是：

地下電纜的拉力和壓力均由電纜外護(hù)層承擔(dān)，而架空電纜卻長期處在拉力作用下，為此我國電力規(guī)程中規(guī)定了裸鋁導(dǎo)體的長期允許工作溫度為70℃，如采用承載結(jié)構(gòu)，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：采用交聯(lián)絕緣的銅鋁芯架空電纜，均可在90℃下長期工作?，F(xiàn)將三種結(jié)構(gòu)（銅導(dǎo)體為70mm2）的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較列于表6-1中。

表 6-1 導(dǎo)體種類工作溫度 ℃ 相同載流量時(shí)等效截面 mm2 導(dǎo)體外徑 mm 導(dǎo)體用量 kg/km 半導(dǎo)電層用 量 kg/km 絕緣用量 kg/km 材 料總成本萬元/km 銅導(dǎo)體帶支撐鋁導(dǎo)體鋁導(dǎo)體 90 90 70 70 115 192 10 12.8 16.5 622.3 310.9 518.2 17.8 22.6 28.8 133.1 170.9 207.6 1.19 0.74* 1.13 注：＊支撐線成本未作統(tǒng)計(jì)從表6-1的計(jì)算可見：采用帶支撐線的鋁芯電纜最為經(jīng)濟(jì)，約為銅導(dǎo)體電纜成本的62％，如采用不帶支撐的電纜，由于鋁導(dǎo)體的工作溫度較低，在相同電纜載流量情況下，銅芯和鋁芯架空電纜的成本，已經(jīng)相差無幾了。

七、結(jié)束語

1.為安全起見，將現(xiàn)有桿塔上的裸鋁線換成鋁芯架空電纜，在不增加送電容量條件下，以采用鋁芯架空電纜的工程造價(jià)最為經(jīng)濟(jì)。

2.如要擴(kuò)大電網(wǎng)容量，增加送電的電氣和機(jī)械安全性能，以采用銅芯架空電纜為好，如從鋁芯電纜的工作溫度為70℃考慮，在輸送相同載流量條件下，銅鋁電纜的成本已基本接近。

3.在長距離送電時(shí)，桿塔間距將增加至100m左右，以帶鋼芯支撐線的架空電纜最為經(jīng)濟(jì)，我國習(xí)慣上采用鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)，盡管該產(chǎn)品已不很先進(jìn)，由于工程施工方便，在國內(nèi)仍在大量采用。

4.絕緣以采用耐候交聯(lián)聚乙烯為最好，交聯(lián)絕緣將取代其它一切絕緣，從光老化和爬電試驗(yàn)結(jié)果表明：耐候料中的碳黑含量以0.8～1.0％時(shí)較好，對(duì)變壓器下引線電纜可適當(dāng)降低碳黑含量到0.5～0.8％，對(duì)防止電纜爬電有較好效果，對(duì)光老化性能可能差一些，但在變壓器附近使用的短段電纜，更換比較方便。

5.架空電纜在運(yùn)行中切忌和金屬接地體作固定接觸，經(jīng)研究表明：電纜絕緣將以每年0.5mm的電蝕速度減薄，若干年后，電纜必將擊穿，且易造成人身觸電事故。

6.從架空電纜對(duì)人身安全試驗(yàn)結(jié)果說明：祗要電纜絕緣沒有破損，人畜萬一接觸到架空電纜時(shí)，也是沒有多大危險(xiǎn)的。

參考文獻(xiàn)：

1.GB 14049-93國家標(biāo)準(zhǔn)

2.瑞典AXUS型10kV三芯鋁合金架空電纜研究資料

3.日本標(biāo)準(zhǔn)JIS C-107，C-3640

4.上海電纜研究所架空電纜課題鑒定資料

5.美國Hindrix 1～35kV架空電纜樣本資料

6.法國國家標(biāo)準(zhǔn)NFC-33-209

7.美國UCC公司絕緣料及架空電纜試驗(yàn)資料

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