曾慶安

【摘 要】電纜金屬護(hù)套的最主要作用是防水和零序短路電流熱穩(wěn)定等作用.本文對(duì)鉛，鋁護(hù)套及其加工方式，性能和生產(chǎn)成本進(jìn)行了比較。氬弧焊鋁護(hù)套在生產(chǎn)成本，性能方面的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】高壓電纜；金屬護(hù)套；氬弧焊鋁護(hù)套

電纜金屬護(hù)套的最主要作用是防水和零序短路電流熱穩(wěn)定，其次還有密封、防腐蝕，機(jī)械保護(hù)和屏蔽等作用。電纜金屬護(hù)套常用的材料有鉛、鋁、不銹鋼和銅。鉛因?yàn)槿埸c(diǎn)低，易于加工，長期以來一直被用來制作電纜的金屬護(hù)套，具有成熟的經(jīng)驗(yàn)。

1.高壓電纜金屬護(hù)套的生產(chǎn)工藝

金屬護(hù)套按生產(chǎn)工藝主要分為三大類：擠包無縫金屬套，縱向焊縫金屬套和綜合護(hù)套。擠包無縫金屬套又可分為擠包鉛套、無縫擠包鋁套和無縫擠包皺紋鋁套?？v向焊縫金屬套即焊縫波紋鋁套。

以上金屬護(hù)套方式各有利弊，各有其適用性，無縫鉛套電纜結(jié)構(gòu)緊密，縱向防水性能好，鉛的化學(xué)性能穩(wěn)定和耐腐蝕性好，而另一方面，鉛的蠕動(dòng)性好，結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)時(shí)無須在鉛套與絕緣間留有間隙，絕緣膨脹時(shí)鉛套被撐大，而絕緣表面仍然平整，不會(huì)影響絕緣質(zhì)量。而其他各類波紋金屬套內(nèi)必須留有足夠的膨脹間隙，以免絕緣膨脹后在絕緣表面留下波紋的凹痕，影響電纜電氣性能。鉛套的另一優(yōu)點(diǎn)是接續(xù)方便，在接頭過程中可直接搪鉛。而其缺點(diǎn)一是重量大；二是熱穩(wěn)定性差，在鉛套外往往要加上銅絲屏蔽，增加了成本。無縫波紋鋁套最大的優(yōu)點(diǎn)是重量輕，短路熱穩(wěn)定容量大，在短路電流持續(xù)時(shí)間長的系統(tǒng)中，一般標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋁套即能滿足要求。擠壓波紋鋁套的缺點(diǎn)是鋁的擠壓溫度高，擠壓時(shí)模座溫度高約為500℃，為防止絕緣線芯被燙傷，要在鋁套內(nèi)包上銅絲編織玻璃絲或半導(dǎo)電阻水帶，增加了工藝和產(chǎn)品成本。

2.國內(nèi)電纜廠家高壓電纜護(hù)套生產(chǎn)方式調(diào)查

國內(nèi)高壓電纜金屬護(hù)套目前以上三種方式都有存在，其中鉛包電纜生產(chǎn)廠家有鄭州電纜廠等，鋁包電纜分為擠包式和焊接式兩種，擠包式的生產(chǎn)廠家有紅旗電纜廠等六家。

其它電纜廠高壓電纜的金屬套是焊接皺紋鋁套或銅套。據(jù)可靠消息以下電纜廠正在考慮上壓鋁機(jī)設(shè)備，陽谷電纜廠、無錫圣安電纜廠、廣東珠江電纜廠、江蘇江南電纜廠、浙江萬馬電纜、浙江富春江集團(tuán)等。

3.不同金屬護(hù)套的特點(diǎn)

3.1鉛護(hù)套

鉛護(hù)套機(jī)械強(qiáng)度差，強(qiáng)度低，鎧裝效果差；鉛護(hù)套有很大的蠕變性和疲勞龜裂性，在受到振動(dòng)的地方，甚至在遠(yuǎn)距離運(yùn)送電纜的過程中的振動(dòng)都會(huì)引起龜裂現(xiàn)象，鉛包電纜常會(huì)發(fā)生護(hù)套漲破等故障。

短路容量小。鉛的電阻系數(shù)比鋁的高，鉛護(hù)套要滿足技術(shù)條件中的短路熱穩(wěn)定要求，鉛套的截面要比鋁套大得多。

重量大，同規(guī)格的鉛護(hù)套電纜比鋁護(hù)套電纜重得多，一般要重30%至70%，在敷設(shè)和施工中不太受歡迎。

鉛的比重為11.34是鋁的4.2倍，鉛套原材料的成本要比鋁套大的多。以110KV1×630平方毫米電線為例作一對(duì)比：鉛套厚度為4mm，鋁套為2mm；在每米鉛套電纜中，鉛的重量是鋁套電纜中鋁重量的7.5倍。按99年同期的市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，鉛的原料每噸價(jià)格雖是鋁的34%，而鉛鉗套內(nèi)鉛原料成本價(jià)是鋁的2.5倍。如技術(shù)條件中對(duì)短路持續(xù)時(shí)間提了過長的要求時(shí)，在設(shè)計(jì)鉛套的熱穩(wěn)定中要增加銅絲屏蔽，會(huì)使兩種金屬套的原料成本相差更大。

3.2鋁護(hù)套電纜

機(jī)械強(qiáng)度高（幾乎是鉛的5倍），不怕震動(dòng)，耐蠕變性能好，多用于落差較大、直埋情況下。

短路容量大：相同截面的鋁套要比鉛套短路容量大得多，可用于過載的情況下。

抗張性好：鋁的屈服極限強(qiáng)度為鉛的2～3倍，鋁護(hù)套比鉛護(hù)套可承受較大的拉力，在敷設(shè)牽引時(shí)不易損壞。

抗壓性好：鋁護(hù)套用于地下埋設(shè)時(shí)可不必用鋼帶，且鋼帶鎧裝對(duì)提高鋁護(hù)套的抗壓性能并不顯著。鉛護(hù)套用于地下埋設(shè)必須鎧裝。

防雷性好：鋁的電導(dǎo)率是鉛的7倍，熔點(diǎn)為鉛的2倍，雷擊時(shí)，鋁護(hù)套的排流性能比鉛護(hù)套好，反擊芯線絕緣和燒熔較難發(fā)生。

鋁護(hù)套通過軋紋較好地改善了電纜的柔軟性能，完全滿足了電纜施工敷設(shè)要求；同時(shí)有良好的防腐性能。

4.鋁護(hù)套與鉛護(hù)套電纜比較

鋁護(hù)套耐震動(dòng)性好：純鉛在振動(dòng)情況下易于龜裂，鉛合金的耐振性提高也不大。鋁護(hù)套耐振性好，在一般振動(dòng)場(chǎng)所敷設(shè)，如過橋、架空等可不需防振裝置。

鋁護(hù)套耐蠕變性好：鉛護(hù)套在自重的作用下，易于產(chǎn)生晶格間蠕動(dòng)變形而破壞，在溫度和內(nèi)壓力等作用下，蠕變加劇。鋁護(hù)套一般不發(fā)生蠕變現(xiàn)象。

鋁護(hù)套短路容量大：鉛的電阻系數(shù)比鋁的高，相同截面的鋁套要比鉛套短路容量大得多，可用于過載的情況下。

鋁護(hù)套彈性好：鋁的彈性極限強(qiáng)度為鉛的5～10倍，在落差較大或過負(fù)荷情況下，油紙絕緣鉛護(hù)套電纜常會(huì)發(fā)生脹破、干枯、漏油等現(xiàn)象，而鋁護(hù)套電纜可以避免。

鋁護(hù)套抗張性好：鋁的屈服極限強(qiáng)度為鉛的2～3倍，鋁護(hù)套比鉛護(hù)套可承受較大的拉力，在敷設(shè)牽引時(shí)不易損壞。

鋁護(hù)套抗壓性好：鋁護(hù)套用于地下埋設(shè)時(shí)可不必用鋼帶，且鋼帶鎧裝對(duì)提高鋁護(hù)套的抗壓性能并不顯著。鉛護(hù)套用于地下埋設(shè)必須鎧裝。

鋁護(hù)套防雷性好：鋁的電導(dǎo)率是鉛的7倍，熔點(diǎn)為鉛的2倍，雷擊時(shí)，鋁護(hù)套的排流性能比鉛護(hù)套好，反擊芯線絕緣和燒熔較難發(fā)生。

鋁護(hù)套屏蔽性好：鋁護(hù)套抗外界電磁場(chǎng)的干擾能力比鉛護(hù)套好得多。

鋁護(hù)套防生物性好：鋁的硬度約為鉛的10倍，抗蟲害、抗鼠咬及蟻害能力較鉛好。

鋁護(hù)套重量輕：同規(guī)格電纜，鋁護(hù)套比鉛護(hù)套電纜重量輕得多，鋁護(hù)套通過軋紋較好地改善了電纜的柔軟性能，完全滿足了電纜施工敷設(shè)要求；很受敷設(shè)施工者的歡迎。

鋁護(hù)套的防腐性能好：在大氣中，由于鋁具有表面氧化而形成一層附著良好致密的氧化膜保護(hù)層的特性及我們?cè)O(shè)計(jì)在皺紋鋁護(hù)套表面涂覆防蝕層，更加有效地提高了鋁護(hù)套的防腐性能。

5.氬弧焊焊接鋁護(hù)套與擠包鋁護(hù)套比較

氬弧焊工藝是在氬氣和氦氣的保護(hù)下，以鋁板為負(fù)極，鎢極為正極，通過低電壓、大電流來完成焊接。焊頭只有2mm大，而且由保護(hù)氣體連續(xù)吹向焊接處，并迅速帶走熱量，使焊接部位均勻快速冷卻，電纜結(jié)構(gòu)不會(huì)受任何不良影響（實(shí)測(cè)證明焊點(diǎn)處緩沖層表面溫度為60℃，電纜線芯外屏蔽表面為33℃），也避免了鋁護(hù)套的高溫氧化。

擠包鋁工藝是鋁在半熔融狀態(tài)下擠出，擠出溫度高達(dá)500℃ ，會(huì)對(duì)電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不良影響，降低電纜的使用壽命。

由于擠包鋁是采用擠出工藝，如果控制不當(dāng)容易造成鋁護(hù)套厚度不均，容易產(chǎn)生微孔、砂眼等現(xiàn)象，這就使鋁護(hù)套強(qiáng)度極不均勻，降低鋁護(hù)套的徑向防水性能。而氬弧焊工藝是對(duì)厚度均勻的冷軋鋁板進(jìn)行焊接就不存在這種問題。經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)試驗(yàn)證明，在焊縫處的強(qiáng)度與其它地方的強(qiáng)度無明顯差別。

氬弧焊接技術(shù)用于高壓電纜產(chǎn)品的生產(chǎn)上，不是中國電纜生產(chǎn)企業(yè)首創(chuàng)，其實(shí)在世界上最為嚴(yán)格的AEICCS7-93美國電纜標(biāo)準(zhǔn)中就建議采用皺紋焊接鋁套，或焊接的銅和鋼套電纜，而沒有提及要求擠包的鋁套電纜，至于600℃高溫下擠出的鋁護(hù)套，由于此種工藝下電纜四周都存在高溫，在熱效應(yīng)方面與焊接型比較，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

通過對(duì)焊接鋁護(hù)套工藝的研究、實(shí)際測(cè)量、理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證得出如下結(jié)論：

A.高溫焊接時(shí)，由于焊接的熱量不是足夠的大，再加上焊點(diǎn)是在不斷的移動(dòng)和電纜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又采取冷卻措施，溫度沿電纜徑向下降很快，所以在絕緣表面溫度很低。

B.在焊接過程中，絕緣四周表面的溫度分布相差不大，沒有產(chǎn)生局部過熱的可能。

C.在焊接過程中，電纜鋁護(hù)套層與絕緣表面之間的溫度分布，理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值基本吻合。

現(xiàn)在各電纜企業(yè)采用了先進(jìn)的氬弧焊技術(shù)，并裝有超聲波在線檢測(cè)設(shè)備，保證了焊接的密封性，同時(shí)又進(jìn)行浸水氣密性的中間檢查試驗(yàn)，所以焊接鋁護(hù)套完全可以同擠出型鋁護(hù)套相媲美。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王曉兵.高壓電纜金屬護(hù)套研究.華南理工大學(xué).

[2]史傳卿.電纜結(jié)構(gòu)和特性.供用電，2001（2）.