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低压架空绝缘电缆选型的探讨

2/14/2005来源:通信线缆人气:15654

低压架空绝缘电缆选型的探讨 摘要:目前低压电网改造工程已经启动,低压架空绝缘电缆可选用王种电缆料,选择 哪一种好,看法不一。针对这种情况,从稳定提高电网工程质量,使之经得起历史考验 原则出发,通过总结长期研究经验,进行经济技术综合分析,提出在低压架空绝缘电缆 中选用的聚乙烯如果不交联还不如选用耐候型聚氯乙烯好的结论。 关键词:低压架空绝缘电缆;耐候型聚氯乙烯;聚乙烯;交联聚乙烯;大气老化 中四分类号:TM 2471文献标识码;A 1引言 1kV及以下架空绝缘电缆用电缆料一般有三种:耐侯型聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙 烯。选用哪种电缆合适,是当今电网改造和建设中值得研究的问题。这三种电缆料,如 果单纯从技术性能看,最优者当属交联聚乙烯,其次是耐候型聚氯乙烯,再次是聚乙烯。 由于交联聚乙烯价格太高,它只能用在特殊要求场合,所以,最常用的场合应首选耐候 型聚氯乙烯。如果用普通型(非交联)聚乙烯还不如采用耐候型聚氯乙烯,对于这种认 识形成的缘由,我想先回顾亲身研制经历再进行经济技术综合分析,本着实事求是认真 负责的态度与同行们进行讨论。 2低压电网绝缘化的历史回顾 2.1国外早期开发情况 日本是在1961年开始开发架空绝缘电缆的,据1976年日本九家电力公司统计,低压 架空绝缘线缆已敷设 101800 km,电网绝缘化率达到76%。低压架空电缆料多采用耐候 型聚氯乙烯(OW型),也有采用聚乙烯的,但多是交联聚乙烯。 美国在1971年就制定了70℃~90℃600 V的架空绝缘线缆国家标准,低压网多数使 用耐候型聚氯乙烯电缆。 瑞典、法国、芬兰、德国等欧洲发达国家早在60年代初就开始研究生产架空绝缘电 缆,并且在金具研究方面积累了丰富经验,使组装件逐渐系列化。对我国架空绝缘电缆 的金具开发起到了重要借鉴作用。 2.2国内低压架空绝缘电缆的开发 辽宁沈阳地区对低压架空绝缘电缆的开发在全国是比较早的。1983年我随同沈阳市 科委组织的技术考察团去日本考察,在日本城乡看到电网绝缘化程度很高,低压电网见 不到裸电线,多半是黑色耐候型聚氯乙烯绝缘电缆。日本专家说,在低压架空绝缘电缆 中,聚乙烯如果不交联还是耐候型聚氯乙烯电缆好。我们到日本吉野川电线株式会社聚 氯乙烯绝缘电缆料生产车间参观,我特意带回电缆料样品回国。经剖析后,会同哈尔滨 电工学院及抚顺塑料一厂等三家联合研制。用近两年时间于1986年研制成功。由抚顺塑 料一厂生产耐候型聚氯乙烯电缆料,沈阳电线厂生产架空聚氯乙烯绝缘电缆,经省级鉴 定认为达到了国际同类产品水平(日本JIS3340-1980(OW)型,德国 DIN47720-1970 NFYW型)。从1986年开始,沈阳电业局及辽宁省城乡低压电网开始大量敷设耐候型聚氯 乙烯绝缘架空电缆,为我国电网绝缘化工作起到了率先垂范作用。与此同时,这项工作 也受到东北电管局、省农电局领导及有关同志的重视,积极在低压网推广应用耐候型聚 氯乙烯绝缘线缆。所以辽宁是全国较早开发较多应用架空聚氯乙烯绝缘电缆省份之一。 到了80年代末,全国电线电缆行业形成了架空绝缘电缆生产热。上海电缆研究所于1990 年参考各地企业标准,编写了国家标准GB12527-90。根据实践,作者先后在1986年和 1988年的《电线电缆》杂志上发表论文,重点阐述了耐候型聚氯乙烯绝缘架空电缆的研 制与应用情况。 1986年~1998年12年期间低压架空绝缘电缆技术虽然逐步成熟并推向 全国,但由于在重发电轻用电思想指导下,电力资金很少用到电网改造上,电网绝缘化 水平仍然很低,电网改造工作任重而道远。1998年夏秋之交,国家才把电力资金使用重 点转移到电网改造和建设上,从而迎来了电网改造工程和建设的巨大发展,牵动了电线 电缆行业等相关配套行业的大发展,积累了十多年制造低压架空绝缘电缆经验和能力的 各生产企业得以有用武之地。 3低压架空绝缘电缆目前应首选耐侯型聚氯乙烯绝缘 三种低压架空绝缘电缆料从经济技术全面分析来看,交联聚乙烯在目前经济条件不 十分宽裕情况下,用在特别重要场合比较合适。关于其它两种电缆料:耐候型聚氯乙烯 和聚乙烯,建议目前应首选耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料,其主要理由如下。 3.1耐侯型聚氯乙烯绝缘电线电缆已有30 年架空运行的历史 架空绝缘电缆与其它电缆电缆相比最突出的特点是耐大气老化,这一点是一般电线 电缆不具备的。大气老化因素很苛刻,最主要因素是太阳光紫外线,其它因素有雨、雪、 冰雹、风沙、高温、低温、烟雾、鸟粪、化学物质、树干枝叶摩擦、风力摇摆等机械外 力。长期暴露在太阳光下,紫外线对高分子材料破坏力很强,易出现分子链断开、表面 变色和龟裂等现象。如不采取有效措施,高分子材料是很难抵抗大气因素常年累月侵袭 破坏的。 耐大气老化性能如何,除了实验室内人工气候老化试验外,最有信服力的是长期架 空敷设运行实践验证。在我国只有耐候型聚氯乙烯绝缘电缆架空敷设历史最长,并且没 有发现变色和龟裂现象,所以可放心使用。 机械工业部上海电缆研究所李养珠高级工程师早在60年代就从事电线电缆大气老化 性能试验研究工作。她于1968年在哈尔滨太阳岛、齐齐哈尔市和海南岛等具有代表性地 方,把各种颜色的聚氯乙烯绝缘电线电缆敷设在太阳光下,并一直定期观察测试,发现 黑色聚氯乙烯绝缘电线耐候性最好,没有变色龟裂,敷设16年后的1984年,她编写了一 份极有价值的“橡塑布电线定点运行试验研究报告”,并在《电线电缆》杂志上发表, 为我国架空绝缘电缆正确选择材料提供了十分重要的实践根据。我们所从事的架空绝缘 电缆的研究工作是在上述的试验研究工作成果的启发下进行的,特别是通过1983年去日 本技术考察后了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯绝缘电缆的实际应用情况,使我们对耐候 型聚氯乙烯绝缘电缆更增强了信心。我们在过去所开发的耐候型聚氯乙烯电缆料在配方 上做了两点重大改进,都是针对提高耐大气老化性能而采取的,比文献到中所述的聚氯 乙烯绝缘电线电缆耐大气老化性能更好。这种性能的提高标志着时代在进步。 抚顺塑料一厂自1986年以来,已累计生产耐候型聚氯乙烯绝缘电缆料18000t,用户 遍及东北、华北。其中包括黑龙江省最北部边境地区、青岛沿海地带、山西内陆等多风 沙地区。通过十多年使用实践证明从未发生老化变色龟裂等质量问题。 聚乙烯存在着环境应力开裂问题,这是因为聚乙烯存在内应力,会随着使用环境条 件变化而产生开裂现象。当采用熔融指数为2.0的聚乙烯作电缆护套时,在电缆弯曲半 径较小,并接触到一些诸如洗涤剂、化学试剂、肥皂水等化学物质时,常会使护套发生 开裂。为改善聚乙烯耐环境应力开裂性能,应采用熔融指数O.3以下,分子量分布不太 宽的中密度聚乙烯。聚乙烯还有一个特点:在挤出时,熔融指数越大越易挤出,工艺温 度宽,但不耐环境应力开裂;相反,熔融指数越小越不好挤出,表面易粗糙,但耐环境 应力开裂性能优。所以,在选料时一定要严格按标准选用熔融指数小的聚乙烯,不能为 了顺利挤出而选用熔融指数偏大的聚乙烯料,万一聚乙烯绝缘架空电缆表面出现环境应 力开裂现象,将会严重损坏电网工程质量,影响极坏。 交联聚乙烯耐大气老化性能好。这是由于它的分子结构所决定的。由于交联过程把 聚乙烯分子的线性状态通过交联剂搭桥变成了网状结构,大分子链间上下左右紧密联结 在一起,增强了抵抗外力破坏的能力,再加上光屏蔽剂和抗氧剂等作用,我们就不再担 心交联聚乙烯耐大气老化能力。 有人认为中高压电缆用交联聚乙烯,那么低压电缆最好用聚乙烯,这种认识是不妥 的。因为高压电缆用的聚乙烯是交联聚乙烯,与聚乙烯有本质区别。聚乙烯除了存在耐 环境应力开裂问题外,还存在不可忽视的机械强度低、软化温度低、受热易变形、阻燃 性能不好等问题。 3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机械强度高、耐磨性好 低压电线电缆绝缘设计原则主要考虑绝缘的机械性能。我们所研究的对象是低压电 网用电线电缆,机械性能好坏应是绝缘料性能的重点。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔软、机 械强度高、耐磨性好,从这点出发应首选聚氯乙烯。GB12527-90标准中规定,聚氯乙烯 张强度为12.5MPa。抚顺塑料一厂聚氯乙烯电缆料抗张强度实测值达到20 MPa左右。聚乙 烯抗张强度在标准中规定10MPa,低于聚氯乙烯,实测值只有14MPa左右,比聚氯乙烯实 测值低很多。在实际使用中电工都有明显感觉。在架设线路中.电缆在地上托时,聚氯 乙烯电缆不易被托破和起毛,而聚乙烯则相反,容易被托破和起毛。在与金具接触承受 压力以及树干枝叶接触摩擦时,聚氯乙烯由于机械强度高而不易被压坏和磨坏。平时我 们用指甲在聚氯乙烯电缆表面不易划出沟痕,而聚乙烯由于强度低,很容易用指甲划出 沟痕,这足以说明聚乙烯机械强度低。 3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好 聚氯乙烯燃烧时去掉火源后很快会自熄,而聚乙烯则不能,会继续燃烧下去,这是 因为聚氯乙烯分子中含有卤族氯原子,所以能阻燃。据介绍东北某一农村低压电网不慎 起火。火源扑灭后,绝缘电缆却继续漫延燃烧,烧坏了不少塑料大棚,引起了民事纠纷, 经查绝缘电缆材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃剂是有一定难度的:一是提高成本,二 是相容性差,降低绝缘性能。在GB12527-90标准中只对阻燃性能好的聚氯乙烯绝缘电缆 规定了不延燃性要求,而对另两种阻燃性能不好的电缆(聚乙烯、交联聚乙烯)没有此 项要求。这一点在修订标准时应予以考虑。 3.4聚氯乙烯比聚乙烯软化温度不,过教能力强 聚氯乙烯软化温度:160℃~180℃,过载能力比聚乙烯要强很多,聚乙烯软化温度: 110℃~125℃。当电路过载时温度上升,聚乙烯首先软化变形,导致绝缘破坏,特别是 在与金具接触以及其它受到压力的地方更容易蠕变而发生事故。 3.5关于绝缘性能 聚乙烯用到10kV以上中高压电缆中可更大发挥绝缘性能好的优点,而在1kV及以下低 压电线电缆中聚氯乙烯绝缘能力是足够的,国内外1kV及以下低压电线电缆绝缘材料除橡 皮外绝大多数是聚氯乙烯,而聚乙烯多用于通信电缆和中高压电缆。 3.6关于耐水性能 从塑料材料总体看,耐水性能(即不吸水性)都很好。但塑料分类中聚乙烯耐水性 是一流的。聚氯乙烯耐水性能虽然很好,但相比之下,不如聚乙烯。然而在几百伏的低 压电网中聚氯乙烯的耐水性是足够的。这是因为低压架空绝缘电缆使用在空中,接触水 的机会不多,就连经常接触潮湿和水的农用理地电缆(JB2171-85标准NLVV型)系列中 都有聚氯乙烯绝缘电缆。难道用于低压架空的绝缘电缆还能怀疑聚氯乙烯绝缘的耐水性 能吗? 3.7关于耐低温性能 聚乙烯的耐低温能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯绝缘电缆在实际使用十多年过 程中被证明能适应我国低温地区环境,在黑龙江省边境地区使用多年,很受欢迎,据反 映从未发生低温脆裂现象。这是因为耐候型聚氯乙烯配方设计中已考虑到低温问题。采 取技术措施后,它已不同于一般聚氯乙烯,而是经过外增塑改性的聚氯乙烯,所以能够 适应我国北方低温环境需要,北方多年敷设实践也充分证明了这一点。 3.8关于电缆料价格分析 生产电缆企业选购电缆料以重量计价进厂,而卖出电缆是以长度计价出厂,所以评 价不同电缆料价格应该采用体积价格法进行比较才有可比性。所谓体积价格就是用电缆 料的重量价格乘以其密度之积,乘积低者,说明电缆料体积价格低。按上述方法计算出 的目前市场两种电缆料体积价格相近。 3.9对于低压电网,聚氯乙烯的绝缘能力是足够的 应该指出1kV及以下电网聚氯乙烯绝缘能力是足够的。自50年代塑料线被逐步普及推 广以来,日常用电线除了橡皮线外几乎都是聚氯乙烯电线,国内外行业专家对低压电缆 选择绝缘材料时从未怀疑过聚氯乙烯的绝缘能力。因为10kV以上中高压架空电缆采用的 是交联聚乙烯绝缘而要求低压电网一定要用聚乙烯绝缘是缺乏全面分析的。 4结论 (1)低压架空聚氯乙烯绝缘电缆通过理论分析和30多年长期敷设实践证明,具有耐 大气老化性能好、机械强度高、耐托、耐磨、阻燃性好等优点,绝缘能力及耐水性能等 都能满足低压电网要求。因此,应成为低压电网改造用首选产品。 (2)低压架空交联聚乙烯绝缘电缆具有优异的绝缘性能、机械性能、耐热不变形性 能。但由于价格高,建议在当前经济条件下,用在特殊要求场合下较为合适。 (3)低压架空聚乙烯绝缘电缆虽然具有优异的绝缘性能,但机械性能低、阻燃性能 不好、耐热性差,特别是在耐环境应力开裂方面还缺乏更长时间架空敷设考验和经验积 累,建议应长期敷设试验研究后再考虑大面积推广。在目前看来,选用聚乙烯如果不交 联还不如选用耐候型聚氯乙烯好。