金屬護套的應用及特點

曾慶安

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

【關鍵詞】高壓電纜；金屬護套；氬弧焊鋁護套

電纜金屬護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，機械保護和屏蔽等作用。電纜金屬護套常用的材料有鉛、鋁、不銹鋼和銅。鉛因為熔點低，易于加工，長期以來一直被用來制作電纜的金屬護套，具有成熟的經驗。

1.高壓電纜金屬護套的生產工藝

金屬護套按生產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。

以上金屬護套方式各有利弊，各有其適用性，無縫鉛套電纜結構緊密，縱向防水性能好，鉛的化學性能穩(wěn)定和耐腐蝕性好，而另一方面，鉛的蠕動性好，結構尺寸設計時無須在鉛套與絕緣間留有間隙，絕緣膨脹時鉛套被撐大，而絕緣表面仍然平整，不會影響絕緣質量。而其他各類波紋金屬套內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)點是接續(xù)方便，在接頭過程中可直接搪鉛。而其缺點一是重量大；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)點是重量輕，短路熱穩(wěn)定容量大，在短路電流持續(xù)時間長的系統(tǒng)中，一般標準厚度的鋁套即能滿足要求。擠壓波紋鋁套的缺點是鋁的擠壓溫度高，擠壓時模座溫度高約為500℃，為防止絕緣線芯被燙傷，要在鋁套內包上銅絲編織玻璃絲或半導電阻水帶，增加了工藝和產品成本。

2.國內電纜廠家高壓電纜護套生產方式調查

國內高壓電纜金屬護套目前以上三種方式都有存在，其中鉛包電纜生產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。據可靠消息以下電纜廠正在考慮上壓鋁機設備，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、浙江富春江集團等。

3.不同金屬護套的特點

3.1鉛護套

鉛護套機械強度差，強度低，鎧裝效果差；鉛護套有很大的蠕變性和疲勞龜裂性，在受到振動的地方，甚至在遠距離運送電纜的過程中的振動都會引起龜裂現象，鉛包電纜常會發(fā)生護套漲破等故障。

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

重量大，同規(guī)格的鉛護套電纜比鋁護套電纜重得多，一般要重30%至70%，在敷設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年同期的市場價格計算，鉛的原料每噸價格雖是鋁的34%，而鉛鉗套內鉛原料成本價是鋁的2.5倍。如技術條件中對短路持續(xù)時間提了過長的要求時，在設計鉛套的熱穩(wěn)定中要增加銅絲屏蔽，會使兩種金屬套的原料成本相差更大。

3.2鋁護套電纜

機械強度高（幾乎是鉛的5倍），不怕震動，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：鋁的屈服極限強度為鉛的2～3倍，鋁護套比鉛護套可承受較大的拉力，在敷設牽引時不易損壞。

抗壓性好：鋁護套用于地下埋設時可不必用鋼帶，且鋼帶鎧裝對提高鋁護套的抗壓性能并不顯著。鉛護套用于地下埋設必須鎧裝。

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

鋁護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要求；同時有良好的防腐性能。

4.鋁護套與鉛護套電纜比較

鋁護套耐震動性好：純鉛在振動情況下易于龜裂，鉛合金的耐振性提高也不大。鋁護套耐振性好，在一般振動場所敷設，如過橋、架空等可不需防振裝置。

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

鋁護套短路容量大：鉛的電阻系數比鋁的高，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。

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

鋁護套抗張性好：鋁的屈服極限強度為鉛的2～3倍，鋁護套比鉛護套可承受較大的拉力，在敷設牽引時不易損壞。

鋁護套抗壓性好：鋁護套用于地下埋設時可不必用鋼帶，且鋼帶鎧裝對提高鋁護套的抗壓性能并不顯著。鉛護套用于地下埋設必須鎧裝。

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

鋁護套屏蔽性好：鋁護套抗外界電磁場的干擾能力比鉛護套好得多。

鋁護套防生物性好：鋁的硬度約為鉛的10倍，抗蟲害、抗鼠咬及蟻害能力較鉛好。

鋁護套重量輕：同規(guī)格電纜，鋁護套比鉛護套電纜重量輕得多，鋁護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要求；很受敷設施工者的歡迎。

鋁護套的防腐性能好：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層的特性及我們設計在皺紋鋁護套表面涂覆防蝕層，更加有效地提高了鋁護套的防腐性能。

5.氬弧焊焊接鋁護套與擠包鋁護套比較

氬弧焊工藝是在氬氣和氦氣的保護下，以鋁板為負極，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，電纜結構不會受任何不良影響（實測證明焊點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500℃ ，會對電纜內部結構造成不良影響，降低電纜的使用壽命。

由于擠包鋁是采用擠出工藝，如果控制不當容易造成鋁護套厚度不均，容易產生微孔、砂眼等現象，這就使鋁護套強度極不均勻，降低鋁護套的徑向防水性能。而氬弧焊工藝是對厚度均勻的冷軋鋁板進行焊接就不存在這種問題。經權威機構試驗證明，在焊縫處的強度與其它地方的強度無明顯差別。

氬弧焊接技術用于高壓電纜產品的生產上，不是中國電纜生產企業(yè)首創(chuàng)，其實在世界上最為嚴格的AEICCS7-93美國電纜標準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℃高溫下擠出的鋁護套，由于此種工藝下電纜四周都存在高溫，在熱效應方面與焊接型比較，有待進一步驗證。

通過對焊接鋁護套工藝的研究、實際測量、理論計算和試驗驗證得出如下結論：

A.高溫焊接時，由于焊接的熱量不是足夠的大，再加上焊點是在不斷的移動和電纜結構特點，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，沒有產生局部過熱的可能。

C.在焊接過程中，電纜鋁護套層與絕緣表面之間的溫度分布，理論計算值與實際測量值基本吻合。

現在各電纜企業(yè)采用了先進的氬弧焊技術，并裝有超聲波在線檢測設備，保證了焊接的密封性，同時又進行浸水氣密性的中間檢查試驗，所以焊接鋁護套完全可以同擠出型鋁護套相媲美。

【參考文獻】

[1]王曉兵.高壓電纜金屬護套研究.華南理工大學.

[2]史傳卿.電纜結構和特性.供用電，2001（2）.