10kV配電網(wǎng)銅芯電纜與鋁芯電纜選用原則淺析

陳慧穎

(國網(wǎng)山東濰坊市寒亭區(qū)供電公司,山東濰坊 261100)

10kV配電網(wǎng)銅芯電纜與鋁芯電纜選用原則淺析

陳慧穎

(國網(wǎng)山東濰坊市寒亭區(qū)供電公司,山東濰坊 261100)

銅芯電纜比鋁芯電纜具有電阻率低、延展性好、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、事故率低等特點(diǎn),但近年來在銅價居高不下的形勢下,鋁芯電纜以其價格便宜、便于施工等優(yōu)勢被廣泛采用。但在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),這一措施有利也有弊,在一些重要線路中使用鋁芯電纜會給系統(tǒng)帶來安全隱患。本文通過實(shí)例分析了在10kV配電網(wǎng)中,如何正確選用銅芯電纜和鋁芯電纜。

10kV配電網(wǎng) 電纜 選用

1 引言

隨著銅材價格大幅度上升，銅芯電纜成本成倍增長，近年來，為節(jié)省銅材、降低成本又不影響使用，在電纜線路設(shè)計中，在滿足線路運(yùn)行要求的前提下，我公司主要按照以鋁代銅的原則選用鋁芯電纜。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)銅芯電纜和鋁芯電纜各自擁有不可替代的優(yōu)勢，但需要配合使用方可在保證安全的前提下達(dá)到各自最大的性價比。

2 銅芯電纜和鋁芯電纜各自優(yōu)勢比較

查閱資料可知，從材料上講，除了銅材比鋁材重量重外，銅材比鋁材的物理性能要優(yōu)越得多:

(1)銅材電阻率低，鋁芯電纜的電阻率比銅芯電纜約高1.68倍。

(2)銅材彈性模量高，是鋁材的1.63倍。故其抗疲勞性、延展性好。

(3)銅材抗拉強(qiáng)度是鋁材的2.51倍。

(4)銅材抗氧化、耐腐蝕性能好，穩(wěn)定性好。

(5)銅材的強(qiáng)度高:常溫下的許用應(yīng)力，銅可達(dá)到20 kgt/mm2，鋁為15.6kgt/mm2；拉伸的極限應(yīng)力，銅可達(dá)到45kgt/mm2，鋁為42kgt/mm2，銅比鋁分別高出28%和7%。特別是高溫下的許用應(yīng)力，銅在400℃時還有9～12kgt/mm2，而鋁在260℃時就迅速下降到3.5kgt/mm2，兩者相差甚遠(yuǎn)。

圖1 溫度熱成像儀表測試圖

圖2 電纜連接頭外觀圖

(6)銅材的延展性好:銅合金的延展率為20～40%，電工用銅的延展率在30%以上，而鋁合金僅為18%。

由于以上物理性能的差異，在應(yīng)用中，銅芯電纜比鋁芯電纜有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)載流量大:由于電阻率低，同截面的銅芯電纜要比鋁芯電纜允許的載流量高30%左右。

(2)電壓損失低:由于銅芯電纜的電阻率低，在同截面流過相同電流的情況下，銅芯電纜的電壓降小，電能損耗低。因此，同樣的輸電距離，能保證較高的電壓質(zhì)量；或者說，在允許的電壓降條件下，銅芯電纜輸電能達(dá)到較遠(yuǎn)的距離，即供電覆蓋面積大，有利于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，減少供電點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量，同時，也有利于提高發(fā)電利用率和保護(hù)環(huán)境。

(3)發(fā)熱溫度低:在同樣的電流下，同截面的銅芯電纜的發(fā)熱量比鋁芯電纜小得多，使得運(yùn)行更安全。

(4)抗氧化，耐腐蝕:銅芯電纜的連接頭性能穩(wěn)定，不會由于氧化而發(fā)生事故。鋁芯電纜的接頭性能不穩(wěn)定，時常會由于氧化使接觸電阻增大引起發(fā)熱而發(fā)生事故。因此，事故率比銅芯電纜大得多。

(5)電纜在短路時的最高允許溫度有差別，銅芯可達(dá)到250℃，而鋁芯僅達(dá)到230℃。另外，熱穩(wěn)定系數(shù)銅芯比鋁芯優(yōu)越，其比值為140/84=1.67。因此，銅芯電纜的安全性、可靠性比鋁芯電纜高。

(6)施工方便:①銅芯電纜抗疲勞、反復(fù)折彎不易斷裂，所以接線方便；②由于銅芯電纜的機(jī)械強(qiáng)度高，能承受較大的機(jī)械拉力，給施工敷設(shè)帶來很大便利，也為機(jī)械化施工創(chuàng)造了條件。

但是，鋁芯電纜也有自身不可替代的優(yōu)點(diǎn):

(1)價格便宜:2005年，銅價3.2萬元/噸，鋁價1.7萬元/噸，二者價格相差近一倍；2014年上半年，銅價5萬元/噸，鋁價1.5萬元/噸，二者價格相差3.33倍。銅的比重又是鋁的3.3倍，所以鋁芯電纜比銅芯電纜便宜很多。

(2)重量輕，施工成本、運(yùn)輸成本低:因?qū)w直徑、電纜外徑隨電纜截面的增大而增大，護(hù)套厚度、絕緣厚度不隨電纜截面的變化而變，銅芯導(dǎo)體的電纜重量大于鋁芯導(dǎo)體的電纜重量，以300mm2交聯(lián)聚乙烯電纜為例，銅芯電纜是鋁芯電纜的1.89倍。鋁芯電纜的施工及運(yùn)輸成本都比銅芯電纜低。

綜上所述，銅芯電纜和鋁芯電纜各有優(yōu)勢。銅芯電纜在電纜供電系統(tǒng)中，具有事故率低、耐腐蝕、可靠性高、施工維護(hù)方便等突出的優(yōu)勢，但其成本比較高。鋁芯電纜具有價格低、大幅降低成本的突出優(yōu)勢。

3 鋁芯電纜在運(yùn)行中存在的問題

在進(jìn)行10kV電纜線路設(shè)計時，在滿足線路運(yùn)行要求的前提下，我公司多采用以兩個型號的鋁芯電纜代替銅芯電纜的原則。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，多次發(fā)生鋁芯電纜連接處過熱情況。如:

某變電站10kV線路配電總?cè)萘?0095kVA，出線采用1條YJLV22-8.7/15-3*300型交聯(lián)聚乙烯電纜，2008年5月份投運(yùn)。今年4月份變電運(yùn)行人員在巡視設(shè)備時，通過溫度熱成像儀發(fā)現(xiàn)該線路出線電纜C相接線端子連接處發(fā)熱達(dá)到79.2℃(見圖1紅圈處標(biāo)示)，A、B兩相電纜連接處溫度為30℃，電纜終端頭填充物溢出，電纜與母排連接處的試溫臘片已熔化(見圖2紅圈處標(biāo)示)，而A、B兩相電纜連接處溫度為30℃，運(yùn)行正常。開關(guān)柜儀表顯示，當(dāng)時該線路電流為320A，且室溫為20℃。通過調(diào)閱調(diào)度自動化系統(tǒng)該線路的運(yùn)行記錄和變電運(yùn)行人員的巡視記錄發(fā)現(xiàn)，該出線電纜原最高電流保持在250A左右，今年3月份以來，屢屢達(dá)到300A以上，當(dāng)電流在250A左右時，電纜連接處溫度保持在35℃以下，當(dāng)電流達(dá)到300A以上時，電纜連接處溫度則在70℃以上。通過及時對該線路進(jìn)行負(fù)荷割接，將該線路最大電流控制在220A左右后，電纜連接處運(yùn)行正常。

通過分析發(fā)現(xiàn)，電纜連接處發(fā)熱的主要原因是鋁芯電纜導(dǎo)電性能低，鋁芯電纜與銅鍍錫接線端子連接時，因鋁材抗拉強(qiáng)度差且具有蠕動屬性，連接處出現(xiàn)空隙，接頭部位特別容易氧化，電纜導(dǎo)體與接線端子間接觸電阻過大，引起電纜接線端子處發(fā)熱。若不及時處理，電纜連接處接觸電阻過大、溫升加快、發(fā)熱大于散熱促使接頭的氧化膜加厚，又使接觸電阻更大，溫升更快，最終將導(dǎo)致接頭絕緣層破壞，形成相間短路，引起電纜終端頭爆炸燒毀事故。

當(dāng)然，造成電纜連接處接觸電阻增大的主要原因是電纜接頭施工人員在導(dǎo)體連接前后的施工工藝不佳，如:

(1)對連接金具接觸面處理不好。接線端子管體內(nèi)壁常有雜質(zhì)、毛刺和氧化層存在，施工人員若不嚴(yán)格按照工藝要求操作，就會造成連接處達(dá)不到電氣和機(jī)械強(qiáng)度。運(yùn)行證明當(dāng)壓接金具與導(dǎo)線的接觸表面愈清潔，在接頭溫度升高時，所產(chǎn)生的氧化膜就愈薄，接觸電阻就愈小。

(2)導(dǎo)體損傷。交聯(lián)絕緣層強(qiáng)度較大剝切困難，環(huán)切時施工人員因水平原因掌握不好可能造成導(dǎo)線損傷，在線芯彎曲和壓接蠕動時，會造成受傷處導(dǎo)體損傷加劇或斷裂，壓接完畢不易發(fā)現(xiàn)，因截面減小而引起發(fā)熱嚴(yán)重。

(3)導(dǎo)體連接時線芯不到位。導(dǎo)體連接時絕緣剝切長度要求壓接金具孔深加5mm，但因產(chǎn)品孔深不標(biāo)準(zhǔn)，易造成剝切長度不夠，或因壓接時串位使導(dǎo)線端部形成空隙，僅靠金具壁厚導(dǎo)通，，致使接觸電阻增大，發(fā)熱量增加。

但是，鋁芯電纜抗氧化性差、機(jī)械強(qiáng)度差、電阻率高、發(fā)熱溫度高是電纜連接處發(fā)熱的根本原因。

4 結(jié)語

10kV配電網(wǎng)做為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，首先要電網(wǎng)堅強(qiáng)，方能安全可靠供電。因此，在進(jìn)行10kV電纜線路設(shè)計時，對一些重要線路如變電站出線電纜、聯(lián)絡(luò)線路電纜、重要用戶電纜，從安全可靠供電的角度出發(fā)，必須選用銅芯電纜；對一些不重要的、對供電可靠性要求不高的用戶，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性角度出發(fā)，宜選用鋁芯電纜，實(shí)現(xiàn)企業(yè)和用戶效益的最優(yōu)化。

[1]周勝.配電電纜線路的經(jīng)濟(jì)截面[J].電力需求側(cè)管理,1999,1(1):13-15.

[2]導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計技術(shù)規(guī)定SDGJ 14-1986 P1-4.

[3]機(jī)械設(shè)計手冊.機(jī)械工業(yè)出版社,2004年.

[4]電力工程電氣設(shè)計手冊(電氣一次部分).水利電力部西北電力設(shè)計院,1996年.

陳慧穎(1976—),女,國網(wǎng)山東濰坊市寒亭區(qū)供電公司工程師,從事配電運(yùn)檢管理工作多年。