10 kV配電電纜網(wǎng)材料選擇及供電要求

趙必正

摘 要：10 kV配電電纜網(wǎng)是目前運(yùn)用得比較多的一種供電方法。通過(guò)總結(jié)長(zhǎng)期研究經(jīng)驗(yàn)，從穩(wěn)定提高電網(wǎng)工程質(zhì)量的角度進(jìn)行技術(shù)綜合分析，論述了目前電力工程電纜設(shè)計(jì)及施工中電力電纜選擇的幾個(gè)問題以及選擇需考慮的因素，以期達(dá)到總結(jié)、交流的目的。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；10 kV配電網(wǎng)；絕緣材料；敷設(shè)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.149

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，在城市電力中也開始廣泛應(yīng)用電力電纜。在電力系統(tǒng)的構(gòu)建中，10 kV配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分之一，而10 kV配電工程的電纜則是配電網(wǎng)的重要組成部分，是電能運(yùn)輸?shù)闹饕緩健?0 kV配電工程中電纜的性能、質(zhì)量直接影響著10 kV配電網(wǎng)的運(yùn)行。因此，在進(jìn)行10 kV電纜網(wǎng)材料選擇、設(shè)計(jì)時(shí)，要求進(jìn)行科學(xué)、合理的比較、探索。

1 電纜芯線的性能選擇

電線電纜是用以傳輸電（磁）能、信息和實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線材產(chǎn)品，廣義的電線電纜亦簡(jiǎn)稱為電纜，狹義的電纜是指絕緣電纜，它可定義為由一根或多根絕緣線芯以及它們各自可能具有的包覆層、總保護(hù)層和外護(hù)層組成的集合體，電纜亦可有附加的沒有絕緣的導(dǎo)體。眾所周知，用作電線電纜的導(dǎo)電材料通常有銅和鋁兩種。銅材的導(dǎo)電率高，20 ℃時(shí)的電阻率ρ為1.72×10-6 Ω·cm，鋁線芯20 ℃時(shí)的電阻率2.82×10-6 Ω·cm，約為銅的1.68倍。載流量相同時(shí)，鋁線芯截面約為銅的1.5倍。采用銅線芯損耗比較低，銅材的機(jī)械性能優(yōu)于鋁材、延展性好、便于加工和安裝，抗疲勞強(qiáng)度約為鋁材的1.7倍。因此，在現(xiàn)實(shí)生活中，銅芯一般很少出現(xiàn)損壞和斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。從物理學(xué)角度來(lái)看，銅的硬度比鋁的硬度相對(duì)較大、抗氧性能強(qiáng)、產(chǎn)生的電流阻力小，進(jìn)而有效減少了安全事故的發(fā)生，降低了電力維修成本。根據(jù)以往電纜事故發(fā)生的原因來(lái)看，其電纜故障主要是由電纜頭損壞所引起的，而電纜頭的損壞又與各種因素導(dǎo)致的接觸點(diǎn)汽化、熔化程度息息相關(guān)。

近些年來(lái)，鋁芯電纜成本明顯低于銅芯電纜，但是鋁芯電纜的使用壽命比銅芯電纜短，且鋁芯電纜帶來(lái)的線路損耗大于銅線電纜，電損產(chǎn)生的成本每年也不少，再則，由于所有的開關(guān)都是銅芯進(jìn)出線端子，采用鋁芯電纜就得在制作電纜頭時(shí)使用銅鋁過(guò)渡型的，電纜頭發(fā)生故障的概率增大。另外，由于同等載流量的條件下，鋁芯電纜的截面是銅芯電纜的1.5倍，相應(yīng)的線路保護(hù)成本和土建成本也會(huì)增加。通過(guò)有關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，銅的熔點(diǎn)為1 083.6 ℃，而鋁的熔點(diǎn)為661.127 ℃，可見，銅芯的抗熔效果明顯優(yōu)于鋁芯。從以上的研究分析來(lái)看，就性能而言，電纜選用銅芯的效果會(huì)更好。

2 電纜絕緣材料的選擇

2.1 電纜材料的選擇

塑料類電線電纜絕緣材料包括聚氯乙烯（PVC）、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）和氟塑料等。就目前而言，我國(guó)最常見的電纜材料是聚氯乙烯，但是它自身的抗熱和耐寒性能低下，通常情況下只能局限在15～60 ℃的范圍內(nèi)使用，且聚氯乙烯在燃燒時(shí)會(huì)釋放有害氣體，不利于環(huán)境保護(hù)。因此，聚氯乙烯并不適用10 kV配電電纜網(wǎng)的選型設(shè)計(jì)。

此外，聚氯乙烯的介電吸收率和介質(zhì)損耗程度明顯較高，且絕緣性能沒有交聯(lián)聚氯乙烯的效果好。因此，在進(jìn)行10 kV配網(wǎng)電纜網(wǎng)的選型設(shè)計(jì)時(shí)，選用交聯(lián)聚氯乙烯要比普通的聚氯乙烯材料效果要好。交聯(lián)聚氯乙烯是指將普通的聚氯乙烯由線狀轉(zhuǎn)變?yōu)殒湢睿梢詷O大地提高電纜的物理力學(xué)性質(zhì)。

2.2 電纜防火性能的選擇

在進(jìn)行10 kV配網(wǎng)電纜網(wǎng)的選型設(shè)計(jì)時(shí)，不僅僅要考慮線芯的選擇和價(jià)格問題，還需要充分的考慮電纜的防火性能。有關(guān)電力工程中電纜設(shè)計(jì)規(guī)范中明確提出，“60 ℃以上的高溫場(chǎng)所和環(huán)境下，必須使用適合長(zhǎng)期抗高溫和絕緣性能好的材料”。因此，在100 ℃以下的環(huán)境中，可以采用耐熱聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯和乙丙橡皮絕緣等耐熱性能較好的電纜材料；而在100 ℃以上的高溫環(huán)境中，需要選用礦物絕緣材質(zhì)電纜，高溫環(huán)境下不適合選用普通的聚氯乙烯材質(zhì)電纜，而選用防火性能相對(duì)較好的耐熱聚乙烯電纜。

2.3 電纜防腐蝕及防水性的選擇

配電電纜網(wǎng)選型設(shè)計(jì)的安全性和可靠性直接關(guān)系到人們用電的質(zhì)量和穩(wěn)定性。在選擇電纜時(shí)，需要綜合、全面地進(jìn)行考慮，電纜不僅要滿足耐高溫、防火性能好、價(jià)格適中等多種條件，更需要具備良好的防水和抗腐蝕性能。

而增強(qiáng)電纜的防水和抗腐蝕性能，就必須在電纜的內(nèi)部增加適當(dāng)?shù)牟牧稀ＭǔＧ闆r下，會(huì)在電纜內(nèi)部的鎧裝用鋼絲表面涂上一層防腐蝕材料，可以較好地達(dá)到防腐蝕效果。還可以使用當(dāng)下比較受歡迎的改性瀝青材料，把該材料均勻地涂至電纜外護(hù)層和護(hù)套層中間。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)防腐蝕的效果，還能達(dá)到較好的防水效果，使電纜具有防水和防腐性能。

在電纜施工的過(guò)程中，還需要密切關(guān)注電纜的受潮和防水情況。如果在施工過(guò)程中，電纜的外護(hù)層防腐蝕性能較好，但還是發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象，則多半與施工過(guò)程中進(jìn)入的水和潮氣有關(guān)。

因此，在電纜設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，還需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和環(huán)境特征，避免在水汽和潮氣較大的地方興建電纜網(wǎng)，盡可能地減少日后腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，降低電纜的維修成本。

在水汽或潮氣較多的地區(qū)，可以采用橫向或縱向阻水結(jié)構(gòu)的阻水電纜設(shè)計(jì)方式，其電纜內(nèi)部和外護(hù)層都需要涂抹防腐材料。

3 電纜網(wǎng)供電的基本要求及模式

3.1 電纜網(wǎng)供電的基本要求

電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)部門的規(guī)定，嚴(yán)格按照相應(yīng)的技術(shù)和要求來(lái)選擇符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備和電纜相關(guān)配件，達(dá)到高質(zhì)量、高安全性的配網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。各個(gè)電源之間的接入點(diǎn)及主要的支線處需要設(shè)置相應(yīng)的環(huán)網(wǎng)柜，各個(gè)連接點(diǎn)都必須起到連接的作用，并充分發(fā)揮主干線停電、支干線供電的轉(zhuǎn)供載電流量的功能，有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)干線之間互供互聯(lián)，對(duì)承載電量進(jìn)行重新分配。環(huán)網(wǎng)柜通常采用5～6個(gè)單元接線，其中，在次要支線、專變和箱變的位置，應(yīng)當(dāng)增設(shè)電纜分支箱，對(duì)電載流量起到較好的引入作用，有效提升電纜線路的彈性，從而提高供電的穩(wěn)定性和可靠性。在低壓負(fù)荷中心，需要增設(shè)箱變，且正在運(yùn)行的電器設(shè)備之間必須保持一定的空間距離，防止在負(fù)荷增多的時(shí)候發(fā)生故障。相互進(jìn)行專供電載流量的線路應(yīng)當(dāng)設(shè)置科學(xué)、合理的裝載容量。正常運(yùn)行的電氣設(shè)備和電纜之間的連接點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇10 kV非屏蔽、絕緣性能好的硅膠預(yù)制式“T”型電纜頭，在電纜通道中應(yīng)當(dāng)設(shè)置排管。

如果同一地區(qū)電纜的數(shù)量較多或高電壓等級(jí)設(shè)置在同一個(gè)水平內(nèi)，則需要采用質(zhì)量較好的冷縮式中間接頭。由于不能與變電站線路上分段開關(guān)的保護(hù)設(shè)施有效地結(jié)合使用，因此，使用的環(huán)網(wǎng)柜和電纜分支箱內(nèi)部都不需要采取保護(hù)措施，所用的箱變需要增設(shè)高壓熔斷器，以避免因負(fù)荷過(guò)大而導(dǎo)致的電路短路或損壞現(xiàn)象。如果沒有相應(yīng)的高壓配電裝置的配電房，就不可以直接將電纜接在變壓器上，需要在變壓器高壓的一端增設(shè)帶熔斷器的負(fù)荷開關(guān)。

3.2 電纜網(wǎng)供電的基本模式

在進(jìn)行10 kV配電電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和10 kV電纜網(wǎng)的具體要求，使用兩種不同方式的供電模式進(jìn)行供電。

電纜網(wǎng)的主干線采用環(huán)網(wǎng)柜供電模式，而分段支線和電源的末端采用電纜分支箱供電。該供電模式具有較高的靈活性，發(fā)生故障時(shí)容易維修，且停電范圍較小，但該供電模式的資金投入較大。

電纜網(wǎng)的主干線采用負(fù)荷開關(guān)式的電纜分支箱供電模式，在變電站的電源節(jié)點(diǎn)和主干線的分段點(diǎn)、開環(huán)處使用環(huán)網(wǎng)柜。在該供電模式下，供電檢測(cè)比較容易，且資金投入較小，但發(fā)生故障時(shí)停電范圍較大。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，10 kV配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，它直接關(guān)系到用戶能否安全、可靠用電。電纜網(wǎng)的選型設(shè)計(jì)直接關(guān)系到配電系統(tǒng)運(yùn)行的效益、安全性、穩(wěn)定性和可靠性。因此，10 kV配電網(wǎng)電纜的材料選擇和設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)合理”原則，綜合考慮城市發(fā)展規(guī)劃、現(xiàn)有電網(wǎng)和技術(shù)水平、資金投入、施工和運(yùn)行管理等幾個(gè)方面，以利于最終電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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〔編輯：王霞〕