铠装电缆也分为钢带铠装电缆和钢丝铠装电缆。主要区别是:
用途:钢带铠装仅用于敷设直埋电缆或普通管道、普通地面和隧道。细钢丝铠装可承受一般纵向张力,适用于短距离框架空敷设或垂直和垂直敷设。国外有很多钢丝铠装电缆!
价格:对应的钢丝装甲比较贵。因为钢丝铠装的生产难度大,成本高。
载流能力:差别不大,只需用反磁钢带或钢丝即可。
根据不同的使用环境,选用不同铠装形式的电缆:钢带铠装可承受机械压力,钢丝铠装可承受机械张力。
单芯钢丝铠装电缆各种问题的探讨
1、问题的提出
通过对试验和现场数据以及采集数据的分析,单芯钢丝铠装电缆的结构设计、材料选择和运行合理性等诸多问题逐渐引起人们的关注。单芯钢丝铠装电缆的铠装损耗越来越受到人们的重视,给我国许多工程带来了麻烦和经济损失。用户的敏感度和关注度远远大于电缆厂商。数据中讨论了这个问题,并列举了我国敷设单芯钢丝铠装电缆线路的情况。指出我国单芯电缆钢丝铠装采用的磁绝缘结构是一种奇特的产品。要与国外接轨,取消铜线的磁隔离结构。
20世纪60年代中期,上海黄浦江电缆敷设,采用意大利比瑞利220千伏充油铅包聚乙烯护套铝合金导线铠装,工厂采用非磁性铠装,消除钢丝磁损耗,提高传输能力。国外也使用硬铜合金线铠装。20世纪60年代末,南京和安庆110千伏充油单芯海底电缆被认为可以生产非磁性装甲。由于国内没有铝合金线材产品,所以改用铜线磁绝缘设计。钢丝铠装中间均匀分布三至四根铜线,这意味着单芯电缆外部不会形成闭合磁路。此后,国内超高压单芯海底电缆全部采用磁绝缘结构铠装。。
文章还列举了几个进口项目,即1987年广东虎门的220千伏充油铅包聚乙烯护套钢丝铠装PLP外护套海底电缆。由日本住友提供。采用φ8 mm的镀锌钢丝45根,为提高传输能力,铅护套与PE护套之间有24根扁线,共计240mm2。返回导体的作用是降低金属护套的阻抗,从而降低护套损耗,提高传输容量。1989年厦门集美-高旗海峡两岸海底电缆,220Kv1×630mm2铜芯充油铅护套HDPE护套钢丝铠装PLP外护套海底电缆。由法国阿尔卡特公司提供。采用7.6mm镀锌钢丝41根。1998年,北京供电局在湖中敷设水下电缆,15kV 1×300mm2铜芯交联聚乙烯铅包钢丝铠装聚乙烯外护套电缆。由法国阿尔卡特公司提供。铠装采用φ7 mm镀锌钢丝23根。厂家认为镀锌钢丝表面排列不紧密,钢丝外护套内填充防腐剂,不会形成闭合磁路,不会产生额外的护套损耗。
文章介绍了自20世纪60年代以来,国产单芯交流海底电缆的钢丝铠装结构采用磁绝缘钢丝结构设计。但从国外进口的单芯交流海底电缆的钢丝全部采用镀锌钢丝设计,厂家从理论和实际运行记录上认为没有必要采用磁隔离设计。为了使我国海底电缆的结构与国外产品相似,笔者的观点是取消磁隔离结构。不仅海底电缆,110千伏交联聚乙烯电缆也应相应修改。
以上是国内外采用高压、超高压电缆进行水下敷设时,单芯钢丝铠装结构的情况。对于35kV及以下的电缆,国家标准规定采用铜线磁绝缘结构,所以各厂家基本都是按标准制造。这种电缆也是由设计部门和用户部门选择的。问题很多。
镇海炼化第二热电厂1号发电机组至变压器采用8.7/10kV1×500mm2 YJV32 φ3.15镀锌钢丝铠装,采用4根铜线进行磁绝缘。除了成束敷设,钢丝也是电缆烧损的原因之一。
一座电站采用15根1×400mm2 YJV32交联聚乙烯绝缘电缆,每相并联5根电缆。试运行后发现载流量远小于设计载流量。用户问是不是因为钢丝铠装损耗大。所以建议做测试验证。本文针对该工程进行了单芯钢丝铠装电缆载流量试验。用测试数据和现场测试数据说话。本文重点介绍了铠装材料和操作,为今后合理设计电缆结构提供参考。
2.测试和现场测试数据
2.1试验和计算数据
模拟电缆线路项目进行测试。8.7/15 kV 1×400 mm2 YJV32 XLPE绝缘单芯钢丝铠装电缆。样品的结构尺寸列于表2-1。
注:导体屏蔽层厚度为0.8 mm,绝缘屏蔽层厚度为0.6 mm,铜带厚度为0.2 mm,带厚度为0.2mm..
钢丝直径为φ 2.5mm,四根相同直径的铜线均匀分开作为磁绝缘。
空空中敷设,不同布置方式下下载的流量试验数据及相关参数见表2-2。
注:*根据测量表面的不同部分,温度变化很大。
* * s–相邻电缆轴之间的距离。DE–电缆外径
根据IEC 60287标准,单芯钢丝铠装电缆的载流量根据样本量计算,计算结果列于表2-3。
注:*导体在工作温度下的交流电阻。
* *铠装钢丝损失。
平面布置时,电缆中心间距为2根电缆的外径。
2.2现场数据
项目现场的电缆布置如图2-1所示。测试数据总结如下。根据# 1 ~ # 2机组电流分布数据计算的电缆芯线和表面温度列于表2-4和表2-5。用于计算堆芯温度和表面温度的参数如下:
根据测得的电流计算核心温度和表面温度。采用的参数为YJV32电缆的计算参数和试验参数。
*每条线路的三根单芯电缆排列成三角形,中间留有间隙。
*阻抗导致电流分布不均匀。
*每条线路的三根单芯电缆排列成三角形,中间留有间隙。
*阻抗导致电流分布不均匀。
3.1载流量下降
首先,讨论了在相同的工作温度和环境条件下,为什么单芯钢丝铠装电缆的载流量远小于无铠装电缆。主要原因是铠装钢丝损耗太大。三角形排列钢丝的磁滞和涡流损耗是线芯损耗的三倍以上。平面布置是线芯损耗的两倍以上。即使分开敷设,钢丝的损耗也是线芯的两倍以上。载流量是非钢丝铠装单芯电缆载流量的57%和64%。考虑到热阻,钢丝电缆的外径比相同截面的非钢丝铠装电缆的外径要大得多。空在空气中敷设时,其外热阻小于非钢丝铠装电缆。虽然钢丝铠装增加了内衬的热阻,但增加的绝对值几乎抵消了外部热阻的降低。因此,装甲损失在这里起着绝对的作用。这是载流量下降的主要原因。
3.2装甲损失
为什么单芯电缆的钢丝铠装损耗这么大?损耗主要由磁滞和涡流损耗引起。这些损耗都与磁场强度有关,磁场强度与铁芯电流有关。当钢丝在一个点上相互连接时,装甲中没有循环损失。电缆相当于一根无限长的直导线,其芯电流在该电缆的钢丝中的电场远大于该钢丝中其他相邻电缆电流的电场。认为钢丝损耗主要是由该电缆的芯电流引起的。三个单芯在三相系统中呈三角形排列,三个单芯在单相系统中呈串联排列。根据表2-2的试验数据和现场测量数据,反映载流量和温度,分析出两芯呈三角形排列时,线甲损耗接近。这只是针对这组数据。由于试验条件的限制,无法进行三相系统试验。通过表3-1中计算的温度参数,至少可以看出电缆呈三角形排列时的单相测试数据与三相系统下现场排列方式下的实测电流相似。
注:①试验和现场的电缆排列成三角形,但现场的三角形用胶木条隔开。
②计算值。
③为便于比较,表2-2中的试验数据已换算成环境温度为38.5℃时的等值。
④三角形电缆组表面温度因部位不同而差异较大,表中数据仅供参考。
3.3磁隔离是一个错误的概念
实验和现场数据表明,单芯钢丝铠装的磁隔离结构是无效的。钢丝是磁性材料,而铜线是非磁性材料。当交流电通过导体时,铜线插入钢丝可能会引起磁力线变化,但不能中断。交变电磁场的磁化总是滞后于钢丝中磁场强度的变化。铁磁体反复磁化时,磁体分子的相位不断变化,分子振荡加剧,导致发热和温度升高。增强分子振动的能量由维持磁化场电流的电源提供。在交变磁场中,钢丝内也产生感应电流,感应电流在钢丝内自行闭合,形成涡流。因为电阻很小,涡流强度可以很大,放出大量热量的是钢丝。热能也由维持磁化场电流的电源提供。实验和现场测量表明,这种磁隔离结构是一个错误的概念。定量计算很复杂。在IEC 60287标准中,只提出了电缆间距为10m的单芯钢丝铠装电缆,并提出了铠装损耗等于线芯损耗的计算方法。在没有计算方法之前,最好通过试验解决单芯钢丝铠装电缆的载流量。对于正在考虑的问题,采用试验方法符合IEC标准中解决问题的原则。幸运的是,上海电缆研究所在20世纪60年代建立了电缆载流量测试基地,现在已经改造成符合国家要求的实验室。有一整套载流量检测设备。除了一般电缆,它还服务于特殊电缆的热性能测试。
结论
通过上述分析,至少可以获得两个增益:
1.单芯钢丝铠装电缆的载流量远小于相同截面的无铠装单芯电缆。切勿根据无铠装电缆选择载流量。
2.钢丝的铠装损耗远大于线芯,磁隔离结构实际上是虚设的、无效的。磁隔离是一个错误的概念。
综上所述,对于单芯钢丝铠装电缆,由于铠装磁损耗,载流量降低。这是单芯钢丝铠装电缆的致命缺陷。但单芯钢丝铠装电缆能承受拉力和强大的外部机械力,实际上是不可或缺的产品。如铺设在江河湖海中的海底电缆。因此,建议采用:
1单芯电缆为非磁性铠装,绝不是误导。
2、一定要选择镀锌钢丝,镀锌钢丝涂有防腐涂层,并相互分离。根据数据,国外厂商认为可以实现磁隔离。但笔者认为这与铜线的磁隔离没有太大区别。你可以做个实验来验证一下。这里不做评论。
除了水下江河湖海、承受巨大拉力的特殊情况外,一般情况下不容易选择单芯钢丝铠装电缆,如隧道、支架等。,其不承受拉力并且可以预期外部机械力不是很大。
此外,建议修改电缆标准,其中单芯钢丝铠装电缆采用铜线磁绝缘结构,改为采用非磁性材料作为铠装线。