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同芯式導體低壓電力電纜的開發(fā)

 [摘要]闡述同芯式導體低壓電力電纜設計的原理、結(jié)構(gòu)及其截面要求和工藝要求。[關(guān)鍵詞]設計原理中性點接地短路電流電力電纜是在電力系統(tǒng)中傳輸或分配大功率電能的電纜。通常低壓電力電纜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計時是沒有同芯式導體的，由于未能很好地區(qū)分工程的具體情況和使用場所，在三相系統(tǒng)的輸配電路中使用這種無同芯式導體(即無屏蔽特性)的塑料絕緣電力電纜會給工程設計、輸配電網(wǎng)運行帶來許多不足的問題，主要存在下列三個缺點：1、抗干擾性能差，當電纜本身輸送的電流中含有高次諧波分量時，電纜會對其周圍的電子設備產(chǎn)生電磁干擾；反之，外界的電磁干擾也會藕合到電纜芯線上，對與電纜相接的各種電氣產(chǎn)生電磁干擾；2、相一零短路阻抗大，使線路單相短路電流值降低，影響首端保護裝置在單相短路時的靈敏度。特別要指出的是：在電源中性點直接接地的接零系統(tǒng)中，當電纜一相絕緣被擊穿而發(fā)生的一相接地時，因其接地短路電流值很小，不足以使線路首端的過電流保護裝置有效的動作，導致危及整個系統(tǒng)的電氣設備和人身安全；3、沿高層建筑內(nèi)敷設的電纜，因無屏蔽層，難免在強大雷電流的電磁效應作用下產(chǎn)生過壓，而造成絕緣層的損壞或者被擊穿。由于低壓電力電纜本身結(jié)構(gòu)存在問題，進而所引發(fā)的各種干擾和危害問題，日趨復雜和嚴重。在電站、電廠、高層建筑、遂道、地鐵、計算機機房的電纜選型與運行敷設中不得不將問題加以重視，而具有屏蔽性能及中性線作用的同芯式導體在這些場所顯得更為重要和適用。

一、同芯式導體設計的原理能源部SDJ8—79：《電力設備接地設計技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：“在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中，電力設備的外殼宜采用低壓接零保護，即接零”，又規(guī)定“零線應在電源處接地”。所謂零線，即與變壓器或發(fā)電機直接接地的中性點連接的中性線，或在直流回路中的接地中性線。電力設備外殼與零線接連即為接零。保護接零的原理見圖一，當電力設備發(fā)生相線碰殼故障時，短路電流Id的值較大，使熔斷器RD(或自動開關(guān))迅速動作，切斷電源。 Id—相線碰殼時短路故障電流Rc—重復接地電阻Ro—工作接地電阻RD—熔斷器

二、同芯式導體的截面要求SDJ26—89《發(fā)電廠、變電所電纜選擇與敷設設計規(guī)程》中規(guī)定：“電力電纜金屬屏蔽的有效截面，宜滿足各種可能運行方式下(如中性點不直接接地系統(tǒng)中不同地點的兩相接地短路)，該屏蔽層短路時溫度最高不超過150°C(聚氯乙烯外護層)或140°C(聚乙烯外護層)的原則確定”。SD289－88《進口1－35kV橡塑電纜技術(shù)規(guī)范》中也規(guī)定：“金屬屏蔽層的有效截面應能在系統(tǒng)中發(fā)生接地故障(中性點接地系統(tǒng)為單相接地故障，中性點不接地為不同地點兩相同時接地故障)，而有故障電流渡過金屬屏蔽蔽層時，屏蔽層的溫度不超過其內(nèi)側(cè)的采集合最高耐熱溫度”。在金屬屏蔽中，短路電流，導電截面的大小要按電網(wǎng)系統(tǒng)的短路容量(Shortcirouitpower)和系統(tǒng)接地方式而定。如果系統(tǒng)中性點直接接地，在金屬屏蔽層中所引起的短路電流將與電纜導電線芯的相同，或?qū)щ娋�芯的一半，我國這樣的系統(tǒng)主要是在低壓供電系統(tǒng)中使用。如果系統(tǒng)不接地或通過阻抗接地(如北京標書要求：電力系統(tǒng)接地方式，中性點接地或經(jīng)消弧線接地系統(tǒng))，除出現(xiàn)少見的特殊短路情況(如雙接地doubleearthfault)金屬屏蔽中的短路電流將不會太大，在我國這樣的情況是在中壓供電系統(tǒng)出現(xiàn)。中壓電纜的銅絲屏蔽或銅帶屏蔽的截面也可以參照XLPE絕緣中壓電纜屏蔽蔽層的要求，確定其截面分為16、25、35、50mm2四種，(系統(tǒng)不直接接地)可根據(jù)故障電流容量選用。

三、同芯式導體結(jié)構(gòu)、工藝要求金屬屏蔽主要是起電屏蔽作用，在電路故障短路時也起到導電線短路電流的重要作用，一般金屬屏蔽可由1～2層銅帶、銅絲紡織或銅線疏繞同芯等組成，疏繞銅線的間距不得大于4mm，并要有一反向繞包的銅帶作為接觸扎線，把銅線疏繞層在電氣連成一體。國內(nèi)電線電纜產(chǎn)品中，沒有或很小采用同芯式導體的結(jié)構(gòu)形式，國外一些發(fā)達國家都在致力于這方面的研究，并付諸實施。在英國標準中，BS4553－92供電用銅芯聚乙烯絕緣分股同芯電纜，規(guī)定同芯層可作為中性導體和接地導體，是符合BS4109規(guī)定的無鍍層退火銅線來制造，并規(guī)定每個規(guī)格電纜中的銅絲數(shù)目和直徑、電阻率同芯層的應采用右向繞包，繞包節(jié)距和線的根數(shù)應使之最小覆蓋率達到90%，在同芯層外面應緊接重疊繞包不吸潮的包扎帶。德國標準DIN57271－83中的NYCY型采用同芯層導體可作為中性線，接地線或零線使用，它同時又可以作屏蔽線使用。也規(guī)定了無鍍層退火銅線的根數(shù)和直徑、電阻率。與同類型的電纜相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形圓整，可節(jié)約護套電纜料10%左右，因此根據(jù)以上結(jié)構(gòu)特點、截面積的要求和使用設備及生產(chǎn)工藝制訂了低電力電纜同芯式導體的結(jié)構(gòu)設計原則。1、為了便于生產(chǎn)和管理，應盡量統(tǒng)一同芯導體的線徑。2、根據(jù)生產(chǎn)設備，在保證均勻分分布在絞合的絕緣芯繞包層上，其間距不大于4mm的情況下規(guī)定最小線徑，同芯導體的根數(shù)越少越好。3、為了保證同芯導體的均勻，且不致相對的滑動，又保證護套擠出后，電纜外觀圓整。采用分層的無紡布或PVC繞包的方法，即絕緣芯成纜包帶＋同芯導體絞合螺旋形銅帶繞＋無紡布帶重疊繞包。4、其結(jié)構(gòu)形成有三種，對于三相四線電纜的結(jié)構(gòu)形成為a結(jié)構(gòu)，對于三相五線電纜的結(jié)構(gòu)形式為b和c兩種結(jié)構(gòu)(見圖二)。 a、結(jié)構(gòu)中，同芯式導體是包在纜芯外，它可以是N線(中性線)、PE線(保護接地)，也可以是PEN(中性線與保護接地共用)，材料為銅絲或銅帶，或銅絲加銅帶。截面為與電纜相芯相同或一半。b、結(jié)構(gòu)中，N線在纜芯內(nèi)，而零線作為PE線包在纜芯外，零線可以是銅絲或銅絲加銅帶。截面為電纜相芯的一半。c、結(jié)構(gòu)中，N線包在銅芯外，用銅絲組成PE線包在N線外面，用銅絲銅帶組成，形成雙層屏蔽結(jié)構(gòu)。截面為與電纜相芯相同或一半。以上三種結(jié)構(gòu)中，也可以加上鋼帶或鋼絲鎧裝，其結(jié)構(gòu)如圖三，以增加電纜耐壓力和拉力。 5、型號規(guī)格

同心式導體的電阻率按GB3957－83或IEC228執(zhí)行。

四、同芯式導體兼屏蔽零線電力電纜的優(yōu)點1、輸送電力時，不會對周圍電氣設備產(chǎn)生干擾；也消除了外來電磁干擾對連接在本電纜上的電氣設備的影響。2、能避免強大雷電磁效應電壓所導致的擊穿或損壞，提高了高層建筑避雷效果和可靠性。3、能提高線路首端過流保護裝置的靈敏度，使電纜及接在其上的電器設備得到有效的保護。4、具有較低且均勻的正(逆)序和零序阻抗，有利于改善銅電品質(zhì)。5、適用于無芯電纜的TN－C和TN－C－S系統(tǒng)供電。6、能盡快消除因一相絕緣擊穿而發(fā)生的接地故障。7、加工方便，柔軟性高，易于施工。8、可降低成本。

五、使用場合1、該屏蔽兼零線電纜適用于具有對稱負荷的三相四線、三相五線線路以及需要防干擾接地，帶信號而具有不對稱相零負荷的線路，還可以作為高精密度電子設備的饋線用。2、使用于保護接零線系統(tǒng)中，必須有較好的工作接地和重復接地。3、保護零系統(tǒng)中，零線不得裝接熔斷器或開關(guān)。結(jié)束語通過以上所述及實際應用，同芯式導體低壓電力電纜具有比VV、YJV線更優(yōu)越的性能，很值得上規(guī)模的廠家開發(fā)生產(chǎn)，以滿足電力系統(tǒng)輸配電線路工程設計的需求。

參考文獻[1]《現(xiàn)代電纜工程》婁爾康[2]SDJ8－79《電力設備接地設計技術(shù)規(guī)范》[3]SD289－88《進口1－35kV橡塑電纜技術(shù)規(guī)范》[4]BS4553－92(英國標準)[5]DIN57271－83(德國標準)

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