剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷.pdf

2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012 剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷 陈宁红 ( 江苏省产品质量监督检验研究院， 江苏 南京 210007) 摘要: 介绍了一起低压五芯电力电缆的质量纠纷， 通过剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷， 从电缆结构和安装 方式不同角度对事故发生的原因进行了阐述， 并对低压五芯电力电缆的结构尺寸重新进行了工艺计算， 提出 了改善建议。 关键词: 低压五芯电力电缆;结构缺陷;安装方式;工艺计算 中图分类号: TM247文献标识码: A 文章编号: 1672- 6901( 2012) 05- 0013- 03 Structure Discussion of Five Cores Low Voltage Power Cable CHEN Ning- hong ( Jiangsu Province Product Quality Supervision and Inspection Institute， Nanjing 210029，China) Abstract:A quality dispute of low voltage five cores power cable is introduced The reason of dispute was analyzed from two aspects containing structure size and arrangement mode The process planning of the five cores is designed a- gain which is different from the former The new design is more compacter which can improve the safety and reliability of the cable Key words:low voltage five cores power cable;reason analyze;suggestion;process calculation 收稿日期: 2012- 02- 21 作者简介: 陈宁红( 1959 ) ， 女， 高级工程师 作者地址: 江苏南京市光华东街 5 号 210007 0引言 0 6/1 kV 五芯交联聚乙烯电力电缆( 以下简称 低压五芯电缆) 是工程建设中广泛使用的一种电力 电缆。由于目前设计、 生产低压五芯电缆采用的结 构不同， 对其安装和使用也有着不同的要求。笔者 在质量鉴定过程中曾遇到过由于客户对低压五芯电 缆的安装方式与常规不同而与制造厂引发的一起质 量纠纷事件。本文将通过剖析此纠纷中低压五芯电 缆的结构缺陷， 分析不同的安装方式对低压五芯电 缆结构的影响， 重新对低压五芯电缆的结构尺寸进 行了设计和计算， 并对安装、 使用方式提出了要求。 1质量纠纷简介 在这起质量纠纷中， 低压五芯电缆的型号规格 为 YJV 0 6/1 kV 4 150 + 1 70 mm2， 每根电缆 长度大约 100 m， 合同约定标准为 GB/T 12706 1 2008。使用方在垂直吊装过程中， 发现低压五芯电 力电缆的保护线芯向下不同程度地滑移 10 20 m， 不能正常使用; 而制造厂将上述低压五芯电缆送权 威机构进行检测， 所有项目均符合标准要求。由于 双方各执己见， 于是诉诸法院， 并申请第三方机构进 行质量鉴定。 2原因分析 2 1结构缺陷 该批低压五芯电缆的导体结构采取的是四个瓦 形导体( 150 mm2) 和一个圆形导体( 70 mm2) ， 圆形 导体放在四个瓦形导体的中间， 常称为“四瓦一圆 结构。电缆的横截面显示中间的圆形保护线芯的四 周的空隙明显， 不能被四个瓦形绝缘线芯有效抱紧。 经测量四个瓦形导体的瓦高在 10 5 11 mm 之间， 瓦宽为 22 0 mm， 中间保护线芯圆形导体的外 径为 10 2 mm， 属于圆形紧压导体结构。对于低压 交联电力电缆， 设计瓦形导体时， 由于瓦形导体内侧 圆弧的半径设计值偏大， 再加上低压交联电力电缆 的绝缘线芯绝缘厚度要求较薄， 标称厚度只有 1 4 mm， 造成四个瓦形绝缘线芯成缆形成的中心圆 直径明显大于保护绝缘线芯的外径 12 3 12 5 mm， 保护线芯不能被四个瓦形绝缘线芯有效抱紧。 依据以上四根 150 mm2线芯的瓦形导体生产绝缘 后的相应瓦高和瓦宽， 用 CAD 进行作图可以确定由 以上四个瓦形绝缘线芯形成的中心圆直径明显大于 12 5 mm， 达到 14 3 mm( 见图 1) 。 低压电力电缆在成缆过程中， 需绕包无纺布或 其它相应的材料， 无纺布的作用是扎紧成缆线芯， 对 图 1YJV 0 6/1 kV 4 150 +1 70 mm2 成缆工序 CAD 作图 成缆线芯结构进行定型。上述电缆成缆过程中所用 的无纺布为一层， 瓦形绝缘线芯的四周用了四根规 格为90 mm 的聚丙烯( PP) 填充绳， 中间线芯未使用 PP 填充绳， 在瓦形导体内侧圆弧半径偏大的情况 下， 填充、 绕包不充分， 成缆后线芯结构不够稳定， 也 是造成滑移的原因。 2 2安装方式探讨 根据 GB 501682006电气装置安装工程电缆 线路施工及验收规范 进行计算， 本起电缆的安装 长度为每根 100 m， 要求其塑料护套最大牵引力不 超过 7 N/mm2; 机械敷设时电缆的牵引速度不超过 15 m/min， 适用于任一种安装方式。本案中用户采 用垂直吊装， 虽安装过程中各项指标控制符合上述 规定， 但垂直吊装方式选择不当也是造成线芯滑移 的原因之一。 低压五芯电缆常用的垂直吊装方式有牵引头安 装和钢丝网套安装。如果安装方对低压五芯电缆的 弱点有充分的了解， 并对可能发生的问题有一定的 预见， 本次采用牵引头进行垂直吊装， 就可以避免该 起质量事故的发生。 3改进建议 针对上述“四瓦一圆” 低压五芯电缆中存在的 缺陷， 本节提出了在瓦形导体内侧圆弧半径偏大情 况下增加填充和绕包的补救措施， 并对安装方式的 确认提出了建议， 最后重新对瓦形绝缘的工艺尺寸 进行了计算。 3 1增加填充和绕包 如果制造企业在生产过程中能及时发现保护线 芯过松的现象， 那么就能马上采取临时措施进行弥 补。通常的做法是: 可在保护线芯边缘加 PP 绳， 将 四个瓦形绝缘线芯形成的中心圆与保护线芯之间的 空隙进行填实， 也可起到一定的稳定保护线芯的作 用; 对于大规格低压电力电缆， 如果能采用二层无纺 布或其它相应材料加强绕包， 使成缆后线芯结构更 加稳定， 则可减少线芯从电缆中滑出的情况。 3 2安装方式的确认 虽然大多数低压电力电缆是水平安装( 通常低 压电力电缆绝大部分是直埋、 放电缆沟内或在桥架 上) ， 而垂直吊装方式对低压电力电缆结构的紧凑 性提出了较高的要求， 因此电缆制造企业在投标或 签订合同前应加强与客户的技术沟通与交流， 了解 电缆的使用环境和安装方式。如确认上述“四瓦一 圆” 低压电力电缆适用的安装方式只能为牵引头垂 直吊装， 或在出厂前编制相应的使用说明书， 明确电 缆不适用的安装方式和使用环境。 3 3新工艺计算 上述建议只能是补救措施， 要从根本上解决保 护线芯滑出的问题， 还是要从工艺计算着手。 对于上述 YJV 0 6/1kV 4 150 + 1 70 mm2 产品， 重新对四瓦一圆结构设计并计算( 参见图 2) 。 图 2YJV 0 6/1 kV 4 150 +1 70 mm2 主线芯瓦形结构设计图 R 瓦形线芯大圆弧半径R0 中性线芯绝缘半径 瓦形绝缘线芯角之半T 瓦形线芯绝缘厚度 r1 瓦形线芯底侧圆弧半径r2 瓦形线芯外侧圆弧半径 H 瓦形线芯高度B 瓦形线芯宽度 Sj 瓦形线芯轮廓截面 在瓦形线芯结构设计中， 确定瓦形线芯大圆弧 R 是关键。根据图 2， 可逐步分析进行。 扇形 HOE 的面积为: s1= r2( 1) /2 扇形 FOF1的面积为: s2= ( R0+ T) 2( 1) /2 扇形 B1O1F1的面积为: s3= r2 1( /2 1) /2 扇形 C1O2E1的面积为: s4= r2 2( /2 + 2) /2 41 2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012 直角O2OC3的面积为: s5= ( r2+ T) 2ctg 2/2 直角O1OB3的面积为: s6= ( r1+ T) 2ctg 1/2 直角GOB3的面积为: s7=( r1+T) 2ctg2 1 tg 2/2 矩形 B1B3C3C1的面积为: s8= T ( r2 + T) ctg2 ( r1+ T) ctg1 扇形 EOE1的面积为: s9= R2 ( 1 2) /2 由以上各式经整理可得: Sj= 2( s1+ s3+ s4+ s5 + s9 s2 s6 s8) 由此建立如下方程: f( R)= R2( 2)+ ( /2 1) r2 1 + ( /2 + 2) r 2 2 + ( r2 2 T2) ctg2+ ( T2 r2 1) ctg1 ( R0+ T) 2( 1) Sj = 0 式中， 1= arcsin r1+ T R0+ r1+ T ; 2= arcsin r2+ T R r2 由工艺设计知: Sj= S = 4 d2n/ 式中， d 为单线直径( mm) ; n 为单线根数; 为紧压 线芯延伸系数( 1 035 1 040) ; 为紧压线芯填充 系数( 0 83 0 90) 。 方程 f( R) 为超越方程， 一般采用 “牛顿迭代法 进行求解， 其迭代公式为: Rn+1= Rn f( Rn) f Rn) 式中，f ( Rn)=2 arcsin T + r2 R r () 2 + 2r2 R + T R 2r2 槡 T 采用 “牛顿迭代法” ， 只要少数几次迭代就可以 得到结果。其计算精度完全满足工艺上的要求。 为了优化算法， 减少迭代次数， 引入方程 f( R) 初解 Rn。令 r1= r2= 0， 由于 TR， 故认为: 2 T/R， ctg 2R/T。f( R) 化简为: f( R)= R2 2RT + T 2ctg 1 ( R0+ T) 2( 1) Sj = 0 此方程为一个以 R 为未知数的一元二次方程， 解此 方程( 取其正根) ， 得: Rn= T +T 2( 1 ctg 1)+ Sj + ( 1) ( R0+ T) 槡 2 式中， 1= arcsin T R0+ T 求得: R =18 0 mm B =20 7 mm H =11 0 mm 根据以上设计的瓦形导体结构， 挤塑绝缘层以 后， 经过成缆工序将形成以下比较紧密的成缆结构 ( 见图 3) 。 图 3重新设计的 YJV 0 6/1 kV 4 150 +1 70 mm2 成缆结构示意图 4结束语 企业在设计低压( 4 +1) 五芯电力电缆时， 如采 用瓦形导体结构时， 对瓦形尺寸应设计精确。设计 的四个瓦形导体， 在经过绝缘挤塑、 成缆工序后， 中 间形成的中心圆直径要与本身的保护线芯导体挤塑 绝缘后的尺寸相匹配。 低压五芯电力电缆导体采用何种结构， 可由制 造企业自行设计， 但是， 所生产的五芯电力电缆既要 满足现行国家标准的要求， 也要满足客户对不同的 安装方式的使用要求， 只有这样才能让客户满意， 企 业受益。 目前虽然新的国家标准 GB/T 12706 12008 已覆盖了低压五芯电力电缆， 但该标准对五芯电力 电缆的某些性能指标尚未做出要求和规定， 期待通 过不断的实践和经验总结， 新国标能更加全面。 参考文献: 1陈江 五芯塑料绝缘电力电缆结构探讨J 电线电缆， 2006 ( 5) : 22- 23 2GB/T 1270612008额定电压 1 kV 和 3 kV 挤包绝缘电力 电缆 S 3赵长令 塑力缆瓦形线芯结构和压辊设计数学模型J 电线 电缆， 2002( 2) : 13- 17 51 2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012