同心式导体低压电力电缆的开发.pdf

2 0 0 1 年第 1 期 NoI 2 001 电 载 电 缆 El e c t r i c W 1 r e Ca b L e 2 0 0 i年 2月 Fe b， 2 001 同心式导体低压 电力电缆 的开发 张 映 光 ( 佛 山市 中宝电缆厂 ， 广东 佛 【 I J 5 2 8 0 3 1 ) 摘 要 ： 本 文介绍 同心式导体低 压电缆的由来， 同心或导体电境的设计 原理 以厦 同心式 导体截 面的要求 、 电缆 工 艺、 结构、 型号、 特点， 使 用场告 作了较 详细的论 述。 关键词 同心式导体低压电缆： 设计原理； 截 面； 工艺； 蛄构 特点 中图分类 号 ： TM2 4 7 I 文献标识码 ： A 文章编 号 ： m I 3 9 2 ( 2 0 0 1 ) 0 1 0 0 2 3 0 3 De v e l o pme nt o f l o w v ol t a g e c o n c e n t r i c c o nd u c t or c a bl e s Z H ANG Yi ng gu a ng ( Z h o n g b a o( ； a b l e W o r k s F o s h a nFo s h a n 5 2 8 0 3 1 ，Ou a n g d o n g P r o v i n c e ) Ab s t r a c t ： Th e a r t i c l e s d e s c r i b e s t h e o r i g i n a n d d e s i g n p r i n c i p l e o f t h e c o n c e n t r i c c o n d u c t o r c a b t e s I t a l s o d i s C U S S E S i n d e t a i l t h e c r o s s s e c t i o n a l r e q u i r e me n t s o f t h e c o n c e n t r i c c o n d u c t o r s c a b l e ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s c a b l e c o n s t r u c t i o n， t y p e s c h a r a c t e r i s t i c s a n d a p p l i c a t i o n Ke y wor d s：l o w vol t a ge c on c e nt r i c c on du ct or c a l b e s；d es i gn pr i nc i pl e；c r o s s s e c t i on；m a nu f a c t ur i ng pr oc e s s； c or u t r uc t i onc h ar a c t e r i s t i c s 1 引 言 电力电缆在电力系统 中用作电能传输和分配 根据电力系统电压等级的不 同， 使用 了不同电压等 级的电力电缆。 通常 ， 低压电力电缆产品的结构设计 中不采用同心式导体 ， 如在 7 0年代以来 ， 大量生产 的 VV、 V L V、 VV2 2 、 VL V2 2等系列的聚氯乙烯绝 缘和护套的电力电缆已推广使用 。由于未能很好地 区分工程的具体情况和使用场所 ， 在三相 系统的输 配 电路中仍大量地使用这种无同心式导体 ( 即无屏 蔽特性) 的塑料绝缘电力 电缆， 给工程设计 ， 输配电 网运行带 来 了一些 问题 ， 主要存在 下列 三个 缺点 ： ( 1 )抗干扰性能差 。当电缆本身输送的电流 中 含有高次谐波时， 电缆会对其周 围的电子设备产生 电磁干扰； 反之 ， 外界的电磁干扰也会耦合到电缆芯 线上 ， 对与电缆相接的各种电气装置产生电磁干扰。 ( 2 )相一 零 回路阻抗大 ， 使线路单相短路电流值 降低 ， 影响首端保护装置在单相短路时的灵敏度 。 特 别要指出的是： 在电源中性点直接接地 的接零系统 中， 当电缆一相绝缘被击穿而发生的单相接地时， 因 其接地短路电流值很小 ， 不足以使线路首端 的过电 流保护装置有效地动作 ， 危及整个系统 的电气设备 和人 身 的安全 。 ( 3 )沿高层建筑内敷设的电缆 ， 因无屏蔽层， 难 免在强大雷电流的电磁效应作用下产生过电压 ， 造 成绝 缘层的损 坏或 击穿 。 由于低压 电力电缆本身结构存在 的问题 ， 而引 起的各种干扰和危害已日趋复杂和严重， 因此 ， 在电 站、 电厂、 高层建筑、 隧道、 地铁 、 计算机房 的电缆选 型与运行敷设中不得不加以重视 。 为克服上述缺点 根据电力部门的要求 ， 我们着 手开发研制一种具有 屏蔽性能 ， 中性线作用的同心式导体低压 电力电缆 以满足我 国电力 发展 的需要 。 2同心式导体设计的原理 能 源 部标 准 S D J 8 7 9 ， 电力 设 备接 地 设 计 技 术规范 中规定 ： “ 在中性点直接接地 的低压 电力网 中， 电力设备的外壳宜采用低压接零保护 ， 即接零” ， 又规定 ： “ 零线应在电源处接地” 。所谓零线 ， 即与变 压器或发电机直接接地的中性点连接的中性线， 或 在直流回路中的接地中性线。电力设备外壳与零线 收稿日 期； 2 0 0 0 0 7 2 0 连接 即为接零。 作者简介： 张映光( 1 9 6 4 一) ， 男， 广东澄海人 工程师 保护接零的原理见图 1 。当电力设备发生相线 参 考 文 献 1 j cs第 3 7 6号 A( 1 9 9 2 ) ， 分岐付 一7 G 0 0 V V e r t i c a l ma t h c a b l e w i t h b r a n c h e s I s ： 2 ： 印永福 展望 n 世纪初我 国城市 建筑用线 6 建筑线缆 、 阻 燃 、 耐火电境专题论文集 ， 1 9 9 9 维普资讯 http:/ 2 0 0 1 年第 1期 NOI 2 001 电 线 电 缆 El e C t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 1 年 2月 Fe b ， 2 001 碰壳 故障f 寸， 短路 电流 ， 的值较大 ， 使 熔断器 n ( 或 自动开关) 迅速动作， 切断电源。 ，、 l 由 【 【 如 “ 、 h ， ， ， ， O 墙 【 图1 一 相线碰 壳时的短路故障 电流心 一上柞 接地 电阻 一重复接地 电阻R o 一熔 断器 3 同心式 导体 的截面 要求 S DJ 2 6 8 9 发电厂、 变电所 电缆选 择与敷设 设计规程 中规定 ： “ 电力电缆金属屏蔽的有效截面 ， 宜满足各种可能运行方式下( 如 中性点不直接接地 系统中不同地点的两相接地短路 ) ， 该屏蔽层短路时 温度 最 高不 超过 1 5 0 。 C( 聚 氯 乙烯 外 护 层 ) 或 1 4 O 。 C ( 聚乙烯 外护 层) 原则 确定” 。S D2 8 9 8 8 ， 进 口 1 3 5 k V橡塑电缆技术规范 中也规定： “ 金属屏蔽层 的有效截面应 能在系统发生接地故障( 中性点接地 系统为单相接地故障， 中性点不接地为不同地点两 相同时接地的故障) ， 而有故障电流流过金属屏蔽层 时 ， 屏蔽层的温度不超过其内、 外两侧材料的最高耐 热温度 ” 。 在金属屏蔽层中， 短路 电流、 导电截面的大小要 按 电阿系统的短路容量 ( s h o r t c i r c u i t p o we r ) 和系 统接地方式而定 。 如果系统中性点直接接地， 在金属 屏 蔽层 由引 起 的 短路 电流 将 与电缆 导 电线 芯 的相 同， 或导电线芯的一半 这样 的系统在我 国主要使用 于低压供电系统中。如果系统不接地或通过阻抗接 地( 如北京标书要求 ： 电力系统接地方式 ， 中性点不 接地或经消弧线接地系统) ， 除出现少见的特殊短路 情况( 如双接地 d o u b l e e a r t h f a u l t 1 金属屏蔽中的短 路电流将不会太大 ， 在我国这样的情况是 在中压供 电系统中出现。中压电缆的铜丝屏蔽或铜带屏蔽的 截面也可 以参照 X L P E绝缘中压电缆屏蔽层要求 而确定， 其截面分别 为： 1 6 、 2 5 、 3 5 、 5 0 mm。 等 四种 ( 系统不直接接地 ) ， 可根据故障电流容量来选用 。 4 同心式 导体 的结构和工艺要 求 金属屏蔽主要是起 电屏蔽作用 ， 在电路故障短 路时也起到导 短路 电流的重要作用 一般金属屏 蔽可由 1 2 层铜带、 铜丝编织或铜线疏绕等方式组 成 疏绕铜 线 的间距 不得 大于 4 mi t t ， 并要 有一 反 向 绕包 的铜带作为接触扎线， 使铜线疏绕层在电气上 连 成 一 体 。 国 内 电线 电缆 产 品 中 ， 没有 或很 少 采 用 同心 式 导体的结构形式， 国外一些发达国家都致力于这方 面 的研究 ， 并付诸实施 在英 国标准中 ， B S 4 5 5 3 9 2 ， 供 电用 铜 芯 聚乙烯 绝 缘 多芯 同心 电缆 规 定 同 心层可作为中性导体和接地导体 ， 是用符合 B S 4 1 0 9 规定的无镀层退火铜线来制造 并规定每个规格电 缆中的铜丝数量 、 直径和电阻率 ， 同心层的铜线应采 用右 向绞合 ， 绞合节距和线 的根数应使之最小覆盖 率达到 9 0 ， 在同心层外面应紧接重叠绕包一层不 吸潮的包扎带 德 国标准 D I N5 7 2 7 1 8 3中的 NY C Y型电缆采用 同心 层导体可作为中性线、 接地线 或零线使用 ， 它同时又可以作屏蔽线使用。 也规定了 无镀层退火铜线的根数、 直径和电阻率 与同类型的 电缆相 比， 具有结构紧凑 、 外形圆整 ， 可节约电缆护 套料 l 0 左右， 因此根据以上结构特点 、 截 面积 的 要求 和我 厂所用设 备 及生 产工艺 制订 了低 压 电力电 缆同心式导体的结构设计原则 ： ( 1 )为了便于生产和管理 ， 尽量统一 同心导线 的线 径 ( 2 )根据生产设备 ， 在保证 同心导线均匀分布 在成缆线芯 的绕包层上， 其间距不大于 4 m17 1 的情 况下规定最小线径， 导线的根数越少越好。 ( 3 )为了保证 同心导体的均匀， 且不相对的滑 动， 又保证护套挤出后电缆外观圆整， 采用分层的无 纺布或 P V C带绕包 的方法 ， 即绝缘线芯成缆后包带 +导线同心绞台或铜带绕包+无纺布带重叠绕包 ( 4 7其结构形式有三种， 对于三相四线 电缆 的 结构形式见图 2 a ， 相对三相五线 电缆的结构形式见 图 2 b和图 2 c 。 图 2 a结构 中， 同心式导体是包在缆芯外 ， 它可 以是 N 线 ( 中性 线 ) 、 P E 线 ( 保 护 接 地 ) ， 也 可 以是 P E N( 中性线与保护接地共用 ) ， 材料为铜丝 、 铜带、 或铜丝加铜带。其截面的大小与电缆相线截面相 同 或一半。 图 2 b结构 中， N线在缆芯 内， 而 P E线包在缆 芯外 P E线可以铜丝、 铜带或铜丝加铜带 ， 其截面 的大小为电缆相线截面的一半。 维普资讯 http:/ 2 0 0 1年第 1 期 N o 1 2 0 01 电 线 电 缆 El e r i c Wi r e 8 Ca b l e 2 0 0 年 2月 Fe b 2 0 0I 图 2 c 结 构 中 ， N 线 绞台在 缆芯 外 ， 由铜丝 组成 P E线是绞合或绕包在 N线外面， 由铜丝或铜带组 成。这样就形成双层屏蔽结构。截面的大小为与电 缆相线截面相 同或一半。 除以上三种结构外， 也可以在上述三种结构中 再增加一层或二层的钢带或钢丝铠装 ， 以增加电缆 的抗压和抗拉特性 。同心式导体低压 电力电缆的型 号 和规格见表 1 。 表 l 同心式导体低压 电力电缆型号与规 格 注： T为同心式导体 5同心式 导体 电力 电缆的优点 ( 1 )输送 电力时 ， 不会对周围电气设备产生干 扰； 也消除了外来电磁 干扰对连接在本 电缆上的电 气设备的影响。 ( 2 )能避免强大雷电引起的过 电压及导致的电 缆击穿或损坏 ， 提高了电缆的安全性和可靠性。 ( 3 )能提高线路 首端过流保护装置 的灵敏度， 使电缆和其连接的电器设备得到有效的保护。 ( 4 )具 有 较低 且 均 匀 的 正 ( 逆 ) 序 和 零 序 阻抗 ， 有利于改善供 电品质 ( 5 )适用于五芯 电缆的 TN C和 TN C S系统 供 电。 ( 6 )能尽快消除困一相绝缘击穿而发生的接地 图 2 故 障 。 ( 7 )加工方便 ， 柔软性高 ， 易于施工。 ( 8 )可 降低 成本 。 6使用场合 ( 1 ) 该屏蔽兼零线的同心式导体电力电缆适用 于具有对称负荷的三相四线 、 三相五线线路以及需 要防干扰接地、 带信号而具有不对称相零负荷 的线 路 还可以作为高精密度电子设备的馈线用 。 ( 2 )使用于保护接零系统中， 必 须有较好 的工 作接地和重复接地。 ( 3 )保护接零 系统 中， 零线不得装接熔断器或 开关 7 结束语 同心导体低压电力电缆与通常的塑料绝缘和护 套( 3 芯 ) 电力电缆相 比， 具有很多优点， 它的使用有 利于提高供 电系统的安全可靠性， 改善了输 电品质， 更适合现代的输变电系统的要求， 具有广阔的发展 前景和应用市场。 我厂根据能源部标准的要求设计、 研制了同心式导体电力电缆 ， 并 已供电力部 门使用， 获得了良好的效果和经济效益 。 参 考 文 献 1 堂尔康 现代电缆工程 ： M 辽宁科学技术出版社 ， 1 9 8 7 s D J 8 7 9 ， 电力设备设计规范E s 3 J S D2 8 9 8 8 ， 进 口 1 3 5 k V橡塑电缆技术规 范E s 4 B S 4 5 5 3 9 2 ， 供电用 6 0 0 1 0 0 0伏铜芯 聚氯乙烯绝缘同心式 电 力 电缆L S l j D1 No 7 2 7 1 8 3 ， NY CY型电缆i s 维普资讯 http:/