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消除高压电缆系统安全运行隐患的措施
李新平
(重庆渝能泰山电线电缆有限公司 重庆 渝北401120)
摘要:高压交联电缆,由于自身结构、材料和加工工艺的特点,决定在设计和运行电缆系统时要提高系统安全性的措施。在设计中要考虑电缆的弯曲强度、热膨胀收缩的位移、疲劳强度、机械力和电动力等等,另外,还要根据敷设环境和条件根据电缆和附件的特性,增加敷设的特殊装置,以提高系统的安全运行。本文就是围绕上述特性和影响因素,提出相应的提高电缆系统安全运行的措施。
关键词:热收缩 敷设方式 伸缩装置 伸缩节 蛇形敷设 垂直敷设 轴向力 电缆弯曲刚度
引言
对于高压交联电缆,由于自身结构、材料和加工工艺的特点,决定在设计和运行电缆系统时要提高系统安全性的措施。在设计中要考虑电缆的弯曲强度、热膨胀收缩的位移、疲劳强度、机械力和电动力等等,另外,还要根据敷设环境和条件根据电缆和附件的特性,增加敷设的特殊装置,以提高系统的安全运行。本文围绕上述特性和影响因素,提出相应的提高电缆系统安全运行的措施,至于为满足电缆系统的电气性能的必要设计方案不在本章讨论范围之内。
在较长的电缆系统中需要增加中间接头,安装中间接头的接头井,要考虑接头井长度宽度和高度,以便满足吸收电缆收缩给中间接头带来的破坏;直埋电缆要考虑电缆的敷设尺寸和形状,以满足吸收电缆收缩带来的机械应力;在大跨度敷设的的桥上敷设要考虑电缆的震动疲劳和桥梁伸缩等的影响,提出相应的对应措施;对高落差敷设的电缆系统,要考虑高落差对电缆影响。
一、影响高压电缆系统运行安全的因素
1、电缆本固有特性
交联聚乙烯电缆主绝缘,是以聚乙烯为基料,在添加交联剂等添加剂的基础上,进入挤塑机中加热、内挤出成型,进入硫化管内,在220~380℃下进行高温硫化,生成交联聚乙烯主绝缘。随后连续冷却。交联聚乙烯电缆在这种工艺条件下生产出来,必定残余一定的应力。电缆制造厂家是通过脱气来消除部分应力,但由于绝缘材料特性所决定,不可能无限制地脱气,只能在一定的必要范围内进行[8]
随着负荷电流变化及环境温度变化,电力电缆会发生热伸缩,其中因线芯的热胀冷缩而产生非常大的热机械力,电缆线芯截面越大,所产生的热机械力就越大;同时线芯和金属护套还会因热胀冷缩的多次循环,而产生蠕变。热伸缩对电力电缆运行构成很大的威胁,会造成运行电缆位移、滑落,甚至损坏电缆及附件(图1、2所示)。
图1 高压电缆中间接头典型结构
图2 在橡胶应力锥上加弹簧压紧装置示意图
2、不同敷设方式存在的隐患
(1〕直埋敷设时,电缆因受到周边土壤的限制,整根电缆无法产生位移,于是线芯将在热机械力的作用下在线路的两个末端产生很大的推力,引起末端位移,从而对电缆附件的安全构成极大威胁。
(2)排管敷设时,电缆因不受到横向约束,在热机械力的作用下电缆将产生弯曲变形;电缆随着电缆温度的不断变化,弯曲变形反复出现,使电缆金属护套产生疲劳应变。
(3)隧道敷设时,电缆一般均放在支架上,不作刚性固定,故电缆的热伸缩较大,在斜面敷设时易出现滑落现象;在电缆的弯曲处易出现严重位移;电缆随着电缆温度的不断变化,还会反复出现弯曲变形,使电缆金属护套产生疲劳应变,护套破损。
(4)竖井敷设时,电缆的自重及热机械力有可能使金属护套产生过分的应变,从而缩短电缆的使用寿命。
(5)市政桥梁敷设时,若电缆敷设在桥内排管中,若电缆敷设在桥的箱梁中,则存在与隧道敷设相同的问题,除外敷设在桥梁上的电缆还会受到桥梁伸缩、振动的影响,从而加速电缆金属护套的疲劳损伤。
二、消除或减少安全隐患的具体措施
1、电缆制造时应采取的措施
控制电缆本题热收缩的影响,主要是消除电缆的热应力。必须从控制电缆制造开始,按照国家标准将热收缩控制在一个统一的标准值内,以便作为系统匹配依据。首先,在VCV生产设备选用开始着手。交联管由加热、预冷和冷却三部分组成,从交联度和消除热应力的角度看,加热管和冷却管愈长愈好。但受到客观条件的限制,不可能无穷增大,只能选择经济长度。一般加热管选择在25~48米之间,预冷管选择在9~11米之间,在这种设备下,通过适当地调节工艺就能满足工艺的要求,另外,高压电缆线芯生产出来后必须进行脱气处理,在70℃~85
2.设计高压电缆系统应采取的应对措施
1)理论分析
电缆线路的直线部分,金属套在每次热循环时其压缩应变也随之改变,压缩应变ε由下式决定:
(1)
式中,和分别为金属套的线膨胀系数和相对环境温度的温升。铝的线膨胀系数为铝导体24×10-6℃-1。
如果再引深就可将绝缘的压缩应变进行计算,可取绝缘的热膨胀系数330×10-6℃-1,采用上述公式可以计算出电缆线芯的外屏蔽与铝之间间隙的合理尺寸,从而确保电缆的弯曲半径
在电缆系统的弯曲部分,导体的最大推力会对绝缘施加横向压力:
(2)
式中,P-——横向压力
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