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有人提出交流輸電單芯高壓海底電力電纜的非磁性合金絲鎧裝及鋼絲鎧裝的問題。這個問題很有探討價值。希望大家發(fā)表議論。

［wjn918 在 2012-3-8 14:18:38 編輯過］

關(guān)于單芯鋼絲鎧裝電纜諸問題的探討  馬國棟

大家先看看這篇文章。

關(guān)于單芯鋼絲鎧裝電纜諸問題的探討

馬國棟 上海電纜研究所 
    1 問題的提出
    通過試驗和現(xiàn)場資料的分析以及搜集到的資料表明,單芯鋼絲鎧裝電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材和運(yùn)行合理性等諸多問題逐漸引起人們的關(guān)注。單芯鋼絲鎧裝電纜的鎧裝損耗越來越引起人們的關(guān)注，國內(nèi)采用單芯鋼絲鎧裝電纜給多處工程帶來麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。用戶關(guān)注的敏感性及重視程度遠(yuǎn)大于電纜制造廠對這一問題的思考。資料[1]中對這一問題進(jìn)行了論述并列舉了國內(nèi)敷設(shè)單芯鋼絲鎧裝電纜線路情況。并提出國內(nèi)單芯電纜鋼絲鎧裝采用隔磁結(jié)構(gòu)是與世不同的“怪”產(chǎn)品。應(yīng)該與國外接軌，取消銅絲隔磁結(jié)構(gòu)。
    60年代中期敷設(shè)了上海過黃浦江電纜，選用意大利比瑞利的220kV充油鉛套PE護(hù)套鋁合金絲鎧裝,廠方采用非磁性鎧裝，消除鋼絲的磁損耗.能提高輸送容量。國外也有采用硬銅合金絲鎧裝（原文作者認(rèn)為采用非磁性鎧裝是一種誤導(dǎo)）。60年代后期南京和安慶110KV充油單芯海纜工程曾設(shè)想生產(chǎn)非磁性鎧裝，因國內(nèi)沒有鋁合金絲產(chǎn)品，就改用銅絲隔磁設(shè)計。在鋼絲鎧裝中間均勻分布3到4根銅絲是單芯電纜外不形成閉合磁路。自從那時起至今國產(chǎn)超高壓單芯海纜全部采用隔磁結(jié)構(gòu)鎧裝。（這是否起源于我國有待于考證-摘錄者自言）。

但原文太長，只能粘要點(diǎn)。

  文章又列舉幾個引進(jìn)工程，1987年廣東虎門220KV充油鉛套PE護(hù)套鋼絲鎧裝PLP外護(hù)層海纜。由日本住友供貨。采用φ8 mm鍍鋅鋼絲45根。為了提高輸送容量，在鉛套與PE護(hù)套間有24根扁平導(dǎo)線共240mm2。回流導(dǎo)體的作用是降低金屬套阻抗，以降低護(hù)套損耗提高輸送容量。1989年廈門集美至高崎跨海峽海纜，220Kv1×630mm2銅芯充油鉛套HDPE護(hù)層鋼絲鎧裝PLP外護(hù)層海纜。由法國阿爾卡特供貨。采用Φ7.6mm鍍鋅鋼絲41根。1998年北京供電局敷設(shè)在湖里的水底電纜，15kV 1×300mm2銅芯XLPE鉛套鋼絲鎧裝PE外護(hù)層電纜。由法國阿爾卡特供貨。鎧裝采用φ7 mm鍍鋅鋼絲23根。廠商認(rèn)為鋼絲表面鍍鋅，其排列不是十分緊密，鋼絲間被外護(hù)層的防腐劑（如瀝青）所填充，不會形成閉合的磁回路，不會產(chǎn)生額外的護(hù)套損耗。

 文章說國產(chǎn)單芯交流海底電纜鋼絲鎧裝的結(jié)構(gòu)自60年代開始至今一直采用隔磁鋼絲結(jié)構(gòu)設(shè)計。而所有國外進(jìn)口的單芯交流海底電纜的鋼絲全采用鍍鋅鋼絲設(shè)計，制造廠認(rèn)為從理論和實際運(yùn)行記錄上看沒有必要采取隔磁設(shè)計。為了使我國海纜的結(jié)構(gòu)與國外產(chǎn)品相似，文章作者的觀點(diǎn)是取消隔磁結(jié)構(gòu)。不僅是海纜，110kV XLPE電纜等都應(yīng)該作相應(yīng)的修改。
    以上是國內(nèi)外高壓和超高壓電纜用于水下敷設(shè)時單芯鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)方面的情況。對于35kV及以下電纜由于國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用銅絲隔磁結(jié)構(gòu)，所以各個制造廠基本都是按標(biāo)準(zhǔn)制造。設(shè)計部門和使用部門也選用此類電纜。出問題的大有其在。

鎧裝損耗
    單芯電纜鋼絲鎧裝損耗為什么這么大？其損耗原因主要是磁滯和渦流損耗起決定性作用。這些損耗都與磁場強(qiáng)度有關(guān)，而磁場強(qiáng)度又與線芯電流有關(guān)。當(dāng)鋼絲單點(diǎn)互連時，鎧裝不存在環(huán)流損耗。電纜是相當(dāng)于無限長直導(dǎo)線，其線芯電流在本電纜鋼絲中的電場遠(yuǎn)大于其它相鄰電纜電流在該鋼絲中的電場，認(rèn)為鋼絲損耗主要是本電纜線芯電流引起的。三根單芯呈三角形排列運(yùn)行于三相系統(tǒng)和三根單芯呈三角形排列串聯(lián)運(yùn)行于單相系統(tǒng)中，根據(jù)表2-2 試驗資料（單相）和現(xiàn)場的測量資料（三相）反映到載流能力和溫度兩個參數(shù)來分析在三角形排列時兩者的鋼絲鎧裝損耗是接近的。這僅僅是就該組數(shù)據(jù)而言。因試驗條件限制無法進(jìn)行三相系統(tǒng)試驗。通過表3-1的計算溫度參數(shù)至少可以說明電纜呈三角形排列時單相的試驗數(shù)據(jù)（載流量）與三相系統(tǒng)下在現(xiàn)場排列方式下的測量電流是相近的。

 結(jié)論
    通過上述分析至少可以取得兩點(diǎn)收獲：
    1 單芯鋼絲鎧裝電纜載流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同截面非鎧裝單芯電纜，千萬不能按非鎧裝電纜選擇載流量（可以說100%廠家提供的載流量都是錯誤的）。
    2 鋼絲鎧裝損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于線芯損耗，隔磁結(jié)構(gòu)實際上是虛設(shè)的，不起作用。隔磁是一個偽概念。
    綜上所述，對單芯鋼絲鎧裝電纜而言由于鎧裝磁損耗造成了載流量減小。這是單芯鋼絲鎧裝電纜致命的缺點(diǎn)。但是單芯鋼絲鎧裝電纜又有其能承受拉力和強(qiáng)大的外來機(jī)械力的作用，實際上也是不可缺少的產(chǎn)品。如江河湖海敷設(shè)的海底電纜。因此，建議采用：
    1單芯電纜非磁性鎧裝（如不銹鋼絲、銅合金或鋁合金絲），這絕不是誤導(dǎo)。
    2 一定要選擇鋼絲者采用鍍鋅鋼絲，并涂以防腐層，鋼絲之間彼此隔開。資料[1]說國外廠家認(rèn)為可以到隔磁作用。但筆者認(rèn)為這與采用銅絲隔磁作用沒有多大區(qū)別。可以做個試驗來驗證一下。不在這里加以評論。
    3 除江河湖海水底及承受巨大拉力特殊情況外，通常情況下不易選用單芯鋼絲鎧裝電纜，如隧道、托架等不承受拉力和或可以預(yù)料的外來機(jī)械力不是很大時。
    另外，建議修改電纜標(biāo)準(zhǔn)其中的單芯鋼絲鎧裝電纜采用銅絲隔磁結(jié)構(gòu)改為采用非磁性材質(zhì)作為鎧裝絲。

大長度陸地電纜金屬套及外鎧應(yīng)做交叉換位或互聯(lián)。沒有大環(huán)流損耗。

海底電力電纜由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，三相金屬套及外鎧處于等0電位，也不存在大環(huán)流損耗。

單芯海底電力電纜的登陸段，其兩端的金屬護(hù)層應(yīng)可靠聯(lián)接并接地。如果陸上敷設(shè)段距離較長，應(yīng)視同陸地電纜做好電纜換位或交叉互聯(lián)。如果登陸段較短，應(yīng)采用三相電纜三角形敷設(shè)或靠近敷設(shè)，直接進(jìn)變電站或上桿接高壓架空線。以減少金屬護(hù)層損耗。

陸地上電纜的金屬屏蔽損耗是一個二次函數(shù)求最大值的命題。請閱。

［wjn918 在 2012-4-24 16:23:35 編輯過］

陸地上電纜的金屬屏蔽損耗是一個二次函數(shù)求最大值的命題。其金屬套損耗因數(shù)函數(shù)曲線圖，是一個開口向下的單峰值曲線圖。

其峰值也就是損耗因數(shù)最大值λ1約等于1。

峰值的左側(cè)，隨著電纜鎧裝金屬絲的電阻減小，損耗因數(shù)逐漸變小。當(dāng)采用硬銅絲鎧裝的損耗因數(shù)λ1約等于0.5。

峰值的右側(cè)，隨著電纜鎧裝金屬絲的電阻增大，損耗因數(shù)也呈逐漸變小趨勢。當(dāng)采用高錳、鎳無磁合金絲鎧裝，損耗因數(shù)λ1約等于0.4。

直至采用聚脂塑料絲的外鎧，達(dá)電阻無窮大，外鎧無環(huán)流存在。

［wjn918 在 2012-4-24 16:25:38 編輯過］

關(guān)于單芯海底電力電纜鎧裝問題研究，我已寫成論文，近期將發(fā)表。里面有詳細(xì)的計算及論述。