當前﹐低壓電網(wǎng)改造工程已經(jīng)激活。低壓架空絕緣電纜可選用何種電纜料﹐選擇哪種好﹐看法不一。針對這種情況﹐從穩(wěn)定提高電網(wǎng)工程品質﹐使之經(jīng)得起歷史考驗原則出發(fā)﹐通過總結長期研究經(jīng)驗﹐進行經(jīng)濟技術綜合分析﹐提出在低壓架空絕緣電纜中選用的聚乙烯﹐如果不交聯(lián)﹐還不如選用耐候型聚氯乙烯好的結論。
1、引言
1kV及以下架空絕緣電纜用電纜料一般有三種﹕耐侯型聚氯乙烯﹑聚乙烯﹑交聯(lián)聚乙烯。選用哪種電纜合適﹐是當今電網(wǎng)改造和建設中值得研究的問題。
這三種電纜料﹐如果單純從技術性能看﹐最優(yōu)者當屬交聯(lián)聚乙烯﹐其次是耐候型聚氯乙烯﹐再次是聚乙烯。由于交聯(lián)聚乙烯價格太高﹐它只能用在特殊要求場合﹐所以﹐最常用的場合應首選耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交聯(lián)）聚乙烯還不如采用耐候型聚氯乙烯﹐對于這種認識形成的緣由﹐我想先回顧親身研制經(jīng)歷再進行經(jīng)濟技術綜合分析﹐本著實事求是認真負責的態(tài)度與同行們進行討論。
2、低壓電網(wǎng)絕緣化的歷史回顧
2.1國外早期開發(fā)情況
日本是在1961年開始開發(fā)架空絕緣電纜的﹐據(jù)1976年日本九家電力公司統(tǒng)計﹐低壓架空絕緣線纜已敷設 101,00km﹐電網(wǎng)絕緣化率達到76％。低壓架空電纜料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型）﹐也有采用聚乙烯的﹐但多是交聯(lián)聚乙烯。美國在1971年就制定了70℃~0℃600 V的架空絕緣線纜國家標準﹐低壓網(wǎng)多數(shù)使用耐候型聚氯乙烯電纜。瑞典﹑法國﹑芬蘭﹑德國等歐洲發(fā)達國家早在60年代
初就開始研究生產(chǎn)架空絕緣電纜﹐并且在金具研究方面積累了豐富經(jīng)驗﹐使群群組裝件逐漸系列化。對我國架空絕緣電纜的金具開發(fā)起到了重要借鑒作用。
2.2國內(nèi)低壓架空絕緣電纜的開發(fā)
遼寧沉陽地區(qū)對低壓架空絕緣電纜的開發(fā)在全國是比較早的。1983年我隨同沉陽市科委群群組織的技術考察團去日本考察﹐在日本城鄉(xiāng)看到電網(wǎng)絕緣化程度很高﹐低壓電網(wǎng)見不到裸電線﹐多半是黑色耐候型聚氯乙烯絕緣電纜。日本專家說﹐在低壓架空絕緣電纜中﹐聚乙烯如果不交聯(lián)﹐還是耐候型聚氯乙烯電纜好。我們到日本吉野川電線株式會社聚氯乙烯絕緣電纜料生產(chǎn)車間參觀﹐我特意帶回電纜料樣品回國。經(jīng)剖析后﹐會同哈爾濱電工學院及撫順塑料一廠等三家聯(lián)合研制。用近兩年時間于1986年研制成功。由撫順塑料一廠生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯電纜料﹐沉陽電線廠生產(chǎn)架空聚氯乙烯絕緣電纜﹐經(jīng)省級鑒定認為達到了國際同類產(chǎn)品水準（日本JIS3340－1980（OW）型﹐德國 DIN47720－1970NFYW型）。從1986年開始﹐沉陽電業(yè)局及遼寧省城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)開始大量敷設耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜﹐為我國電網(wǎng)絕緣化工作起到了率先垂范作用。與此同時﹐這項工作也受到東北電管局﹑省農(nóng)電局領導及有關同志的重視﹐積極在低壓網(wǎng)推廣應用耐候型聚氯乙烯絕緣線纜。所以遼寧是全國較早開發(fā)較多應用架空聚氯乙烯絕緣電纜省份之一。
到了80年代末﹐全國電線電纜行業(yè)形成了架空絕緣電纜生產(chǎn)熱。上海電纜研究所于1990年參考各地企業(yè)標準﹐編寫了國家標準GB12527－90。根據(jù)實踐。作者先后在1986年和1988年的《電線電纜》雜志上發(fā)表論文﹐重點闡述了耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜的研制與應用情況。 1986年~998年12年期間低壓架空絕緣電纜技術雖然逐步成熟并推向全國﹐但由于在重發(fā)電輕用電思想指導下﹐
電力資金很少用到電網(wǎng)改造上﹐電網(wǎng)絕緣化水準仍然很低﹐電網(wǎng)改造工作任重而道遠。1998年夏秋之交﹐國家才把電力資金使用重點轉移到電網(wǎng)改造和建設上﹐從而迎來了電網(wǎng)改造工程和建設的巨大發(fā)展﹐牽動了電線電纜行業(yè)等相關配套行業(yè)的大發(fā)展﹐積累了十多年制造低壓架空絕緣電纜經(jīng)驗和能力的各生產(chǎn)企業(yè)得以有用武之地。
3、低壓架空絕緣電纜當前應首選耐侯型聚氯乙烯絕緣
三種低壓架空絕緣電纜料﹐從經(jīng)濟技術全面分析來看﹐交聯(lián)聚乙烯在當前經(jīng)濟條件不十分寬裕情況下﹐用在特別重要場合比較合適。關于其它兩種電纜料﹕耐候型聚氯乙烯和聚乙烯﹐建議當前應首選耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料﹐其主要理由如下。
3.1耐侯型聚氯乙烯絕緣電線電纜已有30年架空執(zhí)行的歷史
架空絕緣電纜與其它電纜電纜相比最突出的特點是耐大氣老化﹐這一點是一般電線電纜不具備的。大氣老化因素很苛刻﹐最主要因素是太陽光紫外線﹐其它因素有雨﹑雪﹑冰雹﹑風沙﹑高溫﹑低溫﹑煙霧﹑鳥糞﹑化學物質﹑樹干枝葉摩擦﹑風力搖擺等機械外力。長期暴露在太陽光下﹐紫外線對高分子材料破壞力很強﹐易出現(xiàn)分子鏈切斷﹑表面變色和龜裂等現(xiàn)象。如不采取有效措施﹐高分子材料是很難抵抗大氣因素常年累月侵襲破壞的。
耐大氣老化性能如何﹐除了實驗室內(nèi)人工氣候老化試驗外﹐最有信服力的是長期架空敷設執(zhí)行實踐驗證。在我國只有耐候型聚氯乙烯絕緣電纜架空敷設歷史最長﹐并且沒有發(fā)現(xiàn)變色和龜裂現(xiàn)象﹐所以可放心使用。
機械工業(yè)部上海電纜研究所李養(yǎng)珠進階工程師早在60年代就從事電線電纜大氣老化性能試驗研究工作。她于1968年在哈爾濱太陽島﹑齊齊哈爾市和海南島等具有代表性地方﹐把各種顏色的聚氯乙烯絕緣電線電纜敷設在太陽光下﹐并一直定期觀察測試﹐發(fā)現(xiàn)黑色聚氯乙烯絕緣電線耐候性最好﹐沒有變色龜裂﹐敷設16年后的1984年﹐她編寫了一份極有價值的"橡塑布電線定點執(zhí)行試驗研究報
告"﹐并在《電線電纜》雜志上發(fā)表﹐為我國架空絕緣電纜正確選擇材料提供了十分重要的實踐根據(jù)。
我們所從事的架空絕緣電纜的研究工作是在上述的試驗研究工作成果的啟發(fā)下進行的﹐特別是通過1983年去日本技術考察后﹐了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯絕緣電纜的實際應用情況﹐使我們對耐候型聚氯乙烯絕緣電纜更增強了信心。我們在過去所開發(fā)的耐候型聚氯乙烯電纜料在配方上做了兩點重大改進﹐都是針對提高耐大氣老化性能而采取的﹐比文獻到中所述的聚氯乙烯絕緣電線電纜
耐大氣老化性能更好。這種性能的提高標志著時代在進步。
撫順塑料一廠自1986年以來﹐已累計生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料18,00t﹐用戶遍及東北﹑華北。其中包括黑龍江省最北部邊境地區(qū)﹑青島沿海地帶﹑山西內(nèi)陸等多風沙地區(qū)。通過十多年使用實踐證明從未發(fā)生老化變色龜裂等品質問題。
聚乙烯存在著環(huán)境應力開裂問題﹐這是因為聚乙烯存在內(nèi)應力﹐會隨著使用環(huán)境條件變化而產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。當采用熔融指數(shù)為2.0的聚乙烯作電纜護套時﹐在電纜彎曲半徑較小﹐并接觸到一些諸如洗滌劑﹑化學試劑﹑肥皂水等化學物質時﹐常會使護套發(fā)生開裂。
為改善聚乙烯耐環(huán)境應力開裂性能﹐應采用熔融指數(shù)O.3以下﹐分子量分布不太寬的中密度聚乙烯。聚乙烯還有一個特點﹕在擠出時﹐熔融指數(shù)越大越易擠出﹐工藝溫度寬﹐但不耐環(huán)境應力開裂﹔相反﹐熔融指數(shù)越小越不好擠出﹐表面易粗糙﹐但耐環(huán)境應力開裂性能優(yōu)。所以﹐在選料時一定要嚴格按標準選用熔融指數(shù)小的聚乙烯﹐不能為了順利擠出而選用熔融指數(shù)偏大的聚乙烯料﹐萬一聚乙烯絕緣架空電纜表面出現(xiàn)環(huán)境應力開裂現(xiàn)象﹐將會嚴重損壞電網(wǎng)工程品質﹐影響極壞。
交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化性能好。這是由于它的分子結構所決定的。由于交聯(lián)過程把聚乙烯分子的線性狀態(tài)通過交聯(lián)劑搭橋變成了網(wǎng)狀結構﹐大分子鏈間上下左右緊密聯(lián)結在一起﹐增強了抵抗外力破壞的能力﹐再加上光屏蔽劑和抗氧劑等作用﹐我們就不再擔心交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化能力。
有人認為中高壓電纜用交聯(lián)聚乙烯﹐那幺低壓電纜最好用聚乙烯﹐這種認識是不妥的。因為高壓電纜用的聚乙烯是交聯(lián)聚乙烯﹐與聚乙烯有本質區(qū)別。聚乙烯除了存在耐環(huán)境應力開裂問題外﹐還存在不可忽視的機械強度低﹑軟化溫度低﹑受熱易變形﹑阻燃性能不好等問題。
3.2聚氯乙烯比聚乙烯柔軟﹑機械強度高﹑耐磨性好
低壓電線電纜絕緣設計原則主要考慮絕緣的機械性能。我們所研究的對象是低壓電網(wǎng)用電線電纜﹐機械性能好壞應是絕緣料性能的重點。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔軟﹑機械強度高﹑耐磨性好﹐從這點出發(fā)應首選聚氯乙烯。GB12527－90標準中規(guī)定﹐聚氯乙烯張強度為12.5MPa。撫順塑料一廠聚氯乙烯電纜料抗張強度實測值達到20 MPa左右。聚乙烯抗張強度在標準中規(guī)定10MPa﹐低于聚氯乙烯
﹐實測值只有14MPa左右﹐比聚氯乙烯實測值低很多。在實際使用中電工都有明顯感覺。在架設線路中．電纜在地上托時﹐聚氯乙烯電纜不易被托破和起毛﹐而聚乙烯則相反﹐容易被托破和起毛。在與金具接觸承受壓力以及樹干枝葉接觸摩擦時﹐聚氯乙烯由于機械強度高而不易被壓壞和磨壞。平時我們用指甲在聚氯乙烯電纜表面不易劃出溝痕﹐而聚乙烯由于強度低﹐很容易用指甲劃出溝痕﹐這足以敘述聚乙烯機械強度低。
3.3聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好
聚氯乙烯燃燒時去掉火源后很快會自熄﹐而聚乙烯則不能﹐會繼續(xù)燃燒下去﹐這是因為聚氯乙烯分子中含有鹵族氯原子﹐所以能阻燃。據(jù)介紹東北某一農(nóng)村低壓電網(wǎng)不慎起火�；鹪磽錅绾螬o絕緣電纜卻繼續(xù)漫延燃燒﹐燒壞了不少塑料大棚﹐引起了民事糾紛﹐經(jīng)查絕緣電纜材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃劑是有一定難度的﹕一是提高成本﹐二是兼容性差﹐降低絕緣性能。在GB12527－90標準中只對阻燃性能好的聚氯乙烯絕緣電纜規(guī)定了不延燃性要求﹐而對另兩種阻燃性能不好的電纜（聚乙烯﹑交聯(lián)聚乙烯）沒有此項要求。這一點在修訂標準時應予以考慮。
3.4聚氯乙烯比聚乙烯軟化溫度不﹐過教能力強
聚氯乙烯軟化溫度﹕160℃～180℃﹐過載能力比聚乙烯要強很多﹐聚乙烯軟化溫度﹕110℃～125℃。當電路過載時溫度上升﹐聚乙烯首先軟化變形﹐導致絕緣破壞﹐特別是在與金具接觸以及其它受到壓力的地方更容易蠕變而發(fā)生事故。
3.5關于絕緣性能
聚乙烯用到10kV以上中高壓電纜中可更大發(fā)揮絕緣性能好的優(yōu)點﹐而在1kV及以下低壓電線電纜中聚氯乙烯絕緣能力是足夠的﹐國內(nèi)外1kV及以下低壓電線電纜絕緣材料除橡皮外絕大多數(shù)是聚氯乙烯﹐而聚乙烯多用于通信電纜和中高壓電纜。
3.6關于耐水性能
從塑料材料總體看﹐耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分類中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能雖然很好﹐但相比之下﹐不如聚乙烯。然而在幾百伏的低壓電網(wǎng)中聚氯乙烯的耐水性是足夠的。這是因為低壓架空絕緣電纜使用在空中﹐接觸水的機會不多﹐就連經(jīng)常接觸潮濕和水的農(nóng)用理地電纜（JB2171－85標準NLVV型）系列中都有聚氯乙烯絕緣電纜。難道用于低壓架空的絕緣電纜還能懷疑聚氯乙烯絕緣的耐水性能嗎？
3.7關于耐低溫性能
聚乙烯的耐低溫能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯絕緣電纜在實際使用十多年過程中被證明能適應我國低溫地區(qū)環(huán)境﹐在黑龍江省邊境地區(qū)使用多年﹐很受歡迎﹐據(jù)反映從未發(fā)生低溫脆裂現(xiàn)象。這是因為耐候型聚氯乙烯配方設計中已考慮到低溫問題。采取技術措施后﹐它已不同于一般聚氯乙烯﹐而是經(jīng)過外增塑改性的聚氯乙烯﹐所以能夠適應我國北方低溫環(huán)境需要﹐北方多年敷設實踐也充分證明了這一點。
3.8關于電纜料價格分析
生產(chǎn)電纜企業(yè)選購電纜料以重量計價進廠﹐而賣出電纜是以長度計價出廠﹐所以評價不同電纜料價格應該采用體積價格法進行比較才有可比性。所謂體積價格就是用電纜料的重量價格乘以其密度之積﹐乘積低者﹐敘述電纜料體積價格低。按上述方法計算出的當前市場兩種電纜料體積價格相近。
3.9對于低壓電網(wǎng)﹐聚氯乙烯的絕緣能力是足夠的
應該指出1kV及以下電網(wǎng)聚氯乙烯絕緣能力是足夠的。自50年代塑料線被逐步普及推廣以來﹐日常用電線除了橡皮線外幾乎都是聚氯乙烯電線﹐國內(nèi)外行業(yè)專家對低壓電纜選擇絕緣材料時從未懷疑過聚氯乙烯的絕緣能力。因為10kV以上中高壓架空電纜采用的是交聯(lián)聚乙烯絕緣而要求低壓電網(wǎng)一定要用聚乙烯絕緣是缺乏全面分析的。
4、結論
（1）低壓架空聚氯乙烯絕緣電纜通過理論分析和30多年長期敷設實踐證明﹐具有耐大氣老化性能好﹑機械強度高﹑耐托﹑耐磨﹑阻燃性好等優(yōu)點﹐絕緣能力及耐水性能等都能滿足低壓電網(wǎng)要求。因此﹐應成為低壓電網(wǎng)改造用首選產(chǎn)品。
（2）低壓架空交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)異的絕緣性能﹑機械性能﹑耐熱不變形性能。但由于價格高﹐建議在當前經(jīng)濟條件下﹐用在特殊要求場合下較為合適。
（3）低壓架空聚乙烯絕緣電纜雖然具有優(yōu)異的絕緣性能﹐但機械性能低﹑阻燃性能不好﹑耐熱性差﹐特別是在耐環(huán)境應力開裂方面還缺乏更長時間架空敷設考驗和經(jīng)驗積累﹐建議應長期敷設試驗研究后再考慮大面積推廣。在當前看來﹐選用聚乙烯如果不交聯(lián)﹐還不如選用耐候型聚氯乙烯好。