优质超高压交联电缆如何选用各种金属护套介绍

1.金属套的种类
金属套有二大功能：(1)隔水作用：防止XLPE绝缘接触到水分产生水树技，金属套是电缆的径向防水层；(2)能承受零序短路电流热稳定性好。按生产工艺可分为三大类：挤包无缝金属套、纵向焊缝金属套和综合护套等。采用的材料又有铅、铝、铜和不锈钢等。金属套的品种、制造、结构和特征如下：
金属套品种 制造和结构 特征
无缝铅套 由连续压铅机挤包无缝连续铅套 铅的化学性能稳定，耐腐蚀。
无缝波纹铅套 由连续或非连续压铝机挤包铝套及轧波纹 电缆重量轻，铝的化学性能较活泼，外护套损坏后铝套易穿孔，外径较大。
焊缝波纹铝套 铝板卷包用焊机焊接后再轧 同上，但有纵向焊缝。
焊缝波纹铜套 铜板卷包用焊机焊接后再轧纹 有纵向焊缝，外径较大。
焊缝波纹不锈钢 不锈钢板卷包用焊机焊接后再轧纹 有纵向焊缝，热稳定容量比波纵铜套低，外径较大。
综合护套 铝箔PE复合膜纵向搭盖卷包热风焊接 电缆重量轻，铝箔作防水层，用铜丝屏蔽满足热稳定。
以上6种金属套都有良好的径向防水层，但内在质量、应用特性和制造成本各不相同。目前国内除波纹铜套和不锈钢套外都有生产，对国内生产的4类品种性能阐述如下。
2.铝套
目前国内能制造铅套交联电缆的大厂都有以连续压铅机生产铅套的能力。铅套交联电缆内部结构紧密，纵向防水性能好，铅的化学稳定性耐腐性好，缺点是重量重。
铅合金的熔化温度约300℃，压铅机的模座挤出温度260℃。在螺杆连续压铅机上制造的铅套是一个无夹灰、无缝、内壁光滑的连续铅管。铅的蠕变性能好，结构尺寸设计时无须在铅套与线芯之间留有间隙，交联绝缘膨胀时能撑大铅套而绝缘表面仍然平整光滑。由于交联绝缘的膨胀系数比金属大约一个数量级，因此各类波纹金属套内须***留有足够的膨胀间隙。如无间隙或间隙不够大，在绝缘膨胀后会在绝缘表面留下波纹的凹痕，这会影响电缆的电气性能。在型式试验中经过20个热循环后，如电缆芯表面呈波纹状，电缆的冲击裕度不高。由于铅套内壁无需设计间隙，结构较紧密。因此铅套交联电线的纵向防水性能比任何一种波纹金属套电缆都好。
铅的电阻系数是铝的7.8倍，铅套要满足技术条件中的短路热稳定要求，铅套的截面须***比铝套的大得多。各供电系统采用短路热稳定指标都比实际大了很多，主要是零序短路持续的时间太长，而实际上仅几个周波。这指标是系统定的，对电缆技术人员来说无权变更。上海在220KV工程中要求50KA 2秒，采用铅套电缆时要在铅套下加铜丝屏蔽，选用波纹铝套要加厚。在85年的引进中，曾有一工程将国外加厚的波纹铝套充油电缆与国产铅套充油电缆(没有铜丝屏蔽)对接，国外制造厂说：“如果发生短路时铅套电缆的铅套会熔化了”，实际上自七十年代以来的国产超高压铅套充油电缆和近年采用铅套交联电缆都没有发生过铅套熔化的故障。主要是目前系统的短路容量没有这么大，短路持续时间不可能达到2秒。现各大供电系统都己编制了“电网若干技术原则的规定”，其中对110KV以上电力电缆的金属套或金属屏蔽层要求能承受单相短路电流的持续时间应不小于0.2秒(以上海电网为例)。如执行这项技术条件将使超高电缆的金属套结构趋向合理，有利于降低电缆的造价。
选择用螺杆式连续压铅机生产的铅套，不存在因铅套夹灰形成铅套上有砂眼问题。螺杆式压铅机从熔铅炉底部取铅挤包，铅的氧化物和各种杂质比重较铅小得多，都会浮在熔融铅液表面不可能挤包在电缆上。即使用水压机式非连续压铅机也能生产质量优良的铅套，关键是生产工艺。上海电力系统中有数百公里单芯铅套充油电缆，其中大部份是在上海生产，用水压机式非连续压铅机生产的铅套占很大比例，这些电缆在20多年
运行中没有发生过铅套漏油的故障。产品质量关键在于工艺管理和工厂装备。铅套的径向阻水功能与铝套相比不仅毫不逊色，且能胜于铝套。
同规格超高压铅套电缆比铝套电缆重得多，一般说要重60%至90%。当前超高压电缆的敷设已不再是人背肩扛的施工方式了。敷设中要严格控制电缆的侧压力，只有采用卷杨机加履带输送机方法施工才能掌握敷设张力和控制好电缆侧压力。当采用敷设机械施工时，铅套和铝套的重量之差异已无足轻重。在施工中要因地制宜设计一些机具籍以减轻劳动强度，在施工中克服了一些困难，在日后运行中能得到安全运行回报。万一运行中外护套破损后由于铅套耐腐蚀，金属套不会很快穿孔造成进水。铅套交联电缆的敷设时比铝套交联电缆柔软，铅套电缆在接头作业中可直接搪铅比较方便。
铅的比重为11.34是铝的4.2倍，铅套原材料的成本要比铝套大的多。以110KV 1×630平方毫米电线为例作一对比：铅套厚度为4mm，铝套为2mm；在每米铅套电缆中，铅的重量是铝套电缆中铝重量的7.5倍。按99年同期的市场价格计算，铅的原料每吨价格虽是铝的34％，而铅钳套内铅原料成本价是铝的2.5倍。如技术条件中对短路持续时间提了过长的要求时，在设计铅套的热稳定中要增加铜丝屏蔽，会使两种金属套的原料成本相差更大。在招标竞争中，如生产铅套交联电缆的制造厂以铝套交联电缆相同单价或略高的价格参予与铝套交联电缆竞争，对用户来说是合算的。
铅套交联电缆是不会被铝套交联电缆所取代。在陆上电缆中各有特征及利弊，在直埋及排管敷设中宜优先考虑选择铅套电缆。海底高压交联电缆须***采用铅套，海缆锚损等外力破坏机率非常高，一旦护层损伤后又难以修理。铝套海底电缆如受外力破坏后，主绝缘及金属套尚完好，但铝护层在海水中很快会穿孔，必然会降低使用寿命。这是海缆不采用铝套的原因。
3．无缝波纹铝套
波纹铝套交联电缆***大的优点是重量轻和短路热稳定容量大。在短路电流持续时间稍长的系统中，一般标准厚度铝套即能满足要求，如计算中热稳定不够时可将铝套少加厚一些就能满足技术要求，无需采用增加铜丝屏蔽，比铅套简单。用压铝机挤包的铝套机械性能与密封性都很好。
铝套电缆重量比铅套轻得多，在敷设中如何用人力搬、抬、扛、移电缆时要比铅套电缆省力，很受敷设工人欢迎。
波纹铝套结构开发于六七十年代，在当时的高压电缆主要是充油电缆。充油电缆设计中采用波纹铝套后有很多优点：省略了铅套的径向加强带；螺旋形波纹构成外油道使充油电缆的瞬态压降明显减小，在线路设计中能放长供油段的长度，可减少塞止接头数量；当时的铝价比目前价格低得多，与铅铜价之比也便宜得多。因此在一些******陆上充油电缆中以波纹铝套取代了铅套，在经济上及技术上都有很大好处。然而波纹铝套交联电缆的螺旋形波纹使电缆不具有纵向阻水功能，在电线设计中如果使其也能纵向阻水而减小了间隙会降低电气性能，似乎得不偿失。
铝在元素周期表中的原子序数是13，而铅是82，铝是化学性能很活泼的金属。在运行中遇到外力破坏损伤了外护层或外护层在支架上被棱破了，铝套很快会被腐蚀穿孔而造成进水。
铝的熔点658℃，压铝机挤包时模座温度约为500℃。相比铅套的挤包温度要高了很多，为此铝套内应有铜丝编织玻璃丝带或半导电阻水带防止绝缘屏蔽被烫伤。压铝机有连续压制与非连续压制二类。不连续的在加铝锭时要停顿一段时间，对交联电缆芯不甚有利。新老铝锭在压铝机内虽能结合成一体，在铝套表面仍有接缝可见，但对铝套抗位强度没有影响。应该说连续的比不连续的好。
压铝机系是一精密设备造价很高，压铝套的生产工序及工艺也较复杂，压铝机生产铝套的能耗和工耗较高，金属套的生产成本也就较高了。
电缆允许承受的侧压力与绝缘品种有关，不以金属套种类而定。国外一些权威性手册上推荐的数据如下表所示。波纹铝管的抗压强度虽比铅管高，但电缆在敷设时的张力是在导体线芯上，在弯曲处的侧压力由导体向绝缘、金属套及护层传递，由转角滑轮承受推力。其中***易受机械力影响的是绝缘，以绝缘承受力来决定电缆承受的侧压力是合理的。
电缆种类 允许侧压力(N/m)
油纸绝缘电缆
挤包绝缘电缆 3000
3000
铝套电缆在安装中有喜有忧。重量轻是敷设工人***受欢迎之点，但其柔软性不如铅套。自电缆盘上放下的铝套高压交联电缆外端须***用校直机整直了才能牵引。在敷设过程中为控制电线的侧压力及牵引力，现都用卷扬机加屉带输送机方法施工，因此端部的牵引力不大，在电缆经过弯曲处后铝套电缆不易自行变直，在转弯处不如铅套电缆顺畅。在安装各类附件中，铝套上不能直接搪铅，先要在铝的表面镀锌锡合金及搪底铅后才能搪铅。搪底铅操作对人员的工艺水平要求较高，少有瑕疵会造成电缆进水。在大型工程中要锯线封端和安装牵引端的工作量不少，尤其在排管中敷设。铝套电缆不被接头工人所欢迎。
4．焊缝波纹铝露
焊缝铝套由铝板卷包后用氩弧焊机焊成形。氩弧焊机的造价不能与昂贵的压铝机相比，设备价低后还贷成本及折旧费等进入产品成本也就少了。且焊缝铝套生产工耗与能耗都比无缝铝套低。焊缝铝套生产成本低是它***大的特点。
铝的熔点658℃，铝的熔融加工温度约700一750℃，电弧的温度就更高了。在焊接过程中，在焊缝二侧的铝扳受热后会引起铝的金相结构变化，使铝套的机械性能在圆周上不均匀。在敷设牵引中受力后会产生集中变形。实际工程中曾发生过此现象。在某地工程中敷设双回110KV XLPE电缆，一回是无缝铝套，另一回路是焊缝铝套，使用同样的施工方式，无缝的圆整良好，有缝的铝套变了形呈椭圆状，这反映了二种电缆内在质量有差异。敷设中电缆变形与控制侧压力有关，敷设前分段计算张力及侧压力并采用适当措施，电线是不会变形的。
支联电缆因原料的膨胀系数相差甚大，使其热机械性能变得很复杂。焊缝处700℃左右高温，焊缝对侧的铝套处于很低的温度。使交联绝缘承受一次不均匀加热的过程。电缆在运行中是由里热到外，压铝套或压铅套时是由外热到里，全是一个均匀对称受热过程。焊缝铝套在生产过程中的不均匀受热过程使电缆内的热机械性变得更为复杂。焊缝铝套只能采用单面平焊，这在焊接工艺中是***单薄的焊接方式，在标准中以软铝抗拉强度的90％(54MP2)来考核焊缝强度。
焊缝铝套设计时常以减少间隙来达到电缆能纵向阻水的目的，正如前述，这会降低冲击裕度，得不偿失。做纵向阻水试验时除了满足在5分钟内注满水外，在注水过程中还应模拟实际工况。电缆如安装在浸满水的电缆沟或工井内发生击穿时，金属套上会形成一个敝开的洞，水立刻向二侧渗透，不会让水膨胀带有一个初膨胀的过程。此外，间隙过小也会造成附件安装时剥除铝套的困难，不被接头工人所欢迎。
焊缝铝套与无缝铝套相比除了有铝套的共性外，尚有其特性。焊缝铝套是一种有效的径向防水层，但其内在质量与无缝铝套不同且生产的成本不同，在价格上应有差异。一般说二者之间的价差可达到二位数的百分数，具体价差在引进市场竞争机制中能找到合理价位。
5．波纹的波形
铝套的波纹形状与工艺问题在国内设有专题研究过，在新制订的标准中也没有规定，各厂之间的差异不小。这几年引进了不少各国生产的波纹铝套交联电缆。其外观、波形、波长及波幅等参数及其与电缆芯外径之关系是可供参考及借鉴。对此作一番调研后可作为制订用户标准或招标技术文件的依据。此外，允许弯曲半径及侧压力也有类似问题。
波形在交联电缆中普遍采用螺旋形波纹，其缺点是无阻水性能。圆环形(又称竹节形)波纹对交联电缆而吉比螺旋形更合适些，较易阻止水份纵向渗透。
在铝套的波纹形状没有定型之前，应采用检测铝套的纵向抗拉强度来监视轧纹的质量。
6．综合护套
综合护套交联电缆具有重量轻尺寸小和造价低的特点，可在零序短路容量不大的系统中使用；在短路容量大的系统内需加铜丝屏蔽，在造价上的优势少有逊色。国产的综合护套110KV交联电线***早用于杭州，自92年以来运行记录良好。上海在地铁一期工程中引进德国的这类电缆用于直埋及排管的线路中，德国产品的阻水层采用水膨胀粉，不用阻水带。
综合护套的金属箔作径向阻水是有效的阻水层。其抗外力破坏及外护套穿孔后的耐腐蚀作用是脆弱的。综合护套用于外力破坏机率较小的隧道及排管线路中有其造价低的优势。重量轻对水电站的高落差工程也有其独特之处。
7.结论
(1)各种金属套各有其特点，都能用作超高压交联电缆的径向阻水层，不同的金属套各有其特点。各有其适用性。在选择金属套的结构时应按各自的使用条件、施工习惯和运行经验因地制宜的选用；
(2)在不同的电缆结构和生产工艺中，—般说无缝金属套比有缝的好，连续的比不连续的好；
(3)电缆的内在质量不同和生产成本不同，在电缆的价格上应有明显的差异；
(4)电缆的质量由导体、屏蔽、绝缘、金属套和外护层等各部件的综合质量而决定，金属套的质量仅是其中一个部份。