剖析低壓五芯電力電纜的結構缺陷

陳寧紅

(江蘇省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇南京210007)

剖析低壓五芯電力電纜的結構缺陷

陳寧紅

(江蘇省產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇南京210007)

介紹了一起低壓五芯電力電纜的質量糾紛，通過剖析低壓五芯電力電纜的結構缺陷，從電纜結構和安裝方式不同角度對事故發(fā)生的原因進行了闡述，并對低壓五芯電力電纜的結構尺寸重新進行了工藝計算，提出了改善建議。

低壓五芯電力電纜；結構缺陷；安裝方式；工藝計算

0 引 言

0.6 /1 kV五芯交聯(lián)聚乙烯電力電纜(以下簡稱低壓五芯電纜)是工程建設中廣泛使用的一種電力電纜。由于目前設計、生產(chǎn)低壓五芯電纜采用的結構不同，對其安裝和使用也有著不同的要求。筆者在質量鑒定過程中曾遇到過由于客戶對低壓五芯電纜的安裝方式與常規(guī)不同而與制造廠引發(fā)的一起質量糾紛事件。本文將通過剖析此糾紛中低壓五芯電纜的結構缺陷，分析不同的安裝方式對低壓五芯電纜結構的影響，重新對低壓五芯電纜的結構尺寸進行了設計和計算，并對安裝、使用方式提出了要求。

1 質量糾紛簡介

在這起質量糾紛中，低壓五芯電纜的型號規(guī)格為YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2，每根電纜長度大約100 m，合同約定標準為GB/T 12706.1—2008。使用方在垂直吊裝過程中，發(fā)現(xiàn)低壓五芯電力電纜的保護線芯向下不同程度地滑移10～20 m，不能正常使用;而制造廠將上述低壓五芯電纜送權威機構進行檢測，所有項目均符合標準要求。由于雙方各執(zhí)己見，于是訴諸法院，并申請第三方機構進行質量鑒定。

2 原因分析

2.1 結構缺陷

該批低壓五芯電纜的導體結構采取的是四個瓦形導體(150 mm2)和一個圓形導體(70 mm2)，圓形導體放在四個瓦形導體的中間，常稱為“四瓦一圓"結構。電纜的橫截面顯示中間的圓形保護線芯的四周的空隙明顯，不能被四個瓦形絕緣線芯有效抱緊。

經(jīng)測量四個瓦形導體的瓦高在10.5～11 mm之間，瓦寬為22.0 mm，中間保護線芯圓形導體的外徑為10.2 mm，屬于圓形緊壓導體結構。對于低壓交聯(lián)電力電纜，設計瓦形導體時，由于瓦形導體內側圓弧的半徑設計值偏大，再加上低壓交聯(lián)電力電纜的絕緣線芯絕緣厚度要求較薄，標稱厚度只有1.4 mm，造成四個瓦形絕緣線芯成纜形成的中心圓直徑明顯大于保護絕緣線芯的外徑12.3～12.5 mm，保護線芯不能被四個瓦形絕緣線芯有效抱緊。依據(jù)以上四根150 mm2線芯的瓦形導體生產(chǎn)絕緣后的相應瓦高和瓦寬，用CAD進行作圖可以確定由以上四個瓦形絕緣線芯形成的中心圓直徑明顯大于12.5 mm，達到14.3 mm(見圖1)。

低壓電力電纜在成纜過程中，需繞包無紡布或其它相應的材料，無紡布的作用是扎緊成纜線芯，對成纜線芯結構進行定型。上述電纜成纜過程中所用的無紡布為一層，瓦形絕緣線芯的四周用了四根規(guī)格為90 mm的聚丙烯(PP)填充繩，中間線芯未使用PP填充繩，在瓦形導體內側圓弧半徑偏大的情況下，填充、繞包不充分，成纜后線芯結構不夠穩(wěn)定，也是造成滑移的原因。

圖1 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成纜工序CAD作圖

2.2 安裝方式探討

根據(jù)GB 50168—2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范》進行計算，本起電纜的安裝長度為每根100 m，要求其塑料護套最大牽引力不超過7 N/mm2;機械敷設時電纜的牽引速度不超過15 m/min，適用于任一種安裝方式。本案中用戶采用垂直吊裝，雖安裝過程中各項指標控制符合上述規(guī)定，但垂直吊裝方式選擇不當也是造成線芯滑移的原因之一。

低壓五芯電纜常用的垂直吊裝方式有牽引頭安裝和鋼絲網(wǎng)套安裝。如果安裝方對低壓五芯電纜的弱點有充分的了解，并對可能發(fā)生的問題有一定的預見，本次采用牽引頭進行垂直吊裝，就可以避免該起質量事故的發(fā)生。

3 改進建議

針對上述“四瓦一圓”低壓五芯電纜中存在的缺陷，本節(jié)提出了在瓦形導體內側圓弧半徑偏大情況下增加填充和繞包的補救措施，并對安裝方式的確認提出了建議，最后重新對瓦形絕緣的工藝尺寸進行了計算。

3.1 增加填充和繞包

如果制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中能及時發(fā)現(xiàn)保護線芯過松的現(xiàn)象，那么就能馬上采取臨時措施進行彌補。通常的做法是：可在保護線芯邊緣加PP繩，將四個瓦形絕緣線芯形成的中心圓與保護線芯之間的空隙進行填實，也可起到一定的穩(wěn)定保護線芯的作用;對于大規(guī)格低壓電力電纜，如果能采用二層無紡布或其它相應材料加強繞包，使成纜后線芯結構更加穩(wěn)定，則可減少線芯從電纜中滑出的情況。

3.2 安裝方式的確認

雖然大多數(shù)低壓電力電纜是水平安裝(通常低壓電力電纜絕大部分是直埋、放電纜溝內或在橋架上)，而垂直吊裝方式對低壓電力電纜結構的緊湊性提出了較高的要求，因此電纜制造企業(yè)在投標或簽訂合同前應加強與客戶的技術溝通與交流，了解電纜的使用環(huán)境和安裝方式。如確認上述“四瓦一圓”低壓電力電纜適用的安裝方式只能為牽引頭垂直吊裝，或在出廠前編制相應的使用說明書，明確電纜不適用的安裝方式和使用環(huán)境。

3.3 新工藝計算

上述建議只能是補救措施，要從根本上解決保護線芯滑出的問題，還是要從工藝計算著手。

對于上述YJV-0.6/1kV 4×150+1×70 mm2產(chǎn)品，重新對四瓦一圓結構設計并計算(參見圖2)。

圖2 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2主線芯瓦形結構設計圖

在瓦形線芯結構設計中，確定瓦形線芯大圓弧R是關鍵。根據(jù)圖2，可逐步分析進行。

由此建立如下方程：

由工藝設計知：

式中，d為單線直徑(mm);n為單線根數(shù);μ為緊壓線芯延伸系數(shù)(1.035～1.040);η為緊壓線芯填充系數(shù)(0.83～0.90)。

方程f(R)為超越方程，一般采用“牛頓迭代法"進行求解，其迭代公式為：

采用“牛頓迭代法”，只要少數(shù)幾次迭代就可以得到結果。其計算精度完全滿足工藝上的要求。

為了優(yōu)化算法，減少迭代次數(shù)，引入方程f(R)初解Rn。令r1=r2=0，由于T?R，故認為：θ2≈T/R，ctgθ2≈R/T。f(R)化簡為：

此方程為一個以R為未知數(shù)的一元二次方程，解此方程(取其正根)，得：

求得：

R=18.0 mm

B=20.7 mm

H=11.0 mm

根據(jù)以上設計的瓦形導體結構，擠塑絕緣層以后，經(jīng)過成纜工序將形成以下比較緊密的成纜結構(見圖3)。

圖3 重新設計的YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成纜結構示意圖

4 結束語

企業(yè)在設計低壓(4+1)五芯電力電纜時，如采用瓦形導體結構時，對瓦形尺寸應設計精確。設計的四個瓦形導體，在經(jīng)過絕緣擠塑、成纜工序后，中間形成的中心圓直徑要與本身的保護線芯導體擠塑絕緣后的尺寸相匹配。

低壓五芯電力電纜導體采用何種結構，可由制造企業(yè)自行設計，但是，所生產(chǎn)的五芯電力電纜既要滿足現(xiàn)行國家標準的要求，也要滿足客戶對不同的安裝方式的使用要求，只有這樣才能讓客戶滿意，企業(yè)受益。

目前雖然新的國家標準GB/T 12706.1—2008已覆蓋了低壓五芯電力電纜，但該標準對五芯電力電纜的某些性能指標尚未做出要求和規(guī)定，期待通過不斷的實踐和經(jīng)驗總結，新國標能更加全面。

[1] 陳 江.五芯塑料絕緣電力電纜結構探討[J].電線電纜，2006 (5)：22-23.

[2] GB/T 12706.1—2008 額定電壓1 kV和3 kV擠包絕緣電力電纜[S].

[3] 趙長令.塑力纜瓦形線芯結構和壓輥設計數(shù)學模型[J].電線電纜，2002(2)：13-17.

Structure Discussion of Five Cores Low Voltage Power Cable

CHEN Ning-hong
(Jiangsu Province Product Quality Supervision and Inspection Institute，Nanjing 210029，China)

A quality dispute of low voltage five cores power cable is introduced.The reason of dispute was analyzed from two aspects containing structure size and arrangementmode.The process planning of the five cores is designed again which is different from the former.The new design ismore compacterwhich can improve the safety and reliability of the cable.

low voltage five cores power cable;reason analyze;suggestion;process calculation

TM247

A

1672-6901(2012)05-0013-03

2012-02-21

陳寧紅(1959-)，女，高級工程師.

作者地址:江蘇南京市光華東街5號[210007].