10kV配電網銅芯電纜與鋁芯電纜選用原則淺析

陳慧穎

(國網山東濰坊市寒亭區供電公司,山東濰坊 261100)

10kV配電網銅芯電纜與鋁芯電纜選用原則淺析

陳慧穎

(國網山東濰坊市寒亭區供電公司,山東濰坊 261100)

銅芯電纜比鋁芯電纜具有電阻率低、延展性好、強度高、耐腐蝕性好、事故率低等特點,但近年來在銅價居高不下的形勢下,鋁芯電纜以其價格便宜、便于施工等優勢被廣泛采用。但在運行中發現,這一措施有利也有弊,在一些重要線路中使用鋁芯電纜會給系統帶來安全隱患。本文通過實例分析了在10kV配電網中,如何正確選用銅芯電纜和鋁芯電纜。

10kV配電網 電纜 選用

1 引言

隨著銅材價格大幅度上升，銅芯電纜成本成倍增長，近年來，為節省銅材、降低成本又不影響使用，在電纜線路設計中，在滿足線路運行要求的前提下，我公司主要按照以鋁代銅的原則選用鋁芯電纜。在實際運行中發現銅芯電纜和鋁芯電纜各自擁有不可替代的優勢，但需要配合使用方可在保證安全的前提下達到各自最大的性價比。

2 銅芯電纜和鋁芯電纜各自優勢比較

查閱資料可知，從材料上講，除了銅材比鋁材重量重外，銅材比鋁材的物理性能要優越得多:

(1)銅材電阻率低，鋁芯電纜的電阻率比銅芯電纜約高1.68倍。

(2)銅材彈性模量高，是鋁材的1.63倍。故其抗疲勞性、延展性好。

(3)銅材抗拉強度是鋁材的2.51倍。

(4)銅材抗氧化、耐腐蝕性能好，穩定性好。

(5)銅材的強度高:常溫下的許用應力，銅可達到20 kgt/mm2，鋁為15.6kgt/mm2；拉伸的極限應力，銅可達到45kgt/mm2，鋁為42kgt/mm2，銅比鋁分別高出28%和7%。特別是高溫下的許用應力，銅在400℃時還有9～12kgt/mm2，而鋁在260℃時就迅速下降到3.5kgt/mm2，兩者相差甚遠。

圖1 溫度熱成像儀表測試圖

圖2 電纜連接頭外觀圖

(6)銅材的延展性好:銅合金的延展率為20～40%，電工用銅的延展率在30%以上，而鋁合金僅為18%。

由于以上物理性能的差異，在應用中，銅芯電纜比鋁芯電纜有以下優點:

(1)載流量大:由于電阻率低，同截面的銅芯電纜要比鋁芯電纜允許的載流量高30%左右。

(2)電壓損失低:由于銅芯電纜的電阻率低，在同截面流過相同電流的情況下，銅芯電纜的電壓降小，電能損耗低。因此，同樣的輸電距離，能保證較高的電壓質量；或者說，在允許的電壓降條件下，銅芯電纜輸電能達到較遠的距離，即供電覆蓋面積大，有利于網絡的規劃，減少供電點的設置數量，同時，也有利于提高發電利用率和保護環境。

(3)發熱溫度低:在同樣的電流下，同截面的銅芯電纜的發熱量比鋁芯電纜小得多，使得運行更安全。

(4)抗氧化，耐腐蝕:銅芯電纜的連接頭性能穩定，不會由于氧化而發生事故。鋁芯電纜的接頭性能不穩定，時常會由于氧化使接觸電阻增大引起發熱而發生事故。因此，事故率比銅芯電纜大得多。

(5)電纜在短路時的最高允許溫度有差別，銅芯可達到250℃，而鋁芯僅達到230℃。另外，熱穩定系數銅芯比鋁芯優越，其比值為140/84=1.67。因此，銅芯電纜的安全性、可靠性比鋁芯電纜高。

(6)施工方便:①銅芯電纜抗疲勞、反復折彎不易斷裂，所以接線方便；②由于銅芯電纜的機械強度高，能承受較大的機械拉力，給施工敷設帶來很大便利，也為機械化施工創造了條件。

但是，鋁芯電纜也有自身不可替代的優點:

(1)價格便宜:2005年，銅價3.2萬元/噸，鋁價1.7萬元/噸，二者價格相差近一倍；2014年上半年，銅價5萬元/噸，鋁價1.5萬元/噸，二者價格相差3.33倍。銅的比重又是鋁的3.3倍，所以鋁芯電纜比銅芯電纜便宜很多。

(2)重量輕，施工成本、運輸成本低:因導體直徑、電纜外徑隨電纜截面的增大而增大，護套厚度、絕緣厚度不隨電纜截面的變化而變，銅芯導體的電纜重量大于鋁芯導體的電纜重量，以300mm2交聯聚乙烯電纜為例，銅芯電纜是鋁芯電纜的1.89倍。鋁芯電纜的施工及運輸成本都比銅芯電纜低。

綜上所述，銅芯電纜和鋁芯電纜各有優勢。銅芯電纜在電纜供電系統中，具有事故率低、耐腐蝕、可靠性高、施工維護方便等突出的優勢，但其成本比較高。鋁芯電纜具有價格低、大幅降低成本的突出優勢。

3 鋁芯電纜在運行中存在的問題

在進行10kV電纜線路設計時，在滿足線路運行要求的前提下，我公司多采用以兩個型號的鋁芯電纜代替銅芯電纜的原則。但在實際運行過程中，多次發生鋁芯電纜連接處過熱情況。如:

某變電站10kV線路配電總容量10095kVA，出線采用1條YJLV22-8.7/15-3*300型交聯聚乙烯電纜，2008年5月份投運。今年4月份變電運行人員在巡視設備時，通過溫度熱成像儀發現該線路出線電纜C相接線端子連接處發熱達到79.2℃(見圖1紅圈處標示)，A、B兩相電纜連接處溫度為30℃，電纜終端頭填充物溢出，電纜與母排連接處的試溫臘片已熔化(見圖2紅圈處標示)，而A、B兩相電纜連接處溫度為30℃，運行正常。開關柜儀表顯示，當時該線路電流為320A，且室溫為20℃。通過調閱調度自動化系統該線路的運行記錄和變電運行人員的巡視記錄發現，該出線電纜原最高電流保持在250A左右，今年3月份以來，屢屢達到300A以上，當電流在250A左右時，電纜連接處溫度保持在35℃以下，當電流達到300A以上時，電纜連接處溫度則在70℃以上。通過及時對該線路進行負荷割接，將該線路最大電流控制在220A左右后，電纜連接處運行正常。

通過分析發現，電纜連接處發熱的主要原因是鋁芯電纜導電性能低，鋁芯電纜與銅鍍錫接線端子連接時，因鋁材抗拉強度差且具有蠕動屬性，連接處出現空隙，接頭部位特別容易氧化，電纜導體與接線端子間接觸電阻過大，引起電纜接線端子處發熱。若不及時處理，電纜連接處接觸電阻過大、溫升加快、發熱大于散熱促使接頭的氧化膜加厚，又使接觸電阻更大，溫升更快，最終將導致接頭絕緣層破壞，形成相間短路，引起電纜終端頭爆炸燒毀事故。

當然，造成電纜連接處接觸電阻增大的主要原因是電纜接頭施工人員在導體連接前后的施工工藝不佳，如:

(1)對連接金具接觸面處理不好。接線端子管體內壁常有雜質、毛刺和氧化層存在，施工人員若不嚴格按照工藝要求操作，就會造成連接處達不到電氣和機械強度。運行證明當壓接金具與導線的接觸表面愈清潔，在接頭溫度升高時，所產生的氧化膜就愈薄，接觸電阻就愈小。

(2)導體損傷。交聯絕緣層強度較大剝切困難，環切時施工人員因水平原因掌握不好可能造成導線損傷，在線芯彎曲和壓接蠕動時，會造成受傷處導體損傷加劇或斷裂，壓接完畢不易發現，因截面減小而引起發熱嚴重。

(3)導體連接時線芯不到位。導體連接時絕緣剝切長度要求壓接金具孔深加5mm，但因產品孔深不標準，易造成剝切長度不夠，或因壓接時串位使導線端部形成空隙，僅靠金具壁厚導通，，致使接觸電阻增大，發熱量增加。

但是，鋁芯電纜抗氧化性差、機械強度差、電阻率高、發熱溫度高是電纜連接處發熱的根本原因。

4 結語

10kV配電網做為電力系統中的重要組成部分，首先要電網堅強，方能安全可靠供電。因此，在進行10kV電纜線路設計時，對一些重要線路如變電站出線電纜、聯絡線路電纜、重要用戶電纜，從安全可靠供電的角度出發，必須選用銅芯電纜；對一些不重要的、對供電可靠性要求不高的用戶，從經濟性、可靠性角度出發，宜選用鋁芯電纜，實現企業和用戶效益的最優化。

[1]周勝.配電電纜線路的經濟截面[J].電力需求側管理,1999,1(1):13-15.

[2]導體和電器選擇設計技術規定SDGJ 14-1986 P1-4.

[3]機械設計手冊.機械工業出版社,2004年.

[4]電力工程電氣設計手冊(電氣一次部分).水利電力部西北電力設計院,1996年.

陳慧穎(1976—),女,國網山東濰坊市寒亭區供電公司工程師,從事配電運檢管理工作多年。