新型配電電纜屏蔽層防盜保護管的研制和應用

沈 晨 上海交通大學 國網上海市電力公司奉賢供電公司

近幾年，隨著城市工業化的迅猛發展，從發電站到城鄉電網，從配電間到工廠街道，電纜線以其獨具的特點，得到越來越廣泛的應用。在郊區，電纜是直埋敷設，相對防盜性能較差，不法分子專偷電壓等級在35 kV及以下交聯聚乙烯登桿電纜內部的“銅帶屏蔽”，嚴重危害了配電電纜的運行安全。

電纜有很多種類，由于上海地區應用最多的就是交聯聚乙烯電纜，本文主要討論的是35 kV及以下交聯聚乙烯電纜防盜的必要性及方法。

1 電纜銅帶屏蔽層接地的必要性

1.1 銅帶屏蔽的作用

圖1 交聯聚乙烯電纜由于銅帶屏蔽被盜導致燃燒

銅帶屏蔽是電纜的必要組件，它的作用是將電纜內部的故障電流引向大地，從而能確保電纜的安全運行，如果銅帶屏蔽被偷盜，電纜隨時隨地都有可能被故障電流燒毀（見圖1）。偷盜者的出現極大地威脅到了電纜的正常運行。

圖2 單芯交聯聚乙烯電纜結構

以圖2中所示單芯交聯聚乙烯電纜為例，電纜結構上的“屏蔽”，實質上是一種改善電場分布的措施。其中金屬屏蔽層一般是由銅帶或銅絲繞包而成的，又俗稱為銅帶屏蔽。銅帶屏蔽的作用是①在正常運行時通過電容電流；②電纜在運行過程中如遇故障電流可通過接地的銅帶屏蔽將電流導向大地，從而保護電纜線芯不受其影響；③將電纜運行時產生的電磁場屏蔽在絕緣線芯內，以減少對外界產生電磁干擾。

1.2 銅帶屏蔽的接地方式

35kV及以下的電纜一般采用銅帶屏蔽兩端接地的方式，這是因為這些電纜大多數是三芯電纜，在正常運行中，流過三個線芯的電流總和為零，在銅帶屏蔽外基本上沒有磁鏈，這樣，在銅帶屏蔽層兩端就基本上沒有感應電壓，所以兩端接地后不會有感應電流流過銅帶屏蔽層。

1.3 兩端接地電纜銅帶屏蔽被盜的后果

對于35kV及以下三芯交聯聚乙烯電纜，其銅帶屏蔽一般采用兩端接地的方式（見圖3），這種接地方式相較于一端接地方式的優點是電纜兩端不會存在電壓差，所以在屏蔽層內不會因為電壓差而形成環流導致電纜本體發熱。

如果電纜中有某一段銅帶屏蔽被剝除，那么就會在前后兩個剝除點之間形成一個電場，在電磁力的作用下導致此段電纜發熱，最終將導致電纜燃燒損壞。

由此可見，電纜的銅帶屏蔽如被剝除將會對電纜運行造成極大的隱患，防止屏蔽層的偷盜刻不容緩。

圖3 金屬屏蔽護層兩端直接接地的方式

圖4 鐵質保護管實物圖

2 新型電纜銅帶屏蔽防盜保護管的技術要求

2.1 普通電纜保護管的特性

登桿電纜的根部都裝有高度為1～2 m的保護管，其作用是為了防止汽車撞桿、行人誤碰電纜等。一般使用較多的是塑料保護管和鐵質保護管。

鐵質保護管（見圖4）在實際應用中較少，因為“鐵”本身存在較高的交換價值，偷盜者在偷取電纜銅帶屏蔽時往往將其一并偷走。而塑料保護管雖然交換價值較低，但其強度不夠，碰到汽車撞桿等情況時不能有效地保護電纜本體。

同時，這兩種保護管共同的缺點就是它們都是由兩片管材拼裝而成，只要將其連接處的螺絲擰開，便可觸碰電纜本體，故它本身沒有防盜的功效。

2.2 電纜銅帶屏蔽防盜保護管材料的選取條件

要設計一種既能保護電纜本體免受自然或意外因素影響又能防止電纜銅帶屏蔽及保護管自身被偷盜的材質，本文列出了幾個“電纜防盜保護管材質”選取的條件：

（1）材質的耐腐蝕性能、抗老化性能、耐熱性能、抗凍性、絕緣性要好，這樣能保護電纜本體免受自然或意外因素的影響。

（2）材質的強度要高、維護及運輸成本要低。

（3）材質必須是“一體式”而非“組裝式”，且耐磨性要好，讓偷盜者不能利用簡單的工具便可將材質破壞。

（4）材質的可塑性要好，為了適應不同截面的電纜。

（5）材質本身交換價值要低，以防止材質本身被盜。

3 玻璃鋼管的防盜優勢

3.1 玻璃鋼管的特點

玻璃鋼管（見圖5）是以玻璃纖維為主要材料，以高分子成分的不飽和聚脂樹脂等為基體材料，以碳酸鈣、石英砂等無機非金屬顆粒材料為填料。有以下主要特點。

（1）耐磨性好

由于玻璃鋼管主要以玻璃纖維、高分子成分的不飽和聚脂樹脂及石英砂為主要材料，相較于塑料保護管其耐磨性能優良，且非組裝式的安裝工藝也增強對于電纜的偷盜難度。

（2）耐腐蝕性好

因為玻璃鋼的主要原材料是高分子成分的不飽和聚脂樹脂和玻璃纖維，故其能有效抵抗堿、酸等介質的腐蝕和未經處理的污水、化工廢水、腐蝕性土壤等物質的侵蝕。

（3）耐熱性好且不易傳熱

玻璃鋼管可在-40℃~70℃的環境下長期使用，填充有耐高溫樹脂玻璃鋼管還可在200℃以上的環境下正常工作。玻璃鋼的傳熱系數K很小，為0.23 w/㎡ ·℃。

（4）抗凍性好

在零下20℃的氣溫環境下，玻璃剛管內結冰卻不會發生凍裂。

（5）維護成本低

基于玻璃鋼管具有耐磨、耐腐、耐熱及抗凍等性能，在長時間內不需要對其進行防銹、保溫等檢修措施。

圖5 玻璃鋼管實物圖

（6）可塑性好

玻璃鋼管可根據各種特定的需求，如不同的壓力或不同的截面等要求制造成不同壓力等級及不同截面的管道。

（7）安裝、運輸方便

玻璃鋼管不但重量輕，且安裝工藝簡便。玻璃鋼管的內壁十分光滑，糙率和摩擦阻力很小（糙率系數為0.0084），所以它能顯著減少沿程的流體壓力損失，提高輸送時的便捷度。

（8）絕緣性好

玻璃鋼不是良好的導體，其絕緣電阻較高，用作電纜的保護管時可以良好地隔離電纜的泄漏電流。

（9）交換價值低

玻璃鋼的交換價值低廉，在普通地區出售基本兌換不到貨幣，從而避免了其自身被偷盜者盜走的情況。

3.2 玻璃鋼管和其他保護管的特性比較（表1）

表1中能直觀地看出玻璃鋼管的防盜優勢。

表1 玻璃鋼管和其他管材特性比較

由此可見，玻璃鋼在理論上可以做為電纜防盜保護管首選的材質。

4 玻璃鋼防盜保護管的應用效果

2013年年初上海市電力公司奉賢供電公司在登桿電纜上試用玻璃鋼管來代替傳統的塑料和鐵質保護管（見圖6、圖7），經過為時一年的測試和統計，發現玻璃鋼管的應用有效地減少了電纜屏蔽層的偷盜率，于是供電部門開始將玻璃鋼管普及至全區各處的電纜上。

時至2014年，上海市奉賢地區已有數百處35 kV及以下的登桿電纜使用玻璃鋼管防盜。據統計，凡是裝上玻璃鋼管的電纜都沒有發現過被偷盜的痕跡。可見玻璃鋼管的應用有效地遏制了奉賢地區電纜屏蔽層的偷盜。

圖6 玻璃鋼管在10kv交聯聚乙烯電纜中的應用

圖7 玻璃鋼管在35kv交聯聚乙烯電纜中的應用

6 結語

電纜銅帶屏蔽防盜玻璃鋼管的應用和普及有效地遏制了外力破壞和人為盜割而引起電纜故障。且該設備結構簡單、便于維護，經測試可以廣泛地應用于35 kV及以下變電站的出線、用戶登桿等電纜上。同時，玻璃鋼管的應用使電纜的破壞難度加大、破壞時間延長，讓電纜屏蔽層偷盜者的偷盜成本及風險加大而逐步放棄偷盜電纜銅帶屏蔽，從長遠來看，它的應用可以滿足35 kV及以下電纜銅帶屏蔽防盜的基本要求，對電纜的安全運行提供了可靠的保障。