10 kV配電電纜網材料選擇及供電要求

趙必正

摘 要：10 kV配電電纜網是目前運用得比較多的一種供電方法。通過總結長期研究經驗，從穩定提高電網工程質量的角度進行技術綜合分析，論述了目前電力工程電纜設計及施工中電力電纜選擇的幾個問題以及選擇需考慮的因素，以期達到總結、交流的目的。

關鍵詞：電力系統；10 kV配電網；絕緣材料；敷設設計

中圖分類號：TM75 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.149

隨著時代的發展和社會經濟的進步，我國電力系統發展迅速，在城市電力中也開始廣泛應用電力電纜。在電力系統的構建中，10 kV配電網是電力系統中的重要組成部分之一，而10 kV配電工程的電纜則是配電網的重要組成部分，是電能運輸的主要途徑。10 kV配電工程中電纜的性能、質量直接影響著10 kV配電網的運行。因此，在進行10 kV電纜網材料選擇、設計時，要求進行科學、合理的比較、探索。

1 電纜芯線的性能選擇

電線電纜是用以傳輸電（磁）能、信息和實現電磁能轉換的線材產品，廣義的電線電纜亦簡稱為電纜，狹義的電纜是指絕緣電纜，它可定義為由一根或多根絕緣線芯以及它們各自可能具有的包覆層、總保護層和外護層組成的集合體，電纜亦可有附加的沒有絕緣的導體。眾所周知，用作電線電纜的導電材料通常有銅和鋁兩種。銅材的導電率高，20 ℃時的電阻率ρ為1.72×10-6 Ω·cm，鋁線芯20 ℃時的電阻率2.82×10-6 Ω·cm，約為銅的1.68倍。載流量相同時，鋁線芯截面約為銅的1.5倍。采用銅線芯損耗比較低，銅材的機械性能優于鋁材、延展性好、便于加工和安裝，抗疲勞強度約為鋁材的1.7倍。因此，在現實生活中，銅芯一般很少出現損壞和斷裂現象的發生。從物理學角度來看，銅的硬度比鋁的硬度相對較大、抗氧性能強、產生的電流阻力小，進而有效減少了安全事故的發生，降低了電力維修成本。根據以往電纜事故發生的原因來看，其電纜故障主要是由電纜頭損壞所引起的，而電纜頭的損壞又與各種因素導致的接觸點汽化、熔化程度息息相關。

近些年來，鋁芯電纜成本明顯低于銅芯電纜，但是鋁芯電纜的使用壽命比銅芯電纜短，且鋁芯電纜帶來的線路損耗大于銅線電纜，電損產生的成本每年也不少，再則，由于所有的開關都是銅芯進出線端子，采用鋁芯電纜就得在制作電纜頭時使用銅鋁過渡型的，電纜頭發生故障的概率增大。另外，由于同等載流量的條件下，鋁芯電纜的截面是銅芯電纜的1.5倍，相應的線路保護成本和土建成本也會增加。通過有關數據調查發現，銅的熔點為1 083.6 ℃，而鋁的熔點為661.127 ℃，可見，銅芯的抗熔效果明顯優于鋁芯。從以上的研究分析來看，就性能而言，電纜選用銅芯的效果會更好。

2 電纜絕緣材料的選擇

2.1 電纜材料的選擇

塑料類電線電纜絕緣材料包括聚氯乙烯（PVC）、交聯聚乙烯（XLPE）和氟塑料等。就目前而言，我國最常見的電纜材料是聚氯乙烯，但是它自身的抗熱和耐寒性能低下，通常情況下只能局限在15～60 ℃的范圍內使用，且聚氯乙烯在燃燒時會釋放有害氣體，不利于環境保護。因此，聚氯乙烯并不適用10 kV配電電纜網的選型設計。

此外，聚氯乙烯的介電吸收率和介質損耗程度明顯較高，且絕緣性能沒有交聯聚氯乙烯的效果好。因此，在進行10 kV配網電纜網的選型設計時，選用交聯聚氯乙烯要比普通的聚氯乙烯材料效果要好。交聯聚氯乙烯是指將普通的聚氯乙烯由線狀轉變為鏈狀，可以極大地提高電纜的物理力學性質。

2.2 電纜防火性能的選擇

在進行10 kV配網電纜網的選型設計時，不僅僅要考慮線芯的選擇和價格問題，還需要充分的考慮電纜的防火性能。有關電力工程中電纜設計規范中明確提出，“60 ℃以上的高溫場所和環境下，必須使用適合長期抗高溫和絕緣性能好的材料”。因此，在100 ℃以下的環境中，可以采用耐熱聚乙烯、交聯聚乙烯和乙丙橡皮絕緣等耐熱性能較好的電纜材料；而在100 ℃以上的高溫環境中，需要選用礦物絕緣材質電纜，高溫環境下不適合選用普通的聚氯乙烯材質電纜，而選用防火性能相對較好的耐熱聚乙烯電纜。

2.3 電纜防腐蝕及防水性的選擇

配電電纜網選型設計的安全性和可靠性直接關系到人們用電的質量和穩定性。在選擇電纜時，需要綜合、全面地進行考慮，電纜不僅要滿足耐高溫、防火性能好、價格適中等多種條件，更需要具備良好的防水和抗腐蝕性能。

而增強電纜的防水和抗腐蝕性能，就必須在電纜的內部增加適當的材料。通常情況下，會在電纜內部的鎧裝用鋼絲表面涂上一層防腐蝕材料，可以較好地達到防腐蝕效果。還可以使用當下比較受歡迎的改性瀝青材料，把該材料均勻地涂至電纜外護層和護套層中間。這樣不僅可以實現防腐蝕的效果，還能達到較好的防水效果，使電纜具有防水和防腐性能。

在電纜施工的過程中，還需要密切關注電纜的受潮和防水情況。如果在施工過程中，電纜的外護層防腐蝕性能較好，但還是發生了腐蝕現象，則多半與施工過程中進入的水和潮氣有關。

因此，在電纜設計規劃時，還需要充分結合當地的實際情況和環境特征，避免在水汽和潮氣較大的地方興建電纜網，盡可能地減少日后腐蝕現象的發生，降低電纜的維修成本。

在水汽或潮氣較多的地區，可以采用橫向或縱向阻水結構的阻水電纜設計方式，其電纜內部和外護層都需要涂抹防腐材料。

3 電纜網供電的基本要求及模式

3.1 電纜網供電的基本要求

電纜敷設的設計規劃應當滿足相關部門的規定，嚴格按照相應的技術和要求來選擇符合國家標準的電氣設備和電纜相關配件，達到高質量、高安全性的配網標準。各個電源之間的接入點及主要的支線處需要設置相應的環網柜，各個連接點都必須起到連接的作用，并充分發揮主干線停電、支干線供電的轉供載電流量的功能，有效實現各個干線之間互供互聯，對承載電量進行重新分配。環網柜通常采用5～6個單元接線，其中，在次要支線、專變和箱變的位置，應當增設電纜分支箱，對電載流量起到較好的引入作用，有效提升電纜線路的彈性，從而提高供電的穩定性和可靠性。在低壓負荷中心，需要增設箱變，且正在運行的電器設備之間必須保持一定的空間距離，防止在負荷增多的時候發生故障。相互進行專供電載流量的線路應當設置科學、合理的裝載容量。正常運行的電氣設備和電纜之間的連接點應當選擇10 kV非屏蔽、絕緣性能好的硅膠預制式“T”型電纜頭，在電纜通道中應當設置排管。

如果同一地區電纜的數量較多或高電壓等級設置在同一個水平內，則需要采用質量較好的冷縮式中間接頭。由于不能與變電站線路上分段開關的保護設施有效地結合使用，因此，使用的環網柜和電纜分支箱內部都不需要采取保護措施，所用的箱變需要增設高壓熔斷器，以避免因負荷過大而導致的電路短路或損壞現象。如果沒有相應的高壓配電裝置的配電房，就不可以直接將電纜接在變壓器上，需要在變壓器高壓的一端增設帶熔斷器的負荷開關。

3.2 電纜網供電的基本模式

在進行10 kV配電電纜網的設計規劃時，需要結合當地的實際情況和10 kV電纜網的具體要求，使用兩種不同方式的供電模式進行供電。

電纜網的主干線采用環網柜供電模式，而分段支線和電源的末端采用電纜分支箱供電。該供電模式具有較高的靈活性，發生故障時容易維修，且停電范圍較小，但該供電模式的資金投入較大。

電纜網的主干線采用負荷開關式的電纜分支箱供電模式，在變電站的電源節點和主干線的分段點、開環處使用環網柜。在該供電模式下，供電檢測比較容易，且資金投入較小，但發生故障時停電范圍較大。

4 結語

總之，10 kV配電網是電網的重要組成部分，它直接關系到用戶能否安全、可靠用電。電纜網的選型設計直接關系到配電系統運行的效益、安全性、穩定性和可靠性。因此，10 kV配電網電纜的材料選擇和設計規劃應遵循“統一規劃、安全運行、經濟合理”原則，綜合考慮城市發展規劃、現有電網和技術水平、資金投入、施工和運行管理等幾個方面，以利于最終電網的安全、優質、經濟運行。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕