1、高压电缆平滑铝护套特点与运用的探讨,目 录,一、高压电缆金属护层结构综述,二、国内高压电缆金属护层的现状,三、平滑铝护套的特点,一、高压电缆金属护层结构综述,1.提供径向防水功能的结构主要有：金属套；皱纹铝护套 皱纹铜护套 铅护套 平滑铝护套 与外护套粘结的纵包金属带或纵包金属箔；铜箔、铝箔纵包与非金属外护套紧密挤包,复合屏蔽，束合金属线，外部再加上作为径向不透水的阻挡层的金属套或与外护套粘结的金属带或金属箔。金属屏蔽层（金属丝缠绕在绝缘屏蔽上）+阻水结构的护层+金属套或外护套粘结金属带或金属箔的电缆结构 2.其它结构如：不与外护套粘结的金属带或者金属箔；仅有束合金属线。注：在任何情况下，金属

2、屏蔽/金属套应能够承受全部短路电流。,一、高压电缆金属护层结构综述,一、高压电缆金属护层结构综述,3.高压电缆金属护层的作用 使电场分布均匀 控制电位和限制电场 避免在绝缘表面产生局部放电 传导泄露电流和充电电流 传导故障电流 对危害的接触电压进行防护（接触防护）对潮气的防护（金属管型）,二、国内高压电缆金属护层的现状,1.高压陆缆金属护层 金属材料：95%以上采用皱纹铝护套 生产工艺：氩弧焊生产工艺占70%。,二、国内高压电缆金属护层的现状,原材料为铝杆的SheathEx连续挤压铝护套生产工艺,作者、出处等相关文字,二、国内高压电缆金属护层的现状,由铝锭作为原材料的传统连续挤铝设备几乎淘汰

3、缓冲层特性：阻水型半导电材料占80%，其余是非阻水型半导电材料。2.高压海缆金属护层 金属材料：采用平滑铅护套 生产工艺：连续挤铅生产工艺 缓冲层特性：阻水型或非阻水型半导电材料 3.电缆护层存在的问题 从2004年开始皱纹铝护套下的缓冲层陆续出现白色粉末、烧蚀、击穿等问题。,皱纹铝护套波谷与缓冲层接触处有白色痕迹,二、国内高压电缆金属护层的现状,从侧面可以看出白色痕迹在铝护套的波谷处,严重的地方的白色粉末已经贯穿缓冲层,白色粉末已经伤及绝缘屏蔽,数据、图表与图标,金布下的缓冲层烧蚀情况,二、国内高压电缆金属护层的现状,缓冲层烧穿的案例,缓冲层烧穿后危及到绝缘屏蔽和绝缘层,二、国内高压电缆金属

4、护层的现状,纤维烧蚀的照片（还没有烧穿，从烧蚀的痕迹看，蓬松的纤维更容易被烧蚀）,缓冲层局部烧蚀照片,白色粉末形成的原因及消除措施 高压电缆半导电阻水带上的阻水粉吸水后，阻水粉会形成游离的OH-离子，在铝护套的波谷内侧与缓冲层接触，铝是两性金属，即既能与酸反应，也能与碱反应。因此铝护套与缓冲层接触处的OH-会与铝反应，如果有电场作用下，OH-会更容易汇聚到铝护套与缓冲层接触的位置，铝与碱（OH-）发生反应：,二、国内高压电缆金属护层的现状,高压电缆用半导电阻水带中含有阻水粉，其制备方法是将一定配比量的单体和交联剂加入到丙烯酸钠中溶解，即生成聚丙烯酸，通过加入氢氧化钠调节反应液pH至69，其化学

5、反应方程式如下：,反应生成的偏铝酸钠极易溶于水，且吸收空气中的CO2发生如下反应：白色粉末带来的危害？,二、国内高压电缆金属护层的现状,二、国内高压电缆金属护层的现状,消除白色粉末形成的措施：1.适当降低阻水带中阻水粉的含量，在中国标准化协会团体标准T/CAS 374-2019额定电压26/35kV以上挤包绝缘电力电缆用半导电缓冲层材料中规定采用pH(7.20.3)的指标加以控制。2.防潮措施 1）原材料包装、运输、储存 2）生产过程 3）电缆端部密封、附件安装过程 缓冲层烧蚀原因 电缆金属护层与缓冲层接触面积小，接触不均匀是导致缓冲层烧蚀的主要原因。高压电缆流过缓冲层的电流有：电缆充电电流：

6、当电缆导体上施加电压时，在导体和金属护套间存在无功电容电流。绝缘层泄漏电流：电缆的绝缘层可以用工频绝缘电阻和电容并联电路来等效，因此除了电容电流外，还有相应的泄漏电流需要经缓冲层流入金属护套接地点。,二、国内高压电缆金属护层的现状,中性点电流：负载中性点的偏移导致其与电缆线路的中性点N间的电位不同，产生流经两中性点间的电流。不平衡电流：三相电流的矢量和不为零，导致的不平衡电流通过缓冲层流经电缆金属护套。故障电流：当电缆绝缘发生击穿时，经过缓冲层流经金属护套的故障电流的通道。浪涌电流：浪涌电压（雷电、电网上的大型负荷接通或断开（包括补偿电容的投切）等）所产生的电流。对于皱纹铝护套高压电缆产品，产

7、品标准中电缆结构描述不清晰，导致在设计、制造过程中对缓冲层中流过的电流要均匀，认识不足。例如：在GB/T11017.2-2014标准中这样要求的：“缓冲层应是半导电的，以使绝缘半导电屏蔽层与金属屏蔽层保持电气上接触良好”。对于二个导电的物体，保持电气上接触良好，以下三种接触方式都可以达到电气上的接触良好：（图一）（图二）（图三）,二、国内高压电缆金属护层的现状,假定A物体和B物体都是导体或半导体，从上面三个图中我们可以理解A物体和B物体都是电气上接触良好的，假定三种接触状态下A物体流到B物体的电流是一样的，那么三种状态接触点的电流密度相差很大。对于GB/T11017.2-2014标准中缓冲层与

8、金属层接触的提法和要求，没有指明接触状态，在制定生产工艺时会出现三种状态：当铝护套轧纹深度很浅，缓冲层与铝护套间留有间隙，电缆线芯依靠自身的重量通过缓冲层与皱纹铝护套的波谷单点接触，如图（一）的状态，点接触，我国早期的铝护套高压电缆这种情况比较多；当铝护套轧纹深度较深时，电缆线芯通过缓冲层与皱纹铝护套的波谷大部分接触，类似于图（二）的状态，部分线接触；当铝护套轧纹轧的很紧时，电缆线芯通过缓冲层与皱纹铝护套的波谷全部接触，类似于图（二）的状态，波谷全部线接触。如果铝护套采用平滑结构，而且绝缘屏蔽层与铝护套之间间隙得当，可以实现图（三）的面接触状态，当然综合护层结构也可以实现图（三）的面接触状态。

9、,三、平滑铝护套的特点,1.平滑铝护套与皱纹铝护套在结构上的区别2.平滑铝护套与皱纹铝护套加工工艺的区别 1)平滑铝护套一次成型（氩弧焊或连续挤出）；皱纹铝护套二次成型，先制成圆管，然后轧纹；2）平滑铝护套内径易控制，皱纹铝护套内径控制较复杂；3）平滑铝护套加工能耗小。,三、平滑铝护套的特点,3.关于平滑铝护套国际上的动态 从2005年开始欧洲对于高压电缆金属护层的设计已经从防腐、防水以及电气短路、容量特性等问题上开始关注低损耗水平等问题，并出版了二本CIGRE TB 文件。2005年的Technical Brochure 272large cross-sections and composi

10、te screen design 该文件中就低损耗设计的金属护层提出了相关的指导意见。2011年的Technical Brochure 446Advanced Design of Metal Laminated Coverings Recommendation for tests 该文件中提出了平滑铝护套德推荐测试标准。4.平滑铝护套的优点 1）通过护层结构设计可以减小铝护套中的涡流损耗 通过研究发现铝护套中的涡流损耗与厚度成倍数关系，降低铝护套厚度就能降低铝护套中涡流损耗，皱纹铝,三、平滑铝护套的特点,护套需要一定的机械强度，厚度不可能减薄，而平滑铝可以做到。对于平滑铝护套，减薄厚度降低涡流

11、损耗，为了满足相应的短路容量，可以适当添加屏蔽铜丝来满足短路容量的要求，这种设计并不会增加涡流损耗水平。2）皱纹护套的设计在缓冲层与金属护层间存在空气间隙，也将带来大约0.1km/W的热阻增量。对于110kV电缆试验结果表明：相同条件下平滑铝护套结构的载流量要比皱纹铝护套高15%左右。3）由于是平滑结构设计，电缆外径减少了58%左右（根据不同电缆电压级别），电缆更轻，成本更低。4）平滑护套的平均电缆装盘长度可以提高10%左右。5）按照CIGRE 446的调查，平滑护层结构产品完全适应在隧道、直埋乃至高落差竖井中的安装。6）平滑护套由于没有轧纹缺陷，电缆的反复弯曲性能优越。7）纵向阻水性能优于皱

12、纹铝护套结构。8）解决了铝护套与缓冲层的接触问题，可以达到面接触的程度，使六种电流能均匀地流过缓冲层。9）平滑铝护套沿圆周方向铝的抗张强度均匀。,三、平滑铝护套的特点,4.平滑铝护套产品的疑惑 1）弯曲、抗侧压力问题 采用紧密粘结复合铝PE护套结构，平滑铝护套的高压电缆产品弯曲半径可达20倍电缆外径，不损色于皱纹铝护套。由于非金属外护层与平滑铝粘结于一起，弯曲时的侧压力满足设计要求。2）生产过程中易变形的担忧 已经研究出平滑铝护套+粘结剂+非金属外护套共挤的生产工艺，解决了生产过程中铝护套变形问题。结论：在我国未来无论是高压交流或高压直流陆用电力电缆，平滑铝护套产品将会得到关注。感谢Prysmian的王瑛和浙江晨光的岳振国提供的有关信息！,缆慧将为电线电缆产业链提供最有价值的服务,