摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。随着电力产业的发展，大量的电力电缆的运行带来了电缆金属屏蔽层电流过大等问题，导致电缆效率降低，缩短使用寿命，也增加了电力运行的风险。本文就电缆在金属屏蔽生产制造中产生的问题及解决办法展开探讨。
关键词：表面放电；热传导；涨力
引言
高压单芯电力电缆线路金属屏蔽层或金属护套上感应电势的幅值，与线路的长度和电流大小成正比关系。当电缆越长或电流越大时，感应电势叠加起来就越大，会危及人身安全和电缆绝缘安全；当高压单芯电力电缆线路发生短路故障、遭受雷电冲击或操作过电压时，该感应电势很高，有可能击穿金属屏蔽层绝缘。
1金属屏蔽层的作用
GB/T12706-2008规定1kv到35kv所有电缆的绝缘线芯上应有金属屏蔽层，金属屏蔽层主要有以下作用：（1）电缆正常通电时金属屏蔽层通过电容电流。（2）将电缆通电时引起的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，以减少对外界产生的电磁干扰，同时也起到限制外界电磁场对内部产生的影响。当电缆单芯运行或三芯电缆不平衡运行时，电缆长期处于由电动力所造成的机械力的作用下，导致电缆绝缘受损，减少电缆的使用寿命。（3）电站保护系统要求外金属屏蔽具有较好的防雷特性。当发生雷击事故时，金属屏蔽层可将故障电流引入接地系统，保证系统安全运行。（4）在发生短路的情况下，在一定时间内承受一部分短路电流，避免绝缘在过高的电流影响下产生热击穿。
2电缆金属屏蔽层的规定
额定电压U0为1kV及以上的电力电缆，其绝缘层的外面应设计有绝缘屏蔽，其作用是改善绝缘表面的电场分布、提供短路电流流通路径。绝缘屏蔽由半导电材料加金属带或金属丝组合组成，半导电材料除了改善绝缘层表面的电场分布以外，还起到消除绝缘层与金属带或金属丝之间的气隙的作用，金属带或金属丝为短路电流提供流通路径。金属带或金属丝一般选用导电性能良好的铜材。金属屏蔽层的截面积由系统的短路电流决定，若截面积太小，当短路电流通过时将产生过热或烧断，并损坏绝缘。所以，在实际应用电力电缆过程中，应根据系统的单相对地短路容量大小，选择合适截面积的金属屏蔽。GB/T12706.2—2002附录G规定，铜丝屏蔽由疏绕的软铜线组成，其表面应用反向绕包的铜丝或铜带扎紧，相邻铜丝的平均间隙应不大于4mm，任何两根相邻铜丝间隙应不大于8mm，铜丝屏蔽的标称截面可根据故障电流容量要求选用；铜带屏蔽由一层重叠绕包的软铜带组成，也可采用双层铜带间隙绕包，铜带间的平均搭盖率应不小于15%（标称值），其最小搭盖率应不小于5%，铜带标称厚度应按下列要求选用：单芯电缆：≥0.12mm；三芯电缆：≥0.10mm；铜带的最小厚度应不小于标称值的90%。
3铜带屏蔽在生产中出现的问题及分析
电缆的金属屏蔽层在电缆运行时无非是四个作用：①电缆正常运行时流过感应电流，电缆故障时导通短路电流。②限制电缆电场于绝缘线芯内，屏蔽外来电场干扰。③防止电缆轴向表面放电。④防雷电特性。下面来简单说下铜带漏包可能会导致电缆轴向表面放电原理。图1中为一电缆金属屏蔽漏包时的等值电路图，在电缆的金属屏蔽良好的接地时运行，电缆的绝缘屏蔽每一段可以看做是等值电阻，假设铜带与电缆的绝缘线芯表面接触良好，所以良好接地时电缆的表面不会出现轴向表面放电。然而当铜带漏包时，与电缆绝缘线芯接触部分的金属屏蔽处电压降△u会增大，所以漏包处电缆可能会大大增加电缆出现电晕放电的可能性，降低电缆局放性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电缆铜带屏蔽绕包处卷边会降低电缆的热传导性能，在电缆卷边处会减少铜带与绝缘屏蔽表面之间的正压力，即出现电缆金属屏蔽与绝缘半导电屏蔽接触不好，这样会使电缆的接触电阻成倍地增加，假设同样大小的电流通过时，由于电阻较大，使得该部分受热集中，长久运行会使绝缘受热老化，降低电缆运行寿命。电缆的金属屏蔽的擦伤这种损伤是致命的，通常情况下，金属屏蔽擦伤会对电缆绝缘层外的半导电屏蔽层表面产生一定的损伤，导致该部分与金属屏蔽无法接触良好，损伤的半导电层会以损伤处为中心产生微弱电场扭曲变形，降低局放性能，长时间运行可能出现电树放电。
图1
3高压三芯电力电缆金属屏蔽层接地方式
电缆一般是使用交联聚乙烯改装的高压三芯电力电缆，如果高压三芯电力电缆在正常运行时的三相电流大小相等，高压三芯电力电缆的金属屏蔽层或金属护套上无磁链，由法拉第电磁感应定律可知在金属护套或金属屏蔽层两端就没有感应电势，所以三芯电力电缆的金属护套或金属屏蔽层两端接地后，不会有感应电流流过金属护套或金属屏蔽层，从而使电缆发热、绝缘老化。但是三芯电力电缆在实际运行中，三相负荷不可能平衡，由于三相负荷不平衡产生的零序电流将会使三芯电力电缆屏蔽层两端存在感应电压，但是这种零序电流在三芯电力电缆屏蔽层两端产生的感应电压一般很小，所以高压三芯电力电缆的金属屏蔽层或金属护套一般采用两端直接接地。高压三芯电力电缆金属屏蔽层两端直接接地这种接地方式能减少一定的工作量，但是适用的条件非常苛刻，这种接地方式要求10kV高压三芯电力电缆线路长度不能太长并且传输功率小、电缆传输容量裕度大。
4电缆在金属屏蔽生产制造中产生的问题及解决办法
（1）从电气性能角度去考虑金属屏蔽，中高压电缆宜采用铜丝疏绕加铜带扎紧结构。铜丝屏蔽结构上从电气接触上说是线接触，而铜带屏蔽结构是面接触，线接触结构上不会产生因为面接触不良而产生的局部受热集中，热传导性差问题，再者在铜带屏蔽结构中，铜带绕包叠加处缝隙会产生氧化物，降低电缆的导电流性能，而铜丝屏蔽不会出现面接触处产生氧化物而影响导电流性能。（2）从机械及量化生产角度考虑，首先生产前检查模具是否与你所生产绝缘线芯规格相匹配，模具是根据线芯规格的大小所决定的，通常情况下模具要比线芯外径大2mm-3mm为好，如果模具配备不合理，铜带绕包涨力太紧，放线架的涨力松，就会导致铜带绕包后出模口时擦破，依据个人经验在实际操作中，放线架的涨力控制到一个成年人在放线处把线芯往下压，放线的盘具伴随着一个人的重量往前转动为好。铜带绕包头的涨力不被铜带的拉力拉弯，铜带包在线芯上，平整紧实为好。其实生产除了模具关键点之外，还应在收线位置做精确控制，生产时排线的运动和收线盘的速度是成正比的，收线盘具的转动速度越快，平行排线的运动就会加快，在设定固定收线速度后，收线的涨力如果控制太小会导致排线松弛，后道工序成缆时线芯涨力难以控制，很容易发生擦破铜带，另外涨力太小会使收线盘的绝缘线芯上的铜带与铜带之间相互擦破。收线盘具涨力的大小，取决于线芯的长度和规格，规格越大，线芯的长度越长，收线的涨力也就越大，相反，线芯越短，线芯的规格越小，收线盘上的涨力也就越小，所以合理控制线芯长度及控制电缆装盘涨力显得尤为重要。
结语
因为高压单芯电力电缆与统包电缆接地方式本质的区别，所以在施工中应综合考虑电缆载流量的变化、长度、降低工程造价等因素后再对高压电力电缆选择接地方式，在确保高压电力电缆金属屏蔽层上至少应有一点接地的前提下根据实际情况选择合适且经济性的电力电缆金属屏蔽层接地方式，提高高压电力电缆安全运行的可靠性。
参考文献
[1]李雪，刘泰康，姜云.电磁屏蔽技术分析[J].电子工艺技术，2017.
[2]王海译.电力电缆及电线[M].北京：中国电力出版社，2015.
论文作者:张万有
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/11
标签：屏蔽论文; 电缆论文; 金属论文; 铜带论文; 电流论文; 电力电缆论文; 护套论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;