电缆绝缘厚度

电缆绝缘厚度 关于高压XLPE电缆绝缘厚度 0 前言 高压XLPE电缆绝缘层的必要厚度，将是保障电缆绝缘经受各种可能过电压作用下能可靠运行的基础。然而，过于保守的绝缘厚度，使电缆成本增加、电缆外径增大、电缆载流能力降低以及在限重条件下导致每盘电缆长度减少从而引起 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中电缆接头增多。 在XLPE电缆统一标准中含有绝缘厚度的规定，从有助于技术性能完善、确保产品质量和符合使用要求等方面来看显然是有积极意义的，但在我国加入WTO后，高压电缆的国内外产品准入市场主要以IEC标准作为准则。在国外高压XLPE电缆绝缘普遍较薄，而国内制造厂有能力设法改进工艺、提高质量来改善原有影响绝缘厚度因素的情况下，如果国内仍一成不变地执行原厚度标准，势必使很多企业失去参与国际公平竞争的机会。为此，特撰本文提出建议，希望有助妥善解决矛盾。 电缆绝缘厚度的设计方法 1 电缆绝缘层厚度?是基于在其预期使用寿命内能安全承受各种可能电压条i 件来确定的，一般按工频电压、冲击电压二者均满足要求来计算。我国以及日本、 ,[13]英国、德国和韩国等对高压单芯电缆绝缘厚度的确定 均采用下式(1)、(2)计算结果中择取较大值的方法。 (1) ?=BIL×k×k×k/E (2) i123Limp 式中,E为符合韦伯分布的工频击穿电压(平均击穿强度)的最低值, kV/Lac mm;E为符合韦伯分布的冲击击穿电压(平均击穿强度)的最低值，kV/mm;Limp K、k分别为工频、冲击电压相应的老化系数;K、k分别为工频、冲击电压相1122 应的温度系数;K、k分别为工频、冲击电压相应的裕度系数;U为系统额定33m电压，kV;BIL为系统雷电冲击耐压水平，kV。 部分国家对110kV以上XLPE电缆的?计算值、实选值及其相关参数择取i 值见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1。 显然，必须正确的拟定关键性参数和其他相关参数K,K、k,k，以使?1313的择取能满足长期可靠安全运行的要求。 i 表1 高压XLPE电缆?计算值、实选值及其相关参数择取值 i 计算值?i 实选E?Limp iLac /mm U/kV BIL//kV 国 别 K K k k k Km123123-1-1值/mm /kV•mm /kV•mm 工频 冲击 [2]500 1 425 日本 27 24.3 24.5 40 80 2.3 1.2 1.1 1.0 1.25 1.1 [13]500 1 550 德国 30 29.4 29.3 30 80 2.12 1.25 1.15 1.1 1.25 1.1 [1]275 1 050 日本 27 26.9 26.7 30 60 4.0 1.1 1.1 1.1 1.25 1.1 [1]154 750 日本 23 22.8 22.8 20 50 4.0 1.1 1.1 1.1 1.25 1.1 *220 1 050 中国 27 24.6 26.5 25 60 4.0 1.1 1.1 1.1 1.25 1.1 **220 1 050 中国 26 17.4 20.6 30 70 2.69 1.2 1.1 1.0 1.25 1.1 2 * 郑州电缆厂;** 山东电缆厂，缆芯截面为800 mm。 为了有助于认识这些参数的意义，不妨通过了解日本研制500kV XLPE电缆时确定?的做法，以资借鉴启迪。 i [1,2]1.1 E、E的确定方式 LacLimp 电缆的绝缘击穿分散性通常以韦伯(Weibull)分布表征，XLPE电缆在电场强度为E时绝缘被击穿的概率为 (3) 式中,E为位置参数;E为 尺寸 手机海报尺寸公章尺寸朋友圈海报尺寸停车场尺寸印章尺寸 参数;M为形状参数。 L0 按电缆绝缘的体积V来表征XLPE电缆在电场强度为E时绝缘被击穿的概 率，则式(3)可变换成 m P(E)=1-exp[-k•V(E-E), (4) L 式中，k为相关常数。 从数值统计意义上看，在XLPE电缆的电场强度为最低击穿场强E值及以L下时，绝缘被击穿的概率为零。 ,[23]1.1.1 电场强度表征值的择取。 电场强度在内半导电层处有最高场强E与平均场强E之分。 maxmean E=U/[rln(R/r), max E=U/? meani 式中，R、r为绝缘层、内半导电层的半径;U为电压。 有的国家(法国、荷兰等)用对XLPE电缆如充油电缆同样的方式取Emax表征。在法国，对400kV XLPE电缆，绝缘厚度按工频E=16kV/mm来确定;maxac 2若截面为1200mm以下时按冲击E=85kV/mm来确定;大截面则按工频最maximp 小E=7kV/mm来制约绝缘厚度。 maxac 另外，由于XLPE电缆绝缘弱点(如杂质等)具有随机分布性，因此，电缆绝缘击穿实际不一定始于E，因而认为以E表征更为合理。日本、德国、maxmean 英国、韩国等就采取此方式。 此外，试验显示，E随d/D(d、D为电缆绝缘的内、外径)比值变化而max 变化，随电缆截面增大而趋于减小，但E却不随d/D比值变化而异，故在Xmean LPE电缆的绝缘厚度为待定对象时，择取E较简明合适。 mean [2]1.1.2 以包含薄绝缘层试样等测试方式确定击穿场强 日本研制500kV XLPE电缆时，在改善绝缘弱点(杂质、半导电层突起等)的生产工艺及其质量监控方面比以往275kV XLPE电缆的制造有了明显的进步。进行绝缘设计时，曾按500kV XLPE电缆工艺条件制备了一批比预期绝缘厚度(25,30mm)薄些(6、9、15mm)的试样。 (1) 以绝缘层较薄的样品进行测试取得反映绝缘特性的基础数据。以绝缘厚度为6 mm的样品40个在室温下测试其击穿场强值整理出按F(x%)的韦伯分布曲线。得到最低击穿场强E=57 kV/mm、m=1.4、E=15 kV/mm，ELacacoacLimp=112 kV/mm、m=1.8、E=35 kV/mm(电缆样品条件d、D分别为16.7impoimp mm、28.7 mm);并根据式(3)、(4)，按样品长为10 m的条件算出V， -93-93可求得k=5.273×10/mm、k=3.885×10/mm。 acimp 又对绝缘厚度分别为6、9、15 mm的3类样品分别测试其击穿场强值，察明?影响E的变化情况，结果归纳出测试值的关系式有: imean -0.18 E(?)=78? (5) Lacii -0.18 E(?)=155? (6) Limpii (2) 按500 kV XLPE电缆实际尺寸(?为27,30 mm，截面为2 500i 2 mm，d、D分别为61.2、120.2 mm，长为20 m)算出此时的V值。由式(3)、(4)可推算出此时的E=1.1 kV/mm、E=4.7 kV/mm。当?为27 mmoacoimpi时，由式(5)、(6)有E=43.1 kV/mm、E=85.6 kV/mm;若取?为3LacLimpi0 mm时，E=42.2 kV/mm、E=84 kV/mm。实际择取E=40 kV/mm、LacLimpLacE=80 kV/mm，见表1中所列。 Limp (3)对500 kV XLPE试制电缆的设计电场强度进行验证试验。施加电压应不小于式(1)、(2)分子项U=550KKK/=970 kV;U=1 425kkk=ac123imp1231 960 kV。 实际上，?按击穿概率63.2%相当的电压。运用上述(2)中所示数据，由式i (3)算出F(63.2%)=44.2 kV/mm，施加的工频电压应为1 195(44.2× 2ac 7)kV;F(63.2%)=90.3 kV/mm，施加的冲击电压应为2 440(90.3×27)imp kV。 由试验结果,击穿概率均小于63.2%获验证。 1.2 其他参数确定方式 1.2.1 老化系数 (1) 工频老化系数K。XLPE电缆长期运行的老化特性通常以下列关系式表1 达 n Et=常数 (7) 式中，E为击穿电压;t为击穿时间;n为寿命指数。 电缆的工频老化系数K可按电缆有效使用寿命(年)与施加E的时间(1 1Lh)之比并引入n求得 (8) 60年代，国际大电网会议(CIGRE)有Kreuger、Oudin先后就XLPE电缆 [2,4]基于抽样存在微孔的长期试验，提出n应取9较安全。若按使用寿命为30年， [1]则K=4。日本等国家以往多按此方法设计。 1 90年代初，日本的研究进展对n值进行了重新评估，认为长期运行中电缆处于较低场强范围，可允许n值达到20左右;随着工艺进步，已不存在影响绝缘特性的微孔;还查明XLPE绝缘交联时残存的微小水分(约100μL/L)不影响老化特性。通过约1年的施加电压下老化特性试验，证实n,15可行。因此，对 [2,4]500 kV XLPE电缆的设计开始采取n=15。 超高压XLPE电缆设计中，韩国、英国现也取n=15，但英国对含有电缆附件的情况取n=12。而德国在已取n=12基础上，对500 kV XLPE电缆确定n= [3]17，并依照使用寿命为40年计算。 (2) 冲击老化系数k。考虑到雷电过电压重复作用引起的老化，一般取k1 =1.1。但日本在进行500 kV XLPE电缆设计时，既分析了以往计入一些影响1 k的因素不需考虑，又进行了反复冲击以及工频叠加冲击等试验，得出完全不需1 计入冲击老化系数的结论即取k=1。 1 1.2.2 温度系数K、k 22 考虑电缆运行温度比室温高，而绝缘击穿电压在高温下比常温时低，通常计入温度系数K一般不小于1.1，k一般不小于1.25。 22 日本曾对6 mm厚XLPE绝缘电缆在室温与高温下测试其工频击穿电压值的差异性，得到90 ?与室温，K达1.17;230?与室温，K为1.2。因此，50022 [2] kV XLPE电缆设计取K=1.2。 2 日本90年代报导XLPE电缆室温与90?下击穿电压差别，所显示的温度系数与绝缘厚度有关系。如?为6,7 mm时，K=1.05;?为19,27 mm时，i2i [4]K=1.12。又?分别为2.5、9、13 mm时，K相应为1.33、1.17、1.29。 2i2 因此，现行K、k的择取值或许并非最恰当，适当提高些将有利于安全。22 1.2.3 裕度系数 一般多取1.1。德国对新开发的500 kV XLPE电缆取K=1.15，或许有其3 偏安全的考虑。 [3]1.3 电缆绝缘设计关于可靠性的考虑 除上述绝缘设计按初期击穿场强的击穿概率为零的方法外，法国在式(3)中计入电缆长度(体积)这一要素，即按实际电缆事故概率值是否合乎预期要求来判断。他载于法国150,5 00 kV交联聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯绝缘电缆标准HN33-S-55中。 [4] 表2 日本22,77 kV XLPE电缆绝缘厚度年度变化 2 XLPE电缆绝缘减薄的技术发展 2.1 日本XLPE电缆绝缘减薄进程概况 XLPE电缆问世以后，通过长期实践和深化认识，随着不断改进制造技术与工艺、改善构造方式的努力，多年来日本XLPE电缆经历了分阶段减薄绝缘厚度的发展变化，变化情况见表2、表3。 由表2、表3可见: (1)各电压等级XLPE电缆都在不同程度上体现有绝缘层减薄的变化经历。一段时期减薄前后二种绝缘厚度产品的并存，意味着在这一时期有部分厂家、部分电缆的绝缘层先行减薄了。 [4] 表3 日本154,500 kV XLPE电缆绝缘厚度制造年度变化 (2)促成绝缘减薄的主要因素是提高绝缘的最低击穿场强水平。他依赖于制造工艺技术的改进状况，或基本制造条件(如干法交联、三层共挤)未变，但当改善绝缘弱点提高到较严格的质量目标监控水平时，就有助于绝缘减薄跨出新的一步。如杂质由50 μm限制至20 μm，工频击穿场强可相应由50 kV/mm增至64 kV/mm。 [5]2.2 其他有助减薄绝缘的途径 针对XLPE电缆绝缘与半导电层之间界面的绝缘弱点改善程度尚未达到理想状态的现状，如界面近傍的聚乙烯可能存在相对低质量或有较大的自由体积;其界面的粗糙或凸起使其局部形成高电场。近年来提出了一种改善界面的界面扩散法，他是在半导电层中添加特殊成分的填料，使其在挤出过程中扩散到聚乙烯层中。试验证实了这样可提高电缆绝缘的击穿强度，如原来9 mm厚绝缘层用 于66 kV等级，按界面扩散法工艺制作后就可适用至154 kV等级。此工艺不影响绝缘层的介质损耗正切等电气性能。这一试验研究成果应用于制造实践还有待时日，或许今后XLPE电缆绝缘厚度还有再进一步减薄的可能。 3 110 kV及以上XLPE电缆绝缘厚度现状述评 国内外110 kV及以上XLPE电缆绝缘厚度概况见表4。 由表4可见，我国110、220 kV电缆绝缘厚度比世界上有些国家同类电压等级的厚。现就如何认识和对待该问题提出分析与建议。 [3] 表4 各国110,500 kV XLPE电缆绝缘厚度 mm 额定电压 U/kV 110,123 132,145 220,245 380,420(500) N 雷电冲击耐550 650 1 050 1 425 压/kV 美国、加拿大 2 0.3(U=115) 21.6(U=138) 23.4，(加)25.7 NN (英)20?14(开发 英国、意大利 25(试验) 中) 法 国 14(U=90) 22,23 27,30 N 德 国 9(试验) 15(试验) 27,29.5 荷 兰 27.5(试验) 瑞 士 13,17 14,17 20,26 29,35 丹 麦 19 俄 罗 斯 12 27(U=200,N 澳大利亚 275) 韩 国 23(U=154) N 日 本 17 23(U=275) 27(U=500) NN ***中 国 16,19 24,27 2 * 按GB 11017—89，缆芯截面为240、300、400、500、630、800 mm及以上时，绝缘厚度相应为19、18.5、17.5、17、16.5、16 mm。 ** 按CSBTS/TC213-01-1999，缆芯截面为400和500、630、800、1 000 2mm及以上时，绝缘厚度相应为27、26、25、24 mm。 (1) 我国在制订的统一电缆标准中规定了绝缘厚度，这对各厂初期产品的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化具有积极意义，且其指标制订当时不失先进性。如对比美国爱迪生照明公 [6]司联合会(AEIC)制订电缆技术条件同类标准，110 kV XLPE电缆绝缘厚度我国比美国薄，没有其保守。 (2) XLPE电缆绝缘厚度往往受雷电冲击耐压水平(BIL)制约，同一额定电压级的BIL在我国与其他国家并非都等同。如我国220 kV与日本275 kV的BIL一样，意味着同一额定电压 的BIL我国较高，相应绝缘较厚，选用国 外产品应注意。 (3) 从动态发展观点看，电缆绝缘厚度并非一成不变。有持此观点的国内专业人士指出，按我国国家标准规定的110 kV XLPE电缆绝缘厚度可以在绝 [7]缘安全裕度范围内适当地减薄。鉴于我国标准修订的时间往往间隔过长，常滞后于技术发展水平。如果机械性地以现行标准制约电缆绝缘厚度，客观上不利于国内电缆制造企业参与市场公平竞争;反过来，缺乏市场从而难获效益的企业，由于实现制造工艺技术进步的资金难以为继，将更无条 件改变技术落后的局面。 (4) 客观形势的发展需要绝缘层尽可能薄的电缆。电缆绝缘层减薄不仅可降低电缆造价，同时还可提高载流能力、增加每盘电缆的容许长度并减少接头，从而带来提高运行可靠性、减少工程投资等综合效益，为此，? 在工程订货技术条件制订时，对国内外电缆均应遵循IEC 60840等标准，同时，除了要强调满足我国系统的BIL水平外，不必硬性规定国产电缆绝缘厚度，宜以较变通措词不限制厂家率先实施工艺改进、减薄绝缘厚度的积极性。如此，将有助推动技术进步，实现良性循环的局面。? 借鉴日本减薄绝缘厚度技术发展经验，鼓励有条件的企业通过制造工艺革新以改善绝缘性能;开展必要的试验，提出减薄绝缘的分析论证，并用通过预鉴定试验方式佐证。如110 kV等级电缆，除按20次热循环试验的国标要求外，也可考虑适当延长但应短于220 kV的预鉴定试验 时间(如90个周期)。总之，在XLPE电缆绝缘厚度不以标准限定的同时，明 确以含有试验分析的验证方式来要求较妥善。 4 参考文献 [1] 饭士冢喜八郎等.电力働乕僽儖媄术ハンドブツク.电气书院，1994:15 9,169. 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