超高压交联电缆金属套性能阐述

目前国内已有多条生产线能生产110 kV及以上的超高压交联电缆，各厂的金属套结构不全相同。不同金属套各有其特征，用户按各自的条件 进行选择。首先必须对金属套的性能要有一个全面的认识和了解。本文对各种类型金属套的性能和特征作一阐述。

一、金属套的种类

金属套有两大功能：(1)隔水作用，为防止 XLPE绝缘接触到水分而产生水树枝。金属套是电缆的径向防水层；(2)零序短路电流的通路，要求热稳定。金属套按生产工艺可分为三大类：挤包无缝金属套、纵向焊缝金属套和综合护套等；采用的材料又有铅、铝、铜和不锈钢等。国内供电系统中应用的金属套有铅套、无缝波纹铝套、焊缝波纹铝套、焊缝波纹铜套、焊缝波纹不锈钢套和综合护套等6种。

以上6种金属套都是良好的径向防水层，但内在质量、应用特性和制造成本各不相同。目前，国内除波纹铜套和不锈钢套外都有生产。

目前，国内能制造铅套交联电缆的大厂，都有连续压铅机生产铅套的能力。铅套交联电缆内部结构紧密，纵向防水性能好。铅的化学性能稳定、耐腐蚀性好，缺点是重量重。铅合金的熔化温度约为300℃，压铅机的模座挤出温度为260℃。在螺杆连续压铅机上制造的铅套是一个无夹灰、无缝、内壁光滑的连续铅管。铅的蠕变性能好，结构尺寸设计时无须在铅套与线芯之间留有间隙。交联绝缘膨胀时，能撑大铅套而绝缘表面仍然平整光滑。由于交联绝缘的膨胀系数比其他金属大约一个数量级。因此，其他各类波纹金属套内必须留有足够的膨胀间隙。如无间隙或间隙不够大，在绝缘膨胀后会在绝缘表面会留下波纹的凹痕，这会影响电缆的电气性能。

在型式试验中铅套轻得多，在搬、抬、扛、移电缆作业中颇受青睐。在施工中要因地制宜设计一些机具减轻劳动强度。在施工中克服了一些困难，在日后运行中能得到回报。万一运行中外护套破损后由于铅套耐腐蚀，金属套不会很快穿孔进水。铅套交联电缆在敷设时比铝套交联电缆柔软，铅套电缆在接头作业中可直接搪铅比较方便。铅的比重为11.34，是铝的4.2倍。铅套原材料的成本要比铝套大的多。

以110 kV 1×630mm² 电缆为例作一对比：铅套厚度为4mm，铝套为2mm；在每米铅套电缆中，铅的重量是铝套电缆中铝重量的7.5倍。按1999年同期的市场价格计算，铅原材料每吨价格虽是铝的34，而铅套内铅原料成本价是铝的2.5倍。如技术条件中对短路持续时间提了过长的要求时，在设计铅套的热稳定中要增加铜丝屏蔽，这会使两种金属套的原料成本相差更大。

铅套交联电缆不可能被铝套交联电缆所取代。在陆上使用中两者各有特点及利弊。在直埋及排管敷设中，宜优先考虑选择铅套电缆。海底高压交联电缆必须采用铅套。海缆锚损等外力破坏机率非常高，一旦护层损伤又难修理。如是铝套海底电缆受外力破坏后。主绝缘及金属套尚完好，但护层损坏了，在海水中铝套很快会穿孔，必然会降低使用寿命。这是海缆不采用铝套的原因。

波纹铝套交联电缆的最大优点是重量轻和短路热稳定容量大。在短路电流持续时间稍长的系统中，一般标准厚度铝套即能满足要求。如计算中热稳定不够时，可将铝套稍加厚一些就能满足技术要求。铝套由于无需增加铜丝屏蔽而比铅套简单。铝的比重仅为铅的23.8% ，且铝套的厚度比铅套的厚度薄得多。铝套电缆重量比铅套轻得多。在敷设中要用人力搬、抬、扛、移电缆时，要比铅套电缆省力，很受敷设工人欢迎。

在充油电缆设计中，采用波纹铝套后有很多优点：省略了铅套的径向加带；螺旋形波纹构成外油道使充油电缆的瞬态压降明显减小，在线路设计中能放长供油段的长度，减少塞止接头数量。因此，在一些国家的陆上充油电缆中，以渡纹铝套取代了铅套，在经济上及技术上都有很大好处。然而，波纹铝套交联电缆的螺旋形波纹，使电缆不具有纵向阻水功能。如在电缆设计中为使其具有纵向阻水功能而减小了间隙，则会降低电气性能，似乎不偿失。

铝在元素周期表中的原子序数是13，化学性能很活泼。在运行中遇到外力破坏损伤了外护层或外护层在支架上被卡破后，铝套很快会被腐蚀穿孔而进水。铝的熔点为658℃，压铝机挤包时模座温度约为500℃。与铅套相比，挤包温度要高很多。为此，铝套内应有铜丝编织玻璃丝带（或棉纱带）或半导电阻水带防止绝缘屏蔽被烫伤。

压铝机有连续压制与非连续压制两类。不连续压制时，在加铝锭时要停顿一段时间．对交联电缆芯不甚有利。前后铝锭在压铝机内虽能结合成一体，在铝套表面仍有接缝可见，但对铝套抗拉强度没有影响。应该说连续的比不连续的好。

压铝机是精密设备，造价很高。压铝套的生产工序及工艺也较复杂。电解铝锭需浇铸成圆柱形铝锭。铝锭在进压铝机前，要切削成标准规格并经探伤才能使用。压铝机生产铝套的能耗和工耗较高，导致金属套的生产成本也就较高。

电缆允许承受的侧压力与绝缘品种有关，不以金属套种类而定。国外一些权威性手册上推荐的油纸绝缘及挤包绝缘电缆允许侧压力为300kg／m。渡纹铝管的抗压强度虽比铅管高，但电缆在敷设时的张力是在导体线芯上，在弯曲处的侧压力由导体向绝缘、金属套及护层传递，由转角滑轮承受推力，其中最易受机械力影响的是绝缘。以绝缘承受力来决定电缆允许承受的侧压力是合理的。

铝套电缆在安装中有喜有忧。重量轻是最受敷设工人欢迎的。但铝套的柔软性不如铅套。自电缆盘上放下的铝套交联电缆外端必须用校直机整直了才能牵引。在敷设过程中为控制电缆的侧压力及牵引力，现都用卷扬机加履带输送机来施工，因此，端部的牵引力不大，电缆经过弯曲处后不易自行变直，但在转弯处不如铅套电缆顺畅。

在安装各类附件中，铝套上不能直接搪铅，先要在铝的表面镀锌锡合金及搪底铅后才能搪铅。搪底铅操作对操作人员的工艺水平要求较高，稍有瑕疵会造成电缆进水。在大型工程中，要锯线封端和安装牵引端的工作量不少，尤其在排管中敷设时，接头工人一般不喜欢铝套电缆。