專家之談:低壓架空絕緣電纜的選型
目前低壓電網(wǎng)改造工程已經(jīng)啟動(dòng)，低壓架空絕緣電纜可選用五種電纜料，選擇哪一種好，看法不一。針對(duì)這種情況，從穩(wěn)定提高電網(wǎng)工程質(zhì)量，使之經(jīng)得起歷史考驗(yàn)原則出發(fā)，通過(guò)總結(jié)長(zhǎng)期研究經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析，提出在低壓架空絕緣電纜中選用的聚乙烯如果不交聯(lián)還不如選用耐候型聚氯乙烯好的結(jié)論。
1. 引言
1kV及以下架空絕緣電纜用電纜料一般有三種：耐侯型聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯。選用哪種電纜合適，是當(dāng)今電網(wǎng)改造和建設(shè)中值得研究的問(wèn)題。這三種電纜料，如果單純從技術(shù)性能看，最優(yōu)者當(dāng)屬交聯(lián)聚乙烯，其次是耐候型聚氯乙烯，再次是聚乙烯。由于交聯(lián)聚乙烯價(jià)格高，它只能用在特殊要求場(chǎng)合，所以，最常用的場(chǎng)合應(yīng)首選耐候型聚氯乙烯。如果用普通型（非交聯(lián)）聚乙烯還不如采用耐候型聚氯乙烯，對(duì)于這種認(rèn)識(shí)形成的緣由，我想先回顧親身研制經(jīng)歷再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析，本著實(shí)事求是認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度與同行們進(jìn)行討論。
2. 低壓電網(wǎng)絕緣化的歷史回顧
2.1 國(guó)外早期開(kāi)發(fā)情況
日本是在1961年開(kāi)始開(kāi)發(fā)架空絕緣電纜的，據(jù)1976年日本九家電力公司統(tǒng)計(jì)，低壓架空絕緣線纜已敷設(shè) 101800 km，電網(wǎng)絕緣化率達(dá)到76%。低壓架空電纜料多采用耐候型聚氯乙烯（OW型），也有采用聚乙烯的，但多是交聯(lián)聚乙烯。
美國(guó)在1971年就制定了70℃～90℃600 V的架空絕緣線纜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，低壓網(wǎng)多數(shù)使用耐候型聚氯乙烯電纜。
瑞典、法國(guó)、芬蘭、德國(guó)等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家早在60年代初就開(kāi)始研究生產(chǎn)架空絕緣電纜，并且在金具研究方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使組裝件逐漸系列化。對(duì)我國(guó)架空絕緣電纜的金具開(kāi)發(fā)起到了重要借鑒作用。
2.2 國(guó)內(nèi)低壓架空絕緣電纜的開(kāi)發(fā)
遼寧沈陽(yáng)地區(qū)對(duì)低壓架空絕緣電纜的開(kāi)發(fā)在全國(guó)是比較早的。1983年我隨同沈陽(yáng)市科委組織的技術(shù)考察團(tuán)去日本考察，在日本城鄉(xiāng)看到電網(wǎng)絕緣化程度很高，低壓電網(wǎng)見(jiàn)不到裸電線，多半是黑色耐候型聚氯乙烯絕緣電纜。日本專家說(shuō)，在低壓架空絕緣電纜中，聚乙烯如果不交聯(lián)還是耐候型聚氯乙烯電纜好。我們到日本吉野川電線株式會(huì)社聚氯乙烯絕緣電纜料生產(chǎn)車間參觀，我特意帶回電纜料樣品回國(guó)。經(jīng)剖析后，會(huì)同哈爾濱電工學(xué)院及撫順?biāo)芰弦粡S等三家聯(lián)合研制。用近兩年時(shí)間于1986年研制成功。由撫順?biāo)芰弦粡S生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯電纜料，沈陽(yáng)電線廠生產(chǎn)架空聚氯乙烯絕緣電纜，經(jīng)省級(jí)鑒定認(rèn)為達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品水平（日本JIS3340－1980（OW）型，德國(guó) DIN47720－1970NFYW型）。從1986年開(kāi)始，沈陽(yáng)電業(yè)局及遼寧省城鄉(xiāng)低壓電網(wǎng)開(kāi)始大量敷設(shè)耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜，為我國(guó)電網(wǎng)絕緣化工作起到了率先垂范作用。與此同時(shí)，這項(xiàng)工作也受到東北電管局、省農(nóng)電局領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)同志的重視，積極在低壓網(wǎng)推廣應(yīng)用耐候型聚氯乙烯絕緣線纜。所以遼寧是全國(guó)較早開(kāi)發(fā)較多應(yīng)用架空聚氯乙烯絕緣電纜省份之一。到了80年代末，全國(guó)電線電纜行業(yè)形成了架空絕緣電纜生產(chǎn)熱。上海電纜研究所于1990年參考各地企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編寫(xiě)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12527－90。根據(jù)實(shí)踐，作者先后在1986年和1988年的《電線電纜》雜志上發(fā)表論文，重點(diǎn)闡述了耐候型聚氯乙烯絕緣架空電纜的研制與應(yīng)用情況。 1986年～1998年12年期間低壓架空絕緣電纜技術(shù)雖然逐步成熟并推向全國(guó)，但由于在重發(fā)電輕用電思想指導(dǎo)下，電力資金很少用到電網(wǎng)改造上，電網(wǎng)絕緣化水平仍然很低，電網(wǎng)改造工作任重而道遠(yuǎn)。1998年夏秋之交，國(guó)家才把電力資金使用重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)改造和建設(shè)上，從而迎來(lái)了電網(wǎng)改造工程和建設(shè)的巨大發(fā)展，牽動(dòng)了電線電纜行業(yè)等相關(guān)配套行業(yè)的大發(fā)展，積累了十多年制造低壓架空絕電纜經(jīng)驗(yàn)和能力的各生產(chǎn)企業(yè)得以有用武之地。
3. 低壓架空絕緣電纜目前應(yīng)首選耐侯型聚氯乙烯絕緣
三種低壓架空絕緣電纜料從經(jīng)濟(jì)技術(shù)全面分析來(lái)看，交聯(lián)聚乙烯在目前經(jīng)濟(jì)條件不十分寬裕情況下，用在特別重要場(chǎng)合比較合適。關(guān)于其它兩種電纜料：耐候型聚氯乙烯和聚乙烯，建議目前應(yīng)首選耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料，其主要理由如下。
3.1耐侯型聚氯乙烯絕緣電線電纜已有30年架空運(yùn)行的歷史
架空絕緣電纜與其它電纜電纜相比最突出的特點(diǎn)是耐大氣老化，這一點(diǎn)是一般電線電纜不具備的。大氣老化因素很苛刻，最主要因素是太陽(yáng)光紫外線，其它因素有雨、雪、冰雹、風(fēng)沙、高溫、低溫、煙霧、鳥(niǎo)糞、化學(xué)物質(zhì)、樹(shù)干枝葉摩擦、風(fēng)力搖擺等機(jī)械外力。長(zhǎng)期暴露在太陽(yáng)光下，紫外線對(duì)高分子材料破壞力很強(qiáng)，易出現(xiàn)分子鏈斷開(kāi)、表面變色和龜裂等現(xiàn)象。如不采取有效措施，高分子材料是很難抵抗大氣因素常年累月侵襲破壞的。
耐大氣老化性能如何，除了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工氣候老化試驗(yàn)外，最有信服力的是長(zhǎng)期架空敷設(shè)運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)證。在我國(guó)只有耐候型聚氯乙烯絕緣電纜架空敷設(shè)歷史最長(zhǎng)，并且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變色和龜裂現(xiàn)象，所以可放心使用。
機(jī)械工業(yè)部上海電纜研究所李養(yǎng)珠高級(jí)工程師早在60年代就從事電線電纜大氣老化性能試驗(yàn)研究工作。她于1968年在哈爾濱太陽(yáng)島、齊齊哈爾市和海南島等具有代表性地方，把各種顏色的聚氯乙烯絕緣電線電纜敷設(shè)在太陽(yáng)光下，并一直定期觀察測(cè)試，發(fā)現(xiàn)黑色聚氯乙烯絕緣電線耐候性最好，沒(méi)有變色龜裂，敷設(shè)16年后的1984年，她編寫(xiě)了一份極有價(jià)值的"橡塑布電線定點(diǎn)運(yùn)行試驗(yàn)研究報(bào)告"，并在《電線電纜》雜志上發(fā)表，為我國(guó)架空絕緣電纜正確選擇材料提供了十分重要的實(shí)踐根據(jù)。我們所從事的架空絕緣電纜的研究工作是在上述的試驗(yàn)研究工作成果的啟發(fā)下進(jìn)行的，特別是通過(guò)1983年去日本技術(shù)考察后了解到日本OW型耐候型聚氯乙烯絕緣電纜的實(shí)際應(yīng)用情況，使我們對(duì)耐候型聚氯乙烯絕緣電纜更增強(qiáng)了信心。我們?cè)谶^(guò)去所開(kāi)發(fā)的耐候型聚氯乙烯電纜料在配方上做了兩點(diǎn)重大改進(jìn)，都是針對(duì)提高耐大氣老化性能而采取的，比文獻(xiàn)到中所述的聚氯乙烯絕緣電線電纜耐大氣老化性能更好。這種性能的提高標(biāo)志著時(shí)代在進(jìn)步。
撫順?biāo)芰弦粡S自1986年以來(lái)，已累計(jì)生產(chǎn)耐候型聚氯乙烯絕緣電纜料18000t，用戶遍及東北、華北。其中包括黑龍江省最北部邊境地區(qū)、青島沿海地帶、山西內(nèi)陸等多風(fēng)沙地區(qū)。通過(guò)十多年使用實(shí)踐證明從未發(fā)生老化變色龜裂等質(zhì)量問(wèn)題。
聚乙烯存在著環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題，這是因?yàn)榫垡蚁┐嬖趦?nèi)應(yīng)力，會(huì)隨著使用環(huán)境條件變化而產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。當(dāng)采用熔融指數(shù)為2.0的聚乙烯作電纜護(hù)套時(shí)，在電纜彎曲半徑較小，并接觸到一些諸如洗滌劑、化學(xué)試劑、肥皂水等化學(xué)物質(zhì)時(shí)，常會(huì)使護(hù)套發(fā)生開(kāi)裂。為改善聚乙烯耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能，應(yīng)采用熔融指數(shù)O.3以下，分子量分布不太寬的中密度聚乙烯。聚乙烯還有一個(gè)特點(diǎn)：在擠出時(shí)，熔融指數(shù)越大越易擠出，工藝溫度寬，但不耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂；相反，熔融指數(shù)越小越不好擠出，表面易粗糙，但耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性能優(yōu)。所以，在選料時(shí)一定要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)選用熔融指數(shù)小的聚乙烯，不能為了順利擠出而選用熔融指數(shù)偏大的聚乙烯料，萬(wàn)一聚乙烯絕緣架空電纜表面出現(xiàn)環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞電網(wǎng)工程質(zhì)量，影響極壞。
交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化性能好。這是由于它的分子結(jié)構(gòu)所決定的。由于交聯(lián)過(guò)程把聚乙烯分子的線性狀態(tài)通過(guò)交聯(lián)劑搭橋變成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大分子鏈間上下左右緊密聯(lián)結(jié)在一起，增強(qiáng)了抵抗外力破壞的能力，再加上光屏蔽劑和抗氧劑等作用，我們就不再擔(dān)心交聯(lián)聚乙烯耐大氣老化能力。
有人認(rèn)為中高壓電纜用交聯(lián)聚乙烯，那么低壓電纜最好用聚乙烯，這種認(rèn)識(shí)是不妥的。因?yàn)楦邏弘娎|用的聚乙烯是交聯(lián)聚乙烯，與聚乙烯有本質(zhì)區(qū)別。聚乙烯除了存在耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題外，還存在不可忽視的機(jī)械強(qiáng)度低、軟化溫度低、受熱易變形、阻燃性能不好等問(wèn)題。
3.2 聚氯乙烯比聚乙烯柔軟、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性好
低壓電線電纜絕緣設(shè)計(jì)原則主要考慮絕緣的機(jī)械性能。我們所研究的對(duì)象是低壓電網(wǎng)用電線電纜，機(jī)械性能好壞應(yīng)是絕緣料性能的重點(diǎn)。然而聚氯乙烯比聚乙烯柔軟、機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性好，從這點(diǎn)出發(fā)應(yīng)首選聚氯乙烯。GB12527－90標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，聚氯乙烯張強(qiáng)度為12.5MPa。撫順?biāo)芰弦粡S聚氯乙烯電纜料抗張強(qiáng)度實(shí)測(cè)值達(dá)到20 MPa左右。聚乙烯抗張強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定10MPa，低于聚氯乙烯，實(shí)測(cè)值只有14MPa左右，比聚氯乙烯實(shí)測(cè)值低很多。在實(shí)際使用中電工都有明顯感覺(jué)。在架設(shè)線路中．電纜在地上托時(shí)，聚氯乙烯電纜不易被托破和起毛，而聚乙烯則相反，容易被托破和起毛。在與金具接觸承受壓力以及樹(shù)干枝葉接觸摩擦?xí)r，聚氯乙烯由于機(jī)械強(qiáng)度高而不易被壓壞和磨壞。平時(shí)我們用指甲在聚氯乙烯電纜表面不易劃出溝痕，而聚乙烯由于強(qiáng)度低，很容易用指甲劃出溝痕，這足以說(shuō)明聚乙烯機(jī)械強(qiáng)度低。
3.3 聚氯乙烯比聚乙烯阻燃性能好
聚氯乙烯燃燒時(shí)去掉火源后很快會(huì)自熄，而聚乙烯則不能，會(huì)繼續(xù)燃燒下去，這是因?yàn)榫勐纫蚁┓肿又泻宣u族氯原子，所以能阻燃。據(jù)介紹東北某一農(nóng)村低壓電網(wǎng)不慎起火�；鹪磽錅绾�，絕緣電纜卻繼續(xù)漫延燃燒，燒壞了不少塑料大棚，引起了民事糾紛，經(jīng)查絕緣電纜材料是聚乙烯。在聚乙烯中加阻燃劑是有一定難度的：一是提高成本，二是相容性差，降低絕緣性能。在GB12527－90標(biāo)準(zhǔn)中只對(duì)阻燃性能好的聚氯乙烯絕緣電纜規(guī)定了不延燃性要求，而對(duì)另兩種阻燃性能不好的電纜（聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯）沒(méi)有此項(xiàng)要求。這一點(diǎn)在修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)予以考慮。
3.4 聚氯乙烯比聚乙烯軟化溫度不，過(guò)教能力強(qiáng)
聚氯乙烯軟化溫度：160℃～180℃，過(guò)載能力比聚乙烯要強(qiáng)很多，聚乙烯軟化溫度：110℃～125℃。當(dāng)電路過(guò)載時(shí)溫度上升，聚乙烯首先軟化變形，導(dǎo)致絕緣破壞，特別是在與金具接觸以及其它受到壓力的地方更容易蠕變而發(fā)生事故。
3.5 關(guān)于絕緣性能
聚乙烯用到10kV以上中高壓電纜中可更大發(fā)揮絕緣性能好的優(yōu)點(diǎn)，而在1kV及以下低壓電線電纜中聚氯乙烯絕緣能力是足夠的，國(guó)內(nèi)外1kV及以下低壓電線電纜絕緣材料除橡皮外絕大多數(shù)是聚氯乙烯，而聚乙烯多用于通信電纜和中高壓電纜。
3.6 關(guān)于耐水性能
從塑料材料總體看，耐水性能（即不吸水性）都很好。但塑料分類中聚乙烯耐水性是一流的。聚氯乙烯耐水性能雖然很好，但相比之下，不如聚乙烯。然而在幾百伏的低壓電網(wǎng)中聚氯乙烯的耐水性是足夠的。這是因?yàn)榈蛪杭芸战^緣電纜使用在空中，接觸水的機(jī)會(huì)不多，就連經(jīng)常接觸潮濕和水的農(nóng)用理地電纜（JB2171－85標(biāo)準(zhǔn)NLVV型）系列中都有聚氯乙烯絕緣電纜。難道用于低壓架空的絕緣電纜還能懷疑聚氯乙烯絕緣的耐水性能嗎？
3.7 關(guān)于耐低溫性能
聚乙烯的耐低溫能力好于聚氯乙烯。但耐候型聚乙烯絕緣電纜在實(shí)際使用十多年過(guò)程中被證明能適應(yīng)我國(guó)低溫地區(qū)環(huán)境，在黑龍江省邊境地區(qū)使用多年，很受歡迎，據(jù)反映從未發(fā)生低溫脆裂現(xiàn)象。這是因?yàn)槟秃蛐途勐纫蚁┡浞皆O(shè)計(jì)中已考慮到低溫問(wèn)題。采取技術(shù)措施后，它已不同于一般聚氯乙烯，而是經(jīng)過(guò)外增塑改性的聚氯乙烯，所以能夠適應(yīng)我國(guó)北方低溫環(huán)境需要，北方多年敷設(shè)實(shí)踐也充分證明了這一點(diǎn)。
3.8 關(guān)于電纜料價(jià)格分析
生產(chǎn)電纜企業(yè)選購(gòu)電纜料以重量計(jì)價(jià)進(jìn)廠，而賣出電纜是以長(zhǎng)度計(jì)價(jià)出廠，所以評(píng)價(jià)不同電纜料價(jià)格應(yīng)該采用體積價(jià)格法進(jìn)行比較才有可比性。所謂體積價(jià)格就是用電纜料的重量?jī)r(jià)格乘以其密度之積，乘積低者，說(shuō)明電纜料體積價(jià)格低。按上述方法計(jì)算出的目前市場(chǎng)兩種電纜料體積價(jià)格相近。
3.9 對(duì)于低壓電網(wǎng)，聚氯乙烯的絕緣能力是足夠的
應(yīng)該指出1kV及以下電網(wǎng)聚氯乙烯絕緣能力是足夠的。自50年代塑料線被逐步普及推廣以來(lái)，日常用電線除了橡皮線外幾乎都是聚氯乙烯電線，國(guó)內(nèi)外行業(yè)專家對(duì)低壓電纜選擇絕緣材料時(shí)從未懷疑過(guò)聚氯乙烯的絕緣能力。因?yàn)?0kV以上中高壓架空電纜采用的是交聯(lián)聚乙烯絕緣而要求低壓電網(wǎng)一定要用聚乙烯絕緣是缺乏全面分析的。
4. 結(jié)論
（1）低壓架空聚氯乙烯絕緣電纜通過(guò)理論分析和30多年長(zhǎng)期敷設(shè)實(shí)踐證明，具有耐大氣老化性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、耐托、耐磨、阻燃性好等優(yōu)點(diǎn)，絕緣能力及耐水性能等都能滿足低壓電網(wǎng)要求。因此，應(yīng)成為低壓電網(wǎng)改造用首選產(chǎn)品。
（2）低壓架空交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜具有優(yōu)異的絕緣性能、機(jī)械性能、耐熱不變形性能。但由于價(jià)格高，建議在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件下，用在特殊要求場(chǎng)合下較為合適�！�
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