平滑鋁套電纜彎曲性能研究

國內(nèi)110~500kV高壓電纜中規(guī)定皺紋鋁套電纜安裝敷設(shè)時彎曲半徑不小于20D（D為電纜標稱外徑），電纜運行時彎曲半徑不小于15D，美國標準ICEA S-108-720-2018中規(guī)定非金屬外護套黏合型的平滑鋁護套電纜與皺紋鋁護套電纜進行彎曲試驗時，采用的筒體直徑均不大于25（d+D）+5%（d為導(dǎo)體標稱外徑），可理解為兩類產(chǎn)品具有相同的彎曲性能，下面將通過機械彎曲試驗驗證平滑鋁套的彎曲性能。

一、平滑鋁套電纜靜態(tài)彎曲性能仿真分析

采用CableCAD仿真軟件建立平滑鋁套高壓電纜的分析模型，分析平滑鋁套電纜的彎曲性能，將彎曲時的載荷施加至建立的模型上，分別對20D、22D、25D、30D的筒體直徑進行計算。當筒體直徑為22D時，電纜彎曲應(yīng)力分布見圖1。

圖1 筒體直徑22D時電纜彎曲應(yīng)力分布

由圖1可知，平滑鋁套電纜的最 大應(yīng)力作用在平滑鋁套上。

二、平滑鋁套電纜靜態(tài)彎曲性能驗證

選取平滑鋁套高壓電纜YJLP03-Z 127/220kV 1×2500，電纜標稱外徑D為138mm。本工作采用仿真軟件模擬計算平滑鋁套的22D筒體直徑的盤具和19D筒體直徑的盤具進行靜態(tài)彎曲性能驗證，試驗結(jié)果見表1。

表1 平滑鋁護套電纜的小筒體彎曲試驗

由表1可知，筒體直徑為22D時電纜上盤具后未見平滑鋁護套起皺變形，采用筒體直徑為19D的盤具并經(jīng)多次驗證后，電纜護套表面平整，未見不可逆的變形。

彎曲試驗后，按GB/T 18890-2015中成品電纜試驗的要求，對平滑鋁套電纜進行了局部放電和耐壓試驗，未發(fā)現(xiàn)超過靈敏度的放電，耐壓試驗順利通過。

三、平滑鋁套電纜張力彎曲性能試驗

電纜在施工過程中轉(zhuǎn)彎處可能會出現(xiàn)彎曲半徑不滿足20D的情況，但是否能滿足平滑鋁套電纜的彎曲性能要求，需要進行可行性研究。本文參考GB/T 32346.1-2015張力彎曲試驗方法，采用張力彎曲試驗，模擬平滑鋁套電纜在安裝敷設(shè)時的彎曲受力狀態(tài)下，進行平滑鋁套電纜的彎曲性能驗證，當彎曲半徑小于20D時，在規(guī)定的彎曲次數(shù)內(nèi)，平滑鋁套表面不起皺。

試驗方法及過程

有轉(zhuǎn)彎的電纜線路，在彎曲部分的內(nèi)側(cè)，電纜被牽引力的分力和彎曲物的反作用力共同作用而使其受到的一種壓力，這種壓力稱為側(cè)壓力，側(cè)壓力是牽引力與電纜彎曲半徑之比，側(cè)壓力與電纜的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，皺紋鋁套電纜的側(cè)壓力為3kN·m-1。

采用大截面220kV 2250mm2平滑鋁套電纜為試驗樣品，轉(zhuǎn)輪的筒體直徑為32D（彎曲半徑為16D），張力彎曲試驗原理示意見圖3。

圖3 張力彎曲試驗原理示意圖

（1）側(cè)壓力（T）為5kN·m-1，電纜彎曲半徑（R）為2200mm，按T=F/R計算得電纜拉力（F）為11kN。電纜拉力設(shè)計為11kN，在電纜末端施加拉力，使電纜繞轉(zhuǎn)輪卷繞和退出卷繞反復(fù)3次，不改變彎曲方向。

（2）側(cè)壓力5kN·m-1張力彎曲試驗后，電纜拉力設(shè)計為22kN，側(cè)壓力10kN·m-1，按照（1）的方法進行試驗。

試驗結(jié)果

按GB/T 32346.1—2015張力彎曲試驗方法分別在5，10kN·m-1的側(cè)壓力下，對平滑鋁套電纜進行彎曲試驗，結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 5kN·m-1側(cè)壓力時平滑鋁護套彎曲試驗

張力彎曲試驗后，分別觀察5kN·m-1和10kN·m-1側(cè)壓力下平滑鋁套電纜表面，繞輪卷繞和退出卷繞反復(fù)3次后，其表面均無起皺現(xiàn)象。

張力彎曲試驗后，平滑鋁套電纜表面均未產(chǎn)生鋁套起皺現(xiàn)象，再對試驗電纜進行電氣試驗，滿足GB/T 18890-2015中要求：

①局部放電試驗中，無超過申報靈敏度（5pC或更優(yōu)）的可測放電；②沖擊電壓及隨后的工頻電壓試驗，95~100℃，±1050kV各10次，318kV/15min，平滑鋁套電纜未擊穿和未閃絡(luò)。

?抗外力機械沖擊性能

由于平滑鋁套電纜和皺紋鋁套電纜的金屬套結(jié)構(gòu)不同，平滑鋁套的厚度小于皺紋鋁套的整體厚度，并且皺紋鋁套表面的波紋、波谷還起到一定程度的抗壓作用，用戶在使用平滑鋁套電纜時往往擔心安裝施工敷設(shè)時外力對電纜造成損害，因此非常關(guān)注平滑鋁套的抗外力機械沖擊性能。

目前還沒有相應(yīng)標準給出平滑鋁套電纜機械沖擊性能的試驗方法，本文參考IEC TR 61901：2016中關(guān)于綜合護層電纜外力機械沖擊的試驗方法，利用重錘自由落體運動產(chǎn)生的重力對鋁套電纜進行撞擊，并對平滑鋁套和皺紋鋁套電纜進行驗證，電纜絕緣表面不應(yīng)有機械外傷。

1.抗外力機械沖擊試驗方法

參照IEC TR 61901：2016額定電壓30kV（Um=36kV）到500kV（Um=550kV）金屬箔護套縱向阻水電力電纜試驗方法。

2.抗外力機械沖擊試驗過程

取型號為YJLP03-Z 127/220kV 1×2500和YJLWO3-Z 127/220kV 1×2500的各層結(jié)構(gòu)完好的平滑鋁套和皺紋鋁套成品電纜樣品各1m，用27kg落錘沿鋁護套焊縫的垂直方向?qū)﹄娎|外表面某一點完成連續(xù)4次0.27m的下落沖擊，隨后在鋁護套焊縫的軸向?qū)ΨQ位置取1個點完成同樣的測試過程。

3.抗外力機械沖擊試驗

對比同規(guī)格的220kV 2500 mm2平滑鋁套電纜和皺紋鋁套電纜抗外力機械沖擊性能，根據(jù)IEC TR 61901：2016進行的耐機械沖擊性能試驗，平滑鋁套和皺紋鋁套電纜的金屬套均有凹陷，半導(dǎo)電緩沖阻水帶完好，絕緣屏蔽表面無損傷，平滑鋁套電纜和皺紋鋁套電纜的解剖檢查分別見圖6、圖7。

圖6 平滑鋁套電纜解剖檢查

圖7 皺紋鋁套電纜解剖檢查

由圖6、圖7可以看出，平滑鋁套結(jié)構(gòu)的電纜和皺紋鋁套結(jié)構(gòu)的電纜耐機械沖擊性能基本一致，在施工和運行過程中，均可以為電纜提供足夠的機械保護。

?結(jié)論

通過對220kV 2500mm2平滑鋁套電纜的機械性能進行了技術(shù)研究，得出以下結(jié)論：

（1）經(jīng)驗證，22倍筒體直徑相當于11倍電纜彎曲半徑，遠遠優(yōu)于電纜安裝敷設(shè)時彎曲半徑為20倍電纜外徑的使用要求，因此平滑鋁套電纜安裝敷設(shè)時彎曲半徑為20D，可以滿足電纜使用要求。

（2）張力彎曲試驗電纜彎曲半徑為16D，側(cè)壓力達到10kN·m-1時，平滑鋁套電纜表面未見起皺變形等不良現(xiàn)象，隨后的電氣性能試驗一次通過，側(cè)壓力為5kN·m-1，可滿足電纜的安裝敷設(shè)要求。

（3）對比平滑鋁套電纜和皺紋鋁套電纜抗外力機械沖擊性能，平滑鋁套電纜和皺紋鋁套電纜的耐機械沖擊性能基本一致，在施工和運行過程中，均可為電纜提供足夠的機械保護作用。