浅析电力电缆线路热伸缩危害及其对策

Discuss the power cable line thermal expansion of the harm and countermeasures

WuXi Guangzhou power engineering to design Co., LTD. 510220

摘要：本文主要就常见的不同敷设方式下电力电缆的热伸缩特点以及危害消除方式进行了简要的分析，重点阐述了电缆热伸缩危害的消除措施，希望可以为相关部门提供一点参考。

关键词：电力电缆；敷设；热伸缩

Abstract: in this paper, common different power cable laying methods of thermal expansion characteristics and harm way to eliminate the brief analysis, the paper expounds heat expansion of the harm of cable elimination measures, the hope can provide some reference for the related department.

Keywords: electric cables; For laying; Thermal expansion

中图分类号：TM247文献标识码：A文章编号：

近年来，随着我国经济的高速发展，国民经济不断增强，国内工业生产水平不断提高，对能源的需求也变得更为迫切。电力作为当前使用最多的能源之一，负担着重要的责任，关系到国计民生，因此一直以来政府就足够的重视。经过建国至今不懈的努力，国家电力网络已经初步覆盖全国各个省市地区，为国家的发展和人民生活水平的提高创造源源不断的动力。在电网的建设和运营过程中，就不得不提电力电缆，它是电网的重要组成部分之一，因其故障几率低、安全可靠、出线灵活而得到广泛应用。但是我国幅员辽阔，各地区之间的气候变化非常大，对电力传输效能和电力电缆的寿命影响也非常大。因为随着负荷电流及环境温度的变化，电力电缆在运行时会发生热伸缩，其中因线芯的热胀冷缩而产生非常大的热机械力，电缆线芯截面越大，所产生的热机械力就越大；同时线芯和金属护套还会因热胀冷缩的多次循环，而产生蠕变劣化。热伸缩对电力电缆运行构成很大的威胁，因此必须重视大截面电缆的热伸缩问题。

1不同敷设方式下电缆热伸缩的特点

电力电缆的敷设方式比较多，常见的有直埋敷设、隧道敷设、排管敷设、竖井敷设等等，在不同敷设方式下电缆也表现出不同的热伸缩特点：

直埋敷设是最为常见的一种敷设方式，该方式的缺点是因受到周边土壤的限制，整根电缆无法产生位移，而线芯将在热机械力的作用下，在线路的两个末端产生很大的推力，引起末端位移，从而对电缆附件的安全构成极大威胁。

排管敷设时，电缆因不受横向约束，在热机械力的作用下电缆将产生弯曲变形；电缆随着负荷电流及温度的不断变化，弯曲变形可能反复出现，使电缆金属护套产生疲劳应变。

隧道敷设时，电缆一般均放在支架上，不作刚性固定，故电缆的热伸缩较大，在斜面敷设时易出现滑落现象；在电缆的弯曲处易出现严重位移;电缆随着电缆温度的不断变化，还会反复出现弯曲变形，使电缆金属护套产生疲劳应变。

2电缆热伸缩危害的消除措施

针对电缆不同敷设方式带来的危害，应采取相应的措施，着重从电缆及附件的设计、生产，电缆线路设计、敷设方法等方面考虑消除。

为减少大截面电缆的热伸缩，电缆线芯宜采用分裂导线，不仅能减小线芯的损耗，而且单位面积上产生的热机械力比其他型式导线要小，电缆附件设计标准必须考虑能承受电缆的热机械力而不损坏。所以说交联电缆附件不是附属部件,更不是次要的部件,它与电缆是同等重要,必不可少的部件,也是与安全运行密切相关的关键产品。直埋敷设电缆时，应测量同地段的土壤温度，在半径为3mm的测量范围内应无其它热源。

排管敷设电缆时，为阻止电缆产生发热弯曲变形，可以向敷电缆的排管内填充膨润土。并在工井的出口处作绕性固定，电缆接头的两侧需作刚性固定，以保护电缆接头的安全。

对于大截面电缆而言，在负荷电流变化时，由线芯温度的变化引起的热胀冷缩所产生的机械力是十分巨大的。电缆线芯的截面越大，所产生的热机械力也越大。计算表明，在线芯截面为2000mm2的充油电缆上，最大的热机械力可达10t左右，如果处理不当，这样大的机械力对安全运行是一个很大的威胁。因此，不但制造部门在设计大截面电缆及其附件时要充分考虑这一问题，施工部门在敷设大截面电缆线路时也要加以着重考虑。

现在大多采用正弦波形敷设方式，即将电缆在两个相邻夹子之间以轴线为基准作交替方向的偏置，形成正弦波形，也称蛇形敷设。由于电缆在运行时产生的膨胀将为电缆的初始曲率所吸收，所以线路只要稍微增大曲率就能容纳其膨胀量，因此不会使金属护套产生危险的疲劳应力。进行这种敷设时相邻两个夹子之间的间距（即半波长）和偏置幅值（即波幅）的最佳值取决于电缆的重量和刚度。

电缆线路运行过程中，作用在电缆上的变形力即为线芯发热时的膨胀力。由于温升，线芯产生的膨胀推力计算如公式（1）所示。

P=αθEA（1）

式中：P―线芯上的膨胀推力（kg）；

θ―线芯的最大允许温升（℃）；

α―线芯的线膨胀系数（1/℃）；

E―线芯的弹性模量（N/m2）；

A―线芯的截面积（mm2）。

当电缆被固定时，膨胀推力作用于电缆上产生的伸长量L计算如公式（2）所示。

L=aTL（2）

式中：T―温差（℃）；

L―电缆固定端之间的距离（m）。

在设定L的前提下，就可以利用公式（1）、（2）计算出蛇形敷设的波长、波幅及膨胀推力。表1为3组计算结果。

表 1 给定波长得出的波幅和推力

半波长（m） 初期波幅（mm） 最终波幅（mm） 膨胀推力（kg）

4.5 205 290.1 1215.6

3 205 245.5 1114.0

2.25 205 229.25 1082.5

隧道内电缆也可做蛇形敷设，以吸收由热机械力带来的变形，防止电缆终端因电缆位移而损坏；在斜面敷设时电缆需固定，接头两侧电缆亦需作刚性固定，以保证电缆头连接的安全可靠。

公路及桥梁敷设的电缆必须选用铝护套，以降低桥梁振动对电缆金属护套造成的疲劳应变，敷设方式可参照排管或隧道。需要注意的是，在考虑电缆热伸缩的同时，还需考虑桥梁自身的伸缩。在桥梁伸缩缝处、上下桥梁处必须采取绕性固定，或选用能使电缆伸缩自如的排架。当桥梁中有拐角部位时，宜预留一定的电缆热伸缩余度。经常受到振动的直线敷设电缆，应设置橡皮、砂袋等弹性衬垫。

结束语

电力电缆线路的安全可靠性直接影响电力系统的正常运行，因为很多电缆线路是敷设在地下的隐蔽工程，一旦出故障，检修恢复难度较大，危险性也大，直接影响对用户的供电。所以负责设计施工的部门应加强技术管理，提高施工设计水平，积极与电缆生产厂家技术部门配合，严格按照设计规范进行安装施工，切实提高入网电力电缆的安全可靠运行水平。

参考文献：

［1］史佳卿.电力电缆.北京：中国电力出版社，2005.

［2］DL401-91.高压电缆造用导则.

［3］DL/T5161.5-2002.电气装置安装工程质量检验及评定规程.

［4］刘子玉，王惠明.电力电缆结构设计原理.西安：西安交通大学出版社，1995.