金属护套的应用及特点

【摘 要】电缆金属护套的最主要作用是防水和零序短路电流热稳定等作用.本文对铅，铝护套及其加工方式，性能和生产成本进行了比较。氩弧焊铝护套在生产成本，性能方面的优势。

【关键词】高压电缆；金属护套；氩弧焊铝护套

电缆金属护套的最主要作用是防水和零序短路电流热稳定，其次还有密封、防腐蚀，机械保护和屏蔽等作用。电缆金属护套常用的材料有铅、铝、不锈钢和铜。铅因为熔点低，易于加工，长期以来一直被用来制作电缆的金属护套，具有成熟的经验。

1.高压电缆金属护套的生产工艺

金属护套按生产工艺主要分为三大类：挤包无缝金属套，纵向焊缝金属套和综合护套。挤包无缝金属套又可分为挤包铅套、无缝挤包铝套和无缝挤包皱纹铝套。纵向焊缝金属套即焊缝波纹铝套。

以上金属护套方式各有利弊，各有其适用性，无缝铅套电缆结构紧密，纵向防水性能好，铅的化学性能稳定和耐腐蚀性好，而另一方面，铅的蠕动性好，结构尺寸设计时无须在铅套与绝缘间留有间隙，绝缘膨胀时铅套被撑大，而绝缘表面仍然平整，不会影响绝缘质量。而其他各类波纹金属套内必须留有足够的膨胀间隙，以免绝缘膨胀后在绝缘表面留下波纹的凹痕，影响电缆电气性能。铅套的另一优点是接续方便，在接头过程中可直接搪铅。而其缺点一是重量大；二是热稳定性差，在铅套外往往要加上铜丝屏蔽，增加了成本。无缝波纹铝套最大的优点是重量轻，短路热稳定容量大，在短路电流持续时间长的系统中，一般标准厚度的铝套即能满足要求。挤压波纹铝套的缺点是铝的挤压温度高，挤压时模座温度高约为500℃，为防止绝缘线芯被烫伤，要在铝套内包上铜丝编织玻璃丝或半导电阻水带，增加了工艺和产品成本。

2.国内电缆厂家高压电缆护套生产方式调查

国内高压电缆金属护套目前以上三种方式都有存在，其中铅包电缆生产厂家有郑州电缆厂等，铝包电缆分为挤包式和焊接式两种，挤包式的生产厂家有红旗电缆厂等六家。

其它电缆厂高压电缆的金属套是焊接皱纹铝套或铜套。据可靠消息以下电缆厂正在考虑上压铝机设备，阳谷电缆厂、无锡圣安电缆厂、广东珠江电缆厂、江苏江南电缆厂、浙江万马电缆、浙江富春江集团等。

3.不同金属护套的特点

3.1铅护套

铅护套机械强度差，强度低，铠装效果差；铅护套有很大的蠕变性和疲劳龟裂性，在受到振动的地方，甚至在远距离运送电缆的过程中的振动都会引起龟裂现象，铅包电缆常会发生护套涨破等故障。

短路容量小。铅的电阻系数比铝的高，铅护套要满足技术条件中的短路热稳定要求，铅套的截面要比铝套大得多。

重量大，同规格的铅护套电缆比铝护套电缆重得多，一般要重30%至70%，在敷设和施工中不太受欢迎。

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110KV1×630平方毫米电线为例作一对比：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99年同期的市场价格计算，铅的原料每吨价格虽是铝的34%，而铅钳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，会使两种金属套的原料成本相差更大。

3.2铝护套电缆

机械强度高（几乎是铅的5倍），不怕震动，耐蠕变性能好，多用于落差较大、直埋情况下。

短路容量大：相同截面的铝套要比铅套短路容量大得多，可用于过载的情况下。

抗张性好：铝的屈服极限强度为铅的2～3倍，铝护套比铅护套可承受较大的拉力，在敷设牵引时不易损坏。

抗压性好：铝护套用于地下埋设时可不必用钢带，且钢带铠装对提高铝护套的抗压性能并不显著。铅护套用于地下埋设必须铠装。

防雷性好：铝的电导率是铅的7倍，熔点为铅的2倍，雷击时，铝护套的排流性能比铅护套好，反击芯线绝缘和烧熔较难发生。

铝护套通过轧纹较好地改善了电缆的柔软性能，完全满足了电缆施工敷设要求；同时有良好的防腐性能。

4.铝护套与铅护套电缆比较

铝护套耐震动性好：纯铅在振动情况下易于龟裂，铅合金的耐振性提高也不大。铝护套耐振性好，在一般振动场所敷设，如过桥、架空等可不需防振装置。

铝护套耐蠕变性好：铅护套在自重的作用下，易于产生晶格间蠕动变形而破坏，在温度和内压力等作用下，蠕变加剧。铝护套一般不发生蠕变现象。

铝护套短路容量大：铅的电阻系数比铝的高，相同截面的铝套要比铅套短路容量大得多，可用于过载的情况下。

铝护套弹性好：铝的弹性极限强度为铅的5～10倍，在落差较大或过负荷情况下，油纸绝缘铅护套电缆常会发生胀破、干枯、漏油等现象，而铝护套电缆可以避免。

铝护套抗张性好：铝的屈服极限强度为铅的2～3倍，铝护套比铅护套可承受较大的拉力，在敷设牵引时不易损坏。

铝护套抗压性好：铝护套用于地下埋设时可不必用钢带，且钢带铠装对提高铝护套的抗压性能并不显著。铅护套用于地下埋设必须铠装。

铝护套防雷性好：铝的电导率是铅的7倍，熔点为铅的2倍，雷击时，铝护套的排流性能比铅护套好，反击芯线绝缘和烧熔较难发生。

铝护套屏蔽性好：铝护套抗外界电磁场的干扰能力比铅护套好得多。

铝护套防生物性好：铝的硬度约为铅的10倍，抗虫害、抗鼠咬及蚁害能力较铅好。

铝护套重量轻：同规格电缆，铝护套比铅护套电缆重量轻得多，铝护套通过轧纹较好地改善了电缆的柔软性能，完全满足了电缆施工敷设要求；很受敷设施工者的欢迎。

铝护套的防腐性能好：在大气中，由于铝具有表面氧化而形成一层附着良好致密的氧化膜保护层的特性及我们设计在皱纹铝护套表面涂覆防蚀层，更加有效地提高了铝护套的防腐性能。

5.氩弧焊焊接铝护套与挤包铝护套比较

氩弧焊工艺是在氩气和氦气的保护下，以铝板为负极，钨极为正极，通过低电压、大电流来完成焊接。焊头只有2mm大，而且由保护气体连续吹向焊接处，并迅速带走热量，使焊接部位均匀快速冷却，电缆结构不会受任何不良影响（实测证明焊点处缓冲层表面温度为60℃，电缆线芯外屏蔽表面为33℃），也避免了铝护套的高温氧化。

挤包铝工艺是铝在半熔融状态下挤出，挤出温度高达500℃ ，会对电缆内部结构造成不良影响，降低电缆的使用寿命。

由于挤包铝是采用挤出工艺，如果控制不当容易造成铝护套厚度不均，容易产生微孔、砂眼等现象，这就使铝护套强度极不均匀，降低铝护套的径向防水性能。而氩弧焊工艺是对厚度均匀的冷轧铝板进行焊接就不存在这种问题。经权威机构试验证明，在焊缝处的强度与其它地方的强度无明显差别。

氩弧焊接技术用于高压电缆产品的生产上，不是中国电缆生产企业首创，其实在世界上最为严格的AEICCS7-93美国电缆标准中就建议采用皱纹焊接铝套，或焊接的铜和钢套电缆，而没有提及要求挤包的铝套电缆，至于600℃高温下挤出的铝护套，由于此种工艺下电缆四周都存在高温，在热效应方面与焊接型比较，有待进一步验证。

通过对焊接铝护套工艺的研究、实际测量、理论计算和试验验证得出如下结论：

A.高温焊接时，由于焊接的热量不是足够的大，再加上焊点是在不断的移动和电缆结构特点，又采取冷却措施，温度沿电缆径向下降很快，所以在绝缘表面温度很低。

B.在焊接过程中，绝缘四周表面的温度分布相差不大，没有产生局部过热的可能。

C.在焊接过程中，电缆铝护套层与绝缘表面之间的温度分布，理论计算值与实际测量值基本吻合。

现在各电缆企业采用了先进的氩弧焊技术，并装有超声波在线检测设备，保证了焊接的密封性，同时又进行浸水气密性的中间检查试验，所以焊接铝护套完全可以同挤出型铝护套相媲美。

【参考文献】

[1]王晓兵.高压电缆金属护套研究.华南理工大学.

[2]史传卿.电缆结构和特性.供用电，2001（2）.