探讨单芯钢丝铠装电缆常见问题

　　按照IEC 60287标准根据试样尺寸对单芯钢丝铠装电缆进行了载流量计算，计算结果列于表2-3。

　　注：* 工作温度下的导体的交流电阻(Ω/m) .

　　** 铠装钢丝损耗(根据试验时铠装损耗推算值计算而得)。

　　平面排列，电缆中心间距为2根电缆外径(De)。

　　2.2 现场资料

　　某工程现场电缆排列如图2-1所示。测试资料经过整理汇总如下。根据#1～#2机组电流分配数据计算出电缆线芯和表面的温度列于表2-4和表2-5。计算线芯温度和表面温度所采用的参数如下：

　　根据测量电流而推算出线芯温度和表面温度。采用的参数是YJV32电缆的计算参数值(如交流电阻和热阻)和试验参数(如钢丝损耗等)。　

　　* 每一线路由三根单芯电缆呈三角形排列，彼此之间有一间隙。

　　* 由于阻抗引起电流分配不均。

　　* 每一线路由三根单芯电缆呈三角形排列，彼此之间有一间隙。

　　* 由于阻抗引起电流分配不均。

　　3.1 载流量下降

　　首先探讨单芯钢丝铠装电缆在相同工作温度和相同环境条件下为什么载流量要比非铠装电缆载流量要小得多?其中主要原因是铠装钢丝损耗太大。在三角形排列情况下钢丝的磁滞和涡流损耗是线芯损耗的3倍多。平面排列是线芯损耗的2倍多。即使是分离敷设(电缆中心之间距大于2倍的电缆外径)，钢丝损耗也是线芯损耗的2倍多。载流量是非钢丝铠装单芯电缆载流量的57%(相互接触三角形排列)和64%(间隙为1个电缆外径平面排列)。从热阻方面考虑，有于钢丝电缆比同截面的非钢丝铠装电缆外径大得多(大约1.2倍)。空气中敷设时其外部热阻要比非钢丝铠装电缆小(大约是0.80%)。虽然钢丝铠装多了内衬层热阻，其增加绝对值与外部热阻的减小几乎相抵消。所以说铠装损耗在这里起着绝对作用。这是载流量降低的主要原因。

　　3.2 铠装损耗

　　单芯电缆钢丝铠装损耗为什么这么大?其损耗原因主要是磁滞和涡流损耗起决定性作用。这些损耗都与磁场强度有关，而磁场强度又与线芯电流有关。当钢丝单点互连时，铠装不存在环流损耗。电缆是相当于无限长直导线，其线芯电流在本电缆钢丝中的电场远大于其它相邻电缆电流在该钢丝中的电场，认为钢丝损耗主要是本电缆线芯电流引起的。三根单芯呈三角形排列运行于三相系统和三根单芯呈三角形排列串联运行于单相系统中，根据表2-2 试验资料(单相)和现场的测量资料(三相)反映到载流能力和温度两个参数来分析在三角形排列时两者的钢丝铠装损耗是接近的。这仅仅是就该组数据而言。因试验条件限制无法进行三相系统试验。通过表3-1的计算温度参数至少可以说明电缆呈三角形排列时单相的试验数据(载流量)与三相系统下在现场排列方式下的测量电流是相近的。

　　注：① 试验与现场电缆都呈三角形排列，但现场的三角形中有一胶木条隔开。

　　② 计算值(根据电流和热阻计算)。

　　③ 为便于比较已将表2-2的试验数据已换算到环境温度38.5℃时的等效值。

　　④ 三角形电缆组的表面温度随部位的不同相差很大，表中数据仅供参考。

　　3.3 隔磁是伪概念

　　通过实验和现场资料表明，单芯钢丝铠装其隔磁结构是不起作用的。钢丝是磁性材料，铜丝是非磁性材料，在导体中有交变电流通过时，在钢丝部位由于有铜丝插入可能引起磁力线崎变，但不能中断。交变电磁场在钢丝中由于磁化强度总是要落后于磁场强度的变化(磁滞现象)，铁磁体反复磁化时磁体分子的位相不断地改变，分子振荡加剧，要发热，温度增高。使分子振动加剧的能量是由维持磁化场电流的电源所供给的。在交变磁场中钢丝中也产生应电流，这种应电流在钢丝体内自己闭合形成涡流。由于电阻很小，涡流强度可以很大，是钢丝放出大量热量。其热能也是源于维持磁化场电流的电源所供给的。通过实验和现场测量表明这种隔磁结构是个伪概念。从定量计算比较复杂，IEC 60287 标准中仅对电缆间隔10m的海底敷设单芯钢丝铠装电缆提出铠装损耗与线芯损耗相等的计算方法。在没有计算方法之前最好通过试验解决单芯钢丝铠装电缆载流能力。对于正在考虑的问题，采用试验方法解决是符合IEC标准的解决问题的原则的。幸好上海电缆研究所在60年代就建造了电缆载流量试验基地，现在已改建成符合国家级要求的试验室。有一整套载流量测试设备。除了一般性电缆外，还为特殊电缆热性能试验服务。

　　结论

　　通过上述分析至少可以取得两点收获：

　　1 单芯钢丝铠装电缆载流量远远小于同截面非铠装单芯电缆，千万不能按非铠装电缆选择载流量(可以说100%厂家提供的载流量都是错误的)。

　　2 钢丝铠装损耗远远大于线芯损耗，隔磁结构实际上是虚设的，不起作用。隔磁是一个伪概念。

　　综上所述，对单芯钢丝铠装电缆而言由于铠装磁损耗造成了载流量减小。这是单芯钢丝铠装电缆致命的缺点。但是单芯钢丝铠装电缆又有其能承受拉力和强大的外来机械力的作用，实际上也是不可缺少的产品。如江河湖海敷设的海底电缆。因此，建议采用：

　　1单芯电缆非磁性铠装(如不锈钢丝、铜合金或铝合金丝)，这绝不是误导。

　　2 一定要选择钢丝者采用镀锌钢丝，并涂以防腐层，钢丝之间彼此隔开。资料[1]说国外厂家认为可以到隔磁作用。但笔者认为这与采用铜丝隔磁作用没有多大区别。可以做个试验来验证一下。不在这里加以评论。

　　3 除江河湖海水底及承受巨大拉力特殊情况外，通常情况下不易选用单芯钢丝铠装电缆，如隧道、托架等不承受拉力和或可以预料的外来机械力不是很大时。

　　另外，建议修改电缆标准其中的单芯钢丝铠装电缆采用铜丝隔磁结构改为采用非磁性材质作为铠装丝。

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