有人提出交流输电单芯高压海底电力电缆的非磁性合金丝铠装及钢丝铠装的问题。这个问题很有探讨价值。希望大家发表议论。

［wjn918 在 2012-3-8 14:18:38 编辑过］

关于单芯钢丝铠装电缆诸问题的探讨  马国栋

大家先看看这篇文章。

关于单芯钢丝铠装电缆诸问题的探讨

马国栋 上海电缆研究所 
    1 问题的提出
    通过试验和现场资料的分析以及搜集到的资料表明,单芯钢丝铠装电缆结构设计、选材和运行合理性等诸多问题逐渐引起人们的关注。单芯钢丝铠装电缆的铠装损耗越来越引起人们的关注，国内采用单芯钢丝铠装电缆给多处工程带来麻烦和经济损失。用户关注的敏感性及重视程度远大于电缆制造厂对这一问题的思考。资料[1]中对这一问题进行了论述并列举了国内敷设单芯钢丝铠装电缆线路情况。并提出国内单芯电缆钢丝铠装采用隔磁结构是与世不同的“怪”产品。应该与国外接轨，取消铜丝隔磁结构。
    60年代中期敷设了上海过黄浦江电缆，选用意大利比瑞利的220kV充油铅套PE护套铝合金丝铠装,厂方采用非磁性铠装，消除钢丝的磁损耗.能提高输送容量。国外也有采用硬铜合金丝铠装（原文作者认为采用非磁性铠装是一种误导）。60年代后期南京和安庆110KV充油单芯海缆工程曾设想生产非磁性铠装，因国内没有铝合金丝产品，就改用铜丝隔磁设计。在钢丝铠装中间均匀分布3到4根铜丝是单芯电缆外不形成闭合磁路。自从那时起至今国产超高压单芯海缆全部采用隔磁结构铠装。（这是否起源于我国有待于考证-摘录者自言）。

但原文太长，只能粘要点。

  文章又列举几个引进工程，1987年广东虎门220KV充油铅套PE护套钢丝铠装PLP外护层海缆。由日本住友供货。采用φ8 mm镀锌钢丝45根。为了提高输送容量，在铅套与PE护套间有24根扁平导线共240mm2。回流导体的作用是降低金属套阻抗，以降低护套损耗提高输送容量。1989年厦门集美至高崎跨海峡海缆，220Kv1×630mm2铜芯充油铅套HDPE护层钢丝铠装PLP外护层海缆。由法国阿尔卡特供货。采用Φ7.6mm镀锌钢丝41根。1998年北京供电局敷设在湖里的水底电缆，15kV 1×300mm2铜芯XLPE铅套钢丝铠装PE外护层电缆。由法国阿尔卡特供货。铠装采用φ7 mm镀锌钢丝23根。厂商认为钢丝表面镀锌，其排列不是十分紧密，钢丝间被外护层的防腐剂（如沥青）所填充，不会形成闭合的磁回路，不会产生额外的护套损耗。

 文章说国产单芯交流海底电缆钢丝铠装的结构自60年代开始至今一直采用隔磁钢丝结构设计。而所有国外进口的单芯交流海底电缆的钢丝全采用镀锌钢丝设计，制造厂认为从理论和实际运行记录上看没有必要采取隔磁设计。为了使我国海缆的结构与国外产品相似，文章作者的观点是取消隔磁结构。不仅是海缆，110kV XLPE电缆等都应该作相应的修改。
    以上是国内外高压和超高压电缆用于水下敷设时单芯钢丝铠装结构方面的情况。对于35kV及以下电缆由于国家标准中规定采用铜丝隔磁结构，所以各个制造厂基本都是按标准制造。设计部门和使用部门也选用此类电缆。出问题的大有其在。

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。

 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。

大长度陆地电缆金属套及外铠应做交叉换位或互联。没有大环流损耗。

海底电力电缆由于其结构的特殊性，三相金属套及外铠处于等0电位，也不存在大环流损耗。

单芯海底电力电缆的登陆段，其两端的金属护层应可靠联接并接地。如果陆上敷设段距离较长，应视同陆地电缆做好电缆换位或交叉互联。如果登陆段较短，应采用三相电缆三角形敷设或靠近敷设，直接进变电站或上杆接高压架空线。以减少金属护层损耗。

陆地上电缆的金属屏蔽损耗是一个二次函数求最大值的命题。请阅。

［wjn918 在 2012-4-24 16:23:35 编辑过］

陆地上电缆的金属屏蔽损耗是一个二次函数求最大值的命题。其金属套损耗因数函数曲线图，是一个开口向下的单峰值曲线图。

其峰值也就是损耗因数最大值λ1约等于1。

峰值的左侧，随着电缆铠装金属丝的电阻减小，损耗因数逐渐变小。当采用硬铜丝铠装的损耗因数λ1约等于0.5。

峰值的右侧，随着电缆铠装金属丝的电阻增大，损耗因数也呈逐渐变小趋势。当采用高锰、镍无磁合金丝铠装，损耗因数λ1约等于0.4。

直至采用聚脂塑料丝的外铠，达电阻无穷大，外铠无环流存在。

［wjn918 在 2012-4-24 16:25:38 编辑过］

关于单芯海底电力电缆铠装问题研究，我已写成论文，近期将发表。里面有详细的计算及论述。