陳寧紅

(江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京210007)

剖析低壓五芯電力電纜的結(jié)構(gòu)缺陷

陳寧紅

(江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京210007)

介紹了一起低壓五芯電力電纜的質(zhì)量糾紛，通過剖析低壓五芯電力電纜的結(jié)構(gòu)缺陷，從電纜結(jié)構(gòu)和安裝方式不同角度對(duì)事故發(fā)生的原因進(jìn)行了闡述，并對(duì)低壓五芯電力電纜的結(jié)構(gòu)尺寸重新進(jìn)行了工藝計(jì)算，提出了改善建議。

低壓五芯電力電纜；結(jié)構(gòu)缺陷；安裝方式；工藝計(jì)算

0 引 言

0.6 /1 kV五芯交聯(lián)聚乙烯電力電纜(以下簡稱低壓五芯電纜)是工程建設(shè)中廣泛使用的一種電力電纜。由于目前設(shè)計(jì)、生產(chǎn)低壓五芯電纜采用的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)其安裝和使用也有著不同的要求。筆者在質(zhì)量鑒定過程中曾遇到過由于客戶對(duì)低壓五芯電纜的安裝方式與常規(guī)不同而與制造廠引發(fā)的一起質(zhì)量糾紛事件。本文將通過剖析此糾紛中低壓五芯電纜的結(jié)構(gòu)缺陷，分析不同的安裝方式對(duì)低壓五芯電纜結(jié)構(gòu)的影響，重新對(duì)低壓五芯電纜的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，并對(duì)安裝、使用方式提出了要求。

1 質(zhì)量糾紛簡介

在這起質(zhì)量糾紛中，低壓五芯電纜的型號(hào)規(guī)格為YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2，每根電纜長度大約100 m，合同約定標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 12706.1—2008。使用方在垂直吊裝過程中，發(fā)現(xiàn)低壓五芯電力電纜的保護(hù)線芯向下不同程度地滑移10～20 m，不能正常使用;而制造廠將上述低壓五芯電纜送權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，所有項(xiàng)目均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。由于雙方各執(zhí)己見，于是訴諸法院，并申請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量鑒定。

2 原因分析

2.1 結(jié)構(gòu)缺陷

該批低壓五芯電纜的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采取的是四個(gè)瓦形導(dǎo)體(150 mm2)和一個(gè)圓形導(dǎo)體(70 mm2)，圓形導(dǎo)體放在四個(gè)瓦形導(dǎo)體的中間，常稱為“四瓦一圓"結(jié)構(gòu)。電纜的橫截面顯示中間的圓形保護(hù)線芯的四周的空隙明顯，不能被四個(gè)瓦形絕緣線芯有效抱緊。

經(jīng)測(cè)量四個(gè)瓦形導(dǎo)體的瓦高在10.5～11 mm之間，瓦寬為22.0 mm，中間保護(hù)線芯圓形導(dǎo)體的外徑為10.2 mm，屬于圓形緊壓導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。對(duì)于低壓交聯(lián)電力電纜，設(shè)計(jì)瓦形導(dǎo)體時(shí)，由于瓦形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)圓弧的半徑設(shè)計(jì)值偏大，再加上低壓交聯(lián)電力電纜的絕緣線芯絕緣厚度要求較薄，標(biāo)稱厚度只有1.4 mm，造成四個(gè)瓦形絕緣線芯成纜形成的中心圓直徑明顯大于保護(hù)絕緣線芯的外徑12.3～12.5 mm，保護(hù)線芯不能被四個(gè)瓦形絕緣線芯有效抱緊。依據(jù)以上四根150 mm2線芯的瓦形導(dǎo)體生產(chǎn)絕緣后的相應(yīng)瓦高和瓦寬，用CAD進(jìn)行作圖可以確定由以上四個(gè)瓦形絕緣線芯形成的中心圓直徑明顯大于12.5 mm，達(dá)到14.3 mm(見圖1)。

低壓電力電纜在成纜過程中，需繞包無紡布或其它相應(yīng)的材料，無紡布的作用是扎緊成纜線芯，對(duì)成纜線芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行定型。上述電纜成纜過程中所用的無紡布為一層，瓦形絕緣線芯的四周用了四根規(guī)格為90 mm的聚丙烯(PP)填充繩，中間線芯未使用PP填充繩，在瓦形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)圓弧半徑偏大的情況下，填充、繞包不充分，成纜后線芯結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，也是造成滑移的原因。

圖1 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成纜工序CAD作圖

2.2 安裝方式探討

根據(jù)GB 50168—2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，本起電纜的安裝長度為每根100 m，要求其塑料護(hù)套最大牽引力不超過7 N/mm2;機(jī)械敷設(shè)時(shí)電纜的牽引速度不超過15 m/min，適用于任一種安裝方式。本案中用戶采用垂直吊裝，雖安裝過程中各項(xiàng)指標(biāo)控制符合上述規(guī)定，但垂直吊裝方式選擇不當(dāng)也是造成線芯滑移的原因之一。

低壓五芯電纜常用的垂直吊裝方式有牽引頭安裝和鋼絲網(wǎng)套安裝。如果安裝方對(duì)低壓五芯電纜的弱點(diǎn)有充分的了解，并對(duì)可能發(fā)生的問題有一定的預(yù)見，本次采用牽引頭進(jìn)行垂直吊裝，就可以避免該起質(zhì)量事故的發(fā)生。

3 改進(jìn)建議

針對(duì)上述“四瓦一圓”低壓五芯電纜中存在的缺陷，本節(jié)提出了在瓦形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)圓弧半徑偏大情況下增加填充和繞包的補(bǔ)救措施，并對(duì)安裝方式的確認(rèn)提出了建議，最后重新對(duì)瓦形絕緣的工藝尺寸進(jìn)行了計(jì)算。

3.1 增加填充和繞包

如果制造企業(yè)在生產(chǎn)過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)線芯過松的現(xiàn)象，那么就能馬上采取臨時(shí)措施進(jìn)行彌補(bǔ)。通常的做法是：可在保護(hù)線芯邊緣加PP繩，將四個(gè)瓦形絕緣線芯形成的中心圓與保護(hù)線芯之間的空隙進(jìn)行填實(shí)，也可起到一定的穩(wěn)定保護(hù)線芯的作用;對(duì)于大規(guī)格低壓電力電纜，如果能采用二層無紡布或其它相應(yīng)材料加強(qiáng)繞包，使成纜后線芯結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，則可減少線芯從電纜中滑出的情況。

3.2 安裝方式的確認(rèn)

雖然大多數(shù)低壓電力電纜是水平安裝(通常低壓電力電纜絕大部分是直埋、放電纜溝內(nèi)或在橋架上)，而垂直吊裝方式對(duì)低壓電力電纜結(jié)構(gòu)的緊湊性提出了較高的要求，因此電纜制造企業(yè)在投標(biāo)或簽訂合同前應(yīng)加強(qiáng)與客戶的技術(shù)溝通與交流，了解電纜的使用環(huán)境和安裝方式。如確認(rèn)上述“四瓦一圓”低壓電力電纜適用的安裝方式只能為牽引頭垂直吊裝，或在出廠前編制相應(yīng)的使用說明書，明確電纜不適用的安裝方式和使用環(huán)境。

3.3 新工藝計(jì)算

上述建議只能是補(bǔ)救措施，要從根本上解決保護(hù)線芯滑出的問題，還是要從工藝計(jì)算著手。

對(duì)于上述YJV-0.6/1kV 4×150+1×70 mm2產(chǎn)品，重新對(duì)四瓦一圓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并計(jì)算(參見圖2)。

圖2 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2主線芯瓦形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

在瓦形線芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，確定瓦形線芯大圓弧R是關(guān)鍵。根據(jù)圖2，可逐步分析進(jìn)行。

由此建立如下方程：

由工藝設(shè)計(jì)知：

式中，d為單線直徑(mm);n為單線根數(shù);μ為緊壓線芯延伸系數(shù)(1.035～1.040);η為緊壓線芯填充系數(shù)(0.83～0.90)。

方程f(R)為超越方程，一般采用“牛頓迭代法"進(jìn)行求解，其迭代公式為：

采用“牛頓迭代法”，只要少數(shù)幾次迭代就可以得到結(jié)果。其計(jì)算精度完全滿足工藝上的要求。

為了優(yōu)化算法，減少迭代次數(shù)，引入方程f(R)初解Rn。令r1=r2=0，由于T?R，故認(rèn)為：θ2≈T/R，ctgθ2≈R/T。f(R)化簡為：

此方程為一個(gè)以R為未知數(shù)的一元二次方程，解此方程(取其正根)，得：

求得：

R=18.0 mm

B=20.7 mm

H=11.0 mm

根據(jù)以上設(shè)計(jì)的瓦形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，擠塑絕緣層以后，經(jīng)過成纜工序?qū)⑿纬梢韵卤容^緊密的成纜結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖3 重新設(shè)計(jì)的YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成纜結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

企業(yè)在設(shè)計(jì)低壓(4+1)五芯電力電纜時(shí)，如采用瓦形導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)瓦形尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)精確。設(shè)計(jì)的四個(gè)瓦形導(dǎo)體，在經(jīng)過絕緣擠塑、成纜工序后，中間形成的中心圓直徑要與本身的保護(hù)線芯導(dǎo)體擠塑絕緣后的尺寸相匹配。

低壓五芯電力電纜導(dǎo)體采用何種結(jié)構(gòu)，可由制造企業(yè)自行設(shè)計(jì)，但是，所生產(chǎn)的五芯電力電纜既要滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，也要滿足客戶對(duì)不同的安裝方式的使用要求，只有這樣才能讓客戶滿意，企業(yè)受益。

目前雖然新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.1—2008已覆蓋了低壓五芯電力電纜，但該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)五芯電力電纜的某些性能指標(biāo)尚未做出要求和規(guī)定，期待通過不斷的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，新國標(biāo)能更加全面。

[1] 陳 江.五芯塑料絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)探討[J].電線電纜，2006 (5)：22-23.

[2] GB/T 12706.1—2008 額定電壓1 kV和3 kV擠包絕緣電力電纜[S].

[3] 趙長令.塑力纜瓦形線芯結(jié)構(gòu)和壓輥設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型[J].電線電纜，2002(2)：13-17.

Structure Discussion of Five Cores Low Voltage Power Cable

CHEN Ning-hong
(Jiangsu Province Product Quality Supervision and Inspection Institute，Nanjing 210029，China)

A quality dispute of low voltage five cores power cable is introduced.The reason of dispute was analyzed from two aspects containing structure size and arrangementmode.The process planning of the five cores is designed again which is different from the former.The new design ismore compacterwhich can improve the safety and reliability of the cable.

low voltage five cores power cable;reason analyze;suggestion;process calculation

TM247

A

1672-6901(2012)05-0013-03

2012-02-21

陳寧紅(1959-)，女，高級(jí)工程師.

作者地址:江蘇南京市光華東街5號(hào)[210007].