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行業動態

電氣裝備用電線電纜動態及發展趨勢

發布時間:2017-08-14 瀏覽量: 來源: 百度文庫 作者: 百度文庫
  一、引言
  20世紀50年代,我國機電制造業落后,電纜配套未專業化,不具備條件形成電氣裝備用電線電纜類產品。60年強制貫徹“以塑代鉛”和“以塑代橡”等措施,有力推動了技術進步,這大類產品開始形成。90年代,市場經濟逐步發展成熟,電氣裝備電線電纜需求量劇增,發展成為與工程配套的獨立大類產品。產值比例保持25~30%。
  電氣裝備用線纜是配套產品,各品種銷售并不穩定,有賴于其他工業的興衰。如高層建筑用預制分支電纜,開始國內沒有品牌,只能進口。分支電纜少數先驅者,開拓市場和技術創新,取得穩固的市場份額,獲得極高的利潤回報,實現了國產化。在此機遇下,不少電纜廠草率上馬,價格下降到接近火并程度,恰恰又逢國家限制高層建筑建設,市場需求有所萎縮,高額利潤回報即成泡沫。當前用戶提出的要求越來越復雜,工廠只能跟著走,甚至對不合理要求,有時也得順從,進退二難,甚至造成不公平競爭。
  二、近代交通工具用電線電纜
  1.機車車輛電纜
  電力、燃油和蒸汽動力,客車、貨車和特種車列,對電纜要求是不同的,所以這類電纜品種較多,而且有代表性,其中部分品種也可供其他車輛選用。當前傾向性意見是:
 ?。?)3kV及以下天然橡膠絕緣電纜應淘汰。
 ?。?)3kV及以下氯磺化聚乙烯絕緣電纜需要保留。
 ?。?)3kV及以下乙丙橡膠絕緣電纜為主要系列之一。
 ?。?)3kV及以下無鹵低煙交聯聚烯烴絕緣電纜為主要系列之二。
 ?。?)30kV乙丙橡膠絕緣機車車輛用電力電纜為專用品種。
  目前基本按TB/T1484生產,GB/T12528正在修訂?;黨盜靜分心訊茸畬蟮氖俏蘼鋇脫探渙巰┨”誥檔繢?。它們的內容有所差異,在GB/T標準中有對比表,可以查閱。
  2.城市軌道交通直流電力電纜
  城市軌道交通是大城市發展交通的必經之路,計劃中有關城市的城軌長度公里數:北京為332;天津為130;上海為240;深圳546。其余城市相繼開工。
  輕軌用直流供電,額定電壓為直流1500V和750V。上海申通公司制定企業標準,正極電纜為1500V;負極電纜為300V,導體截面為400mm2,硬結構電纜用第2種導體,軟結構電纜用第6種,絕緣為交聯聚烯烴和乙丙橡膠兩種,標稱絕緣厚度為2.0mm,絕緣外應有阻水層,其他防水層、隔火層、鎧裝層均為可選結構,護套為低煙無鹵聚烯烴或類似合成材料組成,護套標稱厚度為3.8mm。負極電纜結構只有導體和絕緣。電纜試驗項目與一般電力電纜基本相同。
  3.長定子繞組電纜
  磁懸浮列車相當于直線電機的轉子,軌道相當于定子。長定子繞組電纜是將電纜構成繞組,敷設在軌道的槽內。
  電纜結構與軟電力電纜相似,但敷設條件嚴酷,彎曲半徑很小。長定子電纜三相總用量,約為單向軌道長度的15倍。
  52屆國際線纜研討會,德國發表了關于上海磁懸浮用電纜的論文。第一批在上海磁懸浮線安裝的電纜,其結構與論文敘述的結構相同,但試運行時就出現了問題。德國更換了全部電纜,調試后投入運行,經過較長時間后,又發生了個別問題,二次出現問題,德國未透露直接原因。談判滬杭磁懸浮線時,德國提出電纜新結構,還強調是專利,在我看來這算不上是專利,但由專利法?;?,也很難處理。總的感覺,德國在磁懸浮長定子繞組電纜方面,技術也不能算完全成熟。長定子繞組電纜的額定電壓為10/1.75kV(考慮20kV);額定工作溫度為90℃;導體為鋁芯300mm2,絕緣為軟乙丙橡膠,導體屏蔽和絕緣屏蔽均為半導電乙丙橡膠,護套為氯丁橡膠;護套外為含氟4的半導電涂層。涂層可增加電纜敷設時的潤滑作用。52屆國際線纜論文中,絕緣屏蔽外有金屬屏蔽,沒有說明氯丁橡膠護套的詳細性能,僅描述有適合的電氣性能性,機械性能,耐環境性能,并能與涂層牢固粘合。德國的磁懸浮列車試驗線路比較短,試運行中長定子電纜未出現異常。上海原來電纜敷設情況,可能是一點接地。更換的新電纜,也就是現在運行的電纜,結構中取消了金屬屏蔽,護套變為半導電氯丁橡膠,半導電涂層照舊,接地方式采用了“Ω”形金屬環,套在電纜外,定距用螺釘固定接地。
  電纜研究所與工廠合作,共同研發了磁懸浮長定子電纜,并通過了型式試驗和研究性試驗,為電纜國內制造打下了基礎。但是市場變化如風云,今后需求量很難預測。
  4.公路車輛用低壓電線和電纜
  公路車輛用低壓電線(簡稱汽車低壓電線),通常先按照汽車布線模板的要求加工成線束,然后將線束安裝到汽車上。汽車線束市場不但與汽車產量直接有關,并且與單臺車輛配線數量密切相關,一輛低檔轎車平均用低壓電線為800m,一輛中檔轎車平均用量為1500m,一輛豪華名車用量達2500m。
  目前汽車低壓電線的絕緣仍以聚氯乙烯為主,但有些部位需要用交聯聚烯烴、熱塑彈性體、乙丙橡膠、硅橡膠甚至氟塑料等。汽車低壓電線的導體,除馬達線考慮用鋁導體外,其他都用銅導體。最新設計,希望導體截面進一步縮小到0.10mm2及以下,銅的機械強度不能滿足安裝要求,現正在考慮用銅包鋼線。JB/T8139-1999《公路車輛用低壓電纜(電線)》標準的品種絞少,不能完全滿足使用要求,各汽車制造公司均有自己的電線采購規范。當前中國汽車行業協會制訂的標準,也以聚氯乙烯薄絕緣低壓電線為主,但實際上交聯聚烯烴和硅橡膠絕緣低壓電線的應用數量也不少。高檔轎車,數字傳輸電纜以及光纖已有使用。
  5.航空電線電纜
  當前航空電線電纜有二大系列:一種是聚酰亞胺-氟46復合薄膜繞包燒結絕緣電纜,主要用于軍用直升飛機,已經國產化,考慮到電線質量,復合薄膜仍進口。另一種是輻照交聯乙烯-四氟乙烯共聚物絕緣電纜,是近代軍用和民用大型飛機使用較多的品種。縮寫為X-ETFE絕緣電線。大型軍用運輸機每架用線量達7~8噸。X-ETFE比重為1.73,工作溫度可提高到200℃,薄壁絕緣結構單層絕緣厚度為0.15mm,電線重量輕,相對載流量大,化學性能穩定,電氣、機械及耐輻照性能優異,也是航天飛行器使用重大品種之一。
  十年后,我國自主生產大型客機,仍會選用這個品種。X-ETFE(X-F40)絕緣航空電線電纜,制造技術難度較大。幾乎每一道生產工序,都存在一些問題。
 ?。?)單線束絞要求精度高,外層不允許有跳線,否則最小絕緣厚度會不合格。
 ?。?)目前國內無絕緣原材料供應,需從杜邦公司或大金公司進口。
 ?。?)目前國內尚未解決合適的敏化劑。進口敏化劑母料粒子,困難重重。而進口可直接擠出和輻照交聯的成品粒子料,價格驚人。
 ?。?)自行開發原材料及其混煉和造粒,在設備和工藝上都有很大難度。
 ?。?)電線薄絕緣擠出不易控制,如偏心、拉伸比等參數。
 ?。?)需研究理想的輻照劑量,以獲得最佳的交聯度。
 ?。?)需研究經過輻照電線的后處理條件,否則,電氣性能和機械性能,不一定能完全達到標準要求。
  我國航空電線電纜軍用標準,氟塑料類電纜,等同采用美國軍用標準。聚酰亞胺-氟46復合薄膜繞包燒結絕緣電纜,美國在海軍方面已不建議采用,今后尚待觀察。
  6.船用電纜
  我國造船將接近年產1000萬噸,上?;乖誚ㄉ韙蟮拇?,據說世界第一。當前各船用電纜制造廠船纜的訂貨情況樂觀。民用船舶用阻燃電纜完全符合最新IEC標準水平,無鹵低煙電纜成束燃燒普遍能達到A類要求。絕緣材料的主流是交聯聚烯烴和乙丙橡膠,天然-丁笨橡膠已淘汰。某些電纜廠能按荷蘭標準制造控制和儀表等電纜。
  軍用船舶的一般電線電纜都能國內供應。專用的深水縱向密封電纜已突破常規水平,深度可超過600m。防衛用特高抗拉強度聲納電纜,也達到很高的水平。我國軍用船舶電線電纜標準等同采用美國軍用標準。
  7.新材料的開發
  除船用電纜外,所有車輛用電線電纜,在非動力系統使用范圍方面,有一個共同特點,就是要求輕、小、薄壁絕緣、耐磨、耐油、阻燃和耐濕,有的要求耐溫等級為125℃,少數為150℃。由于電線用量比較多,這樣的背景下,選用氟塑料絕緣是不經濟的,因為氟塑料價格過高,性能余度過高,當前交聯聚烯烴的性能并不理想,根據很多電線抽樣試驗結果,交聯聚烯烴絕緣線常處于合格邊緣,因此不夠安全可靠,制造過程又需要多一道輻照交聯工序。假如換一種思路,如放棄交聯聚烯烴,開發新材料,可能效果更好。
  開發和推廣新材料希望滿足以下要求:a)工作溫度為125~150℃。b)可熱塑擠出加工,不必交聯。c)可擠薄壁絕緣。c)相對柔軟,便于安裝。d)主要性能超過交聯聚烯烴。e)原料來源可靠。f)開發期限短。g)價格可以接受。
  聚酯(PET)、聚對苯二甲酸丁醇酯(PBT)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)是可以開發的材料,但需要改性。
  PEEK的性能最好,不過價格太高??啥ㄎ壞墓ぷ魑露齲篜ET為120℃,PBT為150℃,PES為150℃,PEEK為200℃,這些材料的彈性模量高、基本無毒、能阻燃自熄,可擠出成型,可擠出薄壁絕緣。
  三、核電站1E級電纜
  1.總的發展形勢
  核電站建設的審批權,我國高度集中,預計到2020年以前,將新建27座到32座百萬千瓦級的核電機組。也就是說,從2004年算起,在16年中,新增核發電裝機容量將達3000萬千瓦左右,每年有二到三個核電機組開工建設。到2020年核電在總發電容量中的比重將從目前1.8%上升到4%。
  由于目前核電站的運轉要大量水源,所以規劃核電站主要布局是考慮東南沿海省份。關于核電建設的投資問題,國外經濟專家認為要完成這樣大規模的核電工程建設,按保守的估計,投資也在400億美元以上。中國核工業集團公司,希望新建核電站的平均國產化率能夠達到60%,估計有240億美元(約2000億人民幣)的貨物可能國產化。
  從我國電線電纜行業分析,在目前電纜制造技術水平上再進一步改進設備和產品開發,電線電纜的國產化率可達到95%以上。我國目前建設的核電站主要是壓水堆系統。
  2.K3類電纜四十年使用壽命的確認
  驗證壽命有一定的抽象含義,阿累尼烏斯公式是常用的手段。新材料壽命評定試驗是一項研究工作,不應是標準考核指標,40年時間很長,用相對較短時間加速老化試驗,推算結果,也不會剛好等于40年,可能為20~60年之間,這不能輕易判定新材料是否符合使用要求。
  加速老化試驗方案設計的溫度范圍、溫度級差、試樣形狀、試樣與空氣接觸表面積、試樣厚度、試樣制作工藝、批量試樣材質均勻性、試樣壽命終止參數以及烘箱換氣量等等,均對推算結果有影響。設計一個比較完美的方案,需要經過多次的前期驗證工作,才能得到比較滿意的結論。
  我國生產的1E級K3類電纜已有多年,通過鑒定的產品,都進行過40年壽命評定。出于各種利益,有的認為有效;有的認為基本可信;有的認為基本不可信;更有的認為要全盤推翻,從新開始洗牌。其實只要最終用戶認可,才是最實在的。不妨讀一下美國的觀點,這一解釋可參考EBASCO規范對于物理壽命試驗的結論中得到證實。
  該結論內容如下:《在電纜設計壽命期間,電纜工作中所出現情況,在實驗室內找不到完全等效施加物理條件的加速試驗方法,只得應用阿累尼烏斯技術或其他實驗室技術。加速熱壽命試驗只能提供材料的相對熱壽命數據,進一步看,由丁基橡膠絕緣電纜推測的結果說明,采用阿累尼烏斯技術的加速壽命試驗數據,外推法所導出的壽命時間,比實際壽命低。雖然這樣的數據,作為許可的概括性原則是不充分的。
  然而看來似乎可以說明這樣一點:一種新型絕緣加速熱壽命情況,與這種新絕緣已經得到充分確認具有優越的長期服務記錄,二者的對比是這種新絕緣能夠長期使用的有利的證明》。從這個結論得到啟發,用于低壓電纜的正常質量的非阻燃交聯聚乙烯絕緣,自發明至今最長的輻照交聯已超過50年,化學交聯和硅烷交聯也超過40年,從長期90℃熱壽命來看,達到40年的運行壽命國際上已沒有懷疑。但是用于低壓電纜的正常質量的高填充物無鹵阻燃交聯聚乙烯絕緣,自發明至今最長的材料未超過30年,實際使用中未發生熱老化而失效,當然要證明達到40年運行壽命的理由還不夠充分。
  但是應用相對溫度指數對比試驗,仍可以說明它的本質問題。
  3.無鹵低煙阻燃熱塑型聚烯烴護套的開裂
  無鹵低煙電纜料的三角形概念,至今仍有效。電氣、機械、阻燃性能三足鼎立,一只角度大了。另二只角度就減小了。無鹵低煙護套的開裂是比較嚴重的缺陷,進口電纜也有發生開裂。為此材料和電纜廠都費盡心機,也不都有把握?;ぬ卓鹽侍?,并不只發生在核電站,其他產品也出現這類事故。以下提出了一些注意的問題,有助于降低護套開裂的幾率:
 ?。?)選擇斷裂伸長率較高熱塑護套料,如200%,但成本增加,氧指數也降低。
 ?。?)采用較大的擠塑機,控制較小的擠出量。
 ?。?)采用低壓縮比螺桿,用目數小的濾網,選擇適配護套料。
 ?。?)加強控制各段螺桿溫度、機頭和??諼露?。
 ?。?)采用交聯型無鹵低煙護套,成本增加,設備需改造。
 ?。?)還有其他途徑,假設采用EVM橡膠,VA含量40-80%,情況又如何?
  4.無鹵低煙護套電纜的抗開裂性檢驗的嘗試
  現行標準的抗開裂試驗方法,不能有效的檢驗護套的抗開裂性,至還今沒有標準的檢驗法。在試樣上造成預應力,是能促使開裂的主要因素。
 ?。?)取4或8段成品電纜作為試樣,分別在四個方向彎曲試樣,試樣二端綁在一起固定,圓圈的內徑取電纜外徑的4~8倍。使電纜在四個方位有拉伸預應力。
 ?。?)將試樣進行冷熱循環處理,高溫點不高于電纜工作溫度,低溫點不低于零下10℃,高溫持續2h,室溫2h,低溫2h,室溫2h,這樣作為一個冷熱循環,循環次數自定,不同材料的循環次數不一定相同。
 ?。?)所有樣品的護套應無開裂。
 ?。?)也可剝下護套,沿圓周四個部位切取4或8個條形試片,取直徑為3~6倍試片厚度的銅棒,條形試片纏繞在銅棒上,并加以固定,進行上述冷、熱循環試驗。循環次數自定,試片無裂紋。
  要完全解決無鹵低煙護套的開裂,確實有一定難度,假如換一種思路,走低煙低鹵橡膠型技術路線,問題就能迎刃而解。最近美國介紹核電站用電纜,并不強調無鹵低煙,建議采用低煙氯磺化聚乙烯護套。如果我國從美國引進核電站技術,也許會改變唯一認可無鹵低煙技術路線。
  5.關于K1類電纜
  K1類電纜的用量比K3類電纜少得多,而開發成本高出數倍,因此研發K1類電纜廠也相對少得多。目前少數電纜廠的一部分K1類品種電纜通過了技術鑒定。
  根據經驗,K1類電纜采用乙丙橡膠絕緣和乙丙橡膠護套結構,比較有把握通過泄漏事故試驗。交聯聚烯烴絕緣和交聯聚烯烴護套結構,相對不易通過泄漏事故試驗。當然不是排斥采用交聯聚烯烴。
  目前國內的泄漏事故試驗,在原則上參考IEEE383-1974進行,該標準本身也說明試驗條件允許變動,前幾年國內試驗設備不完善,試驗方法未規范化。
  據說現在北京的試驗條件比較好,并與核工業設計院結合。目前上?;共荒芡暾亟行孤┦鹿適匝?。關于泄漏事故試驗的具體程序,國外、國內都不完全相同。就是同一個國家,現在和過去的程序也不完全相同。總的來說,由于試驗經驗不夠,目前要肯定哪一種程序,最為正統,最有權威性,還需要進一步研討。
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