我国塑料绝缘低压电力电缆的品种与发展现状

1、我国塑料绝缘低压电力电缆的品种与发展现状宝胜集团有限公司 唐崇健 电力电缆是在电力系统中传输或分配大功率电能用的电缆，按 电压等级常分为低压、中压、高压、超高压等电力电缆。本文所介绍的电力电缆其电压等级为1kV，我国早期大量使用的低压电力电缆有油浸纸绝缘电力电缆和橡皮绝缘电力电缆，随着世界范围内的石油化学工业大发展，塑料绝缘电力电缆由于制造工艺简单，没有敷设落差的限制，工作温度可以提高，电缆的敷设、维护、接续比较简便，又有较好的抗化学药品的性能等优点，已成为电力电缆中正在迅速发展的一类重要品种，由于我国近二十年来的对外开放，再加之电力工业的大力发展，我国塑料绝缘低压电力电缆的发展是迅速的，和世

2、界上发达国家相比，其技术水平基本是同步的，能够满足我国国民经济发展的需要。一、塑料绝缘低压电力电缆品种及分类    目前我国塑料绝缘低压电力电缆的不但品种较多，而且结构复杂，如按绝缘材料、耐热等级、电缆特性和使用条件（或场合）等要求进行分类，具体分类情况见下图1。图1 塑料绝缘低压电力电缆按不同特性和使用条件分类图 二、塑料绝缘低压电力电缆产品特点1、按常规绝缘材料分类的产品（1）PVC绝缘电力电缆    由于PVC绝缘存在着良好的机械和化学性能，70年代在世界范围内PVC绝缘电力电缆得到大量的采用。后因火灾时，P

3、VC绝缘释放出有毒气体HCl，且大量的PVC废料造成了环境污染，目前在工业发达国家，1kV塑料绝缘电力电缆已有一半采用XLPE绝缘电缆，例如，法国标准NFC33-209已正式将把PVC电缆删去；欧洲联盟已禁止把PVC电线电缆用于公共建筑物上；泰国已正式立法禁止使用PVC电线电缆，而大量向英国购买交联电缆和无卤低烟电缆；马来西亚和印度尼西亚也正在立法。我国北京市供电局1998年间下文明确规定从98年3月份起严禁使用PVC绝缘电力电缆，但1kV塑料绝缘电力电缆，我国约有四分之三仍采用PVC绝缘。（2）XLPE绝缘电力电缆    交联电缆发现至今已有40多年历

4、史了，由于交联电力电缆的介电性能优于油浸纸绝缘电力电缆，交联电缆的物理、机械性能和耐热性能也大大地提高，如绝缘的长期工作温度可达90，同样规格的XLPE绝缘电力电缆和PVC绝缘电力电缆，前者的载流量高2025%，而绝缘厚度减薄25%左右。同时，在热老化和大气光老化以及耐磨抗拉等机械强度方面，均优于PE、PVC等作绝缘材料的电缆。近年来，交联电力电缆已经成为PVC绝缘电力电缆的代替型产品，有关PVC绝缘电力电缆和XLPE绝缘电力电缆的性能比较见表1。目前低压电力电缆常用的交联工艺有辐照交联和硅烷交联，硅烷交联又分为一步法和两步法两种。表1性 能XLPE绝缘电力电缆PVC绝缘电力电缆温度等级一般过

5、载短路9013025070100160抗张强度伸长率20时体积电阻介电常数介电强度1.920035010162.3201.02.520045010134.591520耐老化100120150优优良良差差抗热变形耐溶剂耐气候耐油耐有机化学品耐无机化学品良良良优优优差差良良良优（3）丁腈复合物绝缘电力电缆    由于丁腈复合物绝缘和护套电力电缆具有优良的机械、耐油、低温柔软等性能，因而在频繁移动场合或有一定耐油要求的场所得到大量的使用。该电缆的绝缘和护套材料是选用丁腈橡胶和PVC塑料的混合物（简称丁腈复合物），此混合物集橡胶和塑料的优点为一体。电缆可以根据不

6、同使用场合的需要加工成圆型或扁平型。2、按电缆结构特征分类的产品（1）架空绝缘电缆    架空绝缘电缆（又称为架空绝缘电力电缆）从使用性能来看介于架空导线和电力电缆之间，它既要满足架空导线机械强度的要求，又要满足电力电缆铜、铝导电线芯要求，我国于1990年颁布了GB12527额定电压1kV及以下架空绝缘电缆国家标准。电力部门于96年制定了指导设计与施工验收的行业标准。对于1kV等级架空电缆绝缘可采用耐寒PVC和各种类型的PE、XLPE等材料，但这些绝缘材料必须是耐候绝缘，架空电缆由于有支撑电缆本身重量的要求，均采用硬铜线或硬铝线，如要求重量轻、拉力大时，

7、可采用铝合金线。对于承受很大机械张力的架空电缆，还可采用钢芯承载线，这样可增大杆塔跨距，节省工程造价。日前架空绝缘电缆芯数有一芯、两芯、四芯、3+1芯等结构。（2）五芯电缆    在一些建筑物中，如：高层住宅群、商厦、展览中心、电站、工业控制中心、新闻广播中心等，从供电安全可靠性、抗干扰性等要求出发对电网接线方法中接零接地更为严格，在三相电源导体的基础上，把中性导体和保护导体分离，使中性导体和保护导体的功能各自分开，互不干扰，即由传统的TN-C接地系统改为TN-S、TN-C-S接地系统。这种低压配电系统，需要五芯电力电缆，三相五线制可使三相负载平衡。&#

8、160;   五芯电力电缆中各芯导体截面有三大二小、三大一中一小、四大一小和五芯等截面4种，其中保护导体的截面选择可根据过电流保护的故障电流和切断电流的动作时间来确定。我国GB12706-91标准还没有涉及到五芯电力电缆，有关五芯电力电缆绝缘识别标志方法有四种：一是分色法；二是挤制色皮法；三是表面挤或印制色条法；四是编码印字法。（3）金属屏蔽电力电缆    我国低压电力电缆在六十年代工程设计上广泛使用XQ、XLQ、XQ29、XLQ29系列电力电缆，即橡皮绝缘铅包和铅包铠装电力电缆。铅包层用作电缆接地的屏蔽和接地电流的回路，其

9、电缆具有较好的屏蔽性能和抑制干扰的能力。后来由于铅资源、铅的使用性、铅的延展性等问题难以满足电缆工业的发展需要，再加之大量推广和使用塑料绝缘电力电缆，又未能很好的区分工程的具体情况和使用场所，在三相系统的输配电电路中而大量地使用这种无屏蔽特性的塑料绝缘电力电缆，给工程设计和电网运行带来了一系列的问题。    金属屏蔽电力电缆就是在普通的电力电缆的基础上施加屏蔽层，它是在护套下面采用绕包铜带、铝带、铜丝编织结构。这些屏蔽结构经过试验，证明可以用在不同电压等级的线路中，具有较强的抗外界和抑制内部对外界的干扰能力。我国平武500kV的线路中、长春500kV线路

10、中、浙江平窑220kV变电站就大量采用过屏蔽型低压电力电缆。（4）同心导体电力电缆    同心中性保护导体塑力缆与普通四芯或五芯塑力缆的不同之处是，在不改变中性导体或保护导体截面的条件下，将其同心地绞合在由三个主线芯组成的缆芯外面。具体为：对于四芯电力电缆而言，同心导体（可以是中性线芯，或接地保护线芯）是用金属丝或金属带缠绕在各主线芯的缆芯外面，同时沿纵向放置一根全屏蔽同心式导体结构；同心导体的截面与主线芯导体截面相等，或为后者的二分之一左右，其外包有绝缘及护套，将同心导体绝缘起来。对于五芯电缆，则分别将保护接地线和中性线分两层缠绕在三个主线芯外面，两层

11、之间设有绝缘层，其中：中性线导体截面与四芯电缆一样分为两种，而保护接地线导体截面是主线芯导体截面的二分之一左右。    同心导体电力电缆具有一系列的特性，低阻抗为其中之一。由于保护性导体或中性导体与相线为同轴结构，当各相的负荷电流不平衡时，第四（五）芯所流过的零线电流完全包围了相线中的不平衡电流，且方向相反。因此，同心导体外没有漏磁场，即构成了圆型屏蔽系统。同时，同心导体电缆不同于普通的四芯电缆，三根相线是等边三角形排列，各相阻抗相等，消除了因输电线路阻抗不平衡引起的电压不平衡，大大改善了供电效果，特别对大容量，长距离输电情况则效果更佳。我国同心导体电力

12、电缆的研制始于九十年代初期，技术已趋向于成熟，但我国GB2952标准和IEC60502标准对该电缆的规定尚在研究和考虑之中，国外工业发达国家已大量使用这种结构的电缆。（5）分支电缆   分支电缆适用于现代化高层建筑和现代化工厂的一种新型垂直主电缆。分支电缆与垂直主电缆之间通过模压分支联接完成，因大部分工作都在工厂中预制，可以保证质量和大大缩短现场工期，分支接头和上端支承头部分均以高聚物材料在工厂中气密模压而成，因此气密防水性能好，适用于潮湿地区。现在世界许多国家广泛采用，近年来北京、上海、浙江、河南、江苏、广东等地区也有越来越多的用户。分支电缆目前品种有阻燃型分支

13、电缆、耐火型分支电缆、无卤低烟型分支电缆、照明系统专用分支电线等品种。（6）变频器用供电电缆    随着频率控制传动技术的发展，对频率变速传动系统的要求越来越高，尤其是对采用快速切换的IGBT双极型晶体管半导体现代变频技术，尽管脉冲频率高或更断时间仅毫微秒内，但它们会对周围环境产生电磁场。为保持变频器正常工作不受电磁干扰，因此连接变频器与三相交流电机之间的电缆就要求具有抗干扰性能、较低的工作电容以及较低的传输阻抗。    目前变频用供电电缆分主电电缆和电机电缆两种。无论是主电电缆和电机电缆都具有屏蔽层，屏蔽层必须能

14、有效抑制电磁辐射。电缆屏蔽的有效性规则是，屏蔽层越紧密，电磁辐射的水平就越低。可以根据屏蔽层的结构或传输阻抗来判断它的有效性。对于主电电缆，屏蔽层传输阻抗在100MHz范围以内，传输阻抗必须等于或小于1/m。对于电机电缆，屏蔽层传输阻抗在100MHz范围以内，传输阻抗必须等于或小于100m/m。经过对各种电缆性能的比较分析，最适合使用的是一种带有三相导线和三根接地线的防渗透的焊接连续压纹铠装电缆，这种电缆不仅安全，而且能够大大提高变速传动系统的性能和可靠性，同时还减小了造成轴承危险的电势。3、按阻燃特性分类的产品（1）阻燃电力电缆    由电缆本体和外部

15、引燃而导致的火灾事故时有发生，并且造成巨大的经济损失，因此它引起世界各国对电缆的阻燃问题高度关注。阻燃电缆能够有效的阻滞和延缓火焰沿着电线电缆的蔓延，使火灾不扩大。目前考核阻燃电缆其阻燃性能的试验方法有单根和成束燃烧试验方法之分，国内电缆制造厂都按成束燃烧试验方法（GB12666.5-90或IEC：60332-3）作为考核衡量阻燃电缆的性能。因为通过单根试验合格的阻燃电缆，在多根敷设的情况下，未必也有阻燃性能。成束电缆的阻燃性能试验方法，是以世界各国发生的大火灾为契机，综合考虑着火原因、电缆排列、氧气的补给量、周围的温度、实际敷设情况而提出的。成束燃烧试验方法标准考虑到在不同的使用场合下的经济

16、实用性原则，将阻燃电缆分为A、B、C三个试验类别（IEC：60332-3最新提案有D类之分），其中A类试验条件最为严格。（2）低卤低烟阻燃电力电缆    低烟低卤阻燃电缆除保持阻燃电缆的一般特性和电气性能外，还具有以下特点：        低的卤酸气体释放量；        低腐蚀性；        生成的烟雾较少。&

17、#160;   世界最早提出低卤低烟阻燃概念的是美国，而欧洲则对“低卤低烟阻燃”表示异议，所以“低卤低烟阻燃”始终没有纳入到国际标准中，同样国家标准也没有“低卤低烟阻燃”的有关规定，自然也没有统一的指标，对于低卤低烟阻燃电缆这一产品，目前国内颇有争议，虽然低卤低烟阻燃电缆的HCL气体和烟的发生量比同水平的阻燃电缆要少，但还不能降到公认的“低卤低烟”水平。电缆制造厂在制订自己的企业标准时一般均按表2规定的指标进行供货。    低卤低烟阻燃电缆是介于阻燃电缆和无卤低烟阻燃电缆之间提出的，一般阻燃PVC电缆卤素含量太高，而无卤低烟

18、阻燃电缆价格又太昂贵，所以“低卤低烟阻燃”至少是一种市场有需求的产品。主要试验方法为IEC：60754-1和IEC：61034。表2性      能指       标卤酸气体释放量烟浓度（透光率）成束燃烧试验100mg/g30%至少符合C类要求（3）无卤低烟阻燃电力电缆    由于阻燃电缆和普通电缆在燃烧时，会产生大量的诸如HCl和含有CO、CO2的烟气，而在火灾发生时，烟的产生和移动远比火焰速度快，并导致人的直视距离急剧缩短

19、，使人员迷失方向并产生恐慌，这不仅给疏散和消防带来很大的妨碍，而且使身在其中的人员处于窒息、中毒的危险之中，故火灾时，人们往往不是被烧死，而是更多地为毒性气体熏倒致死。    在火灾中，HCl等含卤气体与燃烧反应中产生的水结合，形成强烈的酸雾，对设备甚至对建筑物钢筋混凝土构件造成侵蚀，危及建筑物安全，从而形成“二次灾害”。由“二次灾害”使人们进一步认识到电缆除阻燃外，还必须具备低毒、低腐蚀等特性，因此，产生了无卤低烟阻燃电缆。含卤电缆阻燃原理是靠卤素的阻燃效应，无卤电缆阻燃原理是靠析水降低温度来熄灭火焰。主要试验方法为IEC：60754-2和IEC：61

20、034。    无卤低烟阻燃电缆特点：        无卤酸气体释出；        发烟量小；        产生腐蚀性气体较少；        阻燃性好；       

21、; 具有一定的机械物理与电气性能。（4）高阻燃隔火（氧）层电力电缆    受绝缘和护套材料的性能所限，当其构成的电缆达不到所要求的阻燃性能时，可以通过以下几种方法来提高电缆的阻燃性能。        采用高阻燃的工艺性填充物进行挤包，即所谓的隔氧阻燃层；        提高绝缘和护套所用高聚物材料的氧指数；       

22、; 使用高阻燃的阻燃涂胶型玻璃布带进行绕包，并配以矿物纸绳作填充，即所谓的隔火阻燃层；        在成缆后挤外护套前设置一封闭型的隔离内护套，该内护套所用材料应能挤出成型，且氧指数高达50%以上，同时在整个燃烧过程中应不滴落，并具有较好的成壳性能。    上述四种方法中，经常采用的是隔氧阻燃层和隔火阻燃层两种方法，这是因为过份的提高材料的氧指数是有害的，它势必影响到材料的机械物理性能、电性能和加工成型性能。    隔火阻燃

23、层的阻燃机理：金属水合物遇火分解成金属氧化物和析出结晶水，金属氧化物分解后形成网状结构，对烟气有一定的吸附作用。而析出的结晶水不但对烟粒起到明显的沉降作用，而且还有较好的吸热效果。此外在燃烧过程中可以形成硬壳或碳化结构，在电缆的低烟、阻燃化方面发挥了巨大作用，吸热作用延迟了电缆本身开始燃烧时燃烧速度急剧上升的时间，由于硬壳或碳化结构的形成，阻碍了氧气的供给和可燃气体的流动，因此抵制了电缆的燃烧4、按耐火特性分类的产品耐火电力电缆    无论阻燃电缆、无卤低烟阻燃电缆、低卤低烟阻燃电缆的阻燃性能有多好，但它们在火灾中电缆的绝缘层很快就会丧失工作能力，无法维

24、持正常通电，而在火灾中保证电气线路的正常工作是非常重要的，它可以使人们迅速的逃离火灾现场和进行必要的财产撤离，使火灾的损失降至最小。    耐火电缆和阻燃电缆的主要区别就在于它能够在火灾发生时维持一段时间的正常供电。耐火电缆考核试验方法有IEC60331和GB12666.9两种，两种标准差别在于IEC规定的试验温度为750，并且在额定电压下持续燃烧时间3小时电缆应不击穿。而国标分为A类和B类两个等级，A类耐火试验温度为9501000，B类耐火试验温度为750800，试验供火时间均为90min。5、按耐热特性分类的产品（1）聚四氟乙烯绝缘电力电缆 

25、;   聚四氟乙烯绝缘电力电缆工作温度为-60260，能够在300的情况下短期工作，电缆在低温-60保持柔软易弯曲性能，电缆绝缘电性能优越，不受温度、湿度、频率的变化影响，防水性能优越，机械强度高，可长期在户外使用，对紫外线照射表现稳定，电缆还具有阻燃性能、耐化学腐蚀性，在高温环境中不被任何一种溶剂所溶胀，更不会被溶解，特别适合在化工、钢铁、冶金等部门的恶劣环境中长期使用。（2）聚全氟乙丙烯绝缘电力电缆    聚全氟乙丙烯绝缘电力电缆能够长期工作在-60200环境中保持优良的电气性能，其结构紧凑，外形尺寸较小，便于安装使用，

26、电缆的电绝缘性能不受温度、潮湿的影响而变化，吸水率低，在化工部门各类酸碱以及酮、醇、芳香烃、油脂等场合使用均不会造成电缆的损害。（3）聚偏二氟乙烯绝缘电力电缆     聚偏二氟乙烯绝缘电力电缆能够长期工作在-60150环境中保持优良的电气性能，其绝缘材料氧指数高达85%以上，显示出优异的阻燃特性，并且在燃烧时排烟量小，电缆的机械性能极好，适合用于需承受较大抗拉、抗弯曲、抗压和耐磨的场合使用。6、按防动（生）物破坏性分类的产品（1）防白蚁型电缆：    白蚁是重要的虫害之一，其形体小，群体生活，行动灵活。由PVC、P

27、E等塑料加工而成的电缆，埋地后板易遭受白蚁的危害，电缆事故随之而来，并日益增多。因此国内外专家对于埋地电缆防白蚁问题作过不少探索和研究，过去以采用“药物型”方法为主，即在电缆防护层内加入药物添加剂，以达到防白蚁的目的。近来更多采用“改进性”方法，研制无毒无害的改进性防白蚁塑料护套，能更好解决电缆的防白蚁问题。主要试验方法为GB2951.38电线电缆白蚁试验方法。（2）防鼠型电力电缆    老鼠是在全球普遍生存的一种小动物，食性杂、分布广，对环境的适应力很强。对粮食、农作物、家具、土木建筑、堤坝、输配电设施等均会造成一定的危害。近几年时有关于鼠类咬破电缆外

28、护层和绝缘层而造成供电事故的报导。从这个角度看，电缆的防鼠问题不应忽视，目前电缆的防鼠方法主要有三种：一是物理法；二是化学法；三是综合防鼠法。7、按防环境危害性分类的产品（1）防水型电力电缆    电力电缆的塑料护层所采用的高聚物材料都是链状结构，分子间并不是紧密无间的，所以，塑料护层的电力电缆就有个径向透潮问题，此外由于电缆绝缘线芯之间存在着光滑的表面界面以及缆芯填充不密实等原因，为电缆的内部一旦进水提供纵向蔓延和扩散的途径，因此，电力电缆也存在着纵向防水的问题。如果电缆的缆芯中存在水份，最终会导致电缆的绝缘性能下降，造成短路，从而导致电缆报废。

29、60;   防水型电力电缆其主要技术机理：一是在电缆的结构中采用纵向阻水技术，阻止内部水份发生纵向迁移；二是采用径向防水技术，防止电缆外部水份渗透到电缆内部，从而确保电缆安全可靠运行。（2）具有屏蔽和耐化学药品功能的电力电缆    敷设在炼油厂、石油化工厂及一般化工厂中的电缆，经常会接触到各种化学药品、油、溶剂。因而当电缆护套为一般有机材料时，就会产生溶胀、硬化、龟裂、溶解等老化现象，有时甚至造成绝缘被破坏的事故。    为了防止电缆的化学老化，虽可使用聚乙烯电缆（交联聚乙烯绝缘聚乙烯

30、护套电缆），但是耐化学药品性能出色的聚乙烯，对于苯、甲苯、二甲苯等芳香族用的电缆，不得不以金属护套电缆为主，如使用铅套、皱纹金属套电缆等。    但是，这种金属护套（主要是铅套）电缆，一般价格贵、重量重、施工费用高，目前只限于在重要的线路上使用。为此，迫切需要一种具有耐药品性和抑制药品透过性仅次于金属护套，且价格和使用方法同一般塑料相似的电缆出现。    从这种观点出发，为提高外护套的耐药品性而采用了交聚硬质聚乙烯，为防止药品向电缆内部透过而采用了一种特制的双面铝塑复合带。这就是新研制开发的具有屏蔽和耐化学药品功能

31、的电缆。8、按特殊场合使用条件分类的产品1E级K1K3类核电站用电力电缆    核电站用电缆它包括核岛内、核岛附近和核岛外之部分。核电站用电缆在核电站的运行过程中，传递控制信号和指令，搜集有价值的信息，为各种辅助设备和电机提供电力。根据设计的功能和操作电压要求，核电站电缆可划分为几大系列：电力电缆、控制电缆、仪表电缆、热电偶电缆等。在电站设计寿命内（一般假设为40年），由于核电站的特殊性，电缆和其它装备一样，必须能在设计要求下正常工作（常规电缆使用寿命一般为15年），除了一般的核电站内经常遇到的环境条件外，在核电站的反应堆内电缆长时间地暴露在高的环境温度、湿度以及辐照作用下，核电站电缆（尤其是定为1E级安装在反应壳内的电缆）必须通过设计要求的耐辐照试验和LOCA模拟试验。因此，作为核电站用电缆，其性能要求如下表3所列。表3 核电站用电缆的性能要求核电站电缆类型一般要求特殊要求电