剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷

陈宁红

(江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007)

剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷

陈宁红

(江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007)

介绍了一起低压五芯电力电缆的质量纠纷，通过剖析低压五芯电力电缆的结构缺陷，从电缆结构和安装方式不同角度对事故发生的原因进行了阐述，并对低压五芯电力电缆的结构尺寸重新进行了工艺计算，提出了改善建议。

低压五芯电力电缆；结构缺陷；安装方式；工艺计算

0 引 言

0.6 /1 kV五芯交联聚乙烯电力电缆(以下简称低压五芯电缆)是工程建设中广泛使用的一种电力电缆。由于目前设计、生产低压五芯电缆采用的结构不同，对其安装和使用也有着不同的要求。笔者在质量鉴定过程中曾遇到过由于客户对低压五芯电缆的安装方式与常规不同而与制造厂引发的一起质量纠纷事件。本文将通过剖析此纠纷中低压五芯电缆的结构缺陷，分析不同的安装方式对低压五芯电缆结构的影响，重新对低压五芯电缆的结构尺寸进行了设计和计算，并对安装、使用方式提出了要求。

1 质量纠纷简介

在这起质量纠纷中，低压五芯电缆的型号规格为YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2，每根电缆长度大约100 m，合同约定标准为GB/T 12706.1—2008。使用方在垂直吊装过程中，发现低压五芯电力电缆的保护线芯向下不同程度地滑移10～20 m，不能正常使用;而制造厂将上述低压五芯电缆送权威机构进行检测，所有项目均符合标准要求。由于双方各执己见，于是诉诸法院，并申请第三方机构进行质量鉴定。

2 原因分析

2.1 结构缺陷

该批低压五芯电缆的导体结构采取的是四个瓦形导体(150 mm2)和一个圆形导体(70 mm2)，圆形导体放在四个瓦形导体的中间，常称为“四瓦一圆"结构。电缆的横截面显示中间的圆形保护线芯的四周的空隙明显，不能被四个瓦形绝缘线芯有效抱紧。

经测量四个瓦形导体的瓦高在10.5～11 mm之间，瓦宽为22.0 mm，中间保护线芯圆形导体的外径为10.2 mm，属于圆形紧压导体结构。对于低压交联电力电缆，设计瓦形导体时，由于瓦形导体内侧圆弧的半径设计值偏大，再加上低压交联电力电缆的绝缘线芯绝缘厚度要求较薄，标称厚度只有1.4 mm，造成四个瓦形绝缘线芯成缆形成的中心圆直径明显大于保护绝缘线芯的外径12.3～12.5 mm，保护线芯不能被四个瓦形绝缘线芯有效抱紧。依据以上四根150 mm2线芯的瓦形导体生产绝缘后的相应瓦高和瓦宽，用CAD进行作图可以确定由以上四个瓦形绝缘线芯形成的中心圆直径明显大于12.5 mm，达到14.3 mm(见图1)。

低压电力电缆在成缆过程中，需绕包无纺布或其它相应的材料，无纺布的作用是扎紧成缆线芯，对成缆线芯结构进行定型。上述电缆成缆过程中所用的无纺布为一层，瓦形绝缘线芯的四周用了四根规格为90 mm的聚丙烯(PP)填充绳，中间线芯未使用PP填充绳，在瓦形导体内侧圆弧半径偏大的情况下，填充、绕包不充分，成缆后线芯结构不够稳定，也是造成滑移的原因。

图1 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成缆工序CAD作图

2.2 安装方式探讨

根据GB 50168—2006《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》进行计算，本起电缆的安装长度为每根100 m，要求其塑料护套最大牵引力不超过7 N/mm2;机械敷设时电缆的牵引速度不超过15 m/min，适用于任一种安装方式。本案中用户采用垂直吊装，虽安装过程中各项指标控制符合上述规定，但垂直吊装方式选择不当也是造成线芯滑移的原因之一。

低压五芯电缆常用的垂直吊装方式有牵引头安装和钢丝网套安装。如果安装方对低压五芯电缆的弱点有充分的了解，并对可能发生的问题有一定的预见，本次采用牵引头进行垂直吊装，就可以避免该起质量事故的发生。

3 改进建议

针对上述“四瓦一圆”低压五芯电缆中存在的缺陷，本节提出了在瓦形导体内侧圆弧半径偏大情况下增加填充和绕包的补救措施，并对安装方式的确认提出了建议，最后重新对瓦形绝缘的工艺尺寸进行了计算。

3.1 增加填充和绕包

如果制造企业在生产过程中能及时发现保护线芯过松的现象，那么就能马上采取临时措施进行弥补。通常的做法是：可在保护线芯边缘加PP绳，将四个瓦形绝缘线芯形成的中心圆与保护线芯之间的空隙进行填实，也可起到一定的稳定保护线芯的作用;对于大规格低压电力电缆，如果能采用二层无纺布或其它相应材料加强绕包，使成缆后线芯结构更加稳定，则可减少线芯从电缆中滑出的情况。

3.2 安装方式的确认

虽然大多数低压电力电缆是水平安装(通常低压电力电缆绝大部分是直埋、放电缆沟内或在桥架上)，而垂直吊装方式对低压电力电缆结构的紧凑性提出了较高的要求，因此电缆制造企业在投标或签订合同前应加强与客户的技术沟通与交流，了解电缆的使用环境和安装方式。如确认上述“四瓦一圆”低压电力电缆适用的安装方式只能为牵引头垂直吊装，或在出厂前编制相应的使用说明书，明确电缆不适用的安装方式和使用环境。

3.3 新工艺计算

上述建议只能是补救措施，要从根本上解决保护线芯滑出的问题，还是要从工艺计算着手。

对于上述YJV-0.6/1kV 4×150+1×70 mm2产品，重新对四瓦一圆结构设计并计算(参见图2)。

图2 YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2主线芯瓦形结构设计图

在瓦形线芯结构设计中，确定瓦形线芯大圆弧R是关键。根据图2，可逐步分析进行。

由此建立如下方程：

由工艺设计知：

式中，d为单线直径(mm);n为单线根数;μ为紧压线芯延伸系数(1.035～1.040);η为紧压线芯填充系数(0.83～0.90)。

方程f(R)为超越方程，一般采用“牛顿迭代法"进行求解，其迭代公式为：

采用“牛顿迭代法”，只要少数几次迭代就可以得到结果。其计算精度完全满足工艺上的要求。

为了优化算法，减少迭代次数，引入方程f(R)初解Rn。令r1=r2=0，由于T≪R，故认为：θ2≈T/R，ctgθ2≈R/T。f(R)化简为：

此方程为一个以R为未知数的一元二次方程，解此方程(取其正根)，得：

求得：

R=18.0 mm

B=20.7 mm

H=11.0 mm

根据以上设计的瓦形导体结构，挤塑绝缘层以后，经过成缆工序将形成以下比较紧密的成缆结构(见图3)。

图3 重新设计的YJV-0.6/1 kV 4×150+1×70 mm2成缆结构示意图

4 结束语

企业在设计低压(4+1)五芯电力电缆时，如采用瓦形导体结构时，对瓦形尺寸应设计精确。设计的四个瓦形导体，在经过绝缘挤塑、成缆工序后，中间形成的中心圆直径要与本身的保护线芯导体挤塑绝缘后的尺寸相匹配。

低压五芯电力电缆导体采用何种结构，可由制造企业自行设计，但是，所生产的五芯电力电缆既要满足现行国家标准的要求，也要满足客户对不同的安装方式的使用要求，只有这样才能让客户满意，企业受益。

目前虽然新的国家标准GB/T 12706.1—2008已覆盖了低压五芯电力电缆，但该标准对五芯电力电缆的某些性能指标尚未做出要求和规定，期待通过不断的实践和经验总结，新国标能更加全面。

[1] 陈 江.五芯塑料绝缘电力电缆结构探讨[J].电线电缆，2006 (5)：22-23.

[2] GB/T 12706.1—2008 额定电压1 kV和3 kV挤包绝缘电力电缆[S].

[3] 赵长令.塑力缆瓦形线芯结构和压辊设计数学模型[J].电线电缆，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

陈宁红(1959-)，女，高级工程师.

作者地址:江苏南京市光华东街5号[210007].