新型配电电缆屏蔽层防盗保护管的研制和应用

沈 晨 上海交通大学 国网上海市电力公司奉贤供电公司

近几年，随着城市工业化的迅猛发展，从发电站到城乡电网，从配电间到工厂街道，电缆线以其独具的特点，得到越来越广泛的应用。在郊区，电缆是直埋敷设，相对防盗性能较差，不法分子专偷电压等级在35 kV及以下交联聚乙烯登杆电缆内部的“铜带屏蔽”，严重危害了配电电缆的运行安全。

电缆有很多种类，由于上海地区应用最多的就是交联聚乙烯电缆，本文主要讨论的是35 kV及以下交联聚乙烯电缆防盗的必要性及方法。

1 电缆铜带屏蔽层接地的必要性

1.1 铜带屏蔽的作用

图1 交联聚乙烯电缆由于铜带屏蔽被盗导致燃烧

铜带屏蔽是电缆的必要组件，它的作用是将电缆内部的故障电流引向大地，从而能确保电缆的安全运行，如果铜带屏蔽被偷盗，电缆随时随地都有可能被故障电流烧毁（见图1）。偷盗者的出现极大地威胁到了电缆的正常运行。

图2 单芯交联聚乙烯电缆结构

以图2中所示单芯交联聚乙烯电缆为例，电缆结构上的“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。其中金属屏蔽层一般是由铜带或铜丝绕包而成的，又俗称为铜带屏蔽。铜带屏蔽的作用是①在正常运行时通过电容电流；②电缆在运行过程中如遇故障电流可通过接地的铜带屏蔽将电流导向大地，从而保护电缆线芯不受其影响；③将电缆运行时产生的电磁场屏蔽在绝缘线芯内，以减少对外界产生电磁干扰。

1.2 铜带屏蔽的接地方式

35kV及以下的电缆一般采用铜带屏蔽两端接地的方式，这是因为这些电缆大多数是三芯电缆，在正常运行中，流过三个线芯的电流总和为零，在铜带屏蔽外基本上没有磁链，这样，在铜带屏蔽层两端就基本上没有感应电压，所以两端接地后不会有感应电流流过铜带屏蔽层。

1.3 两端接地电缆铜带屏蔽被盗的后果

对于35kV及以下三芯交联聚乙烯电缆，其铜带屏蔽一般采用两端接地的方式（见图3），这种接地方式相较于一端接地方式的优点是电缆两端不会存在电压差，所以在屏蔽层内不会因为电压差而形成环流导致电缆本体发热。

如果电缆中有某一段铜带屏蔽被剥除，那么就会在前后两个剥除点之间形成一个电场，在电磁力的作用下导致此段电缆发热，最终将导致电缆燃烧损坏。

由此可见，电缆的铜带屏蔽如被剥除将会对电缆运行造成极大的隐患，防止屏蔽层的偷盗刻不容缓。

图3 金属屏蔽护层两端直接接地的方式

图4 铁质保护管实物图

2 新型电缆铜带屏蔽防盗保护管的技术要求

2.1 普通电缆保护管的特性

登杆电缆的根部都装有高度为1～2 m的保护管，其作用是为了防止汽车撞杆、行人误碰电缆等。一般使用较多的是塑料保护管和铁质保护管。

铁质保护管（见图4）在实际应用中较少，因为“铁”本身存在较高的交换价值，偷盗者在偷取电缆铜带屏蔽时往往将其一并偷走。而塑料保护管虽然交换价值较低，但其强度不够，碰到汽车撞杆等情况时不能有效地保护电缆本体。

同时，这两种保护管共同的缺点就是它们都是由两片管材拼装而成，只要将其连接处的螺丝拧开，便可触碰电缆本体，故它本身没有防盗的功效。

2.2 电缆铜带屏蔽防盗保护管材料的选取条件

要设计一种既能保护电缆本体免受自然或意外因素影响又能防止电缆铜带屏蔽及保护管自身被偷盗的材质，本文列出了几个“电缆防盗保护管材质”选取的条件：

（1）材质的耐腐蚀性能、抗老化性能、耐热性能、抗冻性、绝缘性要好，这样能保护电缆本体免受自然或意外因素的影响。

（2）材质的强度要高、维护及运输成本要低。

（3）材质必须是“一体式”而非“组装式”，且耐磨性要好，让偷盗者不能利用简单的工具便可将材质破坏。

（4）材质的可塑性要好，为了适应不同截面的电缆。

（5）材质本身交换价值要低，以防止材质本身被盗。

3 玻璃钢管的防盗优势

3.1 玻璃钢管的特点

玻璃钢管（见图5）是以玻璃纤维为主要材料，以高分子成分的不饱和聚脂树脂等为基体材料，以碳酸钙、石英砂等无机非金属颗粒材料为填料。有以下主要特点。

（1）耐磨性好

由于玻璃钢管主要以玻璃纤维、高分子成分的不饱和聚脂树脂及石英砂为主要材料，相较于塑料保护管其耐磨性能优良，且非组装式的安装工艺也增强对于电缆的偷盗难度。

（2）耐腐蚀性好

因为玻璃钢的主要原材料是高分子成分的不饱和聚脂树脂和玻璃纤维，故其能有效抵抗碱、酸等介质的腐蚀和未经处理的污水、化工废水、腐蚀性土壤等物质的侵蚀。

（3）耐热性好且不易传热

玻璃钢管可在-40℃~70℃的环境下长期使用，填充有耐高温树脂玻璃钢管还可在200℃以上的环境下正常工作。玻璃钢的传热系数K很小，为0.23 w/㎡ ·℃。

（4）抗冻性好

在零下20℃的气温环境下，玻璃刚管内结冰却不会发生冻裂。

（5）维护成本低

基于玻璃钢管具有耐磨、耐腐、耐热及抗冻等性能，在长时间内不需要对其进行防锈、保温等检修措施。

图5 玻璃钢管实物图

（6）可塑性好

玻璃钢管可根据各种特定的需求，如不同的压力或不同的截面等要求制造成不同压力等级及不同截面的管道。

（7）安装、运输方便

玻璃钢管不但重量轻，且安装工艺简便。玻璃钢管的内壁十分光滑，糙率和摩擦阻力很小（糙率系数为0.0084），所以它能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送时的便捷度。

（8）绝缘性好

玻璃钢不是良好的导体，其绝缘电阻较高，用作电缆的保护管时可以良好地隔离电缆的泄漏电流。

（9）交换价值低

玻璃钢的交换价值低廉，在普通地区出售基本兑换不到货币，从而避免了其自身被偷盗者盗走的情况。

3.2 玻璃钢管和其他保护管的特性比较（表1）

表1中能直观地看出玻璃钢管的防盗优势。

表1 玻璃钢管和其他管材特性比较

由此可见，玻璃钢在理论上可以做为电缆防盗保护管首选的材质。

4 玻璃钢防盗保护管的应用效果

2013年年初上海市电力公司奉贤供电公司在登杆电缆上试用玻璃钢管来代替传统的塑料和铁质保护管（见图6、图7），经过为时一年的测试和统计，发现玻璃钢管的应用有效地减少了电缆屏蔽层的偷盗率，于是供电部门开始将玻璃钢管普及至全区各处的电缆上。

时至2014年，上海市奉贤地区已有数百处35 kV及以下的登杆电缆使用玻璃钢管防盗。据统计，凡是装上玻璃钢管的电缆都没有发现过被偷盗的痕迹。可见玻璃钢管的应用有效地遏制了奉贤地区电缆屏蔽层的偷盗。

图6 玻璃钢管在10kv交联聚乙烯电缆中的应用

图7 玻璃钢管在35kv交联聚乙烯电缆中的应用

6 结语

电缆铜带屏蔽防盗玻璃钢管的应用和普及有效地遏制了外力破坏和人为盗割而引起电缆故障。且该设备结构简单、便于维护，经测试可以广泛地应用于35 kV及以下变电站的出线、用户登杆等电缆上。同时，玻璃钢管的应用使电缆的破坏难度加大、破坏时间延长，让电缆屏蔽层偷盗者的偷盗成本及风险加大而逐步放弃偷盗电缆铜带屏蔽，从长远来看，它的应用可以满足35 kV及以下电缆铜带屏蔽防盗的基本要求，对电缆的安全运行提供了可靠的保障。