铜包铝线代替铜线作为编织屏蔽材料的可行性分析

铜包铝线代替铜线作为编织屏蔽材料的可行性分析铜包铝线代替铜线作为编织屏蔽材料的可行性分析 第 期 电线电缆 月 铜包铝线代替铜线作为编织屏蔽材 的可 性分析 张险峰 马 军 管新元 江苏亨通电 电缆有限公司 江苏吴江 摘要本文对电 系统中二次保护系统用编织屏蔽控制电蜕采用钶包铝 线代替锕线作为编织屏蔽材 的性 能进 了技术分析 认为铜包铝线代替铜线作为蝙织屏蔽材 的技术 是可 的 它可以节省大 的铜资源 创 造可观的经济效益和社会效应 关 词编织屏蔽拉制电缆 编织材 铜包铝线 屏蔽性能 机械性 能 可 性分析 中圈分类号 嬲 引 言 目前我国正处于经济高速发展的时期 全国各 地都开展了大规模基础设施建设 其中 电 系统建 表征电缆屏蔽特性参数的表面转移阻抗 以及编织 层结构参数变化所引起的表面转移阻抗变化情况关 系 以讨论分析采用铝包铜线代替铜线屏蔽层在电 缆屏蔽性能的变化情况 以及采取何种措施 使其屏 蔽性能保持 变或略有提高 编织屏蔽层的结构参数 设 是日新月异 在电 系统中 电 传输和二次 控制保护系统大 使用铜导体电缆 但是铜作为一 种稀有资源价格昂贵 而铝却具有储藏 大 价格 电缆的编织屏蔽层是由金属线编织而成的 编 织作业是在含有偶数线盘的编织机上进 的 其中 宜和重 轻的特点 因此为保持社会的可持续的发 展和降低铜资源的消耗 应尽可能采用铝材 本文提出采用一种新的屏蔽材 铜包铝线代替 半数线盘以一个方向线芯线旋转 另一半线盘绕相 反方向旋转 这种编织层 可能是百分之百被覆 铜线作为电 系统二次保护系统用编织屏蔽控制电 缆的编织屏蔽材 并分别就采用两种材 的屏蔽性 能 机械性能和经济性能进 对比分析 以论证铜包 盖 两个相反方向的编织层会形成许多菱形小孔 并 且交叉的两个编织股线也 是紧密接触的 两个编 织股线间总会有间隙 图 为电缆编织屏蔽层结 构 图 是编织屏蔽层的展开图 铝线代替铜线作为编织屏蔽材 技术方案的可 性 金属屏蔽层屏蔽性能分析 为 于分析编织型屏蔽电缆金属屏蔽层屏蔽性 能 本文论述了编织型屏蔽电缆编织层的结构参数 作者简介张险峰 一 男 河南郑州人 工程师 作者地址江苏吴江市七都工业园区 图 电缆编织屏蔽层的结构 第 期 电线电缆 月 当 时 一 寻 了 丽 当口 时 一 寻 图 编织屏蔽层的展开图 丌 描述编织层结构的一次参数有 编织层的平 式中 为磁导率 一 口 均半径 每根编织线的直径 编织的股数 即编织机上锭子数的一半 每一股中的并股 的线数 即每一锭上的线数 单位长度上编织 层交叉的股数 即编织节距 描述编织层结构的二次参数有编织角 和编 织覆盖率 这两个参数与一次参数的关系为 一 口 丌口 口 编织型同轴电缆的屏蔽特性是与编织层结构密 切相关的 编织层上的菱形小孔使得外部电磁能 可以耦合进入电缆内部 在电缆内导体上产生感应 电流和感应电压 并因此影响到与电缆相连的电子 设备 描述编织型屏蔽电缆屏蔽特性的参数 表 面转移阻抗 表面转移阻抗 是表征编织型屏蔽电缆屏蔽 特性的参数 定义为电缆内导体的电流为零时 编织 屏蔽层轴向电压变化率与轴向电流之比 即 式中 为编织屏蔽层通过的电流 为内导体的电 流 为编织屏蔽层上电流产生的编织层与内 导体之间开 电压沿电缆轴向的变化率 为描述编织层结构参数与转移阻抗之问的关 系 在考虑所有可能的电磁耦合机 以及电流扩散 作用的基础上 提出表面转移阻抗 的全表达式 当编织角为 时 取负号当编织角为 时 取正号 上式描述转移阻抗由以下三部分组 成 小孔耦合电感引起的转移阻抗 这是 由于外部电磁能 穿过编织层上菱形小孔而引起 的 可由微波技术中两个波导通过小孔的耦合 论 推导 小孔耦合电感 为 口 或 一 口 口 和 分别为椭圆内第一类积分和第二类积分 编织电感引起的转移阻抗知 这是由于 两个方向的编织线编进编出 切割间隙磁通引起 的 引 编织电感 为 当口 时 一 一警 一 当口 时 一警 一 孚 式中 绝缘外径 编织层单位长度上的孔数 下 一 口 相交叉的编织股线间距离 相邻两锭之间间隙的宽度 一 一 编织层电流扩散引起的转移阻抗 为 式中 为屏蔽层直流电阻 为电导率 编织层结构的参数与屏蔽特性参数表面转移 阻抗的相互关系及分析 由于转移阻抗实数部分中 基本上等 于 故 可简化为 即编织层上电流扩 散作用引起的转移阻抗中电阻部分取决于编织层电 第 期 电线电缆 月 阻和覆盖率 而小孑 耦合电感引起的转移电感 和金属线编织引起的电感 则主要取决于编织层 或略优于原铜线编织结构 现举例分析设铜包铝线为 型 编织 密度 低于 编织总锭数为 锭 其它编织结 二次结构参数编织角和编织覆盖率 当编织覆盖 率固定 覆盖率编织角越小 转移阻抗中电感越小 编织覆盖率一定时 小于 编织覆盖率越大 转移阻抗电感越小 通过计算分析也可知 在较低 频率下 转移阻抗中电流扩散引起的转移阻抗起主 导地位 随着干扰频率的增加 转移阻抗中电感的部 分起主导作用 铜包铝线代替铜线作为金属屏蔽层材 后屏 蔽性能的分析 构参数见表 根据表 的结构参数 可按下式计 算编织结构的二次参数及屏蔽层电阻 见表 编织层电阻 卜 编织层的编织覆盖率 一 电 系统二次保护系统用编织屏蔽控制电缆 工作时 仅受到频率较低的电 系统工频电 传输 电流及其谐波电流的干扰影响 还将受到频率较高 的变频设备等传输电流和无处 在的其它各种高频 信号的影响 因此要保证编织型屏蔽电缆的屏蔽抗 干抗性能 根据上述的分析 必须相应保证屏蔽层电 编织层的单向编织覆盖率 编织层的编织角 裹 编织屏蔽层结构参数 阻 降低 同时应相应增大编织覆盖率和减织 角 以降低屏蔽转移阻抗中电感部分 综上所述 选择铜包铝线代替铜线作为编织屏 蔽材 时 可以通过适当调整编织导线的规格和编 织层的结构 例如提高铜包铝线外径以降低编织层 电阻 选择适当的并线股数以降低编织角或适当增 加编织覆盖率 将可能使调整后的屏蔽性能 低于 表 编织节距 编织角 编织覆盖率和编织层电阻 由表 可知 铜包铝线尺寸和编织结构调整后 其编织覆盖率在 变情况下 编织角和编织层电阻 都减小 电缆屏蔽层转移阻抗也会相应地减小 密度均为 金属丝外径见表 计算电缆的编织 用金属丝用 见表 表 及以下铜 铝和铜包铝线 学性能的比较 金属屏蔽层机械性能分析 表 为铜包铝与铜和铝 学性能的比较 从表 可知 铜包铝导线 学性能指标优于铝导线 接近 铜导线 由于单线规格提高 实际机械性能还有一定 程度提高 故采用铜包铝线代替铜线作为编织屏蔽 材 电缆的 学性能 低于铜线编织结构 表 电缆编织用金属丝用 编织前外径 铜线 铜包铝线及其铜 铜减少率 铜包铝 铜 铝 金属屏蔽层铜用 分析 为对比改变结构后编织屏蔽层的铜用 减少情 况 设电缆编织屏蔽前外径为 和 编织 下转第 页 第 期 电线电缆 月 图 调频 联谐振试验现场接线布置示意图 以电抗器 联为例 亵 能源部 变电所 号进线电缆交接耐压试验 被试电缆芯 试验项目 相 相 相 电缆线 进 预防性试验或交接试验 调频 联谐振试验能够模拟 电缆在 工频电压运 下的工况 并且试验设备具有正弦波 输出 自动化程度高 保护齐全 噪音小及重 轻等 优点 适合现场对 电缆线 进 耐压试验 参考文献 慕世友 划 民 冯玉柱 姚金霞 高压交联电缆现场交流耐压 试验 山东电 研究院 全清 鲍清华 电缆试验规程及变频谐振试验设备 相关 耐压试验 试验频率 试验结果 绝缘电阻 试验 未击穿 未击穿 未击穿 耐压前 耐压后 结束语 直流耐压试验 能模拟 电缆在工频 电压运 下的工况 试验效果差 对 电缆存在 一技术资 汇编 苏州华电电气技术有限公司 电 设备专用测试仪器通用技术条件 第六 部份高压谐振试验装置 高压挤包绝缘电缆竣工试验建议导则 定的危害性 宜采用直流耐压的方法对 上接第 页 从表 可知 电缆编织屏蔽用材 选用铜包铝 包铝线编织结构的电缆屏蔽抑制系数为 如果 我们以第 节的思 加大铜包铝线外径 降低屏蔽 层电阻及屏蔽层转移阻抗 则铜包铝线编织结构的 屏蔽抑制系数将会降低并优于铜线编织结构 后 节省了大 的稀有铜材 铜用 相对原用 减 小了约 以上 实验验证 根据原机械工业部上海电缆研究所提出的 高 压变电站用屏蔽型控制电缆的屏蔽性能试验方法 经由原水电部南京自动化研究所 东 电管局技术 改进局和上海电缆研究所联合发文 南字继第 号文 确认模拟试验对评定控制电缆的屏蔽性能 结论 综上所述 电缆编织屏蔽采用铜包铝线代替铜 线 只要将其规格选择略大些 并将编织结构略加调 整 电缆的屏蔽性能指标可等同于或略高于铜线编 织 电缆的 学性能也完全能够保证使用要求 并且 可以节省大 的铜资源 参考文献 马晖 等 编织型同轴电缆的编织层与屏蔽特性的研究 电线电缆 马晖 松编织