【電纜網訊】1. 電力電纜在中壓電網中的應用情況
截至2014年底，國家公司6-20千伏配電線路電纜約40萬公裡，電纜化率為12.6%；其中城市配網電纜27萬公裡，電纜化率為47.1%，同比增加4.1%；縣域配電網電纜12萬公裡，電纜化率為4.8%。電纜敷設方式主要有直埋、電纜溝、排管、隧道、橋梁、水底敷設等。電纜通道中排管敷設佔46.4%；直埋敷設佔26.3%；電纜溝敷設佔14.6%；隧道敷設佔8.3%；橋梁等其它方式敷設佔4.4%。在運的電纜中以銅芯電纜為主，鋁芯電纜所佔比例較低不足5%,。其中國網浙江公司相對鋁芯電纜所佔比例相對大些，浙江電網所轄10kV~35kV電纜45684km，鋁芯電纜3649km，鋁芯電纜佔該電壓等級電纜的7.989%。浙江電網在運的鋁芯電纜，大多數從2009年下半年以後投運，根據三年左右的運行記錄，共發生鋁芯電纜故障停運29次。故障主要發生在電纜附件，尤其是中間接頭共發生19次，佔故障的65.52%，中間接頭故障除1次外力破壞外，其餘18次均為接頭擊穿；其他分別為電纜終端、外力破壞、施工原因等，鋁芯電纜故障以500mm2電纜故障情況尤為突出，共發生18次，佔總統計故障的62.07%，其中有14次為電纜中間接頭絕緣擊穿或爆炸，佔電纜中間接頭故障的78.8%。據了解目前對大截面鋁芯電纜的中間接頭施工工藝還未完全解決可靠、穩定、成熟的現場壓接技術問題。
2. 交聯聚乙烯銅芯、鋁合金電力電纜結構尺寸、電氣性能的對比分析
鋁合金與銅相比，在同等截面等長度的情況下，電導率是銅的61.8%，載流量約為銅的78%，銅比重為8.9克/釐米³， 鋁比重為2.7克/釐米³，同樣截面積電纜，鋁合金電纜重量僅有銅芯電纜的一半多。由於鋁合金電纜重量輕特點，特別適合用於大跨度的建築，如體育場館、會展中心等建築物的電纜敷設，採用鋁合金電纜可減輕對建築鋼結構的負重，節約鋼結構的費用。另外，採用鋁合金電纜對高層建築來可以降低垂直敷設電纜的難度和工作量，節省人工成本，同時也減少了由於電纜施工中可能造成本體損傷的風險。由於鋁的熔點是660℃，因此火災發生時需要連續供電的消防線路不得選用鋁合金電纜。
國際電工委員會標準IEC287-3-2/1995提出了電纜尺寸選擇以導體截面經濟性最佳的觀點：電纜導體截面的選擇，不僅要考慮電纜線路的初始成本，而且要同時考慮電纜在壽命期間的電能損耗成本，因此要從經濟電流密度來選擇電纜截面。根據電纜截面的規格分布，將鋁合金電纜的截面增加1.5倍左右，載流量與電壓降等電氣參數與銅相當。銅纜與鋁合金電纜的安培.公裡電壓降比值和截面比見表1
表1 銅纜與鋁合金纜的能耗比
| 銅纜截面 | 電壓降 | 合金電纜截面 | 電壓降 | 壓降比 (合金/銅) | 截面比 (合金/銅) |
| cosØ=0.8 (%/A*km) | cosØ=0.8 (%/A*km) | ||||
| 35 | 0.249 | 50 | 0.276 | 110.84% | 1.43 |
| 50 | 0.18 | 70 | 0.203 | 112.78% | 1.40 |
| 70 | 0.134 | 120 | 0.126 | 94.03% | 1.71 |
| 95 | 0.105 | 150 | 0.105 | 100.00% | 1.58 |
| 120 | 0.087 | 185 | 0.089 | 102.30% | 1.54 |
| 150 | 0.074 | 240 | 0.074 | 100.00% | 1.60 |
| 185 | 0.064 | 300 | 0.063 | 98.44% | 1.62 |
| 240 | 0.054 | 400 | 0.052 | 96.30% | 1.67 |
相近能耗下，鋁合金芯電纜的截面要比銅芯電纜的截面大兩個規格，也就是說，鋁合金電纜大於銅芯電纜兩個規格才可以達到相近的載流量。增大導線截面積對電纜敷設、電纜通道的結構尺寸和電氣性能都帶來了影響。
2.1 採用鋁合金電力電纜結構尺寸的影響
按照配電網規劃技術導則要求，配電網電纜主幹線截面積宜綜合飽和負荷狀況，線路全壽命周期一次選定。 10kV主幹線的電纜截面積銅芯一般為240mm2～400mm2，如果選擇鋁合金芯電纜則要選擇400mm2～630mm2。10kV分支線的電纜截面積銅芯為150mm2～240mm2,如果選擇鋁芯電纜則為240mm2～400mm2，電纜截面積增大在電纜敷設帶來一些問題。採用大樣截面用三芯電纜其重量，和彎曲半徑也隨之增加很多，受場地環境，施工敷設方法，人工，機械的限制，給運輸和施工帶來許多困難，也增加了許多工作量。因此，目前10kV三芯電纜選用的最大截面是400mm2，大於400mm2一般選用兩根240 mm2的三芯電纜。
電纜敷設的通道資源也是主要的電纜建設和運行成本之一。城市電網中近一半電纜是排管敷設，選用鋁合金電纜在排管敷設時，則排管孔徑比選用銅芯電纜的孔徑大一到兩個規格或採用兩個管孔，這樣選用鋁合金電纜增加了排管的建設和運行成本。對其它敷設方式增加截面後同樣也會增加佔地，增加了建設和運行成本。
電力電纜在敷設安裝時。在各彎曲處產生不同方向的拉伸力，並產生導致電纜損壞的動態壓力，而且電纜在敷設安裝牽引時所產生的動態壓力比電纜靜止時大的多，所以在各種情況下，電纜的彎曲半徑應儘量大些。電纜最小彎曲半徑計算公式為：R=FD；
式中：R——電纜彎曲半徑， mm；
D——電纜外徑，mm；
F——電纜最小彎曲半徑係數。
由於電纜截面積的增大電纜外徑增加，電纜彎曲半徑也隨之增加，勢必增加電纜的轉角井和入口井的佔地面積，同樣也增加了電纜通道的建設和運維成本。10kV三芯交聯電纜外徑和最小彎曲半徑見表2。
表2 8.7/15kV交聯聚乙烯電纜近似外徑和最小彎曲半徑
|
標稱截面/mm2 | 三芯電纜近似外徑 | 三芯電纜最小彎曲半徑 | ||||
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| 無鎧裝 | 有鎧裝 | ||||
| 無鎧裝 | 有鎧裝 | 一般安裝 | 終端安裝 | 一般安裝 | 終端安裝 | |
| 120 | 63 | 69 | 930 | 744 | 828 | 690 |
| 150 | 67 | 73 | 990 | 792 | 864 | 720 |
| 185 | 71 | 77 | 1050 | 840 | 912 | 760 |
| 240 | 76 | 83 | 1125 | 900 | 984 | 820 |
| 300 | 81 | 88 | 1200 | 960 | 1056 | 880 |
| 400 | 88 | 95 | 1305 | 1044 | 1140 | 950 |
2.2 採用鋁合金電力電纜電氣特性的影響
（1）系統短路時電纜的允許溫度和熱穩定性
電纜的選擇還要考慮正常和短路時電纜最高允許溫度，銅芯和鋁芯電纜線路在系統正常和短路時電纜導體最高允許溫度見表3。鋁合金電纜在短路時最高允許溫度低於銅芯電纜，在選擇時需要考慮。
表3 電纜線路在系統正常和短路時電纜導體最高允許溫度
| 導體種類和材料 | 電纜導體最高允許溫度（℃） | ||
| 正常 | 短路 | ||
| 10kV交聯聚乙烯電力電纜 | 銅芯 | 90 | 230 |
| 鋁芯 | 90 | 220 | |
電纜的選擇除應按照允許溫度確定允許電流外，還應驗算在短路情況下的熱穩定性。當熱穩定不足時，增大電纜截面直到適合為止。根據《電力工程電纜設計規範》GB50217-2007，按短路熱穩定條件計算電纜導體允許最小截面的公式如下：
計算（本文略去計算過程），可得銅電纜熱穩定係數C銅=137，鋁合金電纜熱穩定係數C鋁合金=90，在通過相同的短路電流，並且短路持續時間相等的情況下，鋁合金電纜的截面必須為銅電纜截面的1.52倍及以上才可以滿足熱穩定的要求。另外，鋁合金電纜短路時熱穩定
係數低於銅芯導線，在選用鋁合金電纜時一定要進行熱穩定校核，確保其滿足熱穩定的要求。