電(diàn)氣裝備(bèi)用電(diàn)線電(diàn)纜動态及發展趨勢

一、引言

20世紀50年代
，我國機電制造業落後，電纜配套未專業化，不具備(bèi)條件形成電氣裝備(bèi)用電線電纜類産品。60年強制貫徹“以塑代鉛”和“以塑代橡”等措施，有力推動瞭(le)技術進步，這大類産品開始形成。90年代，市場經濟逐步發展成熟，電氣裝備(bèi)電線電纜需求量劇增，發展成爲與工程配套的獨立大類産品。産值比例保持25～30%。

電氣裝備用線纜是配套産品，各品種銷售並(bìng)不穩定，有賴於其他工業的興衰。如高層建築用預制分支電纜，開始國内沒有品牌，隻能進口。分支電纜少數者，開拓市場和技術創新，獲得*的利潤回報，實現瞭國産化。在此機遇下，不少電纜廠草率上馬，價格下降到接近火並(bìng)程度，恰恰又逢國家限制高層建築建設，市場需求有所減少，高額利潤回報即成泡沫。當前用戶提出的要求越來越複雜，工廠隻能跟著(zhe)走，甚至對不合理要求，有時也得順從，進退二難。

二、近代交通工具用電線電纜

1.機車車輛電纜

電力、燃油和蒸汽動力，客車(chē)、貨車(chē)和特種車(chē)列，對電纜要求是不同的，所以這類電纜品種較多，而且有代表性，其中部分品種也可供其他車(chē)輛選用。當(dāng)前傾向性意見是：

（1）3kV及以下天然橡膠(jiāo)絕緣電(diàn)纜應淘汰。

（2）3kV及以下氯磺化聚乙烯絕(jué)緣電(diàn)纜需要保留。

（3）3kV及以下乙丙橡膠(jiāo)絕緣電(diàn)纜爲主要系列之一。

（4）3kV及以下無鹵低煙交聯聚烯烴絕(jué)緣電(diàn)纜爲主要系列之二。

（5）30kV乙丙橡膠絕緣機車(chē)車(chē)輛用電(diàn)力電(diàn)纜爲品種
。

目前基本按TB/T1484生産，GB/T12528正在修訂。機車車輛産品中難度zui大的是無鹵低煙交聯聚烯烴薄壁絕緣電纜。它們的内容有所差異，在GB/T标準中有對比表，可以查閱。

2.城市軌道交通直流電力電纜

城市軌道交通是大城市發(fā)展交通的必經之路，計劃中有關城市的城軌長(zhǎng)度公裏數：北京爲332；天津爲130；上海爲240；深圳546。其餘城市相繼開工。

輕軌用直流供電，額定電壓爲直流1500V和750V。上海申通公司制定企業标準，正極電纜爲1500V；負極電纜爲300V，導體截面爲400mm2，硬結構電纜用第2種導體，軟結構電纜用第6種，絕緣爲交聯聚烯烴和乙丙橡膠兩種，标稱(chēng)絕緣厚度爲2.0mm，絕緣外應有阻水層(céng)，其他防水層(céng)、隔火層(céng)、铠裝層(céng)均爲可選結構，護套爲低煙無鹵聚烯烴或類似合成材料組成
，護套标稱(chēng)厚度爲3.8mm。負極電纜結構隻有導體和絕緣。電纜試驗項目與一般電力電纜基本相同。

3.長定子繞組電纜

磁懸浮列車相當於(yú)直線電機的轉子，軌道相當於(yú)定子。長(zhǎng)定子繞組電纜是将電纜構成繞組，敷設在軌道的槽内。

電纜結構與軟電力電纜相似，但敷設條件嚴酷，彎曲半徑很小。長(zhǎng)定子電纜三相總用量，約爲單(dān)向軌道長(zhǎng)度的15倍。

52屆線纜研讨會

，德國發表瞭(le)關於上海磁懸浮用電纜的論文。*批在上海磁懸浮線安裝的電纜，其結構與論文叙述的結構相同，但試運行時就出現瞭(le)問題。德國更換瞭(le)全部電纜，調試後投入運行，經過較長時間後，又發生瞭(le)個别問題，二次出現問題，德國未透露直接原因。談判滬杭磁懸浮線時，德國提出電纜新結構，還強調是，在我看來這算不上是，但由法保護，也很難處理。總的感覺，德國在磁懸浮長定子繞組電纜方面，技術也不能算*成熟。長定子繞組電纜的額定電壓爲10/1.75kV（考慮20kV）；額定工作溫度爲90℃；導體爲鋁芯300mm2，絕緣爲軟乙丙橡膠，導體屏蔽和絕緣屏蔽均爲半導電乙丙橡膠，護套爲氯丁橡膠；護套外爲含氟4的半導電塗層。塗層可增加電纜敷設時的潤滑作用。52屆線纜論文中，絕緣屏蔽外有金屬屏蔽，沒有說明氯丁橡膠護套的詳細性能，僅描述有适合的電氣性能性，機械性能，耐環境性能，並(bìng)能與塗層牢固粘合。德國的磁懸浮列車試驗線路比較短，試運行中長定子電纜未出現異常。上海原來電纜敷設情況，可能是一點接地。更換的新電纜
，也就是現在運行的電纜，結構中取消瞭(le)金屬屏蔽，護套變爲半導電氯丁橡膠，半導電塗層照舊，接地方式採用瞭(le)“Ω”形金屬環，套在電纜外，定距用螺釘固定接地。

電纜研究所與工廠合作，共同研發瞭(le)磁懸浮長定子電纜，並(bìng)通過瞭(le)型式試驗和研究性試驗，爲電纜國内制造打下瞭(le)基礎。但是市場變化如風雲，今後需求量很難預測。

4.公路車(chē)輛用低壓電(diàn)線和電(diàn)纜

公路車輛用低壓電線（簡稱汽車低壓電線），通常先按照汽車布線模闆的要求加工成線束，然後将線束安裝到汽車上
。汽車線束市場不但與汽車産(chǎn)量直接有關，並(bìng)且與單台車輛配線數量密切相關，一輛低檔轎車平均用低壓電線爲800m，一輛中檔轎車平均用量爲1500m，一輛豪華名車用量達2500m。

目前汽車(chē)低壓電線的絕緣仍以聚氯乙烯爲主，但有些部位需要用交聯聚烯烴、熱塑彈性體、乙丙橡膠、矽橡膠甚至氟塑料等。汽車(chē)低壓電線的導體，除馬達線考慮用鋁導體外，其他都用銅導體。設計
，希望導體截面進一步縮小到0.10mm2及以下，銅的機械強度不能滿足安裝要求，現正在考慮用銅包鋼線
。JB/T8139-1999《公路車(chē)輛用低壓電纜（電線）》标準的品種絞少，不能*使用要求，各汽車(chē)制造公司均有自己的電線採(cǎi)購規範。當前中國汽車(chē)行業協會制訂的标準，也以聚氯乙烯薄絕緣低壓電線爲主，但實際上交聯聚烯烴和矽橡膠絕緣低壓電線的應用數量也不少。轎車(chē)，數字傳輸電纜以及光纖已有使用。

5.航空電線電纜

當前航空電線電纜有二大系列：一種是聚酰亞胺－氟46複合薄膜繞包燒結絕緣電纜，主要用於(yú)直升飛機
，已經國産化，考慮到電線質量，複合薄膜仍進口。另一種是輻照交聯乙烯－四氟乙烯共聚物絕緣電纜，是近代民用大型飛機使用較多的品種。縮寫爲X-ETFE絕緣電線。大型運輸機每架用線量達7～8噸。X-ETFE比重爲1.73，工作溫度可提高到200℃，薄壁絕緣結構單層(céng)絕緣厚度爲0.15mm，電線重量輕，相對載流量大，化學性能穩定，電氣、機械及耐輻照性能優異，也是航天飛行器使用重大品種之一。

十年後，我國自主生産(chǎn)大型客機，仍會選用這個品種。X-ETFE（X-F40）絕緣航空電(diàn)線電(diàn)纜，制造技術難度較大。幾乎每一道生産(chǎn)工序，都存在一些問題。

（1）單(dān)線束絞要求精度高，外層(céng)不允許有跳線，否則zui小絕緣厚度會不合格
。

（2）目前國(guó)内無絕緣原材料供應，需從(cóng)杜邦公司或大金公司進口。

（3）目前國(guó)内尚未解決合适的敏化劑。進口敏化劑母料粒子，困難重重。而進口可直接擠出和輻(fú)照交聯的成品粒子料，價格驚人。

（4）自行開發(fā)原材料及其混煉和造粒，在設備(bèi)和工藝上都有很大難度。

（5）電(diàn)線薄絕緣擠出不易控制，如偏心、拉伸比等參(cān)數。

（6）需研究理想的輻(fú)照劑量，以獲(huò)得*的交聯度。

（7）需研究經過輻照電線的後處(chù)理條件，否則
，電氣性能和機械性能，不一定能*達(dá)到标準要求。

6.船用電纜

我國造船将接近年産(chǎn)1000萬噸，上海還在建設更大的船廠(chǎng)，據說世界*。當前各船用電纜制造廠(chǎng)船纜的訂貨情況樂觀。民用船舶用阻燃電纜*符合IEC标準水平，無鹵低煙電纜成束燃燒普遍能達到A類要求。絕緣材料的主流是交聯聚烯烴和乙丙橡膠，天然－丁笨橡膠已淘汰。某些電纜廠(chǎng)能按荷蘭标準制造控制和儀表等電纜。

船舶的一般電(diàn)線電(diàn)纜都能國内供應。的深水縱向密封電(diàn)纜已突破常規水平，深度可超過600m。防衛用特高抗拉強度聲納電(diàn)纜，也達(dá)到很高的水平。

7.新材料的開發

除船用電纜外，所有車輛用電線電纜
，在非動力系統使用範圍方面，有一個共同特點，就是要求輕、小、薄壁絕緣、耐磨、耐油、阻燃和耐濕，有的要求耐溫等級爲125℃，少數爲150℃。由於(yú)電線用量比較多，這樣的背景下，選用氟塑料絕緣是不經濟的
，因爲氟塑料價格過高，性能餘度過高，當前交聯聚烯烴的性能並(bìng)不理想，根據很多電線抽樣試驗結果，交聯聚烯烴絕緣線常處於(yú)合格邊緣，因此不夠安全可靠，制造過程又需要多一道輻照交聯工序。假如換一種思路，如放棄交聯聚烯烴，開發新材料，可能效果更好。

開發和推廣新材料希望滿足以下要求：a）工作溫度爲125～150℃。b）可熱塑擠出加工，不必交聯。c）可擠薄壁絕緣。c）相對(duì)柔軟，便於(yú)安裝。d）主要性能超過交聯聚烯烴。e）原料來源可靠。f）開發期限短。g）價格可以接受。

聚酯（PET）、聚對(duì)苯二甲酸丁醇酯（PBT）、聚醚砜（PES）、聚醚醚酮（PEEK）是可以開發(fā)的材料，但需要改性。

PEEK的性能
，不過(guò)價格太高。可定位的工作溫度：PET爲120℃，PBT爲150℃，PES爲150℃，PEEK爲200℃，這些材料的彈(dàn)性模量高
、基本無毒、能阻燃自熄，可擠出成型，可擠出薄壁絕緣。

三、核電站1E級電纜

　　1.總的發展形勢

　　核電站建設的審批權，我國高度集中，預計到2020年以前，将新建27座到32座百萬千瓦級的核電機組
。也就是說，從(cóng)2004年算起，在16年中
，新增核發電裝機容量将達(dá)3000萬千瓦左右，每年有二到三個核電機組開工建設。到2020年核電在總發電容量中的比重将從(cóng)目前1.8%上升到4%。

　　由於(yú)目前核電站的運轉要大量水源，所以規劃核電站主要布局是考慮東南沿海省份。關於(yú)核電建設的投資問題，國外經濟專家認爲要完成這樣大規模的核電工程建設，按保守的估計，投資也在400億美元以上。中國核工業集團公司，希望新建核電站的平均國産(chǎn)化率能夠達到60%，估計有240億美元（約2000億人民币）的貨物可能國産(chǎn)化。

　　從我國電線電纜行業分析，在目前電纜制造技術水平上再進一步改進設備(bèi)和産(chǎn)品開發，電線電纜的國産(chǎn)化率可達到95%以上。我國目前建設的核電站主要是壓水堆系統。

　　2.K3類電(diàn)纜四十年使用壽命的確(què)認

　　驗證壽命有一定的抽象含義，阿累尼烏斯公式是常用的手段。新材料壽命評定試驗是一項研究工作，不應是标準考核指标，40年時間很長(zhǎng)，用相對較短時間加速老化試驗
，推算結果，也不會剛好等於(yú)40年，可能爲20～60年之間，這不能輕易判定新材料是否符合使用要求。

　　加速老化試驗方案設計的溫度範圍
、溫度級差、試樣形狀、試樣與空氣接觸(chù)表面積、試樣厚度、試樣制作工藝、批量試樣材質均勻性、試樣壽命終止參(cān)數以及烘箱換氣量等等，均對推算結果有影響。設計一個比較的方案，需要經過多次的前期驗證工作，才能得到比較滿意的結論。

　　我國生産的1E級K3類電纜已有多年，通過鑒定的産品，都進行過40年壽命評定。出於(yú)各種利益，有的認爲有效；有的認爲基本可信；有的認爲基本不可信；更有的認爲要重新開始洗牌。其實隻要用戶認可，才是實在的。不妨讀一下美國的觀點，這一解釋可參(cān)考EBASCO規範對於(yú)物理壽命試驗的結論中得到證實。

　　該結論内容如下：《在電纜設計壽命期間，電纜工作中所出現情況，在實驗室内找不到*等效施加物理條件的加速試驗方法，隻得應用阿累尼烏斯技術或其他實驗室技術。加速熱壽命試驗隻能提供材料的相對熱壽命數據，進一步看，由丁基橡膠絕緣電纜推測(cè)的結果說明，採(cǎi)用阿累尼烏斯技術的加速壽命試驗數據，外推法所導出的壽命時間，比實際壽命低。雖然這樣的數據，作爲許可的概括性原則是不充分的。

　　然而看來似乎可以說明這樣一點：一種新型絕緣加速熱壽命情況，與這種新絕緣已經得到充分確(què)認具有*的長期服務記錄，二者的對比是這種新絕緣能夠長期使用的有利的證明》。從這個結論得到啓發，用於(yú)低壓電纜的正常質量的非阻燃交聯聚乙烯絕緣，自發明至今zui長的輻照交聯已超過50年，化學交聯和矽烷交聯也超過40年，從長期90℃熱壽命來看，達到40年的運行壽命上已沒有懷疑。但是用於(yú)低壓電纜的正常質量的高填充物無鹵阻燃交聯聚乙烯絕緣，自發明至今zui長的材料未超過30年，實際使用中未發生熱老化而失效，當然要證明達到40年運行壽命的理由還不夠充分。

　　但是應用相對(duì)溫度指數對(duì)比試(shì)驗，仍可以說明它的本質問題。

　　3.無鹵低煙阻燃熱塑型聚烯烴護(hù)套的開(kāi)裂

　　無鹵低煙電纜料的三角形概念，至今仍有效。電氣、機械、阻燃性能三足鼎立，一隻角度大瞭(le)。另二隻角度就減小瞭(le)。無鹵低煙護套的開裂是比較嚴重的缺陷，進口電纜也有發生開裂。爲此材料和電纜廠都費盡心機，也不都有把握。護套開裂問題，並(bìng)不隻發生在核電站，其他産品也出現這類事故。以下提出瞭(le)一些注意的問題，有助於降低護套開裂的幾率：

（1）選擇斷(duàn)裂伸長(zhǎng)率較高熱塑護套料，如200%，但成本增加，氧指數也降低。

（2）採(cǎi)用較大的擠塑機(jī)，控制較小的擠出量。

（3）採(cǎi)用低壓縮比螺杆，用目數小的濾網，選擇适配護(hù)套料。

（4）加強(qiáng)控制各段螺杆溫度、機(jī)頭和模口溫度。

（5）採(cǎi)用交聯型無鹵低煙護套，成本增加，設備(bèi)需改造。

（6）還(hái)有其他途徑，假設採(cǎi)用EVM橡膠，VA含量40-80%，情況又如何？

4.無鹵低煙護套電(diàn)纜的抗開裂性檢驗的嘗(cháng)試

現行标準的抗開裂試驗方法，不能有效的檢驗護(hù)套的抗開裂性，至還(hái)今沒有标準的檢驗法。在試樣上造成預應力，是能促使開裂的主要因素。

（1）取4或8段成品電(diàn)纜作爲試樣，分别在四個方向彎曲試樣，試樣二端綁(bǎng)在一起固定，圓圈的内徑取電(diàn)纜外徑的4～8倍。使電(diàn)纜在四個方位有拉伸預應力。

（2）将試樣進行冷熱循環處(chù)理，高溫點不高於(yú)電纜工作溫度，低溫點不低於(yú)零下10℃，高溫持續2h，室溫2h，低溫2h，室溫2h,這樣作爲一個冷熱循環，循環次數自定，不同材料的循環次數不一定相同。

（3）所有樣品的護(hù)套應無開(kāi)裂。

（4）也可剝(bō)下護套，沿圓周四個部位切取4或8個條形試片，取直徑爲3～6倍試片厚度的銅棒，條形試片纏繞在銅棒上，並(bìng)加以固定，進行上述冷、熱循環試驗。循環次數自定，試片無裂紋。

要完*無鹵低煙護套的開裂，確(què)實有一定難度，假如換一種思路，走低煙低鹵橡膠型技術路線，問題就能迎刃而解。zui近美國介紹核電站用電纜，並(bìng)不強調無鹵低煙，建議採用低煙氯磺化聚乙烯護套。如果我國從美國引進核電站技術，也許會改變*認可無鹵低煙技術路線。

5.關於K1類電纜

K1類電纜的用量比K3類電纜少得多，而開發成本高出數倍，因此研發K1類電纜廠(chǎng)也相對少得多。目前少數電纜廠(chǎng)的一部分K1類品種電纜通過瞭(le)技術鑒定。

根據經驗，K1類電纜採(cǎi)用乙丙橡膠絕緣和乙丙橡膠護套結構，比較有把握通過洩漏事故試驗。交聯聚烯烴絕緣和交聯聚烯烴護套結構，相對不易通過洩漏事故試驗。當(dāng)然不是排斥採(cǎi)用交聯聚烯烴。

　　目前國内的洩漏事故試驗，在原則上參考IEEE383－1974進行，該标準本身也說明試驗條件允許變(biàn)動，前幾年國内試驗設備(bèi)不完善，試驗方法未規範化。

　　據說現在北京的試驗條件比較好，並(bìng)與核工業設計院結合。目前上海還不能完整地進行洩漏事故試驗。關於(yú)洩漏事故試驗的具體程序，國外、國内都不*相同。就是同一個國家，現在和過去的程序也不*相同。總的來說，由於(yú)試驗經驗不夠，目前要肯定哪一種程序，zui爲正統，zui有性，還需要進一步研讨。