JT系列电缆低热阻保护填充介质

JT系列电缆低热阻保护填充介质

张睿

佛山市顺德区顺铁物业发展有限公司

摘要：JT系列电缆低热阻保护填充介质承接了原带电检测等电力技术服务业务，并逐步拓展新的电力技术开发和应用业务在电力技术服务的开发与产业化的实践中，摸索出了一套从可行性论证、研发到业化的一个成熟模式，先后与多家国内外先进企业、研究院及高等院校建立了战略合作伙伴关系，已成为具有一定规模的电力技术开发经营实体，研发出的电力电缆铺设后回填用材料。

关键词：JT系列；电缆低热阻；填充介质

JT系列低热阻直埋和管道敷设电缆用填充材料冠称电缆低热阻保护填充介质。该系列材料采用膨润土、细石英砂，微量元素，水等按照一定的比例，通过特殊的工艺制备而成。该电缆低热阻保护填充介质在凝固前具有很好的初始流动性，泌水率低等特点。（不像混凝土易沉淀泌水）在凝固后，与传统的材料相比，其具有高含水率和高稳定性，无害无毒等优点，能使电缆周围长期保持较低的热阻，其热阻比土壤要小，散热性好，施工时还具备可控制性凝固的特点，可以根据施工要求控制凝固时间长短，另外电缆低热阻保护填充介质的温度与湿度以及材料本身成份呈略碱性，不适合白蚁的滋生繁衍，因此能防止白蚁侵蚀电缆，不同型号材料可分别用于（硬性）电缆直埋和（软性）管道等敷设方式，特别是对温度相对高的接头部位效果更加显著。对提高直埋和排管敷设的电缆线路载流量有很大的效果。

1.JT系列低热阻电缆用填充介质研发理由

自有电缆以来许许多多专家技术人员都在为电缆的安全运行努力着，为了提高电缆运行载流量，减小敷设中的局部发热瓶颈，（如进出站线路，接头井部位，穿管铺设电缆，电容电缆等。）在电缆产品上研发出了负离子水冷却，气体冷却，油冷却等各类产品，但都因为成本高昂，生产技术与施工工艺繁锁复杂，而使电力系统发展缓慢，一度用电相当紧张，阻碍着国民经济的快速发展与人民生活水平的提高。为了防止白蚁对电缆的破坏，又研发出氯磺化添加技术，重金属铅套及高分子硬质材料电缆护套来保护电缆，以维持电网的安全运行。但氯磺化技术制造电缆时产生的毒气危害着工人健康，铅护套的慢性分解渗入土壤河流使牲畜庄稼受染，而高分子硬质材料随着电缆运行产生的高温与时间的推移，慢慢老化开裂，白蚁也开始侵蚀电缆危及电网。为了降低电缆运行温度，目前，电缆施工回填材料使用最多的就是应用建筑类混凝土技术，使用水泥黄沙14：1；混拌石子沙，混拌沥青砂，还有用94份细沙石灰加6份沥青油脂等等方法。然后回填夯实。还有用穿管技术来保护电缆，投入工作量虽大，但降温及保护效果不明显。另外直埋敷设也因为有些地区土壤热阻高受影响。

2.电缆周围介质热阻对运行的影响

大家都知道：当前交联聚乙烯绝缘电力电缆在敷设运行时，线芯，绝缘层，护层均会发生损耗，产生热量而建立热流场形成热阻，当温升到一定阶段时热阻增大，损耗就会影响电缆的绝缘介质，特别是6kV以上电缆，在高电场的作用下会加快老化，缩短使用寿命，使原本设计使用寿命20年的产品大打折扣，为了确保安全运行不得不减小输送容量或者增加电缆截面，同时还要监测电缆运行温度是否过高，以防止事故的发生。同时为了确定电缆的温升，不仅应知道电缆本身各组成部分的热阻，而且还应知道电缆周围介质的热阻，即单位热流从电缆表面散发到电缆周围介质中所产生的温差。

在电缆实际使用中，最典型的敷设情况是以下几种：直接敷设在土壤中，敷设在空气中或者是水底。1.直接敷设在土壤中是最常见的一种敷设方式，在推导敷设在土壤中的周围介质(土壤热阻)时，可近似地认为电缆表面与大地表面均为等温面，土壤为一均匀介质，当电缆运行时热流均流向大地表面，由于敷设的深度和电缆的外径不等，根据电场镜象法原理，热流会散发到土壤再流向大地表面，在此不做例算。对于铺设在土壤中的电缆，设计时土壤热阻一般取120热欧·厘米/瓦。实际上土壤热阻系数不仅与土壤组成成份有关，而且与它的物理状态有关。例如松散，多孔和干糙的土壤热阻系数就比较高，而紧密潮湿的土壤热阻系数就比较低。电缆运行经验表明，由于电缆运行中发热，使土壤中的水分向低温区扩散，致使电缆周围土壤热阻系数增高，电缆过热造成故障。另外土壤水分扩散与土壤的温度和温度梯度有关，土壤温度或温度梯度越高则水分扩散速度越快。一般来说，当土壤温度低于50c°时水分的扩散速度极慢，对热阻的影响不显著，即使有但热阻系数基本可视为恒定值。但如果要限制电缆附近土壤温度不能高于50c°时，往往使电缆不得不在低于其额定温度下运行，这样也就限制了电缆的输送容量。2.对于敷设在空气中的电缆，周围媒质热阻计算是个比较复杂的问题，电缆表面散发热量到空气中，主要不是传导作用，而是辐射作用，在通风良好的场合还要考虑空气对流作用。3.对于铺设在水底的电缆，由于水的对流作用和具大的热容量，电缆的周围媒质热阻可取等于零。

3.热阻直埋和管道敷设电缆用填充介质

综合上述几个问题，为了解决电缆直埋与管道敷设周围介质热阻对运行的影响，。我公司经过数年反复试验，在南方电网电力科学研究院，中国科学院广州化学研究所及国家电网电力科学研究院的支持下，研发了这种适用于电缆直埋和管道敷设后回填用的低热阻保护填充介质。去年起为响应政府节约能源，发展低碳经济号召，始命名为JT系列，这种介质可在搅拌站或者库房配制后运达施工现场，使施工现场无大量堆料，清洁无扬尘，回填快捷方便，保水性能优良，同比性能测试电缆表面温度下降14c°左右，提高载流量8%之多，对降低运行中电缆热阻，提高电力输送容量，防止高温造成电缆绝缘老化，延长电缆使用寿命起到很大作用。

3.施工案例

3.1项目地点：佛山地区变电站

3.1.1施工及监测布置

2009年11月15日开始对两变电站进行JT-1型回填材料施工，回填沟长约800CM深50CM。首先对电缆沟进行清理，将沟内积水抽干，将铺设电缆时遗留的杂物及泥土等清理掉，再对电缆沟里的电缆护套表面进行清洁与检查，是否有损伤等，并作修补和护层耐压试验通过。同时观察是否有渗水情况出现，必要时需封堵渗源。选取沟内两回路六条电缆，每条分别独立安装热电偶，热电偶采集器安装于电缆的JT-1型回填材料施工段中部，做好标记，复查无误。根据施工进度及设计用量配制JT-1型填充介质，并用机械泵对电缆进行逐相灌注，待尾端溢出时表示回填完成。将灌浆设备移除，封堵出入口。

3.1.2数据采集

佛山供电局所辖，佛山地区两变电站内的设备间与户外变压器间的电缆沟区域为JT-1型填充介质回填施工区域，并通过定期采集电缆护套表面温度数据进行分析，以检验JT-1型填充介质对改善电缆散热环境，提高电缆载流量的效果。

施工完成后通过定时定人对电站内已安装好的热电偶进行数据采集，每次对六个组热电偶进行20至30分钟的测温读数，同时对数据进行取值记录。热电偶测温装置测取的电缆表皮温度截屏如图1所示：

3.2传统的回填材料使用缺陷

3.2.1材料特性缺陷

施工材料是水泥，黄沙，等搅拌后使用，一旦成型干硬后，会使电缆正常运行时产生的热量被其包裹，保温阻隔使得热量难以向周围土壤散发。长期运行造成该部位电缆运行温度上升，电缆绝缘材料受高温影响加速老化，缩短使用寿命

3.2.2维修相当困难

水泥、黄沙与水的施工材料与土壤相比，热阻较大、硬度较高。当电缆发生故障需要进行开挖时，相当费力。

3.2.3容易受白蚁侵害

水泥、黄沙与水作为施工材料的电缆周围温度很高，湿度很低。温度随着向电缆周边的延伸逐渐下降，到温度湿度适宜的部位就很容易滋生白蚁。

3.2.4线路运行成本较高

水泥、黄沙与水作为施工材料的电缆线路局部瓶颈处散热环境差，介质损耗大，对正常运行的电缆载流量有一定的影响，增加了供电线路的投资成本。

结论

散热性好而且沟槽铺设静态硬度较高，但动态维修开挖也相当方便。提高电缆载流量，同样规格的电缆，载流量能增加10%。项目投资费用大大降低，按照电缆温度升高，要维持载流量就必须加大一个档次导体截面，（按照海底电缆设计规范，其陆地需要比水中截面加大一档次）这样的话费用就相当昂贵，而用此方法来回填只需要30万回路公里，如果两回路共敷设费用更低，同时再减去原来回填的人工与材料，那就更加经济了。如按延长使用寿命及安全运行方面来考量，更是无法用经济价值来估算。

参考文献

[1]卢健；刘康先；孙嘉浩.低热阻回填材料在输配电电缆中的应用[J].沿海企业与科技.2016

[2]沈杨杨；林俊；牛海清；刘坚；李光明.新型低热阻材料提高穿管敷设电缆载流量的试验研究[J].电气应用.2015