交聯(lián)電纜屏蔽層的耐溫升性能良好,長期允許工作溫度可達90℃,短期故障耐受溫度不超過250℃,其耐溫性能受材料特性、絕緣類型、敷設環(huán)境及散熱條件影響。以下是具體分析:
一、核心耐溫指標
長期工作溫度
根據(jù)IEC 60287標準,交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜的金屬屏蔽層長期允許溫度上限為90℃。該數(shù)值綜合考量了材料老化特性與安全裕度,持續(xù)超溫將導致絕緣層碳化速率加快,縮短電纜壽命。短期故障耐受溫度
在短路等極端工況下,屏蔽層短期(≤5秒)耐受溫度不超過250℃。此限值基于材料熱穩(wěn)定性與設備安全需求,避免瞬時高溫引發(fā)絕緣擊穿或機械損傷。
二、影響耐溫性能的關鍵因素
材料特性
銅屏蔽層:電阻率隨溫度上升呈非線性衰減,90℃時交流電阻較20℃基準值增加28%,導致渦流損耗提升近三成。
鋁屏蔽層:溫度系數(shù)更高(0.0043/℃),對溫升更敏感,長期高溫易加速蠕變與機械強度下降。
絕緣類型
XLPE絕緣:通過交聯(lián)改性將長期工作溫度從70℃提升至90℃,短路允許溫度從140℃提高至250℃,顯著拓展應用范圍。
聚氯乙烯(PVC)絕緣:耐溫性能較差,長期工作溫度通常不超過70℃,短期過載溫度限值更低。
敷設環(huán)境與散熱條件
直埋敷設:土壤熱阻系數(shù)應控制在1.2K·m/W以下,埋深達1.2米時環(huán)境溫度修正系數(shù)取0.85,優(yōu)化散熱效率。
空氣中敷設:需考慮日照輻射影響,架空電纜在風速0.6m/s條件下溫度梯度較靜止空氣環(huán)境降低15-20%。
多回路并行敷設:需引入群集系數(shù)(如GB/T 3956規(guī)定取0.9)進行熱效應折算,避免局部過熱。
三、溫升對屏蔽層性能的影響
材料蠕變與機械強度下降
當屏蔽層溫度連續(xù)30天超過限值5℃時,材料蠕變速率加快三倍,機械強度下降40%。例如,某220kV變電站因電纜溝積水導致散熱不良,鋁屏蔽層在105℃工況下持續(xù)運行72小時后,局部區(qū)域出現(xiàn)熔融現(xiàn)象,介質(zhì)損耗角正切值激增。溫度循環(huán)疲勞
每日溫度波動超過20℃會引發(fā)材料疲勞,3000次熱循環(huán)后銅屏蔽層斷裂伸長率下降至初始值的60%,導致機械性能劣化。絕緣層老化加速
高溫環(huán)境下絕緣材料分子鏈斷裂加速,介質(zhì)損耗角正切值增大,電性能下降。例如,XLPE材料在105℃時電性、物性、化學性能均出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點。
四、提升耐溫性能的技術措施
優(yōu)化屏蔽層結構
采用雙層螺旋繞包結構較單層縱包方式散熱效率提升18%。
增加金屬護套厚度(每增加0.1mm,徑向熱阻降低約7%),改善熱傳導性能。
改進散熱設計
在軌道交通供電系統(tǒng)中,通過優(yōu)化接地箱散熱片設計,將制動瞬間屏蔽層溫升控制在5℃以內(nèi)。
化工區(qū)電纜采用鍍鋅鋼帶+鋁塑復合帶的雙重防護結構,降低腐蝕性介質(zhì)對散熱的影響。
實時溫度監(jiān)控
建立三級溫度監(jiān)控體系:預埋光纖測溫精度達±0.5℃,間隔不超過20米;紅外熱成像巡檢周期不超過3個月;智能傳感器實時監(jiān)測電流密度分布,當局部熱點溫差超過5℃時觸發(fā)報警。
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