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旧话重提:钠芯塑料绝缘电缆

发布日期:[2006/3/24]    共阅[919]次
      1901年,瑞士发明家辛克莱(J.A.Simlair)取得了用金属钠作为电缆导体的第一个专利。他认为,用这种活泼金属作电缆导体时,要把它封装在惰性金属或塑料管内。他还认为,用铜或铝制作封装管最好。可是,由于这两种金属是电的良导体,并且比钠还贵,所以辛克莱的设想没有实现。

  第二次世界大战前,美国和法国又出现了一些关于钠导体电缆的专利,主要是基于钠比铜、铝更为经济的观点。1927年,美国密执安州的道化学公司首次制造出了第一根钠芯电缆,并敷设运行。这根电缆长255米,直径100毫米,钠装在一条钢管里。这条电缆在4000A低压直流电压下安全运行了10年未出事故。1941年,法国的康托泽尔(Contougene)提出了用铅管封装钠导体、并用纸或聚合物做绝缘的建议。1966年,美国联碳公司的汉弗莱(L.E.Humphery)等将康托泽尔的设想付诸实现。

  1965-1970年间,美国联碳公司和辛普莱克斯电线电缆公司共生产了45公里聚乙烯绝缘钠芯电缆,其中绝大部分用于美国。联碳公司的主要技术成就是发明了液态钠导体填充与聚乙烯管挤出一次同时完成的新工艺。挤出聚乙烯管与钠在化学上是相容的,是一种合适的挡潮层和机械加强层,也是良好的绝缘体。钠与聚乙烯组合使用,是电力电缆发展史上一项重大科技成果。

   70年代初,美国的钠芯电缆已取得了相当可观的成绩。1969年,美国制造了138 kV钠芯电缆。1972年6月,在美国俄亥俄州的莱马电网中,已敷设了138 kV短段钠芯高压电缆,这条电缆直到1979年10月未发生过事故。这条电缆的结构是:钠导体直径25毫米;高分子量聚乙烯挤出绝缘管厚度20毫米;聚乙烯管外面是2毫米厚的半导电聚乙烯绝缘屏蔽; 绝缘屏蔽外面反向绕包两层0.1毫米厚的铜带,搭盖率20%;最外层是3.3毫米厚的灰色聚乙烯防腐蚀保护层。

  钠与聚乙烯的线性膨胀系数相差数值比铜和铝都小,因此聚乙烯绝缘钠芯电缆的可靠性比铜、铝芯电缆都要高。虽然在同时挤出聚乙烯并装填液态钠时,二者接触会使钠导体表面生成一层氢氧化钠,但这并不会引起局部放电、电树枝和绝缘老化,倒是聚乙烯绝缘的外侧应加以保护。

  1979年,美国麻省理工学院的格雷诺(Peter Graneau)教授在他的《地下输电-高压电缆科学、技术与经济》一书中指出,美国第一代钠芯电缆的故障都是由于水分扩散进绝缘中,并缓慢地腐蚀了导体所致。水分与钠反映,生成了不导电的氢氧化物。格雷诺在他的那部著作中,根据美国艾科奥恩(Eichhorn)1970年发表的关于测定水分向聚乙烯绝缘中扩散的研究结果,用测定绝缘电阻的方法,推算所生成的氢氧化钠层的厚度。研究证明,钠芯电缆的寿命并不受渗入聚乙烯内的水分数量的影响。计算结果说明,运行10年后,钠导体的有效半径只不过减小1%左右,由此证明了聚乙烯绝缘钠芯电缆的可靠性。

  钠电缆重量轻而且柔软,不需要导体屏蔽,在降低电缆成本方面很有潜力。铜导体的成本大约为钠导体的10倍。在单位长度导体电阻相等的情况下,1公斤钠可以代替3. 25公斤铜。钠的比重比水小,只有0.97克/厘米3,因此钠芯电缆可以浮在水面上,很适合于水上电站和其他水上设施供电。由于钠导体重量轻,还可以在水平式设备上高速挤出大截面电缆。

  虽然钠芯电缆具有很多优点,但一直没有在世界上得到大量推广应用。其主要原因除了制造工艺要求较高以外,钠的价格波动较大,也是阻碍钠芯电缆发展的因素之一。

  我国北京电线二厂(原名)曾于1978年研制过500 V级聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套钠芯电缆,并进行了实际运行实验,结果是令人满意的。80年代初,我国有些省的机械工业部门曾经把开发钠芯电缆列为科技项目,但都没有结果。
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