作為電力傳輸?shù)妮d體，不管是高壓電力電纜還是中、低壓電力電纜，安全運行與使用是電力和電纜工作者的責任，特別是中高壓電力電纜，如果出現(xiàn)故障，將會導致大面積停電事故，產(chǎn)生的影響較大，帶來較大經(jīng)濟損失，國內(nèi)外有許多這樣的事例可證明。

透過“熱脹冷縮”這一基本物理現(xiàn)象分析電力電纜在運行時產(chǎn)生的溫度自應力、溫度自應變。由于材料的塑性熱收縮也會對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。兩種機械物理變化的不同點是，“熱脹冷縮”是可逆過程，而熱收縮是不可逆的過程。

電力電纜在載荷運行時導體和絕緣產(chǎn)生熱量，達到一定的工作溫度，電纜運行溫度升高，使電纜結構內(nèi)材料的機械物理性能產(chǎn)生變化。這種因熱產(chǎn)生的應力和應變相對較小，但電纜軸向長度一般較長，因而產(chǎn)生的絕對值則不少，這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)為電纜結構元件的熱伸縮和熱應力變化。但電力電纜的電氣和其它機械物理性能不受影響，因為電纜設計時考慮的就是工作溫度的狀態(tài)。由于電纜的徑向應變微小，對電纜應用沒有多大損害，所以我們分析時一般不作考慮。

產(chǎn)生原因

電力電纜在生產(chǎn)后與常溫相同，但電力電纜負荷運行時會產(chǎn)生一定的溫度，常見電纜材料額定工作溫度如表1所示。

表1 電力電纜的工作溫度

常規(guī)電力電纜具有導體、絕緣、金屬護套、塑料護套幾種結構，電纜用塑料與金屬材料的應力應變差異較大，如表2所示：電纜用塑料應用時都處在高彈態(tài)，其膨脹率是金屬的（10～20）倍；而金屬的應力則是塑料的（20～100）倍。因而電纜塑料材料熱伸縮和金屬材料的熱應力這兩個突出現(xiàn)在本文研究時給予重視。表2是常用電線電纜材料的平均線膨脹系數(shù)。

表2 電纜材料的平均線膨脹系數(shù)

絕緣護套的熱伸縮很復雜，絕緣護套塑料材料在受熱時，除熱膨脹外，還會塑性收縮。塑料具有拉伸放熱和收縮吸熱的性能，受熱產(chǎn)生塑性熱收縮。聚烯烴類塑性較強,熱收縮性能明顯，而PVC材料塑性較差，熱收縮是伸長的1/5，電纜運行時表現(xiàn)為熱膨脹伸長，恢復常溫時則表現(xiàn)為收縮。

從材料特性來講，金屬材料的膨脹率比塑料材料要小得多，但熱變化產(chǎn)生的危害要比塑料絕緣護套產(chǎn)生的影響要大得多，是因為金屬強度較大，特別是大截面的電力電纜，一旦產(chǎn)生熱伸長，將對電纜接頭、終端，甚至于電氣柜產(chǎn)生較大的破壞。電纜結構內(nèi)金屬包括導體、屏蔽和金屬護套，主要是銅、鋁、鋼等金屬材料。

危害

1）電力電纜的機械物理性能變化危害特點：電力電纜運行時，工作溫度一般為70℃、90℃，比常溫高了50℃、70℃，因而電纜產(chǎn)生了熱機械性能變化，電纜長度越長，絕對伸長越大。

2）在不同的敷設方式下，電力電纜的機械物理性能變化會產(chǎn)生以下的危害

1. 直埋敷設時，電纜因受到周邊土壤的限制，整根電纜無法產(chǎn)生位移，于是線芯將在熱機械力的作用下在線路的兩個末端產(chǎn)生很大的推力，引起末端位移，從而對電纜附件的安全構成極大威脅。
2. 管道敷設時，電纜因不受到橫向約束，在熱機械力的作用下電纜將產(chǎn)生彎曲變形；
3. 隧道敷設時，電纜一般均放在支架上，不作剛性固定，故電纜的熱伸縮較大，在斜面敷設時易出現(xiàn)滑落現(xiàn)象；在電纜的彎曲處易出現(xiàn)嚴重位移。
4. 豎井敷設時，電纜的自重及熱機械力有可能使金屬層產(chǎn)生過分的應變，從而縮短電纜的使用壽命。
5. 橋架敷設時，若電纜敷設在橋架中，在熱機械力的作用下電纜還會受到橋梁伸縮、振動的影響，從而損壞橋架等固定設施。

因此，熱脹冷縮產(chǎn)生的影響是電力電纜安裝時必須考慮到的一重大舉措。

3）電力電纜溫度變化對電纜性能的影響

電纜使用過程中，頻繁的電力通斷切換，會引起溫度的大起大落，這會導致電纜疲勞，使塑性變形增大，收縮量增加，影響絕緣壽命和性能；護套材料溫度變化比絕緣要小，但疲勞蠕動在一定程度上也會影響電纜防護壽命。

（摘編自《電氣技術》，原文標題為“電力電纜運行過程中的熱機械性能變化”，作者為吉啟榮、吳建良等。）