作為電力傳輸的載體，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，如果出現故障，將會導致大面積停電事故，產生的影響較大，帶來較大經濟損失，國內外有許多這樣的事例可證明。

透過“熱脹冷縮”這一基本物理現象分析電力電纜在運行時產生的溫度自應力、溫度自應變。由于材料的塑性熱收縮也會對系統產生的影響。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，使電纜結構內材料的機械物理性能產生變化。這種因熱產生的應力和應變相對較小，但電纜軸向長度一般較長，因而產生的絕對值則不少，這種現象主要表現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。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。

產生原因

電力電纜在生產后與常溫相同，但電力電纜負荷運行時會產生一定的溫度，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，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。

表2 電纜材料的平均線膨脹系數

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，電纜運行時表現為熱膨脹伸長，恢復常溫時則表現為收縮。

從材料特性來講，金屬材料的膨脹率比塑料材料要小得多，但熱變化產生的危害要比塑料絕緣護套產生的影響要大得多，是因為金屬強度較大，特別是大截面的電力電纜，一旦產生熱伸長，將對電纜接頭、終端，甚至于電氣柜產生較大的破壞。電纜結構內金屬包括導體、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滑落現象；在電纜的彎曲處易出現嚴重位移。
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。）