高壓電纜頭制作技術
 一、高壓電纜頭的基本要求 電纜終端頭是將電纜與其他電氣設備連接的 部件；電纜中間頭是將兩根電纜連接起來的部 件；電纜終端頭與中間頭統(tǒng)稱為電纜附件。電 纜附件應與電纜本體一樣能長期安全運行，并 具有與電纜相同的使用壽命。良好的電纜附件 應具有以下性能： 1.線芯聯(lián)接好 主要是聯(lián)接電阻小而且聯(lián)接穩(wěn)定，能經受起故障電 流的沖擊；長期運行后其接觸電阻不應大于電纜線芯 本體同長度電阻的1.2倍； 應具有一定的機械強度、耐振動、耐腐蝕性能；此外 還應體積小、成本低、便于現(xiàn)場安裝。 2.絕緣性能好 電纜附件的絕緣性能應不低于電纜本體，所用絕緣材料的 介質損耗要低，在結構上應對電纜附件中電場的突變能完 善處理，有改變電場分布的措施。 ★電場分布原理 高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導電 線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。 也就是說，正常電纜的電場只有 外半導體層 從（銅）導線沿半徑向（銅） 屏蔽層的電力線，沒有芯線軸 主絕緣層 向的電場（電力線），電場分 銅導線 布是均勻的。圖中閃爍的箭頭 銅屏蔽層 表示電場的電力線 內半導體層 在做電纜頭時，剝去了屏蔽層，改變了電纜原有的電 場分布，將產生對絕緣極為不利的切向電場（沿導線 軸向的電力線）。在剝去屏蔽層芯線的電力線向屏蔽 層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易 擊穿的部位。 沒有應力管的電場分布 有應力管的電場分布 電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，我們采取分散這集 中的電力線（電應力），用介電常數為2030，體積電 阻率為1081012Ωcm 材料制作的電應力控制管（簡稱 應力管），套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場 應力（電力線），保證電纜能可靠運行。下圖中左邊 是沒裝應力管，右邊是裝應力管的電場分布情況。 沒有應力管的電場分布 有應力管的電場分布 要使電纜可靠運行，電纜頭制作中應力管非常重要， 而應力管是在不破壞主絕緣層的基礎上，才能達到分 散電應力的效果的。在電纜本體中，芯線外表面不可 能是標準圓，芯線對屏蔽層的距離會不相等，根據電 場原理，電場強度也會有大小，這對電纜絕緣也是不 利的。為盡量使電纜內部電場均勻，芯線外有一外表 面圓形的半導體層，使主絕緣層的厚度基本相等，達 到電場均勻分布的目的。 在主絕緣層外，銅屏蔽 外半導體層 層內的外半導體層，同 主絕緣層 樣也是消除銅屏蔽層不 銅導線 平，防止電場不均勻而 銅屏蔽層 設置的。 內半導體層 為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應力分散，應力管 與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm，短了會使 應力管的接觸面不足，應力管上的電力線會傳導不足， （因為應力管長度是一定的）長了會使電場分散區(qū) （段）減小，電場分散不足。一般在2025mm左右。 在做中間接頭時，必須把主絕緣層也剝去一部分，芯 線用銅接管壓接后，用填料包平（圓）。這以后有二 種制作方法： 1.熱縮套管 用熱縮材料制作的主絕緣套管縮住，主 絕緣套管外縮半導體管，再包金屬屏蔽層，最后外護 套管。 2.預制式附件 所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。為中 空的圓柱體，內孔壁是半導體層，半導體層外 是主絕緣材料。 圖中藍色的為半導體層，灰色的為主絕緣層。 預制式安裝要求比熱縮的高，難度大。管式預制件 的孔徑比電纜主絕緣層外徑小25mm。 中間接頭預制管要兩頭都套在電纜的主絕緣層外，各 與主絕緣層連接長度不小于10mm。電纜主絕緣頭上不 必削鉛筆頭（在電纜芯線上盡量留半導體層）。 銅接管表面要處理光滑，包適量填料，關鍵技術問題： 附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定 的要求。 另外也需采用硅脂潤滑界面，以便于安裝同時填充 界面的氣隙，消除電暈。 預制附件一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用， 有時可采用密封膠及彈性夾具增強密封。 預制管外面同熱縮的一樣，半導體層和銅屏蔽 層，最外面是外護層。目前35KV以上電壓的 基本上都用預制式電纜附件。 下面介紹電纜附件的一些情況 電纜附件適用標準 電纜附件的標準主要有三個層次。 第一層次：IEC標準 IEC62067《額定電壓150kVUm170kV以上至 500kV（Um550kV）擠出絕緣電力電纜及其 附件的電力電纜系統(tǒng)----試驗方法和要求》 IEC60840《 額 定 電 壓 30kVUm36kV 以 上 至 150kV（Um170kV）擠出絕緣電力電纜及其 附件試驗方法和要求》 IEC60859《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金 屬封閉開關的電纜聯(lián)接裝置》 IEC60502《 額 定 電 壓 1kVUm1.2kV 以 上 至 30kV（Um36kV）擠出絕緣電力電纜及其附 件》 IEC60055《額定電壓18/30kV及以下紙絕緣金 屬護套（帶有銅或鋁導體，但不包括壓氣和充 油電纜）》第1部分“電纜及附件試驗”中第 七章：附件的型式試驗 IEC61442《額定電壓6kV（Um7.2kV）到 30kV（Um36kV）電力電纜附件試驗方法》。 第二層次：國家標準（GB標準） GB/Z 18890《額定電壓220kVUm250kV交聯(lián)聚乙烯 絕緣電力電纜及其附件》 GB/T 11017《額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜 及其附件》 GB5589《電纜附件試驗方法》 GB9327《電纜導體壓縮和機械連接接頭試驗方法》 GB14315《電線電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和 連接管》 注：GB11033《額定電壓26/35kV及以下電力電纜附件 基本技術要求》已下放為JB/T8144 第三層次：行業(yè)標準 JB標準（機械行業(yè)協(xié)會標準） JB/T8144《額定電壓26/35kV及以下電力電纜附件基本 技術要求》原GB11033 JB6464《額定電壓26/35kV及以下電力電纜直通型繞包 式接頭》 JB6465《額定電壓26/35kV及以下電力電纜戶內型、戶 外型瓷套式終端》 JB6466《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶內型、 戶外型瓷套式終端》 JB6468《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶內型、 戶外型繞包式終端》 JB7829《額定電壓26/35kV及以下電力電纜戶 內型、戶外型熱收縮式終端》 JB7830《額定電壓26/35kV及以下電力電纜直 通型熱收縮式接頭》 JB7831《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶 內型、戶外型澆注式終端》 JB7832《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜直 通型澆注式接頭》 JB/T8501.1《額定電壓26/35kV及以下塑料絕緣 電力電纜戶內型、戶外型預制裝配式終端》 JB/T8503.2《額定電壓26/35kV及以下塑料絕緣 電力電纜戶內型、戶外型預制裝配式接頭》 電纜終端電應力控制方法 電應力控制是中高壓電纜附件設計中的極為重要的 部分。電應力控制是對電纜附件內部的電場分布和電 場強度實行控制，也就是采取適當的措施，使得電場 分布和電場強度處于最佳狀態(tài)，從而提高電纜附件運 行的可靠性和使用壽命。 對于電纜終端而言，電場畸變最為嚴重，影響終端 運行可靠性最大的是電纜外屏蔽切斷處，而電纜中間 接頭電場畸變的影響，除了電纜外屏蔽切斷處，還有 電纜末端絕緣切斷處。為了改善電纜絕緣屏蔽層切斷 處的電應力分布，一般采用 以下幾種方法： 幾何形狀法 采用應力錐緩解電場應力集中： 應力錐設計是常見的方法，從電氣的角度上來看也是 最可靠的最有效的方法。應力錐通過將絕緣屏蔽層的 切斷處進行延伸，使零電位形成喇叭狀，改善了絕緣 屏蔽層的電場分布，降低了電暈產生的可能性，減少 了絕緣的破壞，保證了電纜的運行壽命。 采用應力錐設計的電纜附件有繞包式終端、預制式 終端、冷縮式終端。 從圖中可以看出，應力錐的弧形設計 使絕緣屏蔽層切斷處的電場分布加以 改善，電場強度分布相對均勻，避免 了電場集中。 參數控制法 采用高介電常數材料緩解電場應力集中 高介電常數材料： 采用應力控制層---上世紀末國外開發(fā)了適用于中壓 電纜附件的所謂應力控制層。其原理是采用合適的電 氣參數的材料復合在電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面 上，以改變絕緣表面的電位分布，從而達到改善電場 的目的。另一方法是增大屏蔽末端絕緣表面電容（Cs， 從而降低這部分的容抗，也能使電位降下來，容抗減 小會使表面電容電流增加，但不會導致發(fā)熱，由于電 容正比于材料的介電常數，也就是說要想增大表面電 容，可以在電纜屏蔽末端絕緣表面附加一層高介電常 數的材料。 目前應力控制材料的產品已有熱縮應力管、冷縮應力管、應力控 制帶等等，一般這些應力控制材料的介電常數都大于20，體積電 阻率為108-1012Ω.cm。應力控制材料的應用，要兼顧應力控制和 體積電阻兩項技術要求。 雖然在理論上介電常數是越高越好，但是介電常數過大引起的電 容電流也會產生熱量，促使應力控制材料老化。同時應力控制材 料作為一種高分子多相結構復合材料，在材料本身配合上，介電 常數與體積電阻率是一對矛盾，介電常數做得越高，體積電阻率 相應就會降低，并且材料電氣參數的穩(wěn)定性也常常受到各種因素 的影響，在長時間電場中運行，溫度、外部環(huán)境變化都將使應力 控制材料老化，老化后的應力控制材料的體積電阻率會發(fā)生很大 的變化，體積電阻率變大，應力控制材料成了絕緣材料，起不到 改善電場的作用，體積電阻率變小，應力控制材料成了導電材料， 使電纜出現(xiàn)故障。這就是應用應力控制材料改善電場的熱縮式電 纜附件為什么只能用于中壓電力電纜線路和熱縮式電纜附件經常 出現(xiàn)故障的原因所在，同樣采用冷縮應力管和應力控制帶的電纜 附件也有類似問題。 采用非線性電阻材料---非線性電阻材料（FSD）也是 近期發(fā)展起來的一種新型材料，它利用材料本身電阻 率與外施電場成非線性關系變化的特性，來解決電纜 絕緣屏蔽切斷處電場集中分布的問題。非線性電阻材 料具有對不同的電壓有變化電阻值的特性。當電壓很 低的時候，呈現(xiàn)出較大的電阻性能；當電壓很高的時 候，呈現(xiàn)出較小的電阻性能。采用非線性電阻材料能 夠生產出較短的應力控制管，從而解決電纜采用高介 電常數應力控制管終端無法適用于小型開關柜的問題。 非線性電阻材料亦可制成非線性電阻片（應力控制 片），直接繞包在電纜絕緣屏蔽切斷處上，緩解這一 點的應力集中的問題。



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