插拔式高压电缆头(高压电缆附件工艺要点和安装注意事项)

Posted 2023-05-27

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插拔式高压电缆头(高压电缆附件工艺要点和安装注意事项)

一、电缆附件基础知识介绍

电缆附件的定义

电缆终端和电缆接头统称为电缆附件。
电缆终端是安装在电缆线路的两端，具有一定绝缘和密封性能，使电缆与其他电气设备连接的装置。
电缆接头是安装在电缆与电缆之间，使两根及以上电缆导体连通，使之形成连续电路并具有一定绝缘和密封性能的装置。

电缆附件的分类

二、电缆附件所需解决的问题

1. 应力控制

当电缆与其它电力设备连接或电缆与电缆连接时，需剥去一定长度金属护套和外半导电层，当导体施加电压后，在电缆绝缘屏蔽层切断口处将产生电场集中现象，此时就需要对此处的电场集中进行改善和控制，使电场分布和电场强度处于最佳状态，从而保证电力电缆及附件的可靠运行。因此，电应力控制是电力电缆附件中极其重要的部分。

为了分析电缆绝缘屏蔽层断口处的电场情况，通常用电力线和等位线（等电位线）来形象化的表示电场分布状况。

（1）电力线与等位线直角相交（正交）；

（2）用电力线分析电场时，集中的部位电场强度高；

（3）用等位线分析电场时，曲率半径愈小的地方场强越高。

如何解决电场集中？

为了改善电力电缆绝缘屏蔽层切断处的电场集中，一般采用 :

a.几何型电应力控制法：

采用应力锥缓解电场应力集中。
b.参数型电应力控制法：

采用高介电常数材料或非线性电阻材料缓解电场应力集中。

几何型电应力控制法(应力锥)：

几何型电应力控制法就是改变电场集中处的几何形状，降低该处的场强。

• 应力锥

通过建立应力控制部分径向场强与轴向场强的关系得出应力锥曲线。

• 应电缆外屏蔽切断处的电场分析

• 应力锥在组合绝缘中的电场分析

应力锥材料选择

目前常用的应力锥材料主要有硅橡胶（SIR）和三元乙丙橡胶（EPDM），其特点分别如下：

硅橡胶有较好的耐气候性、憎水性、弹性、伸长率（硅橡胶≥450%，三元乙丙橡胶≥350%）、耐漏电痕性能，一般用来生产高压整体预制式终端、中低压冷缩式户、内外终端及冷缩中间接头等产品。

应力锥绝缘材料

三元乙丙橡胶分子致密度高，硬度高（三元乙丙橡胶绝缘料≤70A,半导电料≤75A硅橡胶绝缘料≤30A,半导电料≤55A）、抗撕裂性好、弹性模量大、抗张强度高、工频击穿强度高，且与硅油有较好的相容性，因此，它适宜于生产高压整体预制式中间接头主体以及套管式终端、GIS终端、装配式接头等带有机械压紧装置产品的应力锥；这些产品采用三元乙丙胶制造，能使产品对电缆的绝缘界面抱紧力更大，界面特性更好；采用三元乙丙橡胶制造应力锥，能更好地发挥它高电气击穿性能的优点，使其几何尺寸较小，电气绝缘裕度更高。

应力锥安装方式分类

· 日式结构

这种结构的特点是在应力控制单元上增加一套机械弹簧装置以保持应力控单元与电缆之间界面上的应力恒定（如右图所示），另外，与欧式结构相比，它在应力控制单元的外面多了一个应力锥罩，它将应力控制单元与终端内绝缘填充剂基本隔离，而且将应力控制单元固定于一个固定位置。日本和韩国的大多数电缆附件制造厂商采用了这种结构。目前，这种结构的户外终端在国内各大电力系统应用最为广泛。日本住友、古河、韩国LG 、LS等公司产品都属这种结构。

日式结构示意图

· 欧式结构

欧式结构高压交联电缆终端应力控制部分为无弹簧托紧机构橡胶应力控制单元。该结构将橡胶应力控制单元采用机械扩张后或在安装现场借助专用安装工具将其套装到电缆上。该结构终端没有将应力控制单元与绝缘填充剂隔离的部件，安装完成后，应力控制单元直接浸泡于绝缘填充剂内，该结构终端也没有弹簧锥托机构，完全依靠应力控制单元材料自身的弹性保持应力控制单元与电缆绝缘之间的界面性能。终端与应力控制单元间的密封依靠绕包的各种带材或是在应力控制单元下端装一金属法兰，通过金属抱箍或尼龙扎带扎紧来保障。欧美一些国家的电缆附件制造厂商，例如大家所熟悉的瑞士BRUGC，意大利Pirellis.p.a.，法国ALCATEL,德国AEG和SIMENS、CCC等公司产品都属这种结构。

日式与欧式高压交联电缆终端结构特点对比分析

1. 界面性能保障

2. 密封性能保障

3. 对应力锥溶胀现象的处理

4. 安装与成本

66-220kV瓷套/复合套管终端

66-110kV 预制式户外终端

参数型电应力控制法

其原理是采用合适的电气参数的材料复合在电缆绝缘屏蔽末端切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。（改变表面性能参数）

两种应力控制法性能对比

在应力控制中，虽然参数法控制电场分布有体积小、结构简单等优点，但对于高压电缆来说，应力层中材料参数的选择至关重要，体积电阻率选择太小，会使应力层在运行时电阻电流发热而老化，同时介电常数过大，电容电流也会产生热量而使应力层发热老化，故必须根据电压等级选择应力材料参数。应力锥结构虽然参数比较容易控制，但体积较大，加工工艺要求严格，如果喇叭口制做的不合适会引起电场在此集中，特别是现场绕包的应力锥更易出现操作缺陷，而预制式应力锥基本能够克服上述缺点，因而是目前国内、外较常采用的一种方法。

2. 绝缘恢复

绝缘恢复需考虑的问题

绝缘配合的界面特性

XLPE绝缘电缆，由于其绝缘材料的特殊性能，使这种电缆的绝缘强度很高，在一般情况下，本体主绝缘击穿的可能性很小，同时配合交联聚乙烯的电缆附件，都是用很好的绝缘材料制成，附件本身的绝缘不成问题，所以关键要解决电缆绝缘本体和附件之间的界面问题。

电缆绝缘配合界面的安装要求

电缆绝缘外径与应力锥内径之间应采用一定的过盈配合；
电缆绝缘状况良好，不能有水分、潮气、杂质等现象；
电缆绝缘表面应光滑、圆整，不能有凹坑、台阶、刀痕、成型工艺凸筋等缺陷；
为改善电缆绝缘表面性能，通常在电缆绝缘表面涂抹硅油（或硅脂）润滑界面同时填充界面上的气隙；
电缆附件范围内的电缆处理应笔直，避免弯曲，否则容易导致绝缘界面上承受的橡胶件界面压力不均，从而导致出现爬电现象。

界面压力

交联聚乙烯绝缘电缆附件界面的绝缘强度与界面上受到的抱紧压力有指数关系：

相关数据显示，界面压力98 KPa时，击穿强度能达到3kV/mm以上，界面压力达到500—588 KPa，击穿强度能达到11 kV/mm。

提供界面压力的方式

· 过盈配合

· 弹簧锥托结构

电缆绝缘回缩

XLPE材料在生产时内部存留应力，当电缆安装切断时，这些应力要自行消失，因此XLPE绝缘电缆的回缩问题是电缆附件中比较严重的问题。

在中低压电缆中间接头中，半导电屏蔽管一般选得比较长，使它的长度两边分别和绝缘搭接10～15mm（见图），起到屏蔽作用，即使绝缘回缩，一般也只有10mm以下，屏蔽作用仍然存在。

现场用于消除电缆绝缘回缩应力的方法

用加热带绕包在每相电缆绝缘上，加热不可超过80℃，保持3～6h。经过这样处理后的电缆绝缘95％以上的回缩应力能够消除，剩余部分对接头安全没有影响。

加热完成后，套上塑料袋做好防水密封措施，并用宽PVC胶粘带将袋口密封好。注意：冷却时间至少需6小时以上；待电缆已完全冷却电缆已完成校直，方能进行下一步骤。

加热校直后要求达到：每600mm长度，弯曲偏移产生的间隙不大于2mm。如加热校直后电缆仍有明显弯曲、校直效果不理想，应重新进行加热校直工序，直至达到电缆校直要求为止。

3. 导体连接与引出

材质要求：连接材料的材质(铜、铝含量≥99.95%) ；

尺寸要求：金具与导体的配合尺寸：0.5～1.5，规格相符；

金具的热处理要求：铜：HB≤62，铝HB≤25；

金具实体截面与导体截面的比值：铜≥1.2；铝≥1.5；

端子板部要求：板部要求平整；

形状要求：去尖角毛刺，连管端部倒圆角及斜坡。

接触电阻：压接接头的接触电阻与等长导体的电阻的比值≤1.2；

温升试验：压接接头的温升不高于导体的温升；

拉力试验：铜≥60N/mm2，铝40N/mm2，最大20kN,不发生滑移。

导体连接方式

· 压接

· 插拔式连接

导体的引出

· 出线金具

4. 外屏的连接与引出

66-220kV绝缘/直通接头

电缆金属屏蔽为何需接地？

单芯电缆的导线与金属屏蔽（或护套）的关系，可看作一个变压器的初级绕组。当电缆的导线通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将与金属屏蔽层铰链，使金属屏蔽层产生感应电压，感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比。当电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，金属屏蔽层上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。

如果金属屏蔽层两端同时接地，将使金属屏蔽层与大地一起形成闭合通路，金属屏蔽中将产生环形电流，电缆正常运行时，金属屏蔽层上的环流与导体的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的环流损耗，使电缆发热，影响电缆的载流量，减短电缆的使用寿命，甚至发生火灾。

因此，对电缆线路来说，不仅电缆外护套应有良好的绝缘性能，电缆金属屏蔽层还应采取可靠合理的接地方式。

高压电缆线路安装运行时，按照GB50217《电力工程电缆设计规程》4.1.9项要求：单芯电缆线路的金属护套只有一点接地时，未采取不能任意接触金属护套的安全措施时不得大于50V，采取有效安全防护措施时，不得大于300V。

5. 密封防水

接头密封防水性能

1）对接进行调整，接地块改为接地柱。

2）绝缘环采用注塑，并与铜壳小头整体成型，不须绕包。

3）外层绝缘采用5～6mm厚的PE绝缘护层滚塑成型，具有良好的绝缘性能。

4）外壳采用DCPD-RIM，强度高、不吸潮、不透水，并针对性的增加了密封圈（结构型式可选：对接式、哈夫式。)

接头防水试验条件：接头试样应浸入水中，使其外保护层顶点处水深小于1m ,需要时，可采用与放入接头试样并穿出密封的容器相连接的水头箱来实施应施加总共20次加热和冷却循环，水温升高到70℃-75℃。每次热循环，水温应上升至规定温度，至少保持5 h,然后冷却到不超过环境温度以上10℃范围内。可用热水或冷水来混和以达到试验温度。

恢复电缆本体结构

三、模拟工艺中的缺陷进行试验

1. 电缆接头一端应力锥与电缆外半导电层未有效搭接

2. 电缆接头一端应力锥与电缆外半导电层搭接过头

3. 电缆一端绝缘上人工涂半导电黑点（模拟半导电颗粒）

4. 电缆一端绝缘上有凹坑

5. 电缆一端绝缘表面有纵向刀痕

6. 电缆接头部位弯曲

7. 电缆一端绝缘表面洒水

局部放电试验

短时工频耐压试验

负荷循环试验

四、附件安装过程中需要注意的关键点

1. 安装环境

220kV户外终端安装平台及防护棚示意图

安装时应注意防尘、防潮、防水，施工场地应保持照明充足和清洁干净、现场温度控制在0℃～35℃、相对湿度控制在75%以下。

2. 剥切质量

严格控制剥切尺寸，每剥除一层不可伤及内层结构。

3. 外半导电层断口处理

电缆半导电口与主绝缘必须保持平滑过渡, 过渡斜坡尺寸保持40-60毫米（以安装工艺为准）。半导电口要优先保证平滑过渡，齐整度要满足安装工艺中的公差要求（一般要求峰谷差不大于5mm）,不能有明显的尖角和毛刺。在剥削时应用玻璃片直接将半导电坡口刮薄到位（直接纵向刮薄，不允许做横向修薄处理），保证坡口的平滑处理，半导电口的剥削要注意进行多次的尺寸复核，确保满足工艺要求。

注意：半导电过渡口处不允许有凹坑和台阶。再次复查电缆外半导电口末端尺寸,检查电缆外半导电口末端与电缆绝缘平滑过渡和圆整情况满足要求；检查绝缘段有无半导电残留，必须用玻璃片刮干净才允许进行砂带打磨。

局部有凹痕，产生局放，引发击穿

4. 绝缘层表面打磨

110kV及以上尽量用600号及以上的砂纸，绝缘层表面应无划痕、无半导电颗粒，要求打磨光滑，并应进行清洁、干燥处理。禁止用打磨过绝缘屏蔽的砂纸打磨电缆绝缘。

粗糙度检测仪：电缆绝缘打磨质量检查用。

绝缘表面粗糙度应满足工艺要求，如未注明建议控制在：220kV不大于100μm，110kV不大于300μm。

5. 应力锥安装尺寸

6. 密封处理

2019年5月23日，220kV瑞双一线漏油处理

220kV套管终端末端电缆未居中

7. 封铅质量

封铅焊接要求

封铅位置成圆球状，外形应匀称美观，无缝隙、无砂眼，封铅厚度不小于1-1.5厘米。电缆居中状态良好，封铅上下界面平齐；封铅两侧分别覆盖尾管/铜壳末端及铝波纹打底表面各60mm以上（必须保证搭接足够，保证牢固可靠），接口位置过渡要均匀、不能有分层、遗漏现象，必须确保密封可靠。封铅完成用硬脂酸冷却，冷却后用抹布将表面清洁干净。

两侧结合处的过渡搭接照片

2019年5月11日，110kV满地线接头制作中发现封铅不合格