中低壓電纜附件的基本知識(shí)

中低壓電纜附件的基本知識(shí)a、電纜附件：在電纜線路中各種電纜終端和接頭的統(tǒng)稱。b、電纜終端頭：安裝在電纜線線路的末端與架空線或電氣設(shè)備連接的一種裝置。c、電纜接頭：指電纜與電纜之間相互連接的裝置。接觸電阻應(yīng)小而穩(wěn)定，能經(jīng)受故障電流的沖擊，運(yùn)行中的接頭電阻不大于電纜線芯本身電阻的1.2倍。b、絕緣性能附件絕緣的耐壓強(qiáng)度不應(yīng)低于電纜本身，介質(zhì)損耗應(yīng)達(dá)到相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)和廠準(zhǔn)中三級(jí)污穢確定外絕緣長度，而外露導(dǎo)電部分對地距離和相間距離應(yīng)符合下表帶電導(dǎo)體外露部分的相同及對地最小距離6c、密封性能對于中低壓電纜附件，由于XLPE絕緣電纜附件多為干式絕緣結(jié)構(gòu)的附件，同時(shí)密封的主要作用就是防止運(yùn)行中環(huán)境的潮氣和導(dǎo)電介質(zhì)浸入絕緣內(nèi)部，引起樹枝放電等危害。對于超高壓電纜，如110kV及以上電壓等級(jí)XLPE絕緣電纜，密封不但有上述作用，而且對防止附件內(nèi)部充油的泄漏起關(guān)鍵作用。d、良好的機(jī)械強(qiáng)度附件在安裝和運(yùn)行狀態(tài)下要受到很多外力作用，如人為內(nèi)力、電動(dòng)力等，特別是110kV以上電壓等級(jí)電纜附件、電纜本身回縮、彈力等也對附件本身提出較高的要求。1)擠包絕緣電纜交聯(lián)電纜：6kV以上橡膠電纜：10kV以下2)油紙絕緣電纜：現(xiàn)很少使用以35kV單芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼絲鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜為例：5、軟銅帶(屏蔽層)7、(鋼絲)鎧裝層8、聚氯乙烯外護(hù)套1)導(dǎo)體(緊壓型線芯)的作用：c、防止擠塑半導(dǎo)電屏蔽層時(shí)半導(dǎo)電料進(jìn)入線芯；d、可有效地防止水分順線芯進(jìn)入。2)導(dǎo)電屏蔽層的作用：a、屏蔽層具有均勻電場和降底線芯表面場強(qiáng)的作用；b、提高了電纜局部放電的起始放電電壓，減少局放的可能性；3)絕緣層的作用：絕緣是將高壓電極與地電極可靠隔離的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)a、承受工作電壓及各種過電壓長期作用，因此其耐電強(qiáng)度與長期穩(wěn)定性能是保證整個(gè)電纜完成輸電任務(wù)的最重要部分；b、能耐受發(fā)熱導(dǎo)體的熱作用保持應(yīng)有的耐電強(qiáng)度4)絕緣屏蔽層的作用：保證能與絕緣緊密接觸，克服了絕緣與金屬無法緊密接觸而產(chǎn)生氣隙的弱點(diǎn)，而把氣隙屏蔽在工作場強(qiáng)之外，在附件制作中也普遍采用這一技術(shù)。5)金屬屏蔽層的作用：a、形成工作電場的低壓電極，當(dāng)局部有毛刺時(shí)也會(huì)形成電場強(qiáng)度很大的情況，因此也要力圖使導(dǎo)體表面盡量做到光滑完整無毛刺；b、提供電容電流及故障電流的通路，因此也有一定的截面要求。6)護(hù)層(內(nèi)、外護(hù)套、鎧裝)的作用：發(fā)展是保護(hù)絕緣和整個(gè)電纜正?？煽抗ぷ鞯闹匾ＷC，針對各種環(huán)境使用條發(fā)展防腐蝕、防生物等，可以根據(jù)需要進(jìn)行各種組合。三、電纜附件的分類終端：戶外、戶內(nèi)接頭：直通接頭、絕緣接頭、分支接頭瓷套式澆注式熱縮式趨預(yù)制式勢3、影響附件質(zhì)量的主要因素a、電氣絕緣性能b、熱性能(抗老化性能、散熱性能)c、附件結(jié)構(gòu)1、電力線及等位線為了分析電纜附件電場情況，通常用電力線及等位線(等電位線)來形象(1)、電力線與等位線直角相交(正交);(2)、用電力線分析電場時(shí)，集中的部位電場強(qiáng)度高；(3)、用等位線分析電場時(shí)，曲率半徑愈小的地方場強(qiáng)越高。2、電纜末端(電纜終端)電場分布3—鉛護(hù)套4—外半導(dǎo)體屏蔽層；5—徑向磁力線當(dāng)電纜的絕緣屏蔽層切開之后，在外屏蔽端口將產(chǎn)生電應(yīng)力集中現(xiàn)象，電場突然變化，并且電纜終端處電場分布畸變要比接頭中的電場畸變嚴(yán)重。3、應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)(1)、幾何法：應(yīng)力錐(如冷縮附件、高壓附件);(2)、參數(shù)法：應(yīng)力帶或應(yīng)控管(如熱縮附件)。應(yīng)力錐主要由絕緣和半導(dǎo)電兩部分組成，其中絕緣部分用以增強(qiáng)電纜絕緣，半導(dǎo)電部分與電纜外半導(dǎo)電屏蔽結(jié)合，以控制電場分布。應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)圖應(yīng)控管是通過控制材料的特殊電氣參數(shù)(對材料性能要求相當(dāng)嚴(yán)格),如高介電常數(shù)e>20,體積電阻率pv為10?—1012Q·cm,應(yīng)控管安裝在附件中，使電場中電力線在兩種不同介電常數(shù)介質(zhì)的界面上遵循一定的折射規(guī)律(如瑞典的FSD應(yīng)力控制片，是利用其電阻率與外施電場成非線性關(guān)系變化的特性，即從而降低該處電場強(qiáng)度)。兩種應(yīng)力控制方式性能對比：從上述分析可知，在應(yīng)力控制中，雖然應(yīng)力層控制電場分布有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但對于超高壓電纜來說，應(yīng)力層中材料參數(shù)的選擇至關(guān)重要，體積電阻率選擇太小，會(huì)使應(yīng)力層在運(yùn)行時(shí)電阻電流發(fā)熱而老化，同時(shí)介電常數(shù)過大，電容電流也會(huì)產(chǎn)生熱量而使應(yīng)力層發(fā)熱老化，故必須根據(jù)電壓等級(jí)選擇應(yīng)力材料參數(shù)。應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)雖然參數(shù)比較容易控制，但體積較大，加工工藝要求嚴(yán)格，如果喇叭口制做的不合適會(huì)引起電場在此集中，特別是現(xiàn)場繞包的應(yīng)力錐更易出現(xiàn)操作缺陷，而預(yù)制式應(yīng)力錐基本能夠克服上述缺點(diǎn)，因而目前是國外較常采用的一種方法。4、接頭電場分布應(yīng)力錐的曲線曲率，及屏蔽套的兩端口曲率半徑直接影響到電場分布。XLPE絕緣電纜，由于其絕緣材料的特殊性能，使這種電纜的絕緣強(qiáng)度很高，在一般情況下，本體主絕緣擊穿的可能性很小，同時(shí)配合交聯(lián)聚乙烯的電纜附件，不論是什么形式(如熱縮、預(yù)制、冷縮等)都是用很好的絕緣材料制成，附件本身的絕緣不成問題，所以關(guān)鍵要解決電纜絕緣本體和附件之間的界面問題。盡管我們設(shè)計(jì)附件時(shí)采用了適當(dāng)?shù)脑６?，保證一般電纜使用中不會(huì)出現(xiàn)問題，但由于電纜制造工藝的千差萬變，使得同一截面的電纜絕緣外徑相差非常大，例如：240mm2XLPE電纜標(biāo)稱絕緣外徑應(yīng)為φ21.5mm,而目前大多數(shù)電纜為φ19.2mm,這就帶來了預(yù)制電纜附件的安裝困難。熱縮形電纜附件主要靠附件加熱收縮過程中產(chǎn)生界面握緊力來保證界面特性，當(dāng)附件安裝完成后進(jìn)入運(yùn)行，隨著電纜負(fù)荷的變化，氣候條件溫差影響，電纜本體熱脹冷縮，運(yùn)行過程中附件不能再進(jìn)行加熱，就造成了熱縮管對電纜絕緣表面界面壓力不足，僅憑熱縮管內(nèi)壁很薄的熱溶膠彈性來保證界面特性，顯然是不夠的，以致于熱縮附件密封性能較差，油浸紙絕緣電纜最好不要使用。交聯(lián)聚乙烯電纜附件界面的絕緣強(qiáng)度與界面上受到的握緊力有指數(shù)關(guān)系，圖界面壓力與擊穿強(qiáng)度關(guān)系曲線界面正是這樣一個(gè)力的作用下保持電性能穩(wěn)定的，根據(jù)國外技術(shù)人員分析，界面壓力達(dá)到98KPA時(shí)，它的擊穿強(qiáng)度能達(dá)到3kV/mm以上，如界面壓力達(dá)到500—588KPA,它的擊穿強(qiáng)度能達(dá)到11kV/mm,而設(shè)計(jì)附件時(shí)，一般界面的工作場強(qiáng)均取擊穿場強(qiáng)的1/10—1/15取決于電纜附件的材料特性，如熱縮附件取0.05kV/mm以下，而預(yù)制冷縮附件可以取到0.2kV/mm。這種設(shè)計(jì)參數(shù)國內(nèi)外都用于附件設(shè)計(jì)中，通過較長運(yùn)行時(shí)間，證明這樣的基礎(chǔ)場強(qiáng)對于XPLE絕緣電纜是非常合適的。值得注意的是，這樣一個(gè)場強(qiáng)必須是在界面有一定壓力的前提條件下，如果不存在界面壓力，界面的長度就要和戶外的長度一樣計(jì)算。A、終端外絕緣終端外絕緣有三個(gè)要素必須計(jì)算，這就是干閃距、濕閃距和爬距(見下表)。這三個(gè)參數(shù)對外絕緣將產(chǎn)生不同的影響。對于一種附件，只有取三個(gè)參數(shù)計(jì)算出的最大絕緣距離，才能保證整個(gè)運(yùn)行時(shí)的安全。電壓絕緣等級(jí)戶內(nèi)戶外戶外戶外 一(1)、干閃距干閃距離是指上金屬電極至下金屬電極間的最短直線距離。例如，我國電纜運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：10kV戶內(nèi)電纜終端金具與地和其它相的最小距離不得小于125mm,這就是指最小干閃距離，因?yàn)樵趹魞?nèi)不存在污閃和濕閃問題?，F(xiàn)在很多10kV附件，雖然主絕緣露出長度都小于這一數(shù)值，但由于在安裝工藝中，將接線端子和接地線的一部分金屬絕緣起從而延長了主絕緣，使得總長度仍然大于125mm,對于戶外10kV附件，一般干閃距離應(yīng)大于250mm。如右圖所示，終端外絕緣長度L=a+c+d(2)、濕閃距濕閃距離是指當(dāng)雨水以45°角淋在附件上時(shí)，附件上仍存在的干區(qū)長度，如右上圖所示，a+b等的組合。濕閃電壓一般為干閃的70%~80%,當(dāng)正常運(yùn)行要求，干閃基本可以說沒有問題，當(dāng)然這不包括其它金屬物接近附件引起的閃濕閃距離=n×b(cm)式中n為裙邊數(shù)。(3)、污閃距(泄漏比距)污閃距離是指附件外絕緣從上金具至下接地部位全部絕緣表面距離。這是由于污穢是均勻附著于附件絕緣表面上的，當(dāng)有潮濕空氣將其濕潤時(shí)，就發(fā)生導(dǎo)因此附件污閃距離一般取四級(jí)污穢等級(jí)為好，也就是取3.1cm/kV;對于戶內(nèi)一般取三級(jí)，即2.5cm/kV(見下表)。例如，10kV戶外污閃距離一般應(yīng)大于3.1cm/kV×8.7kV=278.4mm。110kV戶外污閃距離一般應(yīng)大于3.2cm/kV×69污穢環(huán)境等級(jí)鹽霧法固體層法等值鹽(NaCL)密度電導(dǎo)Ⅲ一重IV-很重泄漏比=泄漏距離/額定電壓(cm/kV)終端內(nèi)絕緣的設(shè)計(jì)應(yīng)從三個(gè)方面考慮，即附加絕緣厚度、界面長度和應(yīng)力控制方式。我們在前面已經(jīng)講了應(yīng)力控制，并作了對比，因比就不再詳述。但是有一點(diǎn)還要強(qiáng)調(diào)，不同的應(yīng)力控制方式，對于主絕緣厚度影響較大，用應(yīng)力管控制終端電場，一般絕緣厚度為3~5mm,就可滿足要求，同時(shí)3~5mm厚的絕緣老化壽命能夠保證在15~20年內(nèi)外絕緣性能，機(jī)械性能不會(huì)下降。對于用應(yīng)力錐的形式控制電場的附件，附加絕緣取得較厚，因?yàn)樗峭ㄟ^幾何形狀的改變(一條復(fù)對數(shù)曲線)來改變終端電場的，一般10kV取15mm左右，此時(shí)一般不從老化角度考慮問題，主要從改善電場角度出發(fā)。35kV取終端界面長度影響因素較多，如絕緣光滑程度、干凈程度、界面壓力、材質(zhì)等，因而不能一概而論。但從前面所述的理論看，界面長度與擊穿電場強(qiáng)度有一定關(guān)系，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，再加一裕度和安全系數(shù)就能確定界面長度。目前所遇見的幾種附件界面長度大致可以由下面的方法確定。(1)熱縮附件10kV戶內(nèi)mm(考慮裕度及安全系數(shù))35kV戶內(nèi)mm(考慮裕度及安全系數(shù))(2)預(yù)制類附件35kV戶內(nèi)26/0.1=260mm以上數(shù)據(jù)是分析國內(nèi)外各制造廠商及試驗(yàn)室的試驗(yàn)分析結(jié)果而得到的?？梢悦黠@看出，預(yù)制附件的界面工作場強(qiáng)高于熱縮附件。C、終端接地終端接地線首先應(yīng)滿足良好的接地要求，只有這樣才能保證安全運(yùn)行。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)(簡稱國標(biāo))要求，電纜附件接地線應(yīng)采用鍍錫編織銅線，10kV電纜截面為120mm2及以下的采用16mm2編織銅地線，120mm2及以上的采用25件采用雙接地線制，即銅屏蔽層和鋼帶鎧裝的接地線分開焊接兩根地線，正常運(yùn)行時(shí)將兩根地線均接地。當(dāng)預(yù)試時(shí)用搖表測量護(hù)套對地阻，從而證明護(hù)套的完整性。對于35kV及以上電壓等級(jí)電纜的接地，國標(biāo)也作了明確規(guī)定，如下表高壓電力電纜接地線推薦截面系統(tǒng)電壓/kV接地線截面/mm2對于35kV及以上電壓等級(jí)電力電纜的接地應(yīng)考慮采用單端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地。這是因?yàn)楦邏弘娏﹄娎|多為單芯電纜，因而會(huì)在銅帶屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如果兩端均直接接地，就會(huì)在屏蔽層中形成環(huán)流，造成任意接觸金屬護(hù)層的安全措施時(shí)，不得大于50V;如采用安全措施時(shí)，不得大于100V”。對于較長電纜，感應(yīng)電壓必定大于100V,這時(shí)應(yīng)采用中間交叉互聯(lián)方式以消除感應(yīng)電壓。電力電纜接頭的電氣性能主要是由內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)來確定的，對于中低壓附件，接頭的設(shè)計(jì)比較簡單，一般取附加絕緣厚度為主絕緣的2倍，同時(shí)考慮連接管表面的光滑，并恢復(fù)內(nèi)屏蔽和外屏蔽，最后對外屏蔽斷開點(diǎn)的電場集中處通過采用應(yīng)力管或應(yīng)力錐方式控制該處電場，確?；謴?fù)的外護(hù)套能夠和原電纜外套具有同等密封性能，因此中低壓電纜接頭中最關(guān)鍵的問題仍然是界面問題，界面的好壞，直接影響接頭質(zhì)量。目前國內(nèi)外各種附件，由于所選材料不同，使得接頭大小有很大差別。熱縮和冷澆注式接頭由于界面壓力小，必須選擇較長界面來改變這種狀態(tài)，所以熱縮和冷澆注接頭的界面一般都取在200—250mm為好。對于冷縮、預(yù)制和接插式以及繞包式接頭，在連接部位及半導(dǎo)電斷口處理較好的情況下，界面長150—100mm就可以達(dá)到絕緣要求。較先進(jìn)的附件，接頭的界面長度只有80mm。所有電纜接頭的形狀都能通過接頭的電氣計(jì)算確定，特別是高壓電纜接頭的附加絕緣厚度、應(yīng)力錐和反應(yīng)力錐長度必須進(jìn)行嚴(yán)格理論計(jì)算，才能確保運(yùn)行安全。A、附加絕緣厚度附加絕緣厚度是根據(jù)連接表面的最大工作場強(qiáng)取定后而計(jì)算出來的，且電纜本體的最大工作場強(qiáng)為3—4kV/mm(XPLE絕緣電纜),國外電纜的最大工作強(qiáng)的45%--60%。但有一點(diǎn)必須記住，該處最大工作場強(qiáng)不要超過空氣游離時(shí)△n=Rn-R=r?exp(U/r?E對于中低壓電纜接頭，如采用應(yīng)力控制管，就應(yīng)按照應(yīng)力控制管參數(shù)來確定形狀。這里主要說明應(yīng)力錐改善電場的情況。設(shè)計(jì)原理是按其界面在一定壓力作用下，界面所能承受的最大擊穿場強(qiáng)的(1/10)--(1/15)來計(jì)算。也就是說，首先確定在一定壓力作用下界面的擊穿場強(qiáng)，然后依此為基礎(chǔ)確定出最大界面工作場強(qiáng)(E?)和應(yīng)力錐長度，參看下圖：圖接頭幾何尺寸示意圖由于式中計(jì)算的應(yīng)力錐應(yīng)為一曲線，但在實(shí)際安裝中，手工繞包這樣的曲線是不可能的，因而現(xiàn)場常用一直線來代替。目前各國生產(chǎn)的預(yù)制接頭中的應(yīng)力錐，在工廠中通過工藝使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)曲線。C、反應(yīng)力錐長度及形狀反應(yīng)力錐也是根據(jù)沿面軸向場強(qiáng)為一常數(shù)而確定的。計(jì)算反應(yīng)力錐長度見同樣，按上式計(jì)算出的反應(yīng)力錐為一曲線，在實(shí)際電安裝中多用直線代替，正、反應(yīng)力錐之間的距離一般取10—150mm。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電纜接頭中的界面長度的確定主要取決于界面情況。對于預(yù)制或繞包式接頭如能保證界面良好，界面長度可以取得很短，如3M50mm,日本騰倉公司、住友公司、昭和公司110kV預(yù)制接頭中絕緣長度也小于200mm,因此最大工作場強(qiáng)可達(dá)到0.345kV/mm,大于2.1/10,即空氣游離場強(qiáng)的1/10。這主要是因?yàn)轭A(yù)制件能夠保證界面壓力大于3kg/cm2,而一般國內(nèi)10kV熱縮接頭，界面長度一般應(yīng)大于150mm,這時(shí)的最大工作場強(qiáng)為8.7/150=0.058kV/mm,預(yù)制附件一般在150—100mm之間，因而最大工作場強(qiáng)為8.7/100=0.087kV/mm。對于35kV及以上電壓等級(jí)電纜，由于制作時(shí)工藝要格，幾何形狀一定，對電場改善好，因此可以適當(dāng)提高最大界面工作強(qiáng)，以提高材料利用率。在綜合考慮安全系數(shù)的情況下，最大工作場強(qiáng)可達(dá)到2.1/10=0.21kV/mm,再加上15%的安全裕度，即形式可根據(jù)具體情況計(jì)算出界面長度。1、連接方法：壓接、焊接、機(jī)械連接2、影響壓接接頭質(zhì)量的主要因素：a、材料的材質(zhì)b、金具與導(dǎo)體的配合尺寸：間隙大約1mmc、金具實(shí)體截面與導(dǎo)體截面的比值：≥1.5d、壓縮比18%～30%e、壓接方式：點(diǎn)壓、六方圍壓f、壓痕數(shù)量：端子：2～4連接管：4～8六、附件的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)替：GB11033,26/35kV及以下),GB/T18889(6～35kV試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))a、1min工頻耐壓試驗(yàn)：是鑒定絕緣強(qiáng)度的最有效和最直接的方法b、局部放電試驗(yàn)：是一種判斷絕緣在長期運(yùn)行中性能好壞的較好的方法c、循環(huán)試驗(yàn)：檢驗(yàn)附件材料的老化水平d、沖擊電壓試驗(yàn)：用來檢驗(yàn)附件在雷電過電壓和操作過電壓作用下的絕緣性能或保護(hù)性能e、直流耐壓試驗(yàn)：考核經(jīng)以上試驗(yàn)后的絕緣水平七、附件安裝的注意事項(xiàng)1、電纜和附件的清潔處理2、檢查電纜的受潮情況3、嚴(yán)格按安裝工藝提供的尺寸進(jìn)行剝切，注意剝切中不能損傷電纜4、半導(dǎo)電層與絕緣層光滑過渡5、去線芯表面氧化層6、去金具等的毛刺、飛邊7、不能有產(chǎn)品開裂現(xiàn)象8、冷縮產(chǎn)品骨架不能松動(dòng)八、電纜附件典型事故分析(縮終端擊穿故障(湖北)圖冷澆注樹脂中間接頭結(jié)構(gòu)事故原因：由于中間接頭連管壓接不緊發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣碳化相間擊穿。一)、10kV冷澆注樹脂中間接頭擊穿(昆明)熱縮終端頭應(yīng)控管上方擊穿熱縮終端