中低壓電纜附件的基本知識

中低壓電纜附件的基本知識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度不應(yīng)低于電纜本身，介質(zhì)損耗應(yīng)達到相應(yīng)國家標準和廠準中三級污穢確定外絕緣長度，而外露導電部分對地距離和相間距離應(yīng)符合下表帶電導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，同時密封的主要作用就是防止運行中環(huán)境的潮氣和導電介質(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、良好的機械強度附件在安裝和運行狀態(tài)下要受到很多外力作用，如人為內(nèi)力、電動力等，特別是110kV以上電壓等級電纜附件、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、聚氯乙烯外護套1)導體(緊壓型線芯)的作用：c、防止擠塑半導電屏蔽層時半導電料進入線芯；d、可有效地防止水分順線芯進入。2)導電屏蔽層的作用：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，因此其耐電強度與長期穩(wěn)定性能是保證整個電纜完成輸電任務(wù)的最重要部分；b、能耐受發(fā)熱導體的熱作用保持應(yīng)有的耐電強度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，而把氣隙屏蔽在工作場強之外，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，當局部有毛刺時也會形成電場強度很大的情況，因此也要力圖使導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)護層(內(nèi)、外護套、鎧裝)的作用：發(fā)展是保護絕緣和整個電纜正?？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，集中的部位電場強度高；(3)、用等位線分析電場時，曲率半徑愈小的地方場強越高。2、電纜末端(電纜終端)電場分布3—鉛護套4—外半導體屏蔽層；5—徑向磁力線當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電兩部分組成，其中絕緣部分用以增強電纜絕緣，半導電部分與電纜外半導電屏蔽結(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嚴格),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，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，會使應(yīng)力層在運行時電阻電流發(fā)熱而老化，同時介電常數(shù)過大，電容電流也會產(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，加工工藝要求嚴格，如果喇叭口制做的不合適會引起電場在此集中，特別是現(xiàn)場繞包的應(yīng)力錐更易出現(xiàn)操作缺陷，而預制式應(yīng)力錐基本能夠克服上述缺點，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度很高，在一般情況下，本體主絕緣擊穿的可能性很小，同時配合交聯(lián)聚乙烯的電纜附件，不論是什么形式(如熱縮、預制、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)計附件時采用了適當?shù)脑６?，保證一般電纜使用中不會出現(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，當附件安裝完成后進入運行，隨著電纜負荷的變化，氣候條件溫差影響，電纜本體熱脹冷縮，運行過程中附件不能再進行加熱，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度關(guān)系曲線界面正是這樣一個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，界面壓力達到98KPA時，它的擊穿強度能達到3kV/mm以上，如界面壓力達到500—588KPA,它的擊穿強度能達到11kV/mm,而設(shè)計附件時，一般界面的工作場強均取擊穿場強的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，而預制冷縮附件可以取到0.2kV/mm。這種設(shè)計參數(shù)國內(nèi)外都用于附件設(shè)計中，通過較長運行時間，證明這樣的基礎(chǔ)場強對于XPLE絕緣電纜是非常合適的。值得注意的是，這樣一個場強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算。A、終端外絕緣終端外絕緣有三個要素必須計算，這就是干閃距、濕閃距和爬距(見下表)。這三個參數(shù)對外絕緣將產(chǎn)生不同的影響。對于一種附件，只有取三個參數(shù)計算出的最大絕緣距離，才能保證整個運行時的安全。電壓絕緣等級戶內(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，因為在戶內(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雨水以45°角淋在附件上時，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%,當正常運行要求，干閃基本可以說沒有問題，當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，當有潮濕空氣將其濕潤時，就發(fā)生導因此附件污閃距離一般取四級污穢等級為好，也就是取3.1cm/kV;對于戶內(nèi)一般取三級，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)境等級鹽霧法固體層法等值鹽(NaCL)密度電導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)計應(yīng)從三個方面考慮，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。但是有一點還要強調(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，機械性能不會下降。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，因為它是通過幾何形狀的改變(一條復對數(shù)曲線)來改變終端電場的，一般10kV取15mm左右，此時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度有一定關(guān)系，在這個基礎(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室的試驗分析結(jié)果而得到的?？梢悦黠@看出，預制附件的界面工作場強高于熱縮附件。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行。根據(jù)國家標準(簡稱國標)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，正常運行時將兩根地線均接地。當預試時用搖表測量護套對地阻，從而證明護套的完整性。對于35kV及以上電壓等級電纜的接地，國標也作了明確規(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，另一端通過保護器接地。這是因為高壓電力電纜多為單芯電纜，因而會在銅帶屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如果兩端均直接接地，就會在屏蔽層中形成環(huán)流，造成任意接觸金屬護層的安全措施時，不得大于50V;如采用安全措施時，不得大于100V”。對于較長電纜，感應(yīng)電壓必定大于100V,這時應(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)計比較簡單，一般取附加絕緣厚度為主絕緣的2倍，同時考慮連接管表面的光滑，并恢復內(nèi)屏蔽和外屏蔽，最后對外屏蔽斷開點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?；謴偷耐庾o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、預制和接插式以及繞包式接頭，在連接部位及半導電斷口處理較好的情況下，界面長150—100mm就可以達到絕緣要求。較先進的附件，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)力錐長度必須進行嚴格理論計算，才能確保運行安全。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取定后而計算出來的，且電纜本體的最大工作場強為3—4kV/mm(XPLE絕緣電纜),國外電纜的最大工作強的45%--60%。但有一點必須記住，該處最大工作場強不要超過空氣游離時△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的(1/10)--(1/15)來計算。也就是說，首先確定在一定壓力作用下界面的擊穿場強，然后依此為基礎(chǔ)確定出最大界面工作場強(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算的應(yīng)力錐應(yīng)為一曲線，但在實際安裝中，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)的預制接頭中的應(yīng)力錐，在工廠中通過工藝使之達到標準曲線。C、反應(yīng)力錐長度及形狀反應(yīng)力錐也是根據(jù)沿面軸向場強為一常數(shù)而確定的。計算反應(yīng)力錐長度見同樣，按上式計算出的反應(yīng)力錐為一曲線，在實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預制接頭中絕緣長度也小于200mm,因此最大工作場強可達到0.345kV/mm,大于2.1/10,即空氣游離場強的1/10。這主要是因為預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,這時的最大工作場強為8.7/150=0.058kV/mm,預制附件一般在150—100mm之間，因而最大工作場強為8.7/100=0.087kV/mm。對于35kV及以上電壓等級電纜，由于制作時工藝要格，幾何形狀一定，對電場改善好，因此可以適當提高最大界面工作強，以提高材料利用率。在綜合考慮安全系數(shù)的情況下，最大工作場強可達到2.1/10=0.21kV/mm,再加上15%的安全裕度，即形式可根據(jù)具體情況計算出界面長度。1、連接方法：壓接、焊接、機械連接2、影響壓接接頭質(zhì)量的主要因素：a、材料的材質(zhì)b、金具與導體的配合尺寸：間隙大約1mmc、金具實體截面與導體截面的比值：≥1.5d、壓縮比18%～30%e、壓接方式：點壓、六方圍壓f、壓痕數(shù)量：端子：2～4連接管：4～8六、附件的標準和試驗替：GB11033,26/35kV及以下),GB/T18889(6～35kV試驗標準)a、1min工頻耐壓試驗：是鑒定絕緣強度的最有效和最直接的方法b、局部放電試驗：是一種判斷絕緣在長期運行中性能好壞的較好的方法c、循環(huán)試驗：檢驗附件材料的老化水平d、沖擊電壓試驗：用來檢驗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性能e、直流耐壓試驗：考核經(jīng)以上試驗后的絕緣水平七、附件安裝的注意事項1、電纜和附件的清潔處理2、檢查電纜的受潮情況3、嚴格按安裝工藝提供的尺寸進行剝切，注意剝切中不能損傷電纜4、半導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