(一)高压电缆头的基本要求
电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件,电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件,电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆本体一样能长期安全运行,并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆附件应具有以下性能:
1)线芯联接好:主要是联接电阻小而且联接稳定,能经受起故障电流的冲击;长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍;应具有一定的强度、耐振动性、耐蚀性;此外还应体积小、成本低、便于现场安装。
2)绝缘性能好:电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体,所用绝缘材料的介质损耗要低,在结构上应对电缆附件中电场的突变能完善处理,有改变电场分布的措施。
(二)电场分布原理
高压电缆每一相线芯外均有一接地的(铜)屏蔽层,导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说,正常电缆的电场只有从(铜)导线沿半径向(铜)屏蔽层的电力线,没有芯线轴向的电场(电力线),电场分布是均匀的。
在做电缆头时,剥去了屏蔽层,改变了电缆原有的电场分布,将产生对绝缘极为不利的切向电场(沿导线轴向的电力线)。剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中,那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。
要使电缆可靠运行,电缆头制作中应力管非常重要,而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上,才能达到分散电应力的效果。在电缆本体中,芯线外表面不可能是标准圆,芯线对屏蔽层的距离会不相等,根据电场原理,电场强度也会有大小,这对电缆绝缘也是不利的。为尽量使电缆内部电场均匀,芯线外有一外表面圆形的半导体层,使主绝缘层的厚度基本相等,达到电场均匀分布的目的。
在主绝缘层外、铜屏蔽层内的外半导体层,同样也是为消除铜屏蔽层不平,防止电场不均匀而设置的。
为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散,应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm,一般在20~25mm左右。短了会使应力管的接触面不足,应力管上的电力线会传导不足(因为应力管长度是一定的),长了会使电场分散区(段)减小,电场分散不足。
在做中间接头时,必须把主绝缘层也剥去一部分,芯线用铜接管压接后,用填料包平(圆)。
关键技术问题:附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的要求。另外也需采用硅脂润滑界面,以便于安装,同时填充界面的气隙,消除电晕。预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用,有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。预制管外面同热缩的一样,是半导体层和铜屏蔽层,最外面是外护层。
(三)电缆终端电应力控制方法
电应力控制是中高压电缆附件设计中的极为重要的部分。电应力控制是对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制,也就是采取适当的措施,使得电场分布和电场强度处于最佳状态,从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。
对于电缆终端而言,电场畸变最为严重,影响终端运行可靠性最大的是电缆外屏蔽切断处;而电缆中间接头电场畸变的影响处,除了电缆外屏蔽切断处,还有电缆末端绝缘切断处。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布,一般采用以下几种方法:
1.几何形状法
采用应力锥缓解电场应力集中:应力锥设计是常见的方法,从电气的角度上来看也是最可靠的最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸,使零电位形成喇叭状,改善了绝缘屏蔽层的电场分布,降低了电晕产生的可能性,减少了绝缘的破坏,保证了电缆的运行寿命。采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、冷缩式终端。(https://www.xing528.com)
2.参数控制法
主要目的是在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上,采用合适的电气参数的复合材料以改变绝缘表面的电位分布,从而达到改善电场的目的。
目前应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力控制带等等。一般这些应力控制材料的介电常数都大于20,体积电阻率为108~1012Ω·cm。应力控制材料的应用,要兼顾应力控制和体积电阻两项技术要求。
非线性电阻材料亦可制成非线性电阻片(应力控制片),直接绕包在电缆绝缘屏蔽切断处,缓解这一点的应力集中问题。
(四)铅笔头问题
在10kV及以下电缆施工时,一般不要求必须削铅笔头,在制作35kV及以上电缆时,则必须削铅笔头。
但是,如果电缆绝缘端部与接线金具之间需包绕密封带时,为保证密封效果,通常将绝缘端部削成锥体,以保证包绕的密封带与绝缘层能很好地粘合。在制作中间接头时,如果所装接头为预制结构(含预制接头、冷缩接头),绝缘端部不要削成锥体,因为这种类型的接头,在接头内部中间部分都有一根屏蔽管,该屏蔽管的长度只比铜或铝连接管稍长,如电缆绝缘削成锥体,锥体的根部将离开屏蔽管,连接管部分的空隙将不会被屏蔽,从而影响到接头的性能,造成接头在中部击穿。如果所装接头为热缩型或绕包型结构时,绝缘端部必须削成锥体,即制成反应力锥,同时必须将锥面用砂带抛光。
削铅笔头的目的是使得锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度,故而沿着锥面的切向场强远小于绝缘直角边的切向场强,沿锥面击穿的可能性大大降低,从而提高了接头的性能。
(五)应力管和应力疏散胶
电缆附件中应力管和应力疏散胶主要用于分散电场应力。
(六)电缆接地问题
在制作电缆头时,将钢铠和铜屏蔽层分开焊接接地,是为了便于检测电缆内护层的好坏,在检测电缆护层时,钢铠与铜屏蔽间通上电压,如果能承受一定的电压就证明内护层完好无损。如果没有这方面的要求,用不着检测电缆内护层,也可以将钢铠与铜屏蔽层连在一起接地(提倡分开引出后接地)。
电力安全规程规定:35kV及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式。这是因为这些电缆大多数是三芯电缆,在正常运行中,流过三个线芯的电流总和为零,在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链,这样,在铝包或金属屏蔽层两端就基本上没有感应电压,所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。
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。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,屏蔽上会形成很高的感应电压,甚至可能击穿护套绝缘。
在公用中、低压电力电缆网上,由于三相负荷不是相等的,因此,如果采用有金属护层的电缆,必须考虑金属护层的接地问题,并保证在金属护层的任一点非接地处的正常感应电压不得大于100V。在中、低压电缆网中,所有电缆接头处均应设置接地极(网),并使金属护层可靠接地。
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