高压电缆头制作技术
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； 应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；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。 ★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 外半导体层 从（铜）导线沿半径向（铜） 屏蔽层的电力线，没有芯线轴 主绝缘层 向的电场（电力线），电场分 铜导线 布是均匀的。图中闪烁的箭头 铜屏蔽层 表示电场的电力线 内半导体层 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）。在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。 没有应力管的电场分布 有应力管的电场分布 电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，我们采取分散这集 中的电力线（电应力），用介电常数为2030，体积电 阻率为1081012Ωcm 材料制作的电应力控制管（简称 应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场 应力（电力线），保证电缆能可靠运行。下图中左边 是没装应力管，右边是装应力管的电场分布情况。 没有应力管的电场分布 有应力管的电场分布 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 散电应力的效果的。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 外半导体层 层内的外半导体层，同 主绝缘层 样也是消除铜屏蔽层不 铜导线 平，防止电场不均匀而 铜屏蔽层 设置的。 内半导体层 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，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。一般在2025mm左右。 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）。这以后有二 种制作方法： 1.热缩套管 用热缩材料制作的主绝缘套管缩住，主 绝缘套管外缩半导体管，再包金属屏蔽层，最后外护 套管。 2.预制式附件 所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。为中 空的圆柱体，内孔壁是半导体层，半导体层外 是主绝缘材料。 图中蓝色的为半导体层，灰色的为主绝缘层。 预制式安装要求比热缩的高，难度大。管式预制件 的孔径比电缆主绝缘层外径小25mm。 中间接头预制管要两头都套在电缆的主绝缘层外，各 与主绝缘层连接长度不小于10mm。电缆主绝缘头上不 必削铅笔头（在电缆芯线上尽量留半导体层）。 铜接管表面要处理光滑，包适量填料，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，半导体层和铜屏蔽 层，最外面是外护层。目前35KV以上电压的 基本上都用预制式电缆附件。 下面介绍电缆附件的一些情况 电缆附件适用标准 电缆附件的标准主要有三个层次。 第一层次：IEC标准 IEC62067《额定电压150kVUm170kV以上至 500kV（Um550kV）挤出绝缘电力电缆及其 附件的电力电缆系统----试验方法和要求》 IEC60840《 额 定 电 压 30kVUm36kV 以 上 至 150kV（Um170kV）挤出绝缘电力电缆及其 附件试验方法和要求》 IEC60859《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金 属封闭开关的电缆联接装置》 IEC60502《 额 定 电 压 1kVUm1.2kV 以 上 至 30kV（Um36kV）挤出绝缘电力电缆及其附 件》 IEC60055《额定电压18/30kV及以下纸绝缘金 属护套（带有铜或铝导体，但不包括压气和充 油电缆）》第1部分“电缆及附件试验”中第 七章：附件的型式试验 IEC61442《额定电压6kV（Um7.2kV）到 30kV（Um36kV）电力电缆附件试验方法》。 第二层次：国家标准（GB标准） GB/Z 18890《额定电压220kVUm250kV交联聚乙烯 绝缘电力电缆及其附件》 GB/T 11017《额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆 及其附件》 GB5589《电缆附件试验方法》 GB9327《电缆导体压缩和机械连接接头试验方法》 GB14315《电线电缆导体用压接型铜、铝接线端子和 连接管》 注：GB11033《额定电压26/35kV及以下电力电缆附件 基本技术要求》已下放为JB/T8144 第三层次：行业标准 JB标准（机械行业协会标准） JB/T8144《额定电压26/35kV及以下电力电缆附件基本 技术要求》原GB11033 JB6464《额定电压26/35kV及以下电力电缆直通型绕包 式接头》 JB6465《额定电压26/35kV及以下电力电缆户内型、户 外型瓷套式终端》 JB6466《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆户内型、 户外型瓷套式终端》 JB6468《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆户内型、 户外型绕包式终端》 JB7829《额定电压26/35kV及以下电力电缆户 内型、户外型热收缩式终端》 JB7830《额定电压26/35kV及以下电力电缆直 通型热收缩式接头》 JB7831《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆户 内型、户外型浇注式终端》 JB7832《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆直 通型浇注式接头》 JB/T8501.1《额定电压26/35kV及以下塑料绝缘 电力电缆户内型、户外型预制装配式终端》 JB/T8503.2《额定电压26/35kV及以下塑料绝缘 电力电缆户内型、户外型预制装配式接头》 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，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： 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。 从图中可以看出，应力锥的弧形设计 使绝缘屏蔽层切断处的电场分布加以 改善，电场强度分布相对均匀，避免 了电场集中。 参数控制法 采用高介电常数材料缓解电场应力集中 高介电常数材料： 采用应力控制层---上世纪末国外开发了适用于中压 电缆附件的所谓应力控制层。其原理是采用合适的电 气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面 上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场 的目的。另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs， 从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减 小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电 容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电 容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常 数的材料。 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。 虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电 容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材 料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电 常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率 相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素 的影响，在长时间电场中运行，温度、外部环境变化都将使应力 控制材料老化，老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大 的变化，体积电阻率变大，应力控制材料成了绝缘材料，起不到 改善电场的作用，体积电阻率变小，应力控制材料成了导电材料， 使电缆出现故障。这就是应用应力控制材料改善电场的热缩式电 缆附件为什么只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件经常 出现故障的原因所在，同样采用冷缩应力管和应力控制带的电缆 附件也有类似问题。 采用非线性电阻材料---非线性电阻材料（FSD）也是 近期发展起来的一种新型材料，它利用材料本身电阻 率与外施电场成非线性关系变化的特性，来解决电缆 绝缘屏蔽切断处电场集中分布的问题。非线性电阻材 料具有对不同的电压有变化电阻值的特性。当电压很 低的时候，呈现出较大的电阻性能；当电压很高的时 候，呈现出较小的电阻性能。采用非线性电阻材料能 够生产出较短的应力控制管，从而解决电缆采用高介 电常数应力控制管终端无法适用于小型开关柜的问题。 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上，缓解这一 点的应力集中的问题。
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