10 kV電纜頭的制作及運行維護分析

歐志強

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山順德供電局，廣東 佛山 528000)

10 kV電纜頭的制作及運行維護分析

歐志強

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山順德供電局，廣東 佛山 528000)

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)改造對電纜應(yīng)用的需求越來越大，電纜頭的使用也越來越普遍。現(xiàn)根據(jù)長時間積累的工作經(jīng)驗，并結(jié)合電纜頭的結(jié)構(gòu)原理、分類及特點，總結(jié)出了電纜頭的選用原則及其在制作、安裝過程中的注意事項，分析了檢修和維護過程中需重點關(guān)注的地方和關(guān)鍵方法，以期為設(shè)計和施工人員提供可供參考的經(jīng)驗。

10 kV電纜頭；制作；剝除；電應(yīng)力

0 引言

電纜頭是電力行業(yè)常用的一種用于電纜連接、轉(zhuǎn)接和分接的裝置，它具有防水、防漏電和爬電、絕緣和屏蔽等功能，并且具有一定的抗拉和抗撞擊性能，能在相對惡劣的環(huán)境下工作。根據(jù)不同的應(yīng)用場合、生產(chǎn)方式、使用方式，電纜頭也存在著一定的多樣性。

1 電纜頭的分類及選用

電纜頭可以按照以下幾種方式分類：

(1) 按電壓等級可以分為1 kV、10 kV、27.5 kV、35 kV、66 kV、110 kV、138 kV、220 kV等不同的等級。

(2) 按照使用材料的不同可以分為冷縮電纜頭和熱縮電纜頭。

(3) 按照使用環(huán)境的不同可以分為戶內(nèi)電纜頭和戶外電纜頭。

(4) 按照結(jié)構(gòu)形式的不同可以分為直通電纜頭和T型電纜頭。其中T型電纜頭根據(jù)安裝位置的不同可以分為前接頭和后接頭，按照結(jié)構(gòu)方式的不同又可以分為歐式的和美式的。

(5) 按照電纜的芯數(shù)可以分為單芯、兩芯、三芯、四芯(又分為四等芯和3+1)、五芯(又分為五等芯、3+2和4+1)。

(6) 按照使用位置的不同可以分為電纜中間接頭和電纜終端接頭。

10 kV是配電網(wǎng)中最常采用的電壓等級，10 kV電纜頭的品種和規(guī)格也是比較豐富的，因此10 kV電纜頭需要根據(jù)電纜的材料和規(guī)格、使用的環(huán)境、具體使用的位置等因素來選用，比較常見的電纜頭的典型選用位置如下：

(1) 比較狹小的位置主要使用T型接頭，比如充氣柜的進出線處；

(2) 空間比較寬敞的地方，在房間內(nèi)采用戶內(nèi)終端，在戶外采用戶外終端，比較常見的是配電房中的變壓器的高壓側(cè)使用的是戶內(nèi)終端，架空線路中柱上變壓器高壓側(cè)使用的是戶外終端；

(3) 電纜溝中電纜連接常用中間接頭，地上電纜分接常用T型接頭做成的電纜分接箱。

2 10 kV電纜頭的制作及應(yīng)力控制

2.1 10 kV電纜頭的制作

電纜頭接入電力系統(tǒng)后是否能夠安全可靠地運行，除了與電纜頭的接頭形式、使用材料、使用位置有關(guān)外，還與電纜頭制作和安裝的精細(xì)度有很大關(guān)系。

電纜接頭的形式多種多樣，但制作電纜頭的步驟，基本上是比較類似的，主要包括以下幾個步驟：設(shè)備點件檢查→剝除電纜護層→剝銅屏蔽層→剝半導(dǎo)電層→剝芯絕緣層→固定定位鏈條→安裝應(yīng)力錐→壓接線端子→接線端子裝入前接頭→前接頭固定。繁瑣的制作過程，主要目的是實現(xiàn)電纜制作前后電纜電場的均衡，削弱電應(yīng)力對電纜帶電運行時的影響。

電纜頭制作應(yīng)該遵守的兩點原則：

(1) 導(dǎo)體連接的可靠性，主要體現(xiàn)在導(dǎo)體連接處的接觸電阻要小且能承受住故障電流的沖擊，根據(jù)電纜頭制作和使用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)分析得出，長期運行后電纜頭導(dǎo)體連接處的接觸電阻不應(yīng)大于電纜線芯同長度電阻的1.2倍且應(yīng)具有一定的抗拉、抗壓、抗振動、抗腐蝕性；

(2) 外護套絕緣的可靠性，從電力電纜電場分布的原理分析，高壓電纜的線芯外部均有銅屏蔽層，導(dǎo)體與銅屏蔽層之間會形成徑向電場。也就是說，正常電纜只有從導(dǎo)體沿其半徑方向銅屏蔽層的電力線，沒有導(dǎo)體軸向的電力線，電場分布是均勻的，如圖1所示。

圖1 電纜橫截面

在做電纜頭時，將電力電纜的屏蔽層剝掉，肯定會改變電纜中電力線的方向，會產(chǎn)生對電纜絕緣極為不利的切線方向的電力線，即沿導(dǎo)體軸向的電力線，電力線將會向屏蔽層的斷口處集中，因此屏蔽層的斷口處即為電纜最容易擊穿的部位。在實際制作電纜頭時經(jīng)常使用的防止屏蔽層斷口處擊穿的方式是使用應(yīng)力錐去屏蔽屏蔽層斷口處的電力線，為了起到更好的屏蔽作用，應(yīng)力錐材料的選用也是比較考究的，經(jīng)常選用的應(yīng)力錐材料的介電常數(shù)一般為20～30，體積電阻率為108～1012Ω· cm。使用應(yīng)力錐前后電力電纜的電場分布情況如圖2所示。

圖2 使用應(yīng)力錐前后電力電纜的電場分布情況

2.2 10 kV電纜頭的應(yīng)力控制

其實，在中高壓電纜附件設(shè)計過程中，電應(yīng)力控制是一個關(guān)鍵點，電應(yīng)力控制是對電纜附件內(nèi)部的電場分布和電場強度進行控制，即采用一定的措施，使得電纜附件內(nèi)部的電場分布和電場強度處于最佳狀態(tài)，從而提高其使用壽命和運行的可靠性。對于電纜終端頭而言，電纜外屏蔽切斷處電場畸變最為嚴(yán)重，直接影響終端運行可靠性；而對于電纜中間接頭來說，對其造成影響的不均勻電場產(chǎn)生的原因，除了電纜外屏蔽切斷處，還有電纜末端絕緣切斷處。一般情況下，可以通過以下2種辦法去改善電纜絕緣屏蔽層切斷處的不均勻電場。

2.2.1 物理隔離法

這種方法主要是采用應(yīng)力錐去隔離緩解電場應(yīng)力集中。在電纜頭中，應(yīng)力錐的使用是比較常見的，從電場理論上去分析，應(yīng)力錐隔離法也是一種減少電纜頭應(yīng)力的有效方法，應(yīng)力錐通過將電纜頭絕緣屏蔽層的切斷處進行延伸，使零電位形成喇叭狀，改善了絕緣屏蔽層處的電場分布，降低了電暈產(chǎn)生的可能性，減少了其對絕緣的破壞，有效延長了電纜及電纜頭的使用壽命。目前，在實際應(yīng)用的采用應(yīng)力錐的電纜頭有繞包式終端、預(yù)制式終端、冷縮式終端等幾種形式。

2.2.2 材料控制法

此類方法主要是采用高介電常數(shù)材料來緩解電場應(yīng)力集中。20世紀(jì)末，國外一些專業(yè)的廠家采用新的高介電常數(shù)材料開發(fā)了適用于中壓電纜附件的所謂應(yīng)力控制層，其原理是采用電氣參數(shù)合適的材料復(fù)合在電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面上，用來改變絕緣層表面的電位分布，從而達(dá)到改善電場的目的。

另一方法是增大屏蔽末端絕緣表面電容(Cs)，從而降低這部分的容抗，也能使電位降下來。容抗減小會使電纜頭表面電容電流增加，但不會導(dǎo)致發(fā)熱，由于電容值與材料的介電常數(shù)是正比關(guān)系，也就是說要想增大電纜頭表面電容值，可以在電纜屏蔽末端絕緣表面上附加一層高介電常數(shù)的材料。

目前市面上應(yīng)用的應(yīng)力控制材料主要有熱縮應(yīng)力管、冷縮應(yīng)力管、應(yīng)力控制帶等，一般這些應(yīng)力控制材料的介電常數(shù)都大于20，體積電阻率為108～1012Ω· cm。在實際使用中，應(yīng)力控制材料的使用還要兼顧應(yīng)力控制和體積電阻兩項技術(shù)要求。

從理論上分析，電纜頭使用的材料的介電常數(shù)是越高越好，但是介電常數(shù)過大引起的電容電流過大，也會產(chǎn)生熱量，加速應(yīng)力控制材料的老化。同時應(yīng)力控制材料作為一種高分子多相結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，其介電常數(shù)與體積電阻率也是一對矛盾，介電常數(shù)做得越高，體積電阻率也會相應(yīng)地降低，并且材料電氣特性也會受到一些其他因素的影響，長時間在電場中使用，溫度等外部環(huán)境的變化都將加速應(yīng)力控制材料的老化，老化后的應(yīng)力控制材料的體積電阻率也將大幅度變大，最終應(yīng)力控制材料變成了絕緣材料，起不到改善電場的作用；如體積電阻率變小，應(yīng)力控制材料成了導(dǎo)電材料，就會使電纜出現(xiàn)故障。這就是應(yīng)力控制材料只能應(yīng)用于中壓和熱縮電纜附件的原因，同樣，采用冷縮應(yīng)力錐和應(yīng)力控制帶的電纜附件也會出現(xiàn)類似的問題。

非線性電阻材料(FSD)也是近期發(fā)展起來的一種用于改善電應(yīng)力的新型材料，它利用材料本身電阻率與外施電場呈非線性關(guān)系變化的特性，來解決電纜絕緣屏蔽切斷處電場集中分布的問題。非線性電阻材料對于不同的電壓，有不同的電阻值變化。當(dāng)電壓低時，非線性電阻材料會呈現(xiàn)出高電阻特性；當(dāng)電壓高時，會呈現(xiàn)出低電阻特性。采用非線性電阻材料可以使應(yīng)力錐的體積變小，從而適用于小控制柜。

3 10 kV電纜頭的管理和維護

電纜頭在使用過程中如出現(xiàn)故障，原因主要有3種：一是電纜頭的質(zhì)量問題；二是電纜頭的制作工藝及過程控制問題；三是外力的損壞。

因此，在控制好電纜頭質(zhì)量和制作工藝之后，就要加強成品電纜頭的防護。電纜頭在使用過程中，要經(jīng)常檢查確認(rèn)其完整性，確認(rèn)其引出線的節(jié)點處無發(fā)熱現(xiàn)象，保持電纜頭的清潔，確保其表面沒有磨損和標(biāo)識損壞丟失現(xiàn)象，并確保電纜頭處干燥，無凝露和積水。同時，加強電纜頭外部的防護，以減少外力對電纜頭的沖擊。

4 結(jié)語

電纜頭是電纜中最薄弱的環(huán)節(jié)，也是電纜帶電運行最容易出現(xiàn)問題的地方。電纜頭制作的好壞直接影響到電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，而電纜頭制作時最關(guān)鍵的就是要保證導(dǎo)體連接的可靠性和外部絕緣防護，防止爬電和放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。在電纜頭安裝時，也要考慮到電纜頭的清潔和防護問題。

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[4] 訾勇.10 kV三芯交聯(lián)電力電纜終端頭安裝工藝的改進[J].鐵道機車車輛，2004(6)

2014-09-25

歐志強(1974—)，男，廣東南海人，助理工程師，研究方向：配網(wǎng)運行維護和規(guī)劃。