10 kV交聯聚乙烯電纜熱縮附件原理及電纜敷設

張 慶，張夢林

（國網安徽省電力有限公司霍山縣供電公司，安徽 霍山237200）

1 XLPE電纜原理分析

1.1 絕緣原理分析

交聯聚乙烯為電纜主絕緣材料，其擊穿強度高、絕緣電阻大、介質損耗正切值低，電纜耐老化性、耐熱性強，機械性能、抗腐蝕性能高。但其作為交聯聚合物存在著2 類固有缺陷，一是內部容易累積“空間電荷”；二是存在較高的透水性。空間電荷及尖端強電場是導致絕緣擊穿的重大誘因，是在生產、加工、使用過程中形成和產生，在實踐中難以避免。較大透水問題也是由其網狀分子結構屬性決定，水樹枝產生游離高電場，在疊加電場的作用下演化成電樹枝而擊穿。

1.2 電纜結構分析

XLPE 電纜從內到外由線芯導體、“三層共擠”絕緣屏蔽層和保護層三部分構成。線芯導體規避由“集膚效應”導致強電場放電的“邊緣效應”發生，因此導體為多芯緊壓型圓絞線，表面要盡量圓潤光滑，避免尖端強電場；內外半導電層和主絕緣層“三層共擠”工藝，是彌補絞合線芯不能完全成圓，防止意外突刺和雜質所造成的尖端強電場。另外，材料中含有能迅速捕捉水分的物質，可有效阻擋水分侵入；內襯層、鎧裝層和護套構成保護層，其間有螺旋搭蓋繞包的銅屏蔽層，它與半導電層良好接觸并兩端接地，使電纜外半導電層始終處于零電位，保證了均勻的電場分布；電纜的機械應力、故障電流等通過鎧裝層得以保護和疏泄。

2 電纜熱縮附件各部分材料、原理分析

2.1 主絕緣熱縮管材料

熱縮管是以聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯以及乙丙橡膠等多種材料組成的共混物，經多道工序加工而成的特殊塑料。其在一定的加熱溫度下會收縮到初始形狀，稱為“記憶效應”現象。熱縮工藝的好處在于它可以使管件緊緊地依附在電纜本體絕緣上，防止了雜質（空氣、水分、粉塵）的進入，避免了尖端效應的危害，更加符合XLPE 電纜自身的設計原理要求。

熱縮管的塑料屬性決定，溫度過高會使分子結構發生變化，破壞材料的應用性能。另外，氧氣和陽光的共同作用會使材料老化，其物理、化學特性發生變化，失去使用價值。

對于熱縮件的保質期，現在還沒有明確規定，建議不要使用超過生產日期一年半的產品。

2.2 電應力控制材料

應力管和應力疏散膠是用以改善電纜內部電應力的部件，電應力控制是對電纜內部的電場分布和強度實施控制，是XLPE 電纜附件設計中極為重要的部分。采用合適電氣參數的材料附和在電纜屏蔽切斷處的絕緣表面上，改善表面電位分布，使得電場分布和強度處于最佳均勻狀態，消除尖端強電場。

實際工作中，由于電纜開斷處的絕緣本身有體積電阻、電容和表面電阻、電容，由于體積電阻、電容無法改變，只能改變表面電阻和電容來改善電位分布。如果減小表面電阻，會增大表面泄漏電流，會使電纜發熱而降低載流量，這是不利的。因此，只能以增大表面電容，減小容抗的方法來降低電位，于是電應力控制部件應運而生。應力管是一種體積電阻適中，介電常數較大的特殊電氣參數的熱縮管。由于電容量與材料的介電常數成正比，所以應力管可以增大表面電容，改善電場分布。應力疏散膠的原理類似于應力管。

應力管是多種高分子材料共混共聚的復合物，其熱縮溫度要求比主絕緣管更加嚴格，在烤制時，只能用“中火”焙烤（100 ℃左右），否則將使其迅速變質而失去電應力疏散作用。這點要引起足夠重視。

2.3 硅脂膏

硅脂膏是一種擊穿強度很高的絕緣填充膏。在外半導電層剝除后的絕緣層表面上均勻的涂抹硅脂膏，可以排除氣體、水分等雜質，消除尖端強電場，達到防止絕緣擊穿的目的。

2.4 填充膠

填充膠是填充電纜開斷三叉口處及根部、電纜絕緣切斷處與連接管之間空隙的材料，防止水分等雜質進入，用以減弱尖端效應。應當指出，高質量的電纜附件套裝中，應附有足夠量的填充膠，且膠體柔軟連續。

3 電纜熱縮頭的安裝和制作

根據前文材料、原理的分析，可以對電纜附件安裝注意事項和工藝要求進行討論。由于電纜中間接頭和終端頭安裝的原理一致，只是具體環節更多，本文僅對XLPE終端頭安裝進行討論分析。

3.1 關注氣象條件

XLPE 的透水問題較為嚴重，在安裝電纜頭附件時，要盡可能避免在雨、雪及濕度較大（相對濕度大于70%）的天氣進行。如確實需要，要認真做好防潮措施，如搭建防雨棚，室內多設置紅外燈等除濕設施。制作時對絕緣層表面采取預熱等方法，確保在熱縮管內壁與絕緣層表面不會形成凝結水汽，杜絕水樹枝擊穿。

3.2 注意清潔

為消除尖端強電場放電隱患，在安裝過程中要嚴格注意環境衛生和制品清潔工作，嚴防雜質侵入而形成尖端。每一道工序完成后都要用無水酒精清潔，尤其是焊接地線后，應認真清理余留的焊料焊渣；清潔熱縮噴燈使用后的積碳；避免使用有雜質的不干凈毛絨手套及用具；嚴防汗水滴落至制品，確保制作過程的每道工序都清潔無污染。

3.3 嚴格控制工具的使用力度

在安裝過程中，特別是在剝離外半導電層和清除內襯層物料時，工具使用力度要適當，嚴禁傷及絕緣層和銅屏蔽層。如對絕緣層有輕微的損傷，可用細砂紙橫向輕微打磨，再用無水酒精清洗，最后用力均勻涂抹硅脂膏，以硅脂膏填平受傷凹陷處，目的仍是消除尖端強電場隱患。

3.4 嚴格掌控熱縮噴燈工藝

噴燈在焙烤熱縮附件時，應小心謹慎不急不慢，火焰應離熱縮件50～70 mm，從根部以圓周螺旋方式推進，使管件均勻受熱收縮，管內空氣完全排出。注意焙烤熱縮件溫度不得超過130 ℃，以免破壞材料性能。

在噴燈焊接地時，火焰應從側面噴向焊料，使焊料自由落體式滴灑在接地件上，嚴禁火焰直噴制品焊件。

3.5 具體制作流程

通過上述分析討論，進一步把終端頭安裝、制作的具體流程簡單介紹如下：

把電纜整放平直，并用毛巾擦拭干凈；

從電纜端頭量取770 mm（戶內570 mm）剝去外護套；

從外護套切斷口處鋸斷并剝去鎧裝（注意力度，不可損傷內護套）。再量取30 mm 剝去外護套，用砂紙打磨外露的鎧裝；

從鎧裝斷口量取20 mm 內護層保留，其余剝去（應順內部填充物走向用刀，不可傷及銅屏蔽）。然后摘去填充物料，分開導體線芯；

用剝去的鎧裝金屬根據電纜直徑制作帶缺口的倒扣卡子，卡子內表面用砂紙打磨；

將接地銅帶盡量塞深入線芯三岔口內部并塞入三角錐，把引出部分分別搭壓纏繞在三根線芯的銅屏蔽上（纏繞處銅屏蔽應砂紙打磨）；

用力向電纜根部方向拉扯接地銅帶，使搭壓部緊固，用卡子將其牢固卡壓在預留的鎧裝層上；

用電烙鐵或噴燈封焊銅屏蔽及鎧裝與接地銅帶連接的部分。焊后焊疤應平滑泛光，鎧裝的焊料應順卡子的缺口處流入其內部。注意清潔焊渣；

包繞三岔口及根部的填充膠，應填滿空隙，填充厚度應大于電纜外徑15 mm，盡量填成橄欖狀；

套入三指套（在與三指套搭接的外護層部分應砂紙打磨），然后點火焙烤，應從橄欖部最高處向兩端螺旋推進均勻收縮，排盡空氣。加熱溫度在120～130 ℃之間；

從三指套端部量取50 mm 銅屏蔽層保留，其余剝除。從銅屏蔽斷口量取20 mm 半導電層保留，其余剝除。在剝半導電層時，要嚴格控制用刀力度，嚴禁損傷絕緣層；

用細砂紙沿橫向輕微打磨露出的絕緣層，并均勻、用力涂抹硅脂膏，特別是半導電層與絕緣層的梯步搭接處；

用無水酒精清洗銅屏蔽、半導電層和絕緣層。清洗方向為：從電纜頭端部到三指套端部。應一氣呵成，不可來回擦拭；

在銅屏蔽、半導電層和絕緣層的梯步搭接處均勻纏繞少量應力疏散膠。注意，疏散膠用量不可過多；

將應力管套入距三指套端口20 mm 處的銅屏蔽層上，加熱固定。加熱時，用中火間斷性加熱；

以壓接管（鼻子）孔深加5 mm 長度剝除主絕緣層，露出線芯導體，將絕緣層端部削成鉛筆頭狀。把鼻子鉗壓到線芯上（以B相為基準，A、C相鼻子的安裝平面與B相互成120°）；

用銼刀銼平鼻子的壓接隆起部分。用填充膠填充鼻子與絕緣之間的空隙，并以密封膠填充鼻子上的壓坑，應盡量填充為橄欖狀；

再次用無水酒精清洗電纜外露各部分。將主熱縮絕緣管分別套入至三指套根部，由根部向上螺旋推進加熱固定；

套入并固定密封管。密封管應將鼻子的三個壓接坑包裹起來。加熱從橄欖部最高處向兩端進行，排盡空氣；

安裝固定相色管、三孔雨裙和單孔分相雨裙。注意，雨裙的質量一般不如主熱縮件，因此，加熱雨裙時要調小火焰慢慢焙烤。

制作完畢。

4 XLPE電纜的敷設及安裝

電纜的敷設方式分為直埋、排管、電纜溝敷設、隧道敷設及沿鋼絲繩掛設等，下面以前3 種常見的敷設方式進行討論。

4.1 一般要求

電纜敷設前應繪制敷設施工圖，圖中包括電纜型號、名稱、根數和用途，以及各類電纜排列、放置順序、走向等，以便于日后搶檢修和故障排查工作。

敷設時，電纜兩端、沿線、接頭及轉向處應設明顯、牢固的方向標志或標樁；機械牽引施工時，途徑中應放置滑輪或滾桿，一般每3～5 m 放置一個，轉角處應放置轉角滑輪，如確實沒有條件，可增派人手代替滑輪；水泥溝槽或排管敷設的，應在途徑內放置一些滑石粉或細沙，以減小摩擦；拖動電纜前進時，速度不可太快，應考慮電纜的拉力承受力；如在低溫下敷設（-10 ℃），應先對電纜通電預熱（電流不可高于其額定電流），使其表面溫度不低于5 ℃，不高于35 ℃；如果電纜線路須轉彎，XLPE 電纜的彎曲半徑不得小于15 倍電纜外徑，以免內部機械損傷并引發“尖端效應”。

4.2 直埋方式敷設

直埋方式優點是經濟、簡便、施工速度快、技術易掌握，缺點是電纜本體易受機械應力、溫度、腐蝕和水分入侵的危害。為此，直埋路徑要考慮遠離震動劇烈地區，遠離有嚴重酸、堿性腐蝕地區，遠離有雜散電流區域（電腐蝕），遠離熱力源，盡量避開市政規劃未來可能挖掘施工的地方，避開地形起伏過大的地域。

在溝槽開挖方面，電纜埋深不得小于0.7 m，當位于車行道或耕地下時應加深，不得小于1 m；如有構筑物的，外皮至構筑物地下基礎不得小于0.3 m；如果線路穿越經常有車輛經過的地域，在土壤回填后，還應在電纜上方鋪設寬度不小于100 mm的混凝土保護板。電纜溝槽開挖寬度根據敷設電纜的根數和單根電纜的外徑來定，如果僅敷設一根電纜，寬度以方便施工為宜；如果數根并埋，則應充分考慮電纜散熱等因素，10 kV及以下電纜相互間凈距應滿足250 mm。

在電纜的放置方面，要求在電纜全線路上下鋪以厚度不小于100 mm 的泥沙層，經過震動較多的地域，應墊放軟質材料；考慮熱縮情況，線路全長應預留0.5%以上的長度；電纜出地引上電桿時，地面上應穿2.5 m 鋼管加以保護，保護管入地0.25 m；電纜敷設完畢后，應檢查外護層并用500 V 兆歐表檢測，當護層局部有劃傷且傷痕深度大于護層單邊厚度50%時應修補；回填時應檢查回填土，揀去石塊等堅硬物，回填土應多次夯實，回填后覆蓋土層應高出地平面150 mm以上。

此外，當直埋電纜線路與公路或建筑物交叉時，電纜應穿保護管，管長應超過交叉物兩邊各2 m。當電纜線路沿公路平行敷設時，電纜距路基應保持1.5 m間距，當線路邊有樹木時，電纜與樹木主干的距離不應小于0.7 m。電纜過橋時，考慮震動因素應墊彈性材料襯墊（橡皮、沙袋等），橋兩端和伸縮處應留有充分的電纜松弛部分。

4.3 排管方式敷設

排管方式敷設一般應用在以下情況：美化城區、在有爆炸危險的場所明敷電纜、露出地面需要保護的電纜、地下直埋電纜穿過公路等區段的等。排管的優點：荷重比較大，受外界因素干擾少，電纜間互不影響，比較安全，施工難度較小等。缺點主要是投資較大，相對影響電纜載流量，故障后檢修排查困難。

具體施工時，排管上部土壤回填厚度不應小于0.5 m，管路應置于經夯實且連續平直的土層上；排管排水坡度不應小于0.2%，每根管路不應超過4 個彎頭，并列排管間應有20 mm的間距；一根管路只能穿設一根電纜，管徑應大于電纜直徑1.5倍；當使用鋼管時，鋼管外壁應涂防銹涂料，鋼管相連時應使用絲扣，不得直接對焊，管口及內壁不得有毛刺。注意，單芯式電纜不得使用未分割磁路的鋼管做保護管。

當排管平行于公路時，距路基應保持3 m間距；對于管路電纜有接續要求或大角度轉向時應設工作井；管內預留牽引繩時，應采用尼龍繩，不得使用金屬制品。

4.4 電纜溝方式敷設

電纜溝方式敷設一般應用于變電站或工礦廠區內部，其優點是投資相對較少、容納電纜數量較大、電纜檢修運維方便、施工難度較小等，其缺點為電纜間相互影響大、容易積水積灰。

具體施工時，電纜溝縱向應有不小于0.5%的排水坡度并設集水坑。如為地下室電纜溝，集水坑內應加裝滿足容量要求的雙電源自啟動水泵；室內電纜溝應有向室外排水的通道或設施；電纜支架應牢固安裝在電纜溝墻壁上，橫平豎直。對側支架間及支架對壁間凈寬度要大于300 mm，支架層間垂直最小凈距不得小于150 mm；金屬支架全長要進行接地焊接，保證良好接地。金屬支架須進行防腐處理；所有電纜溝的出入口處，應預埋電纜管，并做好防水、防火隔離措施；電纜溝內應使用阻燃電纜，高、低壓（強、弱電，一、二次）電纜應分層配置；電纜進入電纜溝應采用專用固定夾固定；電纜敷設完畢后應進行防水、防火封堵，沿線每距離20 m掛標志牌；施工完畢后電纜溝內應平整、無雜物、無積水，蓋板應齊全。

5 結束語

本文結合運行工作實踐，針對10 kV 交聯聚乙烯電纜熱縮附件原理及其結構進行分析，對終端頭的安裝制作及電纜的敷設進行分析和討論，為運管、施工單位電纜相關工作的規范管理提供了一定的參考依據。