冷縮電纜終端炸裂解剖分析及工藝提高措施

陳亞寧

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司，寧夏 銀川 750011）

0 前言

交聯(lián)聚乙烯電纜具有良好的電器性能和耐熱性能、以及傳輸容量大，結(jié)構(gòu)輕便，易于彎曲，附件接頭簡(jiǎn)單，安裝敷設(shè)方便，不受高度落差的限制，沒(méi)有漏油和引起火災(zāi)的危險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)10kV及35kV終端多為冷縮工藝制作，它以制作工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工方便逐步取代了其他形式的電纜終端。電纜終端頭的質(zhì)量及制作工藝直接影響了電纜絕緣性能，本文針對(duì)三起較典型冷縮電纜終端事故理論分析事故原因，并提出制作工藝的工藝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。

1 電纜結(jié)構(gòu)及冷縮電纜終端附件介紹

電力電纜的基本結(jié)構(gòu)由線芯（導(dǎo)體）、絕緣層、屏蔽層和保護(hù)層四部分組成，如圖1所示。

（1）線芯：線芯是電力電纜的導(dǎo)電部分，用來(lái)輸送電能，是電力電纜的主要部分。

（2）絕緣層：絕緣層是將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離，保證電能輸送，是電力電纜結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分。

（3）屏蔽層：電力電纜一般有導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層。其中導(dǎo)體屏蔽層又稱內(nèi)屏蔽，包裹在線芯上，由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，它可以克服電暈及游離放電，使線芯與絕緣層之間有良好的過(guò)度，外部為主絕緣，主絕緣外部有半導(dǎo)體絕緣屏蔽層包裹，同時(shí)擠包一層0.1mm厚的軟銅帶，他們保護(hù)電纜，使之不能發(fā)生接地故障。

（4）保護(hù)層：保護(hù)層的作用是保護(hù)電力電纜免受外界雜質(zhì)和水分的侵入，以及防止外力直接損壞電力電纜。

冷縮電纜終端附件包括恒力彈簧、接地銅帶、冷縮護(hù)套管、接線鼻子以及填充防水材料等，其作用如下：

（1）恒力彈簧：恒力彈簧將接地銅帶可靠的壓在電纜的軟銅帶屏蔽層、作為電纜正常運(yùn)行時(shí)電容電流的通路。

（2）冷縮護(hù)套管：冷縮護(hù)套管利用彈性體材料在工廠內(nèi)預(yù)制成型，再經(jīng)擴(kuò)徑、襯以塑料螺旋支撐物構(gòu)成各種電纜附件的部件。其外表面為傘群結(jié)構(gòu)、護(hù)套的下部做成錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)部附有半導(dǎo)體絕緣層，電纜終端制作時(shí)、將電纜的軟銅帶銅屏蔽按照一定要求剝離，并作打磨防水等處理，最后將冷縮護(hù)套管安裝在處理好的電纜上、其具有一定的防水及絕緣作用、并改善電纜終端的電場(chǎng)分布。

（3）填充、防水材料：填充材料填充電纜制作時(shí)造成的空隙。防水材料主要防止水進(jìn)入電纜終端。

2 幾起冷縮電纜終端頭事故分析

2.1 冷縮電纜終端附件安裝位置不當(dāng)造成事故分析

某故障電纜在冷縮終端傘群下部軟銅帶恒力彈簧上部發(fā)生擊穿，主絕緣燒毀如圖2。

從電纜制作工藝上看，此處為電纜半導(dǎo)體及軟銅帶剝?nèi)ノ恢谩ｋ娎|終端制作時(shí)，將電纜外護(hù)套、軟銅帶以及外半導(dǎo)體屏蔽層剝?nèi)ヒ欢ㄩL(zhǎng)度，長(zhǎng)度依次向內(nèi)遞減，軟銅帶剝?nèi)ラL(zhǎng)度最長(zhǎng)，此處電場(chǎng)分布與電纜絕緣層內(nèi)電場(chǎng)分布狀況有很大差異，突出表現(xiàn)在靠近金屬護(hù)套邊緣電場(chǎng)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，具有較大的軸向分量，如圖3。

在電纜附件制作時(shí)，此處應(yīng)用預(yù)制作的錐形套管覆蓋，又稱應(yīng)力錐，應(yīng)力錐內(nèi)部有半導(dǎo)體層，這層半導(dǎo)體層通過(guò)冷縮工藝與電纜本身外半導(dǎo)體層連接起來(lái)，在錐面上絕緣厚度逐漸增加，絕緣表面的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸遞減，疏散了電力線分布，提高了過(guò)度界面的游離電壓，即應(yīng)力錐改善電場(chǎng)分布作用，如圖4。

從圖中可以看出，無(wú)應(yīng)力錐時(shí)軟銅帶屏蔽未覆蓋區(qū)電場(chǎng)強(qiáng)度密集容易形成樹(shù)狀放電或者滑閃放電，絕緣相對(duì)薄弱，加入應(yīng)力錐后此處絕緣加強(qiáng)，電場(chǎng)在應(yīng)力錐的錐形結(jié)構(gòu)作用下得到了改善，加強(qiáng)了此處絕緣，大大降低此處發(fā)生擊穿的可能性。從故障電纜的解剖發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力錐的錐形結(jié)構(gòu)位置不當(dāng)，未覆蓋軟銅帶末端，起不到改善此處電場(chǎng)的作用，此處為電纜工藝主要加工區(qū)，它是軟銅帶屏蔽、半導(dǎo)體屏蔽與主絕緣的交接區(qū)，且軟銅帶屏蔽以及半導(dǎo)體屏蔽存在切面以及打磨痕跡，這些地方在密集的電場(chǎng)作用下，局部放電量增大，嚴(yán)重破壞絕緣，且由于局部放電的高頻特性產(chǎn)生的強(qiáng)烈介質(zhì)損耗發(fā)熱，而固體的擊穿電壓隨溫度升高而降低，綜合作用下，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

2.2 主絕緣受傷造成事故分析

某電纜擊穿后，進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)電纜冷縮套管覆蓋的主絕緣有縱向的放電痕跡，從電纜線芯末端至屏蔽層延主絕緣表面形成放電通路。此放電通路是由于電纜在剝?nèi)グ雽?dǎo)體層是過(guò)深的刀痕造成，當(dāng)主絕緣上存在過(guò)深的刀痕后，制作過(guò)程中打磨不到位，或者硅脂涂抹不均勻，導(dǎo)致在刀痕的縫隙中存在空氣，水分，雜質(zhì)等，由于氣泡的介電常數(shù)接近于1，交變電場(chǎng)下氣隙的場(chǎng)強(qiáng)比鄰近固體介質(zhì)中場(chǎng)強(qiáng)大的多，而起始游離電壓比絕緣層小，所以在氣隙中發(fā)生電離及局部放電，造成局部電場(chǎng)畸變、帶電質(zhì)點(diǎn)撞擊氣泡避造成絕緣物分解、局部溫度升高以及氣泡中由于電離產(chǎn)生的O3造成氧化腐蝕等，都降低了此處的絕緣性能。長(zhǎng)期運(yùn)行整個(gè)通道內(nèi)絕緣降低電位升高，當(dāng)與地電位之間的絕緣強(qiáng)度低于擊穿電壓時(shí)，發(fā)展為電纜接地故障。

2.3 屏蔽層受傷造成事故分析

某電纜的擊穿部位發(fā)生在電纜終端的下部，對(duì)其進(jìn)行解剖如圖5。

在擊穿處發(fā)現(xiàn)軟銅帶屏蔽及半導(dǎo)體層有深的橫向刀傷痕跡，此刀傷痕跡在安裝時(shí)與金屬架接觸，擊穿就發(fā)生在刀傷痕跡與金屬架之間。在刀傷處半導(dǎo)體屏蔽層與軟銅帶屏蔽層受到破壞，而半導(dǎo)體屏蔽層及軟銅帶的作用是將電場(chǎng)限制在電纜內(nèi)部，此時(shí)刀傷處失去屏蔽電場(chǎng)的作用，電場(chǎng)在此處向外部發(fā)散，形成密集的電場(chǎng)，水分及雜質(zhì)在刀痕中形成電解質(zhì)溶液，在刀痕中畸變電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，電解質(zhì)溶液中的離子在交變電場(chǎng)作用下反復(fù)沖擊絕緣物質(zhì)，使其發(fā)生疲勞損壞及化學(xué)分解，電解液隨之滲透、擴(kuò)散到絕緣層深處、，形成樹(shù)枝或樹(shù)葉狀泄痕，又稱水樹(shù)枝，水樹(shù)枝累計(jì)發(fā)展結(jié)合密集電場(chǎng)下局部放電對(duì)絕緣的損傷作用最終導(dǎo)致絕緣在此處擊穿。

3 總結(jié)及改善措施

通過(guò)對(duì)上述幾起電纜終端炸裂事故的分析，總結(jié)如下：

（1）在制作電纜終端時(shí)，應(yīng)選擇合適的環(huán)境，濕度過(guò)大或者灰塵等雜質(zhì)過(guò)多時(shí)不宜進(jìn)行。

（2）電纜終端制作剝?nèi)ネ庾o(hù)套、軟銅帶屏蔽及半導(dǎo)體屏蔽層時(shí)，應(yīng)按照電纜終端附件及說(shuō)明書(shū)的要求剝?nèi)ズ线m的長(zhǎng)度，保證三者之間有一定的梯度。

（3）軟銅帶的剪切面應(yīng)整齊，并做打磨處理，避免終端附件冷縮時(shí)摻雜空氣。半導(dǎo)體屏蔽層由于與主絕緣粘合較緊密，在剝?nèi)r(shí)注意刀痕，防止過(guò)多的損傷主絕緣，屏蔽層的切斷處是應(yīng)力比較集中的地方，這些地方場(chǎng)強(qiáng)比較強(qiáng)，因此此處的處理應(yīng)使半導(dǎo)體屏蔽層切面整齊無(wú)毛刺。

（4）在主絕緣層未制作套管附件時(shí)，主絕緣上殘留的半導(dǎo)體應(yīng)充分打磨，絕緣層表面的刀痕也應(yīng)做同樣處理，保證主絕緣表面光滑無(wú)刀痕，沖洗后均勻涂抹硅脂，防止冷縮附件時(shí)帶入空氣等雜質(zhì)。電纜終端的填充及防水措施應(yīng)做好，使電纜終端無(wú)進(jìn)水可能。

（5）填充電纜用的填充膠及防水膠應(yīng)保證一定的厚度，且纏繞時(shí)保持一定的梯度，使附件冷縮時(shí)與填充膠緊密結(jié)合，保證電纜終端的密封性能。

（6）電纜冷縮套管在安裝時(shí)，注意安裝位置，應(yīng)將冷縮套管的半導(dǎo)體層與電纜半導(dǎo)體層緊密連接，冷縮套管的應(yīng)力錐部位按說(shuō)明書(shū)安裝，不可隨意安裝。

（7）電纜終端制作完成進(jìn)行安裝固定時(shí)，不可折彎電纜終端，避免由于外力使冷縮附件移位。電纜固定的卡子應(yīng)位于電纜工藝的下部，不可與電纜冷縮附件有接觸。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三起典型冷縮電纜終端事故的解剖分析，理論闡述電纜終端發(fā)生這三種事故的原因，結(jié)合冷縮電纜終端工藝制作的要求，提出在冷縮電纜終端工藝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，以求提高電纜終端制作工藝，提高電纜運(yùn)行可靠性。

[1]陳化鋼.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理手冊(cè)[M].中國(guó)水利水電出版社,2009,5.

[2]陳化鋼,張開(kāi)賢,程玉蘭.電力設(shè)備異常運(yùn)行及事故處理[M].中國(guó)水利水電出版社,1999,1.

[3]史傳卿.供用電工人技能手冊(cè)-電力電纜[M].中國(guó)電力出版社,2004,8.

[4]王大忠,周澤存,沈其工,等.高電壓技術(shù)[M].3 版.中國(guó)電力出版社,2004,8.