一種新型高壓電纜頭制作方法

茅雷　朱富云　陸志輝　吳國慶　譚陽　張旭東

摘要：文章綜述了高壓電纜的結構、高壓電纜附件的基本技術要求、高壓電纜頭制作的質量要求，分析了常見高壓電纜故障的原因，并在此基礎上提出了一種將半導體涂覆應用在高壓電纜頭制作上。該制作方法旨在改善高壓電纜接頭處場強分布，提高主絕緣層的絕緣性能和使用壽命，能有效提高操作人員的制作效率和電纜頭制作的質量。

關鍵詞：高壓電纜頭；半導體涂覆；制作流程；高壓電纜故障；電力系統；電力設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM247 文章編號：1009-2374（2016）19-0014-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.007

隨著電力系統建設規模的不斷擴大，高壓電纜的應用越來越廣泛，在其鋪設過程中為了進行電力電纜的連接，都需要制作電纜頭。與高壓電纜本體相比，在高壓電纜的整個運行壽命中，電纜接頭是薄弱的環節。由電纜接頭導致的電纜故障占到了電纜故障的主要部分，且電纜接頭所處位置較特殊，排查故障往往花費較長時間，造成過高的故障診斷與維修成本。因此要使中間頭和終端頭達到質量最優的控制效果，高壓電纜頭的制作方法受到越來越多人的重視。

1 高壓電纜結構

高壓電纜產品規格與型號眾多，按材料劃分主要有交聯乙烯絕緣電纜（XLPE）絕緣電纜、油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜、橡膠絕緣電纜等，但XLPE電纜使用最為廣泛。電力電纜結構通常情況下主要由芯線、絕緣屏蔽層以及保護層三部分構成，圖1是電纜結構圖。電纜線芯采用多股圓銅線或鋁線緊壓絞合而成，外形上可分為緊壓型與非緊壓型。由于緊壓型電纜表面較為光滑、有效地避免了引起電場集中，同時降低水分進入線芯造成電路短路的可能性，因而在制造過程中，一般都以緊壓型為主。絕緣屏蔽層包括主絕緣層、半導體屏蔽層及金屬屏蔽層（主要銅屏蔽層）。保護層包括內襯層、鋼鎧、外護套。從圖1可以看出，保護層處于整個電纜最外圍，因而它是保護整個電纜正常工作的第一道屏障，其結構可以根據具體使用環境采取相應的設計。

2 高壓電纜中間頭和終端頭制作的質量要求

電纜終端頭是將電纜與其他電氣設備連接的部件，電纜中間頭是將兩根電纜連接，兩者統稱為電纜附件。電纜附件作為電纜電力系統供電的重要樞紐，它應該具備與電纜本體相同的使用壽命。下面給出了電纜附件性能參數：（1）電纜中間頭聯接處電阻要盡量小且聯接處要保證穩定，能耐受短暫大電流沖擊，聯接處電阻在長時間運行后不能超過電纜線芯本體等長度電阻的1.3倍；（2）抗振動、耐腐蝕，具有一定的機械強度，同時成本低、體積小，便于現場操作人員安裝；（3）電纜附件應該具備電纜本體相同的絕緣性能，介質損耗要低，具有應對電場突變的措施。

3 高壓電纜附件基本技術要求

電纜附件作用主要是機械保護、防水、防火、耐腐蝕等。針對具體要求設計相應的保護層結構，也可以根據需要進行各種組合，因此電纜附件基本技術（結構設計、材料研究）改進也越來越受到重視。

基于上述背景，國內外相關學者及企業不斷探索附件的材料優化和結構仿真優化，如參考文獻[7]研究出采用注壓硫化生產高壓電纜附件的件的三元乙丙橡膠（EPDM）絕緣材料的配合技術，從生膠的選擇，配合劑的選用、加工注意事項等方面進行了研討，總結出了一個優化配方，所研制的EPDM絕緣材料具有優良的物理性能和電絕緣性能，生產工藝性好。參考文獻[8]使用有限元算法實現了電纜附件軟件包的研制，該軟件包利用Visual Basic 6.0嵌套Fortran生成的動態鏈接“D11”程序開發而成，軟件使得電纜附件設計人員可直觀地看出場強集中的部分，若是希望知道某一點的確切場強和電位，只需用鼠標點擊該點，即可顯示該點準確坐標、徑向場強和確切電位，大大地提高了設計人員的效率。參考文獻[9]模擬電纜附件在安裝過程中由人為操作不當導致，諸如刀痕、毛刺尖端、金屬顆粒懸浮等缺陷對附件電場分布的影響；參考文獻[10]至參考文獻[13]分析了界面壓力、粗糙度對界面介電性能的影響及應對措施。為改善電纜電場分布，電纜附件在制造時，可以采用幾何結構法、電氣參數法以及二者相結合來解決附件上應力集中等問題；電纜附件制作時應該盡可能地做到雜質和空隙零出現、增加兩種絕緣材料界面的壓力，提高附件耐電強度。半導體屏蔽層使用是屏蔽氣息的有效措施，而且能夠改善電纜表面電場的分布。目前，交聯熱縮電纜附件在電力系統中使用最多，采用材料由聚乙烯-醋酸乙烯（EVA）及乙丙橡膠等混合物組成，該附件符合GB 11033標準，可以在55℃～140℃之間長期

使用。

4 半導體涂覆應用于電纜頭制作

通過對國內近十年電纜本體、附件故障的統計發現，電纜接頭處由質量引起的故障超過60%。高壓電纜接頭處的故障，其中有兩類誘發因素較為常見：一類是電纜屏蔽層端口處的擊穿，破壞了主絕緣的性能；另一類是接地連接及芯線連接時不可靠帶來接觸電阻大，出現電流沖擊后局部過熱，降低了絕緣性能甚至破壞主絕緣的絕緣性能。現有技術中采用的提高電纜頭性能的制作方法有：（1）采用幾何形狀法結合應力管應用減少接線端部解決電應力集中問題，其中對應力管包括熱縮式應力套管、預制附件套管、冷縮式應力套管；（2）采用專用設備提高壓件的壓接應力，如改善壓接孔結構、利用新型緊固件等；（3）采用新材料，利用材料配方高介電常數材料主動緩解電場應力集中。

然而由于現場操作時個人對內護絕緣層幾何尺寸處理的理解不一、接頭處允許的附件尺寸不同，上述采用（1）、（2）措施所能達到的效果不可控，也達不到統一的標準。本文針對以上問題，提出了一種操作簡便、性能可靠的應用半導體涂覆的高壓電纜頭制作方法。

4.1 半導體涂覆電纜頭制作流程

在對高壓電纜頭的結構與性能以及電纜頭制作時質量要求了解后，現給出應用半導體涂覆的高壓電纜頭制作流程如下：（1）制作環境：避開雨霧及大風天氣，確保工作環境在2℃及以上、相對濕度低于70%、粉塵質量濃度小于20CPM；（2）電纜附件的檢查：檢查出廠日期及包裝密閉性后，對所有電纜附件預先試裝，確認規格與待加工電纜一致，且部件齊全；（3）剝除外護層及鎧甲：按尺寸要求剝除外護層及鎧甲，其中剝除鎧甲需順鎧甲抱緊方向，并處理鋸斷處的鎧甲毛刺；（4）內護絕緣層處理：將電纜斷面的內護絕緣層端部削成錐形，此錐形為反應力錐，同時進行拋光處理和表面清潔，然后采用硅脂潤滑錐形界面，同時填充界面的氣隙；（5）芯線處理：將芯線斷面裁切整齊，側面用不掉毛的細布或紙清潔表面，然后涂抹導電膏，再預先套好一件冷縮式內絕緣護套管、兩件應力管后用銅接管壓接芯線、兩件熱縮式外絕緣護套管，同時用砂布對錐面進行拋光處理并清潔表面，最后對裸露的芯線、銅接管和內護絕緣層錐形面涂覆半導體材料；（6）應力管安裝：在剝除半導體屏蔽層處清理加工面殘留物后涂抹硅脂，然后安裝應力管，其中安裝應力管與銅屏蔽層的接觸長度為20～25mm；（7）電纜接地處理：對銅屏蔽層和鎧甲層去除表面氧化物后，分別焊接接地線，焊接前后均需對電纜絕緣值進行測量，保證絕緣值高于或達到要求值，同時銅屏蔽層和鎧甲層之間保證良好絕緣；（8）縮緊護套管：對上述做好的接頭，表面涂抹硅脂，將兩件熱縮式外絕緣護套管中間交叉重疊放在接頭中間位置，然后從中間開始分別向兩側加熱收縮外絕緣護套管，擠出空氣并保證加熱均勻，最后對接頭制作區進一步做好防潮處理。

4.2 半導體涂覆電纜頭制作注意事項

在導體表面涂覆一層半導電材料，可以形成一道內屏蔽層，該屏蔽層與導體等電位并且與絕緣層良好接觸，避免在導體與絕緣層之間發生局部放電。以下為半導體涂覆的一些注意事項：（1）內護絕緣層處理時，用砂布對錐面進行拋光處理，用浸有清潔劑的不掉毛細布或紙清潔內護絕緣表面，從絕緣端部向半導體單方向進行清潔操作；（2）芯線處理時，涂覆的半導體材料為乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA為聚合物基體、炭黑CB為主要導電填料、有機過氧化物為交聯劑組成的復合材料；（3）縮緊護套管時，兩件熱縮式外絕緣護套管中間交叉重疊位置不少于110mm；（4）縮緊護套管時，對接頭制作區的防潮處理，采用自黏密封帶螺旋形纏繞；（5）芯線處理時，涂覆半導體材料，整個涂覆外表面形成整齊圓柱形。

5 結語

本文綜述了高壓電纜的結構與性能、高壓電纜附件技術要求以及電纜終端頭和中間頭的質量要求，在此基礎上針對常見電纜頭故障提出了一種新的高壓電纜頭中間芯線的制作方法。該方法具有針對性強、操作簡便、性能可靠等特點，易于被現場操作技術人員掌握，從而可有效地提高電纜頭制作的質量和操作人員的制作效率。該方法選用新型半導體屏蔽材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA為聚合物基體等組成的復合材料，且對半導體涂覆范圍、結構尺寸和外徑面需要達到的技術指標進行了明確的設定，可有效緩解由于電纜本體屏蔽層剝離帶來的斷口處電場強集中的問題，提高了主絕緣層的絕緣性能和使用壽命。內護絕緣層處理、芯線處理時，增加了清潔方向的規定，可減小加工碎屑的殘余，有效降低后期由于同一導電介質層存在雜質而帶來的安全隱患。芯線處理時，增加了清潔要求和加涂導電膏的要求，可以增加芯線和銅接管的有效解除面積，降低接觸電阻，減少由此引起的局部發熱對主絕緣的破壞。

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作者簡介：茅雷（1973-），男，南通供電公司高級工程師，研究方向：電力系統及自動化技術；朱富云（1957-），男，南通供電公司高級技師，高級工程師，蘇州大學機電工程學院產業教授，在讀博士，研究方向：電力系統、智能機器人技術；陸志輝（1956-），男，南通供電公司高級技師，研究方向：電力系統技術；吳國慶（1957-），男，南通大學電氣工程學院教授，博士生導師，博士，研究方向：機電一體化、智能微網控制。

（責任編輯：黃銀芳）