10kV電纜接頭的熔接技術

江蘇中天科技電纜附件有限公司 王全杰 梁 棟 史一兵

隨著民眾生活質量的逐步提高，城市各行各業的發展和運行對用電的需求不斷增加，現在國網供電基本上以交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜為主。國內XLPE絕緣電纜的大量投入使用，XLPE絕緣電力電纜附件技術也逐漸變得成熟。

目前國內500kV及以下電壓等級絕緣電纜附件產品已基本可以取代進口的電纜附件產品，實現了電纜附件的國產化。然而，隨著電纜附件產品的使用量不斷增加，附件產品的故障率也不斷增加，遠高于電纜本體的故障率。當前電力電纜生產技術、運輸限制以及在電纜敷設過程中施工環境等方面因素影響，通常不可能由單一完整的傳輸線路來完成。因此為滿足傳輸的要求，中間接頭在配網以及輸電過程中便不可或缺。

目前中間接頭大致可分為熱縮式、冷縮式、繞包式、預制式電纜附件[1]，這幾種連接都是通過簡單的機械壓接，用簡單的方式連接管來連接兩端導體，預制接頭主要是通過預制主體里的應力錐，通過幾何形狀的方法來降低電場強度，均勻電場；預制主體的材料和電纜絕緣的材料不同，會產生活動的界面氣隙，同時施工環境的潮濕、中間接頭運行過程中受潮，影響了電纜的絕緣性能，從而引起局部放電，形成水樹枝和電樹枝；造成了中間接頭擊穿，給后期的送電、供電帶來了隱患。

而熱縮式的電纜附件最大的缺點是本身不具有彈性、施工速度慢，只有在安裝附件的時候溫度才能滿足它的收縮條件，由于電纜的熱膨脹系數與熱縮材料的系數不同，當安裝條件溫差大、受氣候環境影響大的地域，溫度太低會產生脫層、出現裂縫，水和潮氣就會在電纜運行時滲透，從而破壞電纜絕緣，給安全帶來影響。

熱熔接頭從電纜的設計制造結構出發，不斷的進行修改和完善，形成了接近電纜本體性能的接頭，無需應力錐、無活動界面的熔融結構，有效的電場性能、可靠的抗拉強度以及全面的防護等可以避免這些隱患，延長了電纜中間接頭的壽命，使熱熔式中間接頭能夠在供電系統上更加安全可靠運行。熱熔中間接頭是將電纜導體、內屏蔽、絕緣、外屏蔽以及外護套等各結構一步步按工藝步驟進行恢復，將電纜恢復到原來樣子，達到密封效果，更大程度上將兩根電纜熔接為一根完整的電纜鏈路。連接兩端電纜導體線芯通過高溫焊接，焊接處的抗拉強度達到本體強度的90%以上；內屏和絕緣則通過人工繞包方式一層層進行恢復，相當于將電纜每層結構“重新生成”。

有數據表明，發生于中間接頭處的電纜故障占比超過40%，而熱熔接頭99%與本體電纜一致，有效解決了普通預制中間接頭因附件配套安裝產生的活動界面氣隙，解決了附件產品與電纜絕緣之間不同絕緣介質的根本問題，以及絕緣老化、防水性能差等而引發的問題；其電場分布和電氣穩定性與原有電纜本體性能一樣，大幅降低了電纜中間接頭的故障，保證了電氣性能的可靠性，保障了供電系統的安全運行。

目前在施工現場，銅線芯電纜熱熔接頭通常采用專用的石墨熱熔焊接模具進行焊接，而鋁線芯導體電纜采用氬弧焊進行分層焊接。

1 10kV電纜熱熔式中間接頭

熱熔式中間接頭恢復了電纜本體連接，成為了一條完整、全新的電纜。其沒有附件、應力錐以及活動界面。通過對照電纜的生產工藝結構實現電纜與電纜的連接。接頭處的焊接導體、內屏、主絕緣、外屏和外護套完全按照電纜的結構逐步恢復本體，使電纜接頭處成為一條完整的電纜，沒有中間接頭連接的概念。其電場分布和電氣性能與原來的電纜達到了基本一致。電纜熱熔接頭一般分為6個關鍵的工藝步驟，分別為電纜導體線芯的等徑焊接、內屏恢復、主體絕緣恢復、外屏蔽恢復、金屬屏蔽和外護套恢復。

1.1 電纜導體線芯（等徑焊接）恢復

熱縮式、預制式、冷縮式和繞包式中間接頭連接，通過壓接或者擰緊中間連接管來連接兩根電力電纜的金屬線芯，這種連接方式結構薄弱、易斷裂、變形，無法形成同心圓，連接處有尖角放電、氣隙大，機械性能差、發熱量大、連接結構復雜，嚴重影響電力電纜的載流能力。

熔接頭的線芯高溫焊接是區別于預制接頭壓接導體線芯的關鍵，連接牢固、電能損耗小、載流能力高，不用擔心電纜拖拽帶來的影響，連接施工快捷簡單，達到了原本導體的性能；高溫焊接是通過氧化銅與鋁的化學反應產生高溫的液態銅和氧化鋁的焊渣，是真正的分子焊接，與原來的機械壓接形成顯明區別，本體電纜的線芯不會造成破壞并且沒有接觸面，兩端導體的交接面整體性能沒有改變，不會老化、不會松弛、不會擠壓破壞原本的電纜線芯、不易被踩斷。其產生的高溫使容器（模具）里的銅焊粉化為銅水流到模具下面連接兩端的導體，產生的焊渣則在模具的上面。熱熔接頭的載流量與原先導體基本相同，具有良好的導電性能，導體焊接的拉斷力與本體的比值在90%以上。

施工焊接前，兩端電纜線芯導體應先把準備工作準備好，其具體操作過程為：按照工藝尺寸兩端開剝電纜外護套、剪掉多余的金屬鎧裝、開剝內護套、去掉多余的內襯材料、剝除銅屏蔽、剝外半導電層、出導體、削主體絕緣反錐。將兩端電纜的導體線芯位置對接好，然后裝上熔接模具，放入適量的銅焊粉，點火起爆。

1.2 電纜內半導電層恢復

電纜內屏蔽的恢復是熔接頭比較關鍵的一個步驟，其影響接頭焊接導體線芯的場強是否與之前電纜場強保持一致。內屏蔽起著改善電場分布的作用，消除了導體線芯不光滑的影響，在導體表面繞包一層半導電材料，并與絕緣良好接觸，避免不光滑導體與絕緣之間發生局部放電。在施工時需要將半導電帶拉伸并且采用50%搭蓋的方式緊密貼合。現場所使用的半導電帶與生產電纜所需的半導電為相同材質；通過加熱使其具有良好的相融性，保證安全運行。

1.3 主體絕緣恢復

10kV配電線路一般用三相XLPE絕緣電力電纜，三相分別為黃、綠、紅。交聯聚乙烯絕緣電纜是利用化學方法和物理方法使電纜絕緣的聚乙烯分子由線性分子結構變為網狀的交聯型結構，大大提高了電氣絕緣性能，在電場強度下絕緣性能不受任何影響。現有技術可將交聯聚乙烯改為圓形的盤狀物和連續的帶狀物，方便在施工現場進行繞包，這種帶狀物使用時無雜質，且繞包方便、簡潔、易于攜帶。

在施工現場繞包時，施工人員需要保證施工環境整潔、干凈，防止繞包時絕緣帶里混入灰塵等雜質。需緊密、連續均勻地繞包，并且繞包時需要拉伸、每一次搭接一半體積，繞包的絕緣厚度需盡量大于原來本體電纜絕緣大約2～3mm的厚度。現場所使用的交聯聚乙烯與生產電纜所需的交聯聚乙烯為相同材質。

現場施工人員三相繞包完成后需用冷縮管將其塑形，用物理方法升溫加熱，控制好溫度和時間；使所繞的帶狀物變成乳白色的固體并與原先兩端的電纜本體相融。繞包的絕緣層與半導電之間是熔融的，沒有活動界面，恢復了電纜原本結構，如圖1所示。

圖1 主體絕緣恢復 圖2 恢復金屬屏蔽 圖3 外護套恢復

1.4 外半導電層恢復

外屏作用主要是防止絕緣表面與金屬屏蔽層之間發生局部放電，消除氣隙放電。現有技術可以將半導電做成半導電涂料，類似于涂漆效果。將熱熔好的主絕緣涂上一層半導電漆，然后外面繞包一層半導電帶，需要連續、均勻地纏繞，每一次搭接均要保證50%的搭蓋率。選用的外半導電材料與生產電纜外半導電層為相同材質，能夠良好連接。

1.5 金屬屏蔽恢復、外護套恢復

為防止黃、綠、紅三相交流電各自建成磁場，影響三相運行，在三相外面安裝一層金屬屏蔽，屏蔽其他相建立的磁場，保護，均勻電場。現場使用銅網連接兩端銅皮，其具有良好的金屬屏蔽，兩端用恒力彈簧進行固定，如圖2所示。完成上述5個步驟后，內護層需要纏繞拉伸防水帶，連續的二分之一搭接，防止電纜進水。用接地線將兩端金屬鎧裝連接，恒力彈簧進行固定，最后在外護套層依次纏繞防水帶和鎧裝層，如圖3所示。至此便完成了一根完整的10kV熱熔接頭全過程。

圖2 能量管理策略流程圖

2 熱熔接頭的優點

熱熔接頭的優點如下：導體連接性能。導體采用的高溫焊接，進行化學反應，屬真正的分子焊接。導體等徑、低電阻、焊接點不易老化，經受長期的大電流運行，持久可靠，連接安全；防水性能。熱熔接頭是一種與電纜生產工序完全同步的中間接頭，相當于“重新生成”為一條完整的電纜線路。內外半導電層、絕緣本體與電纜之間無縫相融，無活動界面，防水性能優良；機械強度。焊接處可彎曲、可拖拽電纜，外界踩踏以及其他機械損傷對接頭的影響很小；外形尺寸。加工完成的電纜中間接頭與電纜本體外徑近似相等，不占用太多的空間，外形美觀。

綜上，熱熔式中間接頭采用一種將電纜“重新生成”的方式，通過電纜導體等徑焊接、內外屏制作、主體絕緣繞包以及外護層恢復等工序完成電纜結構逐步還原，采用無附加應力錐、應力管結構和界面氣隙的接頭全恢復概念，將電纜恢復至原有結構。在實際應用中，電纜熔接頭優于安裝電纜附件的中間接頭，熔接頭還原了電纜本體結構，使電場分布更加穩定、均勻，增強了電纜的防水絕緣性能，具備較高的電氣安全可靠性和較長的使用壽命，在城市供配電領域具備很高的推廣應用價值。