一、高壓電纜頭的基本要求
電纜終端頭是將電纜與其他電氣設(shè)備連接的部件;電纜中間頭是將兩根電纜連接起來的部件;電纜終端頭與中間頭統(tǒng)稱為電纜附件。電纜附件應(yīng)與電纜本體一樣能長期安全運行，并具有與電纜相同的使用壽命。良好的電纜附件應(yīng)具有以下性能：
1.線芯聯(lián)接好
主要是聯(lián)接電阻小而且聯(lián)接穩(wěn)定，能經(jīng)受起故障電流的沖擊;長期運行后其接觸電阻不應(yīng)大于電纜線芯本體同長度電阻的1.2倍;應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、耐振動、耐腐蝕性能;此外還應(yīng)體積小、成本低、便于現(xiàn)場安裝。
2.絕緣性能好
電纜附件的絕緣性能應(yīng)不低于電纜本體，所用絕緣材料的介質(zhì)損耗要低，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)對電纜附件中電場的突變能完善處理，有改變電場分布的措施。
★電場分布原理
高壓電纜每一相線芯外均有一接地的(銅)屏蔽層，導(dǎo)電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電場。也就是說，正常電纜的電場只有從(銅)導(dǎo)線沿半徑向(銅)屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場(電力線)，電場分布是均勻的。
在做電纜頭時，剝?nèi)チ似帘螌?，改變了電纜原有的電場分布，將產(chǎn)生對絕緣極為不利的切向電場(沿導(dǎo)線軸向的電力線)。在剝?nèi)テ帘螌有揪€的電力線向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。
電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，我們采取分散這集中的電力線(電應(yīng)力)，用介電常數(shù)為20~30，體積電阻率為108~1012Ω·cm 材料制作的電應(yīng)力控制管(簡稱應(yīng)力管)，套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場應(yīng)力(電力線)，保證電纜能可靠運行。下圖中左邊是沒裝應(yīng)力管，右邊是裝應(yīng)力管的電場分布情況。
要使電纜可靠運行，電纜頭制作中應(yīng)力管非常重要，而應(yīng)力管是在不破壞主絕緣層的基礎(chǔ)上，才能達(dá)到分散電應(yīng)力的效果的。在電纜本體中，芯線外表面不可能是標(biāo)準(zhǔn)圓，芯線對屏蔽層的距離會不相等，根據(jù)電場原理，電場強(qiáng)度也會有大小，這對電纜絕緣也是不利的。為盡量使電纜內(nèi)部電場均勻，芯線外有一外表面圓形的半導(dǎo)體層，使主絕緣層的厚度基本相等，達(dá)到電場均勻分布的目的。
在主絕緣層外，銅屏蔽層內(nèi)的外半導(dǎo)體層，同樣也是消除銅屏蔽層不平，防止電場不均勻而設(shè)置的。
為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應(yīng)力分散，應(yīng)力管與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm，短了會使應(yīng)力管的接觸面不足，應(yīng)力管上的電力線會傳導(dǎo)不足，(因為應(yīng)力管長度是一定的)長了會使電場分散區(qū)(段)減小，電場分散不足。一般在20~25mm左右。
在做中間接頭時，必須把主絕緣層也剝?nèi)ヒ徊糠?，芯線用銅接管壓接后，用填料包平(圓)。這以后有二種制作方法：
1.熱縮套管
用熱縮材料制作的主絕緣套管縮住，主絕緣套管外縮半導(dǎo)體管，再包金屬屏蔽層，最后外護(hù)套管。
2.預(yù)制式附件
所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。為中空的圓柱體，內(nèi)孔壁是半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層外是主絕緣材料。
圖中藍(lán)色的為半導(dǎo)體層，灰色的為主絕緣層。
預(yù)制式安裝要求比熱縮的高，難度大。管式預(yù)制件的孔徑比電纜主絕緣層外徑小2~5mm。
中間接頭預(yù)制管要兩頭都套在電纜的主絕緣層外，各與主絕緣層連接長度不小于10mm。電纜主絕緣頭上不必削鉛筆頭(在電纜芯線上盡量留半導(dǎo)體層)。
銅接管表面要處理光滑，包適量填料，關(guān)鍵技術(shù)問題：
附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規(guī)定的要求。
另外也需采用硅脂潤滑界面，以便于安裝,同時填充界面的氣隙，消除電暈。
預(yù)制附件一般靠自身橡膠彈力可以具有一定密封作用，有時可采用密封膠及彈性夾具增強(qiáng)密封。
預(yù)制管外面同熱縮的一樣，半導(dǎo)體層和銅屏蔽層，最外面是外護(hù)層。目前35KV以上電壓的基本上都用預(yù)制式電纜附件。
下面介紹電纜附件的一些情況
電纜附件適用標(biāo)準(zhǔn)
電纜附件的標(biāo)準(zhǔn)主要有三個層次。
第一層次：IEC標(biāo)準(zhǔn)
(1)IEC62067《額定電壓150kV(Um=170kV)以上至500kV(Um=550kV)擠出絕緣電力電纜及其附件的電力電纜系統(tǒng)----試驗方法和要求》
(2)IEC60840《額定電壓30kV(Um=36kV)以上至150kV(Um=170kV)擠出絕緣電力電纜及其附件試驗方法和要求》
(3)IEC60859《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)的電纜聯(lián)接裝置》
(4)IEC60502《額定電壓1kV(Um=1.2kV)以上至30kV(Um=36kV)擠出絕緣電力電纜及其附件》
(5)IEC60055《額定電壓18/30kV及以下紙絕緣金屬護(hù)套(帶有銅或鋁導(dǎo)體，但不包括壓氣和充油電纜)》第1部分“電纜及附件試驗”中第七章：附件的型式試驗
(6)IEC61442《額定電壓6kV(Um=7.2kV)到30kV(Um=36kV)電力電纜附件試驗方法》。
第二層次：國家標(biāo)準(zhǔn)(GB標(biāo)準(zhǔn))
(1)GB/Z 18890《額定電壓220kV(Um=250kV)交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》
(2)GB/T 11017《額定電壓110kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件》
(3)GB5589《電纜附件試驗方法》
(4)GB9327《電纜導(dǎo)體壓縮和機(jī)械連接接頭試驗方法》
(5)GB14315《電線電纜導(dǎo)體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》
注：GB11033《額定電壓26/35kV及以下電力電纜附件基本技術(shù)要求》已下放為JB/T8144
第三層次：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
(1)JB標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)械行業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn))
(2)JB/T8144《額定電壓26/35kV及以下電力電纜附件基本技術(shù)要求》原GB11033
(3)JB6464《額定電壓26/35kV及以下電力電纜直通型繞包式接頭》
(4)JB6465《額定電壓26/35kV及以下電力電纜戶內(nèi)型、戶外型瓷套式終端》
(5)JB6466《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶內(nèi)型、戶外型瓷套式終端》
(6)JB6468《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶內(nèi)型、戶外型繞包式終端》
(7)JB7829《額定電壓26/35kV及以下電力電纜戶內(nèi)型、戶外型熱收縮式終端》
(8)JB7830《額定電壓26/35kV及以下電力電纜直通型熱收縮式接頭》
(9)JB7831《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜戶內(nèi)型、戶外型澆注式終端》
(10)JB7832《額定電壓8.7/10kV及以下電力電纜直通型澆注式接頭》
(11)JB/T8501.1《額定電壓26/35kV及以下塑料絕緣電力電纜戶內(nèi)型、戶外型預(yù)制裝配式終端》
(12)JB/T8503.2《額定電壓26/35kV及以下塑料絕緣電力電纜戶內(nèi)型、戶外型預(yù)制裝配式接頭》
電纜終端電應(yīng)力控制方法
電應(yīng)力控制是中高壓電纜附件設(shè)計中的極為重要的部分。電應(yīng)力控制是對電纜附件內(nèi)部的電場分布和電場強(qiáng)度實行控制，也就是采取適當(dāng)?shù)拇胧沟秒妶龇植己碗妶鰪?qiáng)度處于最佳狀態(tài)，從而提高電纜附件運行的可靠性和使用壽命。
對于電纜終端而言，電場畸變最為嚴(yán)重，影響終端運行可靠性最大的是電纜外屏蔽切斷處，而電纜中間接頭電場畸變的影響，除了電纜外屏蔽切斷處，還有電纜末端絕緣切斷處。為了改善電纜絕緣屏蔽層切斷處的電應(yīng)力分布，一般采用 以下幾種方法：
幾何形狀法
采用應(yīng)力錐緩解電場應(yīng)力集中：
應(yīng)力錐設(shè)計是常見的方法，從電氣的角度上來看也是最可靠的最有效的方法。應(yīng)力錐通過將絕緣屏蔽層的切斷處進(jìn)行延伸，使零電位形成喇叭狀，改善了絕緣屏蔽層的電場分布，降低了電暈產(chǎn)生的可能性，減少了絕緣的破壞，保證了電纜的運行壽命。
采用應(yīng)力錐設(shè)計的電纜附件有繞包式終端、預(yù)制式終端、冷縮式終端。
從圖中可以看出，應(yīng)力錐的弧形設(shè)計使絕緣屏蔽層切斷處的電場分布加以改善，電場強(qiáng)度分布相對均勻，避免了電場集中。
參數(shù)控制法
采用高介電常數(shù)材料緩解電場應(yīng)力集中 高介電常數(shù)材料： 采用應(yīng)力控制層---上世紀(jì)末國外開發(fā)了適用于中壓電纜附件的所謂應(yīng)力控制層。其原理是采用合適的電氣參數(shù)的材料復(fù)合在電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面上，以改變絕緣表面的電位分布，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，容抗減小會使表面電容電流增加，但不會導(dǎo)致發(fā)熱，由于電容正比于材料的介電常數(shù)，也就是說要想增大表面電容，可以在電纜屏蔽末端絕緣表面附加一層高介電常數(shù)的材料。
目前應(yīng)力控制材料的產(chǎn)品已有熱縮應(yīng)力管、冷縮應(yīng)力管、應(yīng)力控制帶等等，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。應(yīng)力控制材料的應(yīng)用，要兼顧應(yīng)力控制和體積電阻兩項技術(shù)要求。
雖然在理論上介電常數(shù)是越高越好，但是介電常數(shù)過大引起的電容電流也會產(chǎn)生熱量，促使應(yīng)力控制材料老化。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，在材料本身配合上，介電常數(shù)與體積電阻率是一對矛盾，介電常數(shù)做得越高，體積電阻率相應(yīng)就會降低，并且材料電氣參數(shù)的穩(wěn)定性也常常受到各種因素的影響，在長時間電場中運行，溫度、外部環(huán)境變化都將使應(yīng)力控制材料老化，老化后的應(yīng)力控制材料的體積電阻率會發(fā)生很大的變化，體積電阻率變大，應(yīng)力控制材料成了絕緣材料，起不到改善電場的作用，體積電阻率變小，應(yīng)力控制材料成了導(dǎo)電材料，使電纜出現(xiàn)故障。這就是應(yīng)用應(yīng)力控制材料改善電場的熱縮式電纜附件為什么只能用于中壓電力電纜線路和熱縮式電纜附件經(jīng)常出現(xiàn)故障的原因所在，同樣采用冷縮應(yīng)力管和應(yīng)力控制帶的電纜附件也有類似問題。
采用非線性電阻材料---非線性電阻材料(FSD)也是近期發(fā)展起來的一種新型材料，它利用材料本身電阻率與外施電場成非線性關(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。非線性電阻材料具有對不同的電壓有變化電阻值的特性。當(dāng)電壓很低的時候，呈現(xiàn)出較大的電阻性能;當(dāng)電壓很高的時候，呈現(xiàn)出較小的電阻性能。采用非線性電阻材料能夠生產(chǎn)出較短的應(yīng)力控制管，從而解決電纜采用高介電常數(shù)應(yīng)力控制管終端無法適用于小型開關(guān)柜的問題。
非線性電阻材料亦可制成非線性電阻片(應(yīng)力控制片)，直接繞包在電纜絕緣屏蔽切斷處上，緩解這一點的應(yīng)力集中的問題。
采用應(yīng)力控制層和采用非線性電阻材料緩解電場應(yīng)力集中分布示意圖 如圖 (也叫綜合控制法)
(a) (b)
采用應(yīng)力控制層和采用非線性電阻材料緩解電場應(yīng)力集中分布示意圖
(a)沒有應(yīng)力控制管 (b)裝有應(yīng)力控制管
德標(biāo)機(jī)械專業(yè)生產(chǎn)供應(yīng)電力產(chǎn)品(冷縮電纜附件)新型液態(tài)硅膠注型機(jī)，設(shè)備具有一拖三功能，可以同時給3臺平板硫化機(jī)供料，簡單操作，按照需求設(shè)置相對應(yīng)的工藝參數(shù)即可實現(xiàn)，工藝可遙控器控制，省時省力。電力行業(yè)客戶案例：國家電網(wǎng)丨永固集團(tuán)丨固力發(fā)集團(tuán)丨南瑞集團(tuán)丨寶雞高壓丨雙豐電力丨七星電力丨科德電氣︱等代表性企業(yè)。聯(lián)系電話：183219638559（肖經(jīng)理）。
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