10 kV電纜頭的制作及運行維護分析

歐志強

(廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山順德供電局，廣東 佛山 528000)

10 kV電纜頭的制作及運行維護分析

歐志強

(廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山順德供電局，廣東 佛山 528000)

隨著電力技術的不斷發(fā)展，電網(wǎng)改造對電纜應用的需求越來越大，電纜頭的使用也越來越普遍?，F(xiàn)根據(jù)長時間積累的工作經(jīng)驗，并結合電纜頭的結構原理、分類及特點，總結出了電纜頭的選用原則及其在制作、安裝過程中的注意事項，分析了檢修和維護過程中需重點關注的地方和關鍵方法，以期為設計和施工人員提供可供參考的經(jīng)驗。

10 kV電纜頭；制作；剝除；電應力

0 引言

電纜頭是電力行業(yè)常用的一種用于電纜連接、轉接和分接的裝置，它具有防水、防漏電和爬電、絕緣和屏蔽等功能，并且具有一定的抗拉和抗撞擊性能，能在相對惡劣的環(huán)境下工作。根據(jù)不同的應用場合、生產(chǎn)方式、使用方式，電纜頭也存在著一定的多樣性。

1 電纜頭的分類及選用

電纜頭可以按照以下幾種方式分類：

(1) 按電壓等級可以分為1 kV、10 kV、27.5 kV、35 kV、66 kV、110 kV、138 kV、220 kV等不同的等級。

(2) 按照使用材料的不同可以分為冷縮電纜頭和熱縮電纜頭。

(3) 按照使用環(huán)境的不同可以分為戶內(nèi)電纜頭和戶外電纜頭。

(4) 按照結構形式的不同可以分為直通電纜頭和T型電纜頭。其中T型電纜頭根據(jù)安裝位置的不同可以分為前接頭和后接頭，按照結構方式的不同又可以分為歐式的和美式的。

(5) 按照電纜的芯數(shù)可以分為單芯、兩芯、三芯、四芯(又分為四等芯和3+1)、五芯(又分為五等芯、3+2和4+1)。

(6) 按照使用位置的不同可以分為電纜中間接頭和電纜終端接頭。

10 kV是配電網(wǎng)中最常采用的電壓等級，10 kV電纜頭的品種和規(guī)格也是比較豐富的，因此10 kV電纜頭需要根據(jù)電纜的材料和規(guī)格、使用的環(huán)境、具體使用的位置等因素來選用，比較常見的電纜頭的典型選用位置如下：

(1) 比較狹小的位置主要使用T型接頭，比如充氣柜的進出線處；

(2) 空間比較寬敞的地方，在房間內(nèi)采用戶內(nèi)終端，在戶外采用戶外終端，比較常見的是配電房中的變壓器的高壓側使用的是戶內(nèi)終端，架空線路中柱上變壓器高壓側使用的是戶外終端；

(3) 電纜溝中電纜連接常用中間接頭，地上電纜分接常用T型接頭做成的電纜分接箱。

2 10 kV電纜頭的制作及應力控制

2.1 10 kV電纜頭的制作

電纜頭接入電力系統(tǒng)后是否能夠安全可靠地運行，除了與電纜頭的接頭形式、使用材料、使用位置有關外，還與電纜頭制作和安裝的精細度有很大關系。

電纜接頭的形式多種多樣，但制作電纜頭的步驟，基本上是比較類似的，主要包括以下幾個步驟：設備點件檢查→剝除電纜護層→剝銅屏蔽層→剝半導電層→剝芯絕緣層→固定定位鏈條→安裝應力錐→壓接線端子→接線端子裝入前接頭→前接頭固定。繁瑣的制作過程，主要目的是實現(xiàn)電纜制作前后電纜電場的均衡，削弱電應力對電纜帶電運行時的影響。

電纜頭制作應該遵守的兩點原則：

(1) 導體連接的可靠性，主要體現(xiàn)在導體連接處的接觸電阻要小且能承受住故障電流的沖擊，根據(jù)電纜頭制作和使用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)分析得出，長期運行后電纜頭導體連接處的接觸電阻不應大于電纜線芯同長度電阻的1.2倍且應具有一定的抗拉、抗壓、抗振動、抗腐蝕性；

(2) 外護套絕緣的可靠性，從電力電纜電場分布的原理分析，高壓電纜的線芯外部均有銅屏蔽層，導體與銅屏蔽層之間會形成徑向電場。也就是說，正常電纜只有從導體沿其半徑方向銅屏蔽層的電力線，沒有導體軸向的電力線，電場分布是均勻的，如圖1所示。

圖1 電纜橫截面

在做電纜頭時，將電力電纜的屏蔽層剝掉，肯定會改變電纜中電力線的方向，會產(chǎn)生對電纜絕緣極為不利的切線方向的電力線，即沿導體軸向的電力線，電力線將會向屏蔽層的斷口處集中，因此屏蔽層的斷口處即為電纜最容易擊穿的部位。在實際制作電纜頭時經(jīng)常使用的防止屏蔽層斷口處擊穿的方式是使用應力錐去屏蔽屏蔽層斷口處的電力線，為了起到更好的屏蔽作用，應力錐材料的選用也是比較考究的，經(jīng)常選用的應力錐材料的介電常數(shù)一般為20～30，體積電阻率為108～1012Ω· cm。使用應力錐前后電力電纜的電場分布情況如圖2所示。

圖2 使用應力錐前后電力電纜的電場分布情況

2.2 10 kV電纜頭的應力控制

其實，在中高壓電纜附件設計過程中，電應力控制是一個關鍵點，電應力控制是對電纜附件內(nèi)部的電場分布和電場強度進行控制，即采用一定的措施，使得電纜附件內(nèi)部的電場分布和電場強度處于最佳狀態(tài)，從而提高其使用壽命和運行的可靠性。對于電纜終端頭而言，電纜外屏蔽切斷處電場畸變最為嚴重，直接影響終端運行可靠性；而對于電纜中間接頭來說，對其造成影響的不均勻電場產(chǎn)生的原因，除了電纜外屏蔽切斷處，還有電纜末端絕緣切斷處。一般情況下，可以通過以下2種辦法去改善電纜絕緣屏蔽層切斷處的不均勻電場。

2.2.1 物理隔離法

這種方法主要是采用應力錐去隔離緩解電場應力集中。在電纜頭中，應力錐的使用是比較常見的，從電場理論上去分析，應力錐隔離法也是一種減少電纜頭應力的有效方法，應力錐通過將電纜頭絕緣屏蔽層的切斷處進行延伸，使零電位形成喇叭狀，改善了絕緣屏蔽層處的電場分布，降低了電暈產(chǎn)生的可能性，減少了其對絕緣的破壞，有效延長了電纜及電纜頭的使用壽命。目前，在實際應用的采用應力錐的電纜頭有繞包式終端、預制式終端、冷縮式終端等幾種形式。

2.2.2 材料控制法

此類方法主要是采用高介電常數(shù)材料來緩解電場應力集中。20世紀末，國外一些專業(yè)的廠家采用新的高介電常數(shù)材料開發(fā)了適用于中壓電纜附件的所謂應力控制層，其原理是采用電氣參數(shù)合適的材料復合在電纜末端屏蔽切斷處的絕緣表面上，用來改變絕緣層表面的電位分布，從而達到改善電場的目的。

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。容抗減小會使電纜頭表面電容電流增加，但不會導致發(fā)熱，由于電容值與材料的介電常數(shù)是正比關系，也就是說要想增大電纜頭表面電容值，可以在電纜屏蔽末端絕緣表面上附加一層高介電常數(shù)的材料。

目前市面上應用的應力控制材料主要有熱縮應力管、冷縮應力管、應力控制帶等，一般這些應力控制材料的介電常數(shù)都大于20，體積電阻率為108～1012Ω· cm。在實際使用中，應力控制材料的使用還要兼顧應力控制和體積電阻兩項技術要求。

從理論上分析，電纜頭使用的材料的介電常數(shù)是越高越好，但是介電常數(shù)過大引起的電容電流過大，也會產(chǎn)生熱量，加速應力控制材料的老化。同時應力控制材料作為一種高分子多相結構復合材料，其介電常數(shù)與體積電阻率也是一對矛盾，介電常數(shù)做得越高，體積電阻率也會相應地降低，并且材料電氣特性也會受到一些其他因素的影響，長時間在電場中使用，溫度等外部環(huán)境的變化都將加速應力控制材料的老化，老化后的應力控制材料的體積電阻率也將大幅度變大，最終應力控制材料變成了絕緣材料，起不到改善電場的作用；如體積電阻率變小，應力控制材料成了導電材料，就會使電纜出現(xiàn)故障。這就是應力控制材料只能應用于中壓和熱縮電纜附件的原因，同樣，采用冷縮應力錐和應力控制帶的電纜附件也會出現(xiàn)類似的問題。

非線性電阻材料(FSD)也是近期發(fā)展起來的一種用于改善電應力的新型材料，它利用材料本身電阻率與外施電場呈非線性關系變化的特性，來解決電纜絕緣屏蔽切斷處電場集中分布的問題。非線性電阻材料對于不同的電壓，有不同的電阻值變化。當電壓低時，非線性電阻材料會呈現(xiàn)出高電阻特性；當電壓高時，會呈現(xiàn)出低電阻特性。采用非線性電阻材料可以使應力錐的體積變小，從而適用于小控制柜。

3 10 kV電纜頭的管理和維護

電纜頭在使用過程中如出現(xiàn)故障，原因主要有3種：一是電纜頭的質量問題；二是電纜頭的制作工藝及過程控制問題；三是外力的損壞。

因此，在控制好電纜頭質量和制作工藝之后，就要加強成品電纜頭的防護。電纜頭在使用過程中，要經(jīng)常檢查確認其完整性，確認其引出線的節(jié)點處無發(fā)熱現(xiàn)象，保持電纜頭的清潔，確保其表面沒有磨損和標識損壞丟失現(xiàn)象，并確保電纜頭處干燥，無凝露和積水。同時，加強電纜頭外部的防護，以減少外力對電纜頭的沖擊。

4 結語

電纜頭是電纜中最薄弱的環(huán)節(jié)，也是電纜帶電運行最容易出現(xiàn)問題的地方。電纜頭制作的好壞直接影響到電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，而電纜頭制作時最關鍵的就是要保證導體連接的可靠性和外部絕緣防護，防止爬電和放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。在電纜頭安裝時，也要考慮到電纜頭的清潔和防護問題。

[1] 戴靜旭，劉杰，王彥偉.高壓電纜故障原因分析及對策措施[J].高電壓技術，2004(S1)

[2] 盧偉強.交聯(lián)電纜接頭運行故障原因分析及處治對策[J].科技資訊，2010(18)

[3] 佟智勇，張遠超，施寧寧.電纜頭常見故障分析與處理措施[J].河北電力技術，2010(5)

[4] 訾勇.10 kV三芯交聯(lián)電力電纜終端頭安裝工藝的改進[J].鐵道機車車輛，2004(6)

2014-09-25

歐志強(1974—)，男，廣東南海人，助理工程師，研究方向：配網(wǎng)運行維護和規(guī)劃。