电力电缆讲座第三讲电缆终端和接头安装.docx

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作电力电缆讲座第三讲电缆终端和接头安装上海电缆输配电公司史传卿中图分类号: TM 247, TM 72614文献标识码B文章编号: 100626357 (2001) 051电缆终端和接头的类型电缆终端和接头统称为电缆附件, 它们是电缆线路必不可少的组成部分。一项电缆工程敷设完成后, 还必须将全部接头与终端都安装完毕, 才能形成一条可供传输电力的电缆线路。111电缆终端电缆终端是安装在电缆线路末端, 具有一定绝缘和密封性能, 用以将电缆与电网或其它电气设备相连接的电缆附件。按使用场所不同, 电缆终端可分为以下类型:(1) 户内终端。用于不受阳光

2、直射和淋雨的室内环境。(2) 户外终端。用于受阳光直射和风吹雨打的室外环境。高压电缆户外瓷套管式终端又称为敞开式终端, 为了减少附件品种, 这种形式终端也用于户内。(3) 设备终端。被连接的电气设备上带有与电缆相连接的相应结构或部件, 以使电缆导体与设备的连接处于全绝缘状态。例如, 插入变压器的象鼻式终端, 和用于中压电缆的可分离连接器等。可分离连接器以硅橡胶或乙丙橡胶为绝缘, 常用的有插入式和螺栓式两种。(4) GIS 终端。用于SF6 气体绝缘、金属封闭组合电器中的电缆终端。GIS 终端是高压电缆常用附件之一, 多用于屋内配电装置。电缆终端按所用材料不同, 有热缩型、冷缩型、橡胶预制型、绕

3、包型、瓷套型、浇铸(树脂) 型等品种。按外形结构不同, 有鼎足式、扇形、倒挂式等。112电缆接头电缆接头是安装在电缆与电缆之间, 使两根及以上电缆导体联通, 并具有一定绝缘密封性能的电缆附件。电缆接头除连通导体外, 还具有其它功能。按其功能不同,电缆接头有以下类型:(1) 普通接头(直接接头)。用于两根同型号的电缆相互连接的接头。自容式充油电缆的普通接头, 其导体连接除确保电气连通外, 还要确保油道中油流畅通。(2) 绝缘接头。这种接头用于较长的单芯电缆线路各相金属护套交叉互联, 以减少金属护套损耗。绝缘接头中接头壳体对地绝缘, 壳体当中采用环氧树脂绝缘片或瓷质绝缘垫片隔开, 使两侧电缆的金属

4、护套在轴向绝缘。接头增绕绝缘外包绕的半导体纸和金属接地层在接头中间部分也要断开, 不能连续。(3) 塞止接头。这种接头只作电缆的电气连接, 而将被连接的电缆油道在接头处隔断, 使其不能相互流通。塞止接头分割了电缆线路油压, 使各油段电缆内部压力不超过允许值, 并减少油压的变化, 能防止电缆在发生故障时漏油扩大到整条电缆线路。(4) 分支接头。用于将三根或四根电缆相互连接的接头。(5) 过渡接头。用于两种不同绝缘材料的电缆相互连接, 例如, 油纸和交联聚乙烯电缆相连接的接头。(6) 转换接头。用于一根多芯和多根单芯电缆相互连接的接头。(7) 软接头。可以弯曲的电缆接头称为软接头。这种接头用于生产

5、大长度水底电缆时, 在制造厂将两根半成品电缆在铠装之前相互连接。软接头也用于水底电缆检修, 在现场用手工制作, 称为检修软接头。电缆接头按所用材料不同, 有热缩型、冷缩型、绕包型(分带材绕包与成型纸卷绕包两种)、模塑型、预制件装配型、浇铸(树脂) 型、注塑型等。2电缆终端和接头的基本技术要求(1) 导体连接良好。电缆导体必须和出线接梗、接线端子或连接管有良好的连接。连接点的接触电阻要求小而稳定。与相同长度、相同截面的电缆导体相比, 连接点的电阻比值, 应不大于1, 经运行后, 其比值应不大于112。电缆终端和电缆接头的导体连接试样, 应能通过导体温度比电缆允许最高工作温度高5的负荷循环试验,

6、并通过1 s 短路热稳定试验。(2) 绝缘可靠。要有满足电缆线路在各种状态下长期安全运行的绝缘结构, 并有一定的裕度。在电缆终端和接头处, 由于电缆金属和屏蔽层断开,使得电场分布比电缆本体复杂得多。图321 是电缆终端电场分布图。在电缆终端存在着轴向应力, 即电场有着电缆长度方向分布的不均匀的分量。在导体和金属护套处电场比较集中, 而且靠近金属护套边缘处的电场强度最大。53第18 卷第5 期2001 年10 月供用电图321电缆终端电场分布左边剥去金属护套; 右边剥去金属护套和电缆绝缘层1电缆导体; 2电缆绝缘; 3金属护套因此, 在电缆终端和接头中, 要应用应力锥、反应力锥或应力管, 来控制

7、轴向应力。电缆接头必须有足够的增绕绝缘厚度, 应力锥上端至导体露出部分的距离, 即内绝缘距离必须满足设计要求。电缆终端的内绝缘和外绝缘配合, 包括电气强度配合和相互之间位置的配合, 必须恰到好处, 使内外绝缘均匀分布。敞开式终端要具有上下屏蔽罩, 在工作电压下, 高压端和接地端之间不应出现电晕放电。电缆终端和电缆接头的试样, 应能通过交、直流耐压试验、冲击耐压试验和局部放电等电气试验。户外终端还要能承受淋雨和盐雾条件下的耐压试验。(3) 密封良好。要能有效地防止外界水分或有害物质侵入绝缘, 并能防止绝缘剂流失。终端和接头的密封结构, 包括壳体、密封垫圈、搪铅和热缩管等, 在安装过程中必须仔细检

8、查, 做到一丝不苟, 避免由于密封不良导致在运行中发生故障。采用密封垫圈的装配部位, 如金属法兰、壳体和套管的平面或凹槽等, 必须符合工艺要求, 并进行抽样密封试验。金属铸造件应全部进行密封试验。塞止接头和过渡接头内部必须有隔断油路的密封部件, 对其试样应进行堵油试验。(4) 足够的机械强度。电缆终端和接头, 应能承受各种运行条件下所产生的机械应力。终端的瓷套管和各种金具, 包括上下屏蔽罩、紧固件、底板及尾管等, 都应有足够的机械强度, 对于固定敷设的电力电缆, 其连接点的抗拉强度, 应不低于电缆导体本身抗拉强度的60%。3电缆导体连接电缆导体连接包括终端导体与接线端子的连接和接头中两段电缆导

9、体的相互连接。导体连接方法的种类比较多, 无论哪一种连接方法, 都必须符合接触电阻和抗拉强度的要求。常用方法有以下几种:(1) 压缩连接。压缩连接又称压接, 属于不可拆卸的连接方法。它是用专用工模具对连接的金具和导体施加压力, 靠压应力产生塑性变形, 从而使导体和连接金具相连接的一种工艺。(2) 机械连接。靠旋紧螺栓、扭力弹簧或金具本身的楔形结构产生的压力, 使导体与连接金具相连接的方法,称为机械连接。这种连接方法是可拆卸的。机械连接的优点是工艺比较简单, 可应用于带电作业。机械连接用的金具有时应用螺纹结构, 在拧紧螺栓时, 能够紧紧地“咬住”导体表面, 从而获得良好的机械和导体性能。(3)

10、锡焊连接。锡焊连接是古老的导体连接方法。应用开口或有浇注孔的镀锡连接管、出线梗, 将熔化的焊锡(成份是铅、锡各50% ) 填注在导体、接管或出线梗之间,从而完成导体连接。锡焊连接仅适用于铜导体的连接。锡焊连接的缺点是当发生短路故障时, 其允许温度只有160, 温度过高, 将引起焊锡熔化流失, 以致接点脱焊。(4) 熔焊连接。熔焊连接是应用焊接设备产生高温,将导体间熔化, 从而实现连接的一种方法。熔焊的优点是不增加连接处导体的直径, 特别适用于制作电缆软接头。用于大截面铝芯电缆导体连接的氩弧焊连接技术, 就是一种熔焊连接。氩弧焊连接, 由于工艺比较复杂, 需要专用焊接设备, 技工要经专门训练,

11、这种工艺已很少采用。一种比较简便的熔焊连接技术, 叫做铝热剂熔焊, 又称“药包焊”。这种熔焊方法, 不需要焊接设备, 而是利用置于特制模具中的粒状氧化铜和铝, 经点燃后, 产生激烈化学反应, 生成铜和氧化铝, 同时放出大量的热。4电缆终端和接头中的应力锥与反应力锥411应力锥采用绕包绝缘带或者套上橡塑预制件的方法, 使得从金属护套和屏蔽层边缘起, 电缆绝缘和屏蔽层的直径逐渐扩大, 从而形成一个均化场强的锥形体, 称为应力锥。应力锥锥面与金属屏蔽相连接, 使其电位为零。应力锥的作用在于使得金属护套和屏蔽层边缘处原场强集中现象得到明显改善, 场强趋于均匀分布, 并利用其形状和长度, 使得沿绝缘表面

12、的轴向应力等于或小于电缆绝缘允许最大的轴向应力。图322 是电缆终端和电缆接头处的电压分布等位线示意图。图中(a) 是没有应力锥时电压等位线分布情况;(b) 是有了应力锥后电压等位线分布情况。有了应力锥之后, 在锥面上, 电缆绝缘厚度逐渐增加, 绝缘表面的电场强度逐渐递减, 于是疏散了电力线密度, 提高了过渡界面的游离电压。在设计终端头时, 要确定应力锥锥面的形状和它的轴向长度。在电缆接头中, 应力锥与增绕绝缘连在一起,增绕绝缘外应包绕接地屏蔽, 这时, 应力锥实际上成了增绕绝缘的“坡度”。应力锥锥面形状, 是按其表面轴向应力等于或小于允许最大轴向应力来设计的。图323 是应力锥电气计算的说明

13、图。设电缆导体中心线为X 轴, 以应力锥起始点为Y 轴。设沿应力锥表面轴向应力为一常数E t , 增54 供用电2001 年第5 期图322电缆接头或终端处电压分布等位线示意图1金属屏蔽层, 2导体, 3等电位线4电力线, 5电缆应力锥图323应力锥电气计算说明图绕绝缘半径为R n , 电缆本体绝缘半径为R , 导体半径为rc,U 为相电压。假定增绕绝缘的介电常数和电缆绝缘介电常数相等。经数学推导, 应力锥面上沿电缆轴向长度L K, 可用下列简化公式表示:L K= UE tlnlnR nrclnRrc上述公式表明, 应力锥的锥面曲线应是复对数曲线。它取决于电缆的运行电压、结构尺寸、电缆和增绕绝

14、缘的厚度和材料性能。决定应力锥锥面的几个要素相互间有以下关系:(1) 轴向应力E t 越小, 应力锥长度L K 越长。因此, 设计时为减少接头尺寸, 应取E t 为绝缘层最大允许轴向应力。(2) 当L K 确定时, 增绕绝缘半径R n 越大, 轴向应力越大, 所以增绕绝缘的“坡度”不能太陡。(3) 当U 和E t 确定后, 增绕绝缘半径R n 随应力锥长度L K 加长而增大, 而且当L K 越是增大时, R n 的斜率也随之增大。412反应力锥在制作电缆接头时为完成导体连接, 必须剥去部分绝缘层以露出导体。为了解决绝缘末端的电场分布问题,即为了有效控制绝缘末端的轴向应力, 使其在绝缘材料所能承

15、受的允许范围之内, 将电缆本体绝缘切削成像“铅笔头”式样, 这种在绝缘末端的与应力锥曲面恰好反方向的锥形曲面, 称为反应力锥。反应力锥又是接头中填充绝缘和电缆本体绝缘的交界面, 它是电缆接头的一个薄弱环节, 如果由于设计不完善, 或者安装时没有处理好, 容易发生沿着反应力锥锥面的移滑击穿。反应力锥的形状是根据沿锥面轴向应力等于或小于电缆绝缘允许最大轴向应力来设计的。图324 是反应力锥电气计算说明图。设电缆导体中心线为X 轴, 以反应力锥起始起点为Y 轴。设沿反应力锥锥面上轴向应力为一常数E t , 增绕绝缘半径为R n , 电缆本体绝缘半径为R , 导体半径为rc,U 为相电压, 并假定增绕

16、绝缘的介电常数和电缆绝缘介电常数相等。经数学推导, 反应力锥面上沿电缆轴向长度L c 可用下列简化公式表示:图324反应力锥电气计算说明图L c= UE tlnRrclnR nrc为了简化施工工艺, 一般反应力锥采用直线锥面形状。交联聚乙烯电缆, 用切削反应力锥的卷刀削成“铅笔头”形状。油纸绝缘电缆, 则多采用阶梯锥面形状。5电缆终端和接头的密封工艺为了防止外界水分或有害物质进入和防止绝缘剂流失, 电缆终端和接头必须具有完善而可靠的密封, 这对于确保其绝缘性能是极其重要的。密封工艺的质量, 在很大程度上决定了电缆终端和接头的使用寿命。常用密封工艺有以下几种。(1) 搪铅。搪铅工艺应用于电缆附件

17、的金属外壳与电缆金属护套之间的密封。搪铅是借助燃烧器的火焰, 将金属部件局部加热, 在封铅焊料呈半固体状态下, 通过手工加工成形, 从而形成完善的金属密封结构。(2) 橡胶密封。橡胶密封在电缆附件中应用很广泛,它是将一定形状和一定厚度的橡胶制品, 置于电缆附件的两个连接部件之间, 通过紧固件施加的适当压力, 使其产生弹性变形, 从而起到密封效果。对橡胶密封材料有以下性能要求: 1) 用于油纸电缆附件中的橡胶密封件, 必须2001 年第5 期供用电55具有耐油性能。2) 橡胶的永久变形要小。3) 橡胶件的几何尺寸应符合设计要求。例如, 进线套橡胶密封圈的内径要随电缆金属护套的外径大小而选用, 其

18、内径不得大于金属护套外径3 mm。(3) 环氧树脂密封。环氧树脂对金属有较强的粘合力, 应用这一特性, 在电缆附件的金属外壳与电缆金属护套之间, 可采用浇铸环氧树脂复合物或以无碱玻璃丝带与环氧树脂涂料组合绕包, 组成环氧树脂密封结构。采用环氧树脂密封, 必须严格清除金属表面的油污, 为增强环氧树脂对金属表面的粘合力应将金属表面打毛。(4) 热收缩护套管密封。热收缩护套管密封, 在交联聚乙烯电缆附件中被广泛采用, 也可用于油纸2交联过渡接头和油纸电缆接头。在电缆接头外, 套上热收缩护套管, 热缩后使之与电缆外护套连成一体, 除密封外, 还兼有一定的机械保护作用。热收缩护套管内壁应涂热熔胶,热熔胶

19、能使热收缩护套管在加热收缩后界面紧密结合,增强密封、防漏和防潮效果。热收缩护套管内壁和被覆盖的电缆附件、电缆外护套表面, 在热缩之前必须擦拭干净, 不得有油污、杂物。当环境温度低于10时, 应对被覆盖物预热。热收缩护套管的热缩操作, 应使用装上热缩喷嘴的液化气喷枪, 喷枪火焰温度约为120 140, 一般控制火焰与热收缩管轴线呈45 度夹角, 应沿着园周方向均匀加热, 缓慢推进。热收缩护套管热缩后表面应光滑、平整、无烫伤痕迹, 内部不夹有气泡。6交联聚乙烯电缆终端和接头安装的特点在城市供配电电网中, 新安装的电缆线路基本上都采用交联聚乙烯电缆。与油纸电缆相比, 交联聚乙稀电缆终端和接头安装有以

20、下特点。611绝缘回缩交联聚乙烯电缆在生产过程中, 由于交联温度超过结晶融化温度, 其内部存在热应力。当切断相当长一段电缆后, 绝缘内部热应力释放, 导致电缆端部交联聚乙烯绝缘相对导体产生轴向位移, 这种现象称为绝缘回缩。绝缘回缩会造成接头处产生气隙, 从而引起局部放电, 甚至导致绝缘击穿。同时, 电缆内部存在较大内应力,比较容易引起电树枝放电。消除绝缘回缩影响的措施主要有:(1) 电缆制造厂通过加热2冷却过程释放热应力。(2) 电缆切断后, 留一段时间(一般24 h) , 让绝缘缓慢回缩, 然后再安装终端或接头。(3) 加热矫直。在安装终端和接头前, 对端部一段电缆进行加热矫直, 通过加热矫

21、直的加热2冷却过程, 使电缆平直, 有利于安装终端或接头, 同时使绝缘内部的热应力得到消除。(4) 终端和接头中采用固定装置。例如在接头中应用屏蔽罩卡住绝缘末端, 以消除绝缘回缩的影响。612绝缘和半导体层的切削交联聚乙烯电缆终端和接头安装, 需应用专用工具切削外半导体屏蔽层和绝缘层。切削外半导体屏蔽层时,切不可伤及绝缘层, 尤其是不可剥离的外半导体屏蔽层,不要切得过深, 应保留一部分外屏蔽层, 用薄玻璃片慢慢地刮去。切削绝缘层时, 要避免伤及导线, 可套入衬管保护, 绝缘层每次切削不宜过厚, 一般每次控制在1 2mm , 切削后, 绝缘外表面必须打磨光洁。613终端和接头的应力控制为了解决电

22、缆绝缘屏蔽切断点电场集中问题, 在终端和接头的结构上, 必须有可靠的应力控制设计。在交联聚乙烯电缆的终端和接头安装中, 除了用应力锥和反应力锥之外, 普遍采用应力控制管来解决应力控制问题。应力控制管由热收缩型、高介电常数材料或非线性电阻材料制成。应用应力控制管可使终端和接头体积缩小, 以适应电缆终端和接头小型化的要求。7插入式电缆终端和预制装配式电缆接头简介随着城市电网的建设和发展, 35 kV 及以下配电装置(如环网柜) 趋向小型化, 其结构越来越紧凑。供电部门为了降低运行成本, 提高供电可靠性, 要求开关柜在使用寿命期间达到“免维护”。对与之相配套的电缆终端和接头,也要求趋向“小型化”,

23、力求做到“免维护”。插入式终端是满足上述要求的新型终端。插入式终端主要部件在工厂内制造, 经试验合格后出厂, 这种终端又称可分离连接器, 它以应力控制管代替应力锥。35 kV插入式终端与全密封开关柜相配套, 将整个终端插入开关柜SF6 全密封小室专用插座中。10 kV 插入式终端用于SF6 全密封开关柜(环网柜)或电缆分支箱中, 有插入式直角型(又称肘型) 和直角螺栓型等形式。预制装配型接头是一种橡胶模制接头部件、经现场组装而成的新型接头, 这种接头部件在工厂内制造完成,经各种试验合格。预制件材质为三元乙丙橡胶(材质较硬) 或硅橡胶(材质较软)。连接管需采用围压工艺, 应力控制采用预制件屏蔽套。由于预制件和电缆之间采用过盈配合, 所以预制装配接头安装需有扩张、牵引等专用工具, 并且要特别注意核对预制件和电缆外径的配合必须符合生产厂商的规定。收稿日期: 2001 年7 月24 日史传卿上海电缆输配电公司上海市共和新路2501 号20007256 供用电2001 年第5 期_