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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:TM247,TM72614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,并通过1s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)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,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Et,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Rn,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LK,可用下列简化公式表示:LK=UEtlnlnRnrclnRrc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Et越小,应力锥长度LK越长。因此,设计时为减少接头尺寸,应取Et为绝缘层最大允许轴向应力。(2)当LK确定时,增绕绝缘半径Rn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Et确定后,增绕绝缘半径Rn随应力锥长度LK加长而增大,而且当LK越是增大时,Rn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Et,增绕绝缘半径为Rn,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Lc可用下列简化公式表示:图324反应力锥电气计算说明图Lc=UEt·lnRrclnRnrc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,其内径不得大于金属护套外径3mm。(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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