高压电缆头制作技术及标准

电缆终端电应力控制方法
电应力控制是中高压电缆附件设计中的 极为重要的部分。电应力控制是对电缆附件 内部的电场分布和电场强度实行控制，也就 是采取适当的措施，使得电场分布和电场强 度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的 可靠性和使用寿命。
对于电缆终端而言，电场畸变最为严重， 影响终端运行可靠性最大的是电缆外屏蔽切 断处，而电缆中间接头电场畸变的影响，除 了电缆外屏蔽切断处，还有电缆末端绝缘切 断处。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电 应力分布，一般采用 以下几种方法：
非线性电阻材料亦可制成非线性电阻片（应力控制 片），直接绕包在电缆绝缘屏蔽切断处上，缓解这一 点的应力集中的问题。
采用应力控制层和采用非线性电阻材料缓解电场 应力集中分布示意图 如图 （也叫综合控制法）
（a）
（b）
采用应力控制层和采用非线性电阻材料缓解电场应力集中分布示意图
（a）没有应力控制管
（b）装有应力控制管
采用非线性电阻材料---非线性电阻材料（FSD）也是 近期发展起来的一种新型材料，它利用材料本身电阻 率与外施电场成非线性关系变化的特性，来解决电缆 绝缘屏蔽切断处电场集中分布的问题。非线性电阻材 料具有对不同的电压有变化电阻值的特性。当电压很 低的时候，呈现出较大的电阻性能；当电压很高的时 候，呈现出较小的电阻性能。采用非线性电阻材料能 够生产出较短的应力控制管，从而解决电缆采用高介 电常数应力控制管终端无法适用于小型开关柜的问题。
★电场分布原理
高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层， 导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。
也就是说，正常电缆的电场只有
从（铜）导线沿半径向（铜） 屏蔽层的电力线，没有芯线轴 向的电场（电力线），电场分 布是均匀的。图中闪烁的箭头 表示电场的电力线
外半导体层 主绝缘层
铜导线 铜屏蔽层 内半导体层
热收缩附件因弹性较小，运行中热胀冷缩时可能使界 面产生气隙，因此密封技术很重要，以防止潮气浸入。
预制式附件
所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。 主要采用几何结构法即应力锥来处理应力集中问 题。 其主要优点是材料性能优良，安装更简便快捷， 无需加热即可安装，弹性好，使得界面性能得到 较大改善。是近年来中低压以及高压电缆采用的 主要形式。 存在的不足在于对电缆的绝缘层外径尺寸要求高， 通常的过盈量在2-5mm（即电缆绝缘外径要大于 电缆附件的内孔直径2-5mm），过盈量过小，电 缆附件将出现故障；过盈量过大，电缆附件安装 非常困难（工艺要求高）。特别在中间接头上问 题突出，安装既不方便，又常常成为故障点。
主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故 障电流的冲击；长期运行后其接触电阻不应大于 电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍； 应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能； 此外还应体积小、成本低、便于现场安装。
2.绝缘性能好
电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材 料的介质损耗要低，在结构上应对电缆附件中电场的 突变能完善处理，有改变电场分布的措施。
此外价格较贵。
其使用中关键技术问题是：
附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定的 要求。
另外也需采用硅脂润滑界面，以便于安装,同时填充界 面的气隙。
预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用， 有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。
冷缩式附件
所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。
冷缩式附件一般采用几何结构法与参数控制法来处理 电应力集中问题。几何结构法即采用应力锥缓解电场 集中分布的方式要优于参数控制法的产品
在做中间接头时，必须把主绝缘层也剥去一部分，芯 线用铜接管压接后，用填料包平（圆）。这以后有二 种制作方法：
1.热缩套管 用热缩材料制作的主绝缘套管缩住，主 绝缘套管外缩半导体管，再包金属屏蔽层，最后外护 套管。
2.预制式附件
所用材料一般为硅橡胶或乙丙橡胶。为中 空的圆柱体，内孔壁是半导体层，半导体层外 是主绝缘材料。
采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、 冷缩式终端。
从图中可以看出，应力锥的弧 形设计使绝缘屏蔽层切断处的 电场分布加以改善，电场强度 分布相对均匀，避免了电场集 中。
参数控制法
采用高介电常数材料缓解电场应力集中 高介电常数材料：
采用应力控制层---上世纪末国外开发了适用于中压 电缆附件的所谓应力控制层。其原理是采用合适的电 气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面 上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场 的目的。另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs)， 从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减 小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电 容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电 容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常 数的材料。
高压电缆头制作技术 交联聚乙烯三芯电缆结构
高压电缆头的基本要求
电缆终端头是将电缆与其他电 气设备连接的部件；电缆中间头是 将两根电缆连接起来的部件；电缆 终端头与中间头统称为电缆附件。 电缆附件应与电缆本体一样能长期 安全运行，并具有与电缆相同的使 用寿命。良好的电缆附件应具有以 下性能：
1.线芯联接好
制型结构（含预制接头、冷缩接头），绝缘 端部不要削成锥体，因为这种类型的接头， 在接头内部中间部分都有一根屏蔽管，该屏 蔽管的长度只比铜或铝连接管稍长，如电缆 绝缘削成锥体，锥体的根部将离开屏蔽管， 连接管部分的空隙将不会被屏蔽，从而影响 到接头的性能，造成接头在中部击穿。如果 所装接头为热缩型或绕包型结构时，绝缘端 部必须削成锥体，即制成反应力锥，同时必 须将锥面用砂带抛光，因为锥面的长度远大 于绝缘端部直角边的长度，故而沿着锥面的 切向场强远小于绝缘直角边的切向场强，沿 锥面击穿的可能性大大降低，从而提高了接 头的性能。
其使用中关键技术问题是：
要保证应力管的电性参数必须达到上述标准规定值方 能可靠工作。
另外要注意用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口出的气 隙以排除气体，达到减小局部放电的目的。
交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收 缩，因而在安装附件时 注意应力管与绝缘屏蔽搭盖不 少于20mm，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。
与预制式附件一样，材料性能优良、无需加热即可安 装、弹性好，使得界面性能得到较大改善，与预制式 附件相比，它的优势在如安装更为方便，只需在正确 位置上抽出电缆附件内衬芯管即可安装完工。所使用 的材料从机械强度上说比预制式附件更好，对电缆的 绝缘层外径尺寸要求也不是很高，只要电缆附件的内 径小于电缆绝缘外径2mm（资料上这样的，这与预制 式附件要求2-5mm有偏差—编者）就完全能够满足要 求。因此冷缩式附件施工安装比较方便。
1.几何形状法 2.参数控制法 3.综合控制法
几何形状法
采用应力锥缓解电场应力集中： 应力锥设计是常见的方法，从电气的角度上来看也是最可靠 的最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延 伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布， 降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆 的运行寿命。
图中蓝色的为半导体层，灰色的为主绝缘层。 预制式安装要求比热缩的高，难度大。管式预制件 的孔径比电缆主绝缘层外径小2~5mm。
中间接头预制管要两头都套在电缆的主绝缘层外，各 与主绝缘层连接长度不小于10mm。电缆主绝缘头上 不必削铅笔头（在电缆芯线上尽量留半导体层）。
铜接管表面要处理光滑，包适量填料，关键技术问题：
铅笔头 问题
制作电缆头（端头和接头）时，为什 么在电缆端部将主绝缘层削“铅笔头” 形状？不削会有什么害处？ 在制作终端头时，可以不削铅笔头。 但是，如电缆绝缘端部与接线金具之 间需包绕密封带时，为保证密封效果， 通常将绝缘端部削成锥体，以保证包 绕的密封带与绝缘能很好的粘合。
在制作中间接头时，如果所装接头为预
10KV电缆附件主要种类
10KV电缆附件目前使用得比较多的 产品种类主要有热收缩附件、预制式 附件、冷缩式附件。它们分别有以下 特点：
热收缩附件
所用材料一般为以聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯 （EVA）及乙丙橡胶等多种材料组分的共混物 组成。
该类产品主要采用应力管处理电应力集中问 题。亦即采用参数控制法缓解电场应力集中。
附件的尺寸与待安装的电缆的尺寸配合要符合规定 的要求。
另外也需采用硅脂润滑界面，以便于安装,同时填充 界面的气隙，消除电晕。
预制附件一般靠自身橡胶弹力可以具有一定密封作用， 有时可采用密封胶及弹性夹具增强密封。
预制管外面同热缩的一样，半导体层和 铜屏蔽层，最外面是外护层。
目前10KV以上电压的基本上都用预制式 电缆附件。
主要优点是轻便、安装容易、性能尚好。价 格便宜。
应 力 管 是 一 种 体 积 电 阻 率 适 中 （ 10101012Ω•cm），介电常数较大（20--25）的特殊 电性参数的热收缩管，利用电气参数强迫电缆 绝缘屏蔽断口处的应力疏散成沿应力管较均匀 的分布。这一技术一般用于35kV及以下电缆附 件中。因为电压等级高时应力管将发热而不能 可靠工作。
目前应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力控 制带等等，一般这些应力控制材料Leabharlann Baidu介电常数都大于20，体积电 阻率为108-1012Ω.cm。应力控制材料的应用，要兼顾应力控制和 体积电阻两项技术要求。
虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电 容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材 料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电 常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率 相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素 的影响，在长时间电场中运行，温度、外部环境变化都将使应力 控制材料老化，老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大 的变化，体积电阻率变大，应力控制材料成了绝缘材料，起不到 改善电场的作用，体积电阻率变小，应力控制材料成了导电材料， 使电缆出现故障。这就是应用应力控制材料改善电场的热缩式电 缆附件为什么只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件经常 出现故障的原因所在，同样采用冷缩应力管和应力控制带的电缆 附件也有类似问题。
在主绝缘层外， 铜屏蔽层内的外 半导体层，同样 也是消除铜屏蔽 层不平，防止电 场不均匀而设置 的。
外半导体层 主绝缘层
铜导线 铜屏蔽层 内半导体层
为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管 与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会使 应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足， （因为应力管长度是一定的）长了会使电场分散区 （段）减小，电场分散不足。一般在20~25mm左右。
其最大特点是安装工艺更方便快捷，安装到位后，其 工作性能与预制式附件一样。
价格与预制式附件相当，比热收缩附件略高，是性价 比最合理的产品。
其使用中关键技术问题与预制式附件相同
另外，冷缩式附件产品从扩张状况还可分为工厂扩张 式和现场扩张式两种，一般35kV及以下电压等级的冷 缩式附件多采用工厂扩张式，其有效安装期在6个月内， 最长安装期限不得超过两年，否则电缆附件的使用寿 命将受到影响。66kV及以上电压等级的冷缩式附件则 多为现场扩张式，安装期限不受限制，但需采用专用 工具进行安装，专用工具一般附件制造厂均能提供， 安装十分方便，安装质量可靠。
在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有 的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场 （沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的 电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口 处就是电缆最容易击穿的部位。
没有应力管的电场分布
有应力管的电场分布
电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，我们采取分散 这集中的电力线（电应力），用介电常数为 20~30，体积电阻率为108~1012Ω·cm 材料制作的 电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口 处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证 电缆能可靠运行。下图中左边是没装应力管，右 边是装应力管的电场分布情况。
没有应力管的电场分布
有应力管的电场分布
要使电缆可靠运行，电缆头制作中应力管非常重要， 而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分 散电应力的效果的。在电缆本体中，芯线外表面不可 能是标准圆，芯线对屏蔽层的距离会不相等，根据电 场原理，电场强度也会有大小，这对电缆绝缘也是不 利的。为尽量使电缆内部电场均匀，芯线外有一外表 面圆形的半导体层，使主绝缘层的厚度基本相等，达 到电场均匀分布的目的。