中低压电缆附件的基本知识

中低压电缆附件的基本知识一、附件的基本概念和要求1、基本概念a、电缆附件：在电缆线路中各种电缆终端和接头的统称。

b、电缆终端头：安装在电缆线线路的末端与架空线或电气设备连接的一种装置。

c、电缆接头：指电缆与电缆之间相互连接的装置。

2、基本要求a、线芯连接要好接触电阻应小而稳定，能经受故障电流的冲击，运行中的接头电阻不大于电缆线芯本身电阻的1.2倍。

b、绝缘性能附件绝缘的耐压强度不应低于电缆本身，介质损耗应达到相应国家标准和厂家要求；户外部分还要考虑有严酷气候条件下能安全运行，一般应按电力部标准中三级污秽确定外绝缘长度，而外露导电部分对地距离和相间距离应符合下表的要求：表带电导体外露部分的相同及对地最小距离c、密封性能对于中低压电缆附件，由于XLPE绝缘电缆附件多为干式绝缘结构的附件，同时密封的主要作用就是防止运行中环境的潮气和导电介质浸入绝缘内部，引起树枝放电等危害。

对于超高压电缆，如110kV及以上电压等级XLPE绝缘电缆，密封不但有上述作用，而且对防止附件内部充油的泄漏起关键作用。

d、良好的机械强度附件在安装和运行状态下要受到很多外力作用，如人为内力、电动力等，特别是110kV以上电压等级电缆附件、电缆本身回缩、弹力等也对附件本身提出较高的要求。

二、电力电缆的基本类型及结构1、电缆类型1）挤包绝缘电缆交联电缆：6kV以上PVC电缆：1kV以下橡胶电缆：10kV以下2）油纸绝缘电缆：现很少使用2、电缆结构及作用以35kV单芯交联聚乙烯绝缘钢丝铠装聚氯乙烯护套电力电缆为例：1、导体2、内半导电屏蔽3、交联聚乙烯绝缘4、外半导电屏蔽5、软铜带（屏蔽层）6、聚氯乙烯内护套7、（钢丝）铠装层8、聚氯乙烯外护套1）导体（紧压型线芯）的作用：a、传送电流；b、使外表面光滑，避免引起电场集中；c、防止挤塑半导电屏蔽层时半导电料进入线芯；d、可有效地防止水分顺线芯进入。

2）导电屏蔽层的作用：a、屏蔽层具有均匀电场和降底线芯表面场强的作用；b、提高了电缆局部放电的起始放电电压，减少局放的可能性；c、抑制树枝生长；d、热屏障作用。

3）绝缘层的作用：绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构a、承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度与长期稳定性能是保证整个电缆完成输电任务的最重要部分；b、能耐受发热导体的热作用保持应有的耐电强度4）绝缘屏蔽层的作用：保证能与绝缘紧密接触，克服了绝缘与金属无法紧密接触而产生气隙的弱点，而把气隙屏蔽在工作场强之外，在附件制作中也普遍采用这一技术。

5）金属屏蔽层的作用：a、形成工作电场的低压电极，当局部有毛刺时也会形成电场强度很大的情况，因此也要力图使导体表面尽量做到光滑完整无毛刺；b、提供电容电流及故障电流的通路，因此也有一定的截面要求。

6）护层（内、外护套、铠装）的作用：是保护绝缘和整个电缆正常可靠工作的重要保证，针对各种环境使用条件设计有相应的护层结构，主要是机械保护（纵向、经向的外力作用）防水、防火、防腐蚀、防生物等，可以根据需要进行各种组合。

三、电缆附件的分类1、按安装位置分类：终端：户外、户内接头：直通接头、绝缘接头、分支接头2、按安装方式和使用材料分：绕包式瓷套式发浇注式展热缩式趋预制式势冷缩式3、影响附件质量的主要因素a、电气绝缘性能b、热性能（抗老化性能、散热性能）c、附件结构d、安装工艺e、环境四、电缆接头及终端的电场分布与结构特性：1、电力线及等位线为了分析电缆附件电场情况，通常用电力线及等位线（等电位线）来形象化的表示电场分布状况。

（1）、电力线与等位线直角相交（正交）；（2）、用电力线分析电场时，集中的部位电场强度高；（3）、用等位线分析电场时，曲率半径愈小的地方场强越高。

2、电缆末端（电缆终端）电场分布电缆终端电场分布外半导体屏蔽端口电场分布1—线芯；2—电缆绝缘；1—绝缘；2—导体；3—轴向磁力线；3—铅护套4—外半导体屏蔽层；5—径向磁力线当电缆的绝缘屏蔽层切开之后，在外屏蔽端口将产生电应力集中现象，电场突然变化，并且电缆终端处电场分布畸变要比接头中的电场畸变严重。

3、应力控制结构电力电缆终端或接头中的应力结构主要有两种：（1）、几何法：应力锥（如冷缩附件、高压附件）；（2）、参数法：应力带或应控管（如热缩附件）。

应力锥主要由绝缘和半导电两部分组成，其中绝缘部分用以增强电缆绝缘，半导电部分与电缆外半导电屏蔽结合，以控制电场分布。

应力锥结构图应控管是通过控制材料的特殊电气参数(对材料性能要求相当严格)，如高介电常数ε>20，体积电阻率ρν为108—1012Ω•cm，应控管安装在附件中，使电场中电力线在两种不同介电常数介质的界面上遵循一定的折射规律（如瑞典的FSD 应力控制片，是利用其电阻率与外施电场成非线性关系变化的特性，即当外施电场增加时，电阻率下降，将这种材料施加在电缆屏蔽切断处绝缘表面，从而降低该处电场强度）。

两种应力控制方式性能对比：从上述分析可知，在应力控制中，虽然应力层控制电场分布有体积小、结构简单等优点，但对于超高压电缆来说，应力层中材料参数的选择至关重要，体积电阻率选择太小，会使应力层在运行时电阻电流发热而老化，同时介电常数过大，电容电流也会产生热量而使应力层发热老化，故必须根据电压等级选择应力材料参数。

应力锥结构虽然参数比较容易控制，但体积较大，加工工艺要求严格，如果喇叭口制做的不合适会引起电场在此集中，特别是现场绕包的应力锥更易出现操作缺陷，而预制式应力锥基本能够克服上述缺点，因而目前是国外较常采用的一种方法。

4、接头电场分布应力锥的曲线曲率，及屏蔽套的两端口曲率半径直接影响到电场分布。

电场分布图5、电缆附件中的界面特性XLPE绝缘电缆，由于其绝缘材料的特殊性能，使这种电缆的绝缘强度很高，在一般情况下，本体主绝缘击穿的可能性很小，同时配合交联聚乙烯的电缆附件，不论是什么形式（如热缩、预制、冷缩等）都是用很好的绝缘材料制成，附件本身的绝缘不成问题，所以关键要解决电缆绝缘本体和附件之间的界面问题。

尽管我们设计附件时采用了适当的裕度，保证一般电缆使用中不会出现问题，但由于电缆制造工艺的千差万变，使得同一截面的电缆绝缘外径相差非常大，例如：240mm2 XLPE电缆标称绝缘外径应为φ21.5mm，而目前大多数电缆为φ19.2mm，这就带来了预制电缆附件的安装困难。

热缩形电缆附件主要靠附件加热收缩过程中产生界面握紧力来保证界面特性，当附件安装完成后进入运行，随着电缆负荷的变化，气候条件温差影响，电缆本体热胀冷缩，运行过程中附件不能再进行加热，就造成了热缩管对电缆绝缘表面界面压力不足，仅凭热缩管内壁很薄的热溶胶弹性来保证界面特性，显然是不够的，以致于热缩附件密封性能较差，油浸纸绝缘电缆最好不要使用。

交联聚乙烯电缆附件界面的绝缘强度与界面上受到的握紧力有指数关系，如图所示：图界面压力与击穿强度关系曲线界面正是这样一个力的作用下保持电性能稳定的，根据国外技术人员分析，界面压力达到98 KPA时，它的击穿强度能达到3kV/mm以上，如界面压力达到500—588 KPA，它的击穿强度能达到11 kV/mm，而设计附件时，一般界面的工作场强均取击穿场强的1/10—1/15,为0.2 kV/mm以下，甚至更低，这主要取决于电缆附件的材料特性，如热缩附件取0.05 kV/mm以下，而预制冷缩附件可以取到0.2 kV/mm。

这种设计参数国内外都用于附件设计中，通过较长运行时间，证明这样的基础场强对于XPLE绝缘电缆是非常合适的。

值得注意的是，这样一个场强必须是在界面有一定压力的前提条件下，如果不存在界面压力，界面的长度就要和户外的长度一样计算。

6、终端电气计算A、终端外绝缘终端外绝缘有三个要素必须计算，这就是干闪距、湿闪距和爬距（见下表）。

这三个参数对外绝缘将产生不同的影响。

对于一种附件，只有取三个参数计算出的最大绝缘距离，才能保证整个运行时的安全。

表：电缆附件基础外绝缘距离（1）、干闪距干闪距离是指上金属电极至下金属电极间的最短直线距离。

例如，我国电缆运行规程规定：10 kV户内电缆终端金具与地和其它相的最小距离不得小于125mm，这就是指最小干闪距离，因为在户内不Array存在污闪和湿闪问题。

现在很多10kV附件，虽然主绝缘露出长度都小于这一数值，但由于在安装工艺中，将接线端子和接地线的一部分金属绝缘起来，从而延长了主绝缘，使得总长度仍然大于125mm，对于户外10kV附件，一般干闪距离应大于250mm。

如右图所示，终端外绝缘长度L = a + c + d（2）、湿闪距湿闪距离是指当雨水以45°角淋在附件上时，附件上仍存在的干区长度，如右上图所示，a+b等的组合。

湿闪电压一般为干闪的70％~80％，当正常运行时，在电压一定的情况下，一般附件设计主要以湿闪为依据，如果能满足湿闪要求，干闪基本可以说没有问题，当然这不包括其它金属物接近附件引起的闪络。

如上图中所示：湿闪距离= n×b(cm)式中n为裙边数。

（3）、污闪距（泄漏比距）污闪距离是指附件外绝缘从上金具至下接地部位全部绝缘表面距离。

这是由于污秽是均匀附着于附件绝缘表面上的，当有潮湿空气将其湿润时，就发生导电现象，以至闪络。

电力工业部对污闪划分了等级，由于我国环境污染严重，因此附件污闪距离一般取四级污秽等级为好，也就是取 3.1cm/kV；对于户内一般取三级，即2.5 cm/kV（见下表）。

例如，10kV户外污闪距离一般应大于3.1 cm/kV ×8.7kV=278.4mm。

110 kV户外污闪距离一般应大于 3.2 cm/kV×69 kV=2208mm。

国际污秽等级的划分表：泄漏比= 泄漏距离/额定电压（cm/kV）B、终端内绝缘终端内绝缘的设计应从三个方面考虑，即附加绝缘厚度、界面长度和应力控制方式。

我们在前面已经讲了应力控制，并作了对比，因比就不再详述。

但是有一点还要强调，不同的应力控制方式，对于主绝缘厚度影响较大，用应力管控制终端电场，一般绝缘厚度为3~5mm，就可满足要求，同时3~5mm厚的绝缘老化寿命能够保证在15~20年内外绝缘性能，机械性能不会下降。

对于用应力锥的形式控制电场的附件，附加绝缘取得较厚，因为它是通过几何形状的改变（一条复对数曲线）来改变终端电场的，一般10kV取15mm左右，此时一般不从老化角度考虑问题，主要从改善电场角度出发。

35kV取20~35mm；110kV取50~70mm。

终端界面长度影响因素较多，如绝缘光滑程度、干净程度、界面压力、材质等，因而不能一概而论。

但从前面所述的理论看，界面长度与击穿电场强度有一定关系，在这个基础之上，再加一裕度和安全系数就能确定界面长度。