各型电缆附件的特点及应用_图文

1、第29卷第1期四川兵工学报2008年2月【综述】3收稿日期:2007-10-18作者简介:李志勇(1973,男,重庆人,工程师,主要从事配电网络及配电工程研究.各型电缆附件的特点及应用李志勇(重庆市电力公司生产技术部,重庆400014摘要:介绍了热缩、预制、冷缩等各型电缆附件的发展历程、结构及性能特点,对各型电缆附件应用的优缺点进行了对比分析.关键词:电缆附件;特点;应用中图分类号:T M274文献标识码:A 文章编号:1006-0707(200801-0032-041电缆附件发展历程电缆附件是指电缆线路中各种电缆的中间连接及终端连接件,它与电缆一起构成电力输送网络1.随着电缆制造技术的不断发

2、展,电缆附件经历了浇注电缆附件、绕包电缆附件、热缩电缆附件、预制电缆附件及冷缩电缆附件等几个阶段.目前应用最为广泛的是热缩电缆附件、预制电缆附件和冷缩电缆附件.2各型电缆附件的结构2.1热缩电缆附件2.1.1热缩附件收缩原理.热缩材料又称为高分子形状“记忆”材料,主要是利用结晶或半结晶的线性高分子材料经高能射线照射或化学交联后成为三维网状结构而具有形状“记忆效应”的新型高分子功能材料.交联高分子在高弹态间具有弹性,施加外力拉伸或扩张后,骤冷使其维持状态,材料虽经扩张形变但具有“记忆效应”,当温度升高到软化点以上,形变马上消除,立即恢复到原来的形状2-3.使用条件:-30100.2.1.2热缩附

3、件结构及主要部件.根据使用场所的不同,分为户内终端、户外终端、中间接头.户内终端主要部件:分支手套、应力管、户内绝缘管、密封管、配附件等;户外终端主要部件:分支手套、应力管、户外绝缘管、密封管、三孔雨裙、单孔雨裙、配附件等;中间接头主要部件:应力管、绝缘管、半导电管、护套管、配附件等。2.2预制电缆附件21211预制附件安装原理.预制电缆附件采用高弹性、高韧性的特种硅橡胶,与电缆本体按一定过盈配合在工厂整体预制成型,使用时用力套进安装部位,国外又称为推进式电缆附件.使用条件:-50200.21212预制附件结构及主要部件.根据使用场所不同,分为户内终端、户外终端、中间接头.户内终端主要部件:户

4、内终端头、热缩指套、热缩管、配附件等;户外终端主要部件:户外终端头、热缩指套、热缩管、配附件等;中间接头主要部件:中间接头、热缩护套管、配附件等.2.3冷缩电缆附件21311冷缩附件安装原理.冷缩型附件材料是利用高抗撕、高弹性硅橡胶优异的弹性,用螺旋管状塑料支撑材料将原始状态的附件扩张到工艺要求的外形尺寸,安装就位后,把支撑材料一圈圈连续抽掉,附件依靠橡胶弹性紧紧地包敷在电缆上.使用条件:-50200.2.3.2冷缩附件结构、冷缩附件主要部件.根据使用场所不同,分为户内终端、户外终端、中间接头.户内终端主要部件:户内终端头、冷缩指套、冷缩绝缘管、冷缩密封管、配附件等;户外终端主要部件:户外终端

5、头、冷缩指套、冷缩绝缘管、冷缩密封管、配附件等;中间接头主要部件:中间接头、铠装带、防水带、配附件等.3各型电缆附件的性能特点目前这3种应用普遍的电缆附件在材料、结构、安装上具有明显的差异和特点,从而对应用也产生了较大影响.下面就运行可靠性、安装简便性、储存特性、市场价格等方面一一加以分析比较.3.1运行的可靠性31111从材料角度分析.预制电缆附件和冷缩电缆附件采用的是特种硅橡胶,而热缩电缆附件.硅橡胶分子链主要结构为Si-O键,分子键能高达444kJ/mol,而聚烯烃分子链主要结构为C-C键,分子键能达到340 kJ/mol,从分子结构来说,硅橡胶更稳定.此外,硅橡胶还具有以下几种独特的性

6、能4:硅橡胶在-50250间始终具有良好的弹性;抗露电起痕能力强,抗露电起痕可达到1A4.5级;适用温度范围广:在-50200情况下都可使用;具有耐幅射、耐X射线、耐Y射线、抗紫外老化的特殊性能;憎水性能优异,淋雨状态下可自动迁移表面脏物,具有抗污秽能力;安装后与电缆本体贴合为一体,对电缆主绝缘施加恒定的压力与电缆同呼吸,能有效降低电缆终端的放电量.从多方面来说,硅橡胶比聚烯烃性能更优异.因此,采用硅橡胶材料的预制附件和冷缩附件比采用聚烯烃材料的热缩附件性能更好,运行更可靠.31112从结构角度分析.电缆附件结构中,最关键的是电应力控制部件.采用电应力控制的主要目的是要控制处于电缆屏蔽层或隔离

7、层末端处的电应力.如果不采用电应力控制,便会发生放电,这时电缆屏蔽层或隔离层末端的寿命便取决于屏蔽层端部处的电应力及主要电介质的放电电阻,一般寿命不超过1年.因此,对中高压电缆屏蔽切断处均需采用电应力控制措施.解决电应力分布的方法主要有2种:一是使用改变屏蔽切断处几何形状的模制电应力锥,另一种是在屏蔽切断处使用应力管,即参数型电应力控制.它是利用材料的阻抗、电阻-电容特性来改善电应力分布.应力管和应力锥控制电场应力的原理不同,可靠性差异较大.应力管是利用材料参数来控制电场应力,它对材料要求很高.制备应力管的材料必须同时满足:体积电阻率在1091011c m;介电常数大于25.这2个条件要同时满

8、足是比较困难的.因为这2项电气参数受每道生产工序影响都很大,对材料配方、共混、造粒、直到挤塑等工艺均有较苛刻的要求,导致应力管电气参数极易发生漂移,可靠性较差,应力管缓解电场应力分布如图1所示 .图1应力管缓解电场应力分布应力锥则利用部件几何形状来控制电场应力,对材料电气性能参数要求不高,体积电阻率在1100c m就可满足.几何形状通过模具成型很容易得到保障,参数基本不会发生偏差.因此,应力锥结构的电缆附件比应力管结构的电缆附件可靠性要高得多,应力锥缓解电场应力分布如图2所示 .图2应力锥缓解电场应力分布33李志勇:析各型电缆附件的特点及应用通常热缩附件核心部件是应力管,预制附件核心部件是应力

9、锥,而冷缩附件有采用应力管结构的,如3M 公司;也有采用应力锥结构的,如深圳长园、久远电力.从前面所述,我们可以说采用应力锥结构的预制和冷缩附件运行可靠性最好,应力管结构的冷缩附件次之,应力管结构的热缩电缆附件要差一些.312安装的简便性相比浇注和绕包附件,热缩、预制、冷缩这3种类型的电缆附件在安装操作上均有很大改进.安装简化、效率提高,对环境和气候的依赖性也大幅度降低,是公认的新一代电缆附件.但具体到各型电缆附件,由于各自的特点,决定了它们在安装上还是有一定差别,各种电缆附件安装结构如图3所示 .图3电缆附件安装结构热缩电缆附件由具有“记忆效应”的聚烯烃材料制成,现场安装时必须达到使其软化的

10、温度条件(120140才能恢复其记忆形状,因此需动明火(液化气或酒精喷灯加热使其收缩.在烧烤时火焰不能太强,也不能过于集中在某一处时间太长,否则易造成热缩件烧糊,表面碳化.而且,热缩附件的配件含地线、铜扎线材料,也必须要用火烤或电加热焊牢.因此给安装操作带来一定难度.另外在一些不能动明火的特殊场合,如炼油厂、化工厂、煤矿山洞等地,热缩附件在使用上受到限制.冷缩附件由硅橡胶材料制成,在工厂经预扩张后用支撑管固定,现场安装时只需抽掉支撑管,由于硅橡胶具有优异弹性而自动收缩,抱紧电缆本体,因此不需动明火.加之冷缩附件的配件中用恒力弹簧来固定地线,用铠装带来恢复电缆机械强度,用防水带来恢复电缆外护层和

11、防水,不存在需动明火的地方,安装更为简便.预制附件是采用具有极佳柔韧性和弹性的硅橡胶制成,比电缆本体小一些,在现场安装时利用硅橡胶弹性和硅脂的润滑性推入电缆本体安装部位,和电缆本体属于过盈配合.其他部件包括热缩分支手套、热缩绝缘管、护套管等,需现场用明火烘烤收缩.因此,预制附件介于热缩附件和冷缩附件之间,在一些不能动明火的特殊场合预制附件使用也受到限制.综上所述,冷缩附件安装最为简便,完全不动明火,操作时只需现场抽芯即可,地线用恒力弹簧固定;预制附件安装次之,关键部件(预制橡胶件不动明火,其余部件需动明火烧烤收缩;热缩附件安装相比而言要复杂一些,所有部件均需动明火加热收缩.3.3储存特性313

12、11规格种类不同.热缩附件和冷缩附件都是采用扩张工艺制造的,含34种规格,每种规格可适用于3个电缆截面;预制附件是在工厂预制成型,现场安装利用硅橡胶的优异弹性与电缆本体过盈配合,因此包含十几种规格,每种规格一般只适用于一个电缆截面.由此造成厂家和用户在备货上面临不同:预制附件必须备齐所有规格,种类比较繁多,灵活性和适用性低一些;热缩附件和冷缩附件只需备34种规格,灵活性和适用性高.31312储存期限不同.热缩附件和冷缩附件都采用扩张定型,但工艺上有很大不同.热缩附件是高分子聚烯烃在加热到软化温度时利用机械或压缩空气法进行约2.53倍(机械扩张可更43四川兵工学报高扩张,随后骤然降温使其定型.聚

13、烯烃材料分子之间处于一种平衡状态,除非再次加热到软化温度,否则该形状在常温下可始终保持不变.因此,热缩附件储存周期基本不受限制.冷缩附件则是基于硅橡胶优异的弹性在常温下利用机械法进行约22.5倍扩张,随后放入支撑管使其定型.硅橡胶材料处于一种张力状态,当现场安装抽芯取出支撑管时,橡胶的张力会使其自然回缩.由于橡胶始终处于张力状态,在较长时间后会产生弹性疲劳,导致回缩不到位.因此,冷缩附件储存周期受到限制,一般必须在69个月之内使用.预制附件则是在工厂预制成型,不经扩张,形状始终保持如一,橡胶材料分子间处于一种平衡状态,现场安装直接推至电缆本体的相应部位.因此,预制附件储存周期不受限制.3.4市

14、场价格比较同规格电缆附件相比,热缩附件的价格最低,冷缩附件的价格最高,是热缩附件的410倍,预制附件价格接近冷缩附件.近年来,冷缩附件生产厂家增多,市场竞争激烈,价格已经趋低,进口产品(如3M冷缩附件仍然维系较高的价格.但是,国内产品质量参差不齐,不如进口产品质量稳定.不过,从电缆附件国内市场发展的历程看,国产逐步取代进口将是趋势所向.4各型电缆附件在电网中的应用通过前面的特点分析,从这3种电缆附件的综合比较来说,冷缩和预制附件可靠性最高,冷缩附件安装最简便,热缩附件价格最低.就使用寿命来说,采用硅橡胶材料的预制附件和冷缩附件可以达到30年以上,这是因为硅橡胶耐老化性能和抗紫外性能非常卓越.以

15、聚烯烃为主要材料的热缩附件使用寿命可达20年以上,这和使用环境有一定关系.热缩附件和冷缩附件因为一种规格适用几种电缆截面,对电缆绝缘外径的的误差要求不是很严格;预制附件是一种规格基本对应一个电缆截面,所以对电缆绝缘外径的误差要求比较严格.预制附件由于是套进式的,和电缆绝缘本体间有充足的润滑脂,可以拔出来,所以预制附件有可能重复安装使用.而热缩附件和冷缩附件一旦收缩完毕,是不能再完整地拔出来,只能一次性使用.基于市场价格因素,前几年硅橡胶电缆附件主要在东部发达地区推广应用,中西部地区仍然以热缩附件为主.近年来,经济快速发展和人们对附件认识了解不断加深,加之国产附件的飞速进步和激烈竞争导致价格逐步

16、趋低,硅橡胶附件已在全国大部分地区得到广泛应用,渐有演变成为市场主导产品的趋势.其中,冷缩附件市场推广效果要好于预制附件,原因在于预制附件虽然可靠性高,但和冷缩附件相比,安装简便性稍显不足,未杜绝使用明火也使其应用场合受到一些限制.通过这些综合比较,我们可以说目前通行的热缩、预制、冷缩3种电缆附件各自都有一些优缺点.不管是哪种附件,只要安装正确、关键部位处理仔细,保证运行20年都没什么问题,但是热缩附件对安装工艺及施工人员的技术水平要求更高.从运行可靠性、安装工艺、使用寿命、价格等综合考虑,使用冷缩预制组合式附件是比较明智的选择,而且熟悉热缩附件安装工艺的技工使用这种冷缩预制组合式也不存在技术上的困难.根据重庆电网的特点、电网改造投资规模,以及对近年来电缆头故障的统计分析,建议在电网的重要部位(如变电站和开闭所内、电缆中间头、主城区或人口密集区