一种新型高压电缆头制作方法

摘要：文章综述了高压电缆的结构、高压电缆附件的基本技术要求、高压电缆头制作的质量要求，分析了常见高压电缆故障的原因，并在此基础上提出了一种将半导体涂覆应用在高压电缆头制作上。该制作方法旨在改善高压电缆接头处场强分布，提高主绝缘层的绝缘性能和使用寿命，能有效提高操作人员的制作效率和电缆头制作的质量。

关键词：高压电缆头；半导体涂覆；制作流程；高压电缆故障；电力系统；电力设备 文献标识码：A

中图分类号：TM247 文章编号：1009-2374（2016）19-0014-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.007

随着电力系统建设规模的不断扩大，高压电缆的应用越来越广泛，在其铺设过程中为了进行电力电缆的连接，都需要制作电缆头。与高压电缆本体相比，在高压电缆的整个运行寿命中，电缆接头是薄弱的环节。由电缆接头导致的电缆故障占到了电缆故障的主要部分，且电缆接头所处位置较特殊，排查故障往往花费较长时间，造成过高的故障诊断与维修成本。因此要使中间头和终端头达到质量最优的控制效果，高压电缆头的制作方法受到越来越多人的重视。

1 高压电缆结构

高压电缆产品规格与型号众多，按材料划分主要有交联乙烯绝缘电缆（XLPE）绝缘电缆、油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡胶绝缘电缆等，但XLPE电缆使用最为广泛。电力电缆结构通常情况下主要由芯线、绝缘屏蔽层以及保护层三部分构成，图1是电缆结构图。电缆线芯采用多股圆铜线或铝线紧压绞合而成，外形上可分为紧压型与非紧压型。由于紧压型电缆表面较为光滑、有效地避免了引起电场集中，同时降低水分进入线芯造成电路短路的可能性，因而在制造过程中，一般都以紧压型为主。绝缘屏蔽层包括主绝缘层、半导体屏蔽层及金属屏蔽层（主要铜屏蔽层）。保护层包括内衬层、钢铠、外护套。从图1可以看出，保护层处于整个电缆最，因而它是保护整个电缆正常工作的第一道屏障，其结构可以根据具体使用环境采取相应的设计。

2 高压电缆中间头和终端头制作的质量要求

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，两者统称为电缆附件。电缆附件作为电缆电力系统供电的重要枢纽，它应该具备与电缆本体相同的使用寿命。下面给出了电缆附件性能参数：（1）电缆中间头联接处电阻要尽量小且联接处要保证稳定，能耐受短暂大电流冲击，联接处电阻在长时间运行后不能超过电缆线芯本体等长度电阻的1.3倍；（2）抗振动、耐腐蚀，具有一定的机械强度，同时成本低、体积小，便于现场操作人员安装；（3）电缆附件应该具备电缆本体相同的绝缘性能，介质损耗要低，具有应对电场突变的措施。

3 高压电缆附件基本技术要求

电缆附件作用主要是机械保护、防水、防火、耐腐蚀等。针对具体要求设计相应的保护层结构，也可以根据需要进行各种组合，因此电缆附件基本技术（结构设计、材料研究）改进也越来越受到重视。

基于上述背景，国内外相关学者及企业不断探索附件的材料优化和结构仿真优化，如参考文献[7]研究出采用注压硫化生产高压电缆附件的件的三元乙丙橡胶（EPDM）绝缘材料的配合技术，从生胶的选择，配合剂的选用、加工注意事项等方面进行了研讨，总结出了一个优化配方，所研制的EPDM绝缘材料具有优良的物理性能和电绝缘性能，生产工艺性好。参考文献[8]使用有限元算法实现了电缆附件软件包的研制，该软件包利用Visual Basic 6.0嵌套Fortran生成的动态链接“D11”程序开发而成，软件使得电缆附件设计人员可直观地看出场强集中的部分，若是希望知道某一点的确切场强和电位，只需用鼠标点击该点，即可显示该点准确坐标、径向场强和确切电位，大大地提高了设计人员的效率。参考文献[9]模拟电缆附件在安装过程中由人为操作不当导致，诸如刀痕、毛刺尖端、金属颗粒悬浮等缺陷对附件电场分布的影响；参考文献[10]至参考文献[13]分析了界面压力、粗糙度对界面介电性能的影响及应对措施。为改善电缆电场分布，电缆附件在制造时，可以采用几何结构法、电气参数法以及二者相结合来解决附件上应力集中等问题；电缆附件制作时应该尽可能地做到杂质和空隙零出现、增加两种绝缘材料界面的压力，提高附件耐电强度。半导体屏蔽层使用是屏蔽气息的有效措施，而且能够改善电缆表面电场的分布。目前，交联热缩电缆附件在电力系统中使用最多，采用材料由聚乙烯-醋酸乙烯（EVA）及乙丙橡胶等混合物组成，该附件符合GB 11033标准，可以在55℃～140℃之间长期

使用。

4 半导体涂覆应用于电缆头制作

通过对国内近十年电缆本体、附件故障的统计发现，电缆接头处由质量引起的故障超过60%。高压电缆接头处的故障，其中有两类诱发因素较为常见：一类是电缆屏蔽层端口处的击穿，破坏了主绝缘的性能；另一类是接地连接及芯线连接时不可靠带来接触电阻大，出现电流冲击后局部过热，降低了绝缘性能甚至破坏主绝缘的绝缘性能。现有技术中采用的提高电缆头性能的制作方法有：（1）采用几何形状法结合应力管应用减少接线端部解决电应力集中问题，其中对应力管包括热缩式应力套管、预制附件套管、冷缩式应力套管；（2）采用专用设备提高压件的压接应力，如改善压接孔结构、利用新型紧固件等；（3）采用新材料，利用材料配方高介电常数材料主动缓解电场应力集中。

然而由于现场操作时个人对内护绝缘层几何尺寸处理的理解不一、接头处允许的附件尺寸不同，上述采用（1）、（2）措施所能达到的效果不可控，也达不到统一的标准。本文针对以上问题，提出了一种操作简便、性能可靠的应用半导体涂覆的高压电缆头制作方法。

4.1 半导体涂覆电缆头制作流程

在对高压电缆头的结构与性能以及电缆头制作时质量要求了解后，现给出应用半导体涂覆的高压电缆头制作流程如下：（1）制作环境：避开雨雾及大风天气，确保工作环境在2℃及以上、相对湿度低于70%、粉尘质量浓度小于20CPM；（2）电缆附件的检查：检查出厂日期及包装密闭性后，对所有电缆附件预先试装，确认规格与待加工电缆一致，且部件齐全；（3）剥除外护层及铠甲：按尺寸要求剥除外护层及铠甲，其中剥除铠甲需顺铠甲抱紧方向，并处理锯断处的铠甲毛刺；（4）内护绝缘层处理：将电缆断面的内护绝缘层端部削成锥形，此锥形为反应力锥，同时进行抛光处理和表面清洁，然后采用硅脂锥形界面，同时填充界面的气隙；（5）芯线处理：将芯线断面裁切整齐，侧面用不掉毛的细布或纸清洁表面，然后涂抹导电膏，再预先套好一件冷缩式内绝缘护套管、两件应力管后用铜接管压接芯线、两件热缩式外绝缘护套管，同时用砂布对锥面进行抛光处理并清洁表面，最后对的芯线、铜接管和内护绝缘层锥形面涂覆半导体材料；（6）应力管安装：在剥除半导体屏蔽层处清理加工面残留物后涂抹硅脂，然后安装应力管，其中安装应力管与铜屏蔽层的接触长度为20～25mm；（7）电缆接地处理：对铜屏蔽层和铠甲层去除表面氧化物后，分别焊接接地线，焊接前后均需对电缆绝缘值进行测量，保证绝缘值高于或达到要求值，同时铜屏蔽层和铠甲层之间保证良好绝缘；（8）缩紧护套管：对上述做好的接头，表面涂抹硅脂，将两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠放在接头中间位置，然后从中间开始分别向两侧加热收缩外绝缘护套管，挤出空气并保证加热均匀，最后对接头制作区进一步做好防潮处理。

4.2 半导体涂覆电缆头制作注意事项

在导体表面涂覆一层半导电材料，可以形成一道内屏蔽层，该屏蔽层与导体等电位并且与绝缘层良好接触，避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。以下为半导体涂覆的一些注意事项：（1）内护绝缘层处理时，用砂布对锥面进行抛光处理，用浸有清洁剂的不掉毛细布或纸清洁内护绝缘表面，从绝缘端部向半导体单方向进行清洁操作；（2）芯线处理时，涂覆的半导体材料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体、炭黑CB为主要导电填料、有机过氧化物为交联剂组成的复合材料；（3）缩紧护套管时，两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠位置不少于110mm；（4）缩紧护套管时，对接头制作区的防潮处理，采用自黏密封带螺旋形缠绕；（5）芯线处理时，涂覆半导体材料，整个涂覆外表面形成整齐圆柱形。

5 结语

本文综述了高压电缆的结构与性能、高压电缆附件技术要求以及电缆终端头和中间头的质量要求，在此基础上针对常见电缆头故障提出了一种新的高压电缆头中间芯线的制作方法。该方法具有针对性强、操作简便、性能可靠等特点，易于被现场操作技术人员掌握，从而可有效地提高电缆头制作的质量和操作人员的制作效率。该方法选用新型半导体屏蔽材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体等组成的复合材料，且对半导体涂覆范围、结构尺寸和外径面需要达到的技术指标进行了明确的设定，可有效缓解由于电缆本体屏蔽层剥离带来的断口处电场强集中的问题，提高了主绝缘层的绝缘性能和使用寿命。内护绝缘层处理、芯线处理时，增加了清洁方向的规定，可减小加工碎屑的残余，有效降低后期由于同一导电介质层存在杂质而带来的安全隐患。芯线处理时，增加了清洁要求和加涂导电膏的要求，可以增加芯线和铜接管的有效解除面积，降低接触电阻，减少由此引起的局部发热对主绝缘的破坏。

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作者简介：茅雷（1973-），男，南通供电公司高级工程师，研究方向：电力系统及自动化技术；朱富云（1957-），男，南通供电公司高级技师，高级工程师，苏州大学机电工程学院产业教授，在读博士，研究方向：电力系统、智能机器人技术；陆志辉（1956-），男，南通供电公司高级技师，研究方向：电力系统技术；吴国庆（1957-），男，南通大学电气工程学院教授，博士生导师，博士，研究方向：机电一体化、智能微网控制。