本
文
摘
要
配网应用冷缩头有十多年了，产品和工艺比较成熟，但制作安装质量却还是不稳定。随着近年配网建设投资的增大，工程中电缆头质量问题时有发生。就我个人分析，主要原因是施工人员素质不高，在师带徒的时候大部分是机械式的传授，就连师傅也是知其然而不知其所以然，所以难以把电缆头的制作水平提高。今天，我试试从电缆和电缆附件的设计原理来分析，希望对制作人员和监管人员有所启发。
电缆附件，按使用功能分主要有电缆终端头、中间头，按材料分主要有热缩、冷缩。目前在配网中应用较多的是冷缩头，终端主要有T型头，户内和户外冷缩终端头，中间头主要是冷缩中间头，热缩头还没退出历史舞台，但越来越少了。
01、电缆简介
要说清楚电缆附件，需要先了解电缆的结构。10 kV电缆大部分是由三芯电缆构成。主要由导体、主绝缘、半导电层、金属屏蔽层、内护层、钢铠或铅包以及外护套组成。
1、导体：导体是提供负荷电流的通路。也是电缆工作时的高压电极，而且其表面电场强度最大，如果局部有毛刺则该处的电场强度会更大。因此，设计和生产中以及使用部门在制作接头的导体连接时，要解决的主要技术问题之一就是力图使导体表面尽量做到光滑圆整无毛刺，以改善导体表面电场分布。
2、绝缘层：绝缘是将高压电极与地电极可靠隔离的关键结构。承受工作电压及各种过电压长期作用，因此其耐电强度及长期稳定性能是保证整个电缆完成传输电能的最重要部分。
3、半导电屏蔽层是中高压电缆采用的一项改善金属电极表面电场分布，同时提高绝缘表面耐电强度的重要技术措施。如下图所示可以看出正常电缆的电场只有从(铜)导线沿半径向外半导电层的电力线，没有芯线轴向的电场(电力线)，电场分布是均匀的。图中的箭头表示电场的电力线。
4、金属屏蔽层：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圆整无毛刺。另外在短路或接地故障时金属屏蔽层承受故障电流的通路，因此也有一定的截面要求。
5、护层：护层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。通常由内护层、钢铠以及外护套组成，主要是机械保护(纵向、径向的外力作用)，防水、防火、防腐蚀、防生物等。可以根据需要进行各种组合。
以上就是中压电缆的结构，下面说说电缆附件，对照电缆的各个部分，有助于理解电缆附件的原理。
02、电缆附件概述
电缆附件是电缆线路必不可少的组成部分，没有附件则电缆是无法工作的。完成输电任务的是由电缆及附件组成的电缆线路整体。可以说电缆附件是电缆功能的一种延续。对于电缆本体的各项要求，如导体截面及表面特性、半导电层、金属屏蔽层、绝缘层及护层等各部分的要求也适用于对电缆附件，尤其是中间接头，即中间接头的各个部分应对应于电缆所有的各个部分。终端也基本一样，只是外绝缘有所特殊。除此之外，附件还有比电缆本体更多的要求，因为它的结构更复杂。主要性能有：
①应力控制：解决电场集中问题;
②绝缘恢复：恢复电缆绝缘，保证线路的安全运行;
③密封防水：有效防止外界水分或有害物质侵入保证电缆的长期安全有效运行;
④其它恢复：包括恢复电缆的电气连接，及部分机械强度。
10kV冷缩终端头结构
L3、L4可以根据现场施工环境适当调整，相应的调整冷缩绝缘管的长度即可。
10kV冷缩中间头结构
03、电缆附件技术原理
在安装电缆头时，剥去了电缆屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，从而产生对绝缘极为不利的切向电场(沿导体线芯轴向的电力线)，电力线向屏蔽层断口处集中，使屏蔽层断口处成为电缆中最容易被击穿的部位;另外，由于导体连接处为高电压屏蔽，使电缆末端绝缘层断口处也产生电场畸变。因此，需对屏蔽层和绝缘层的断口处进行特殊处理，一般用附加结构来强制电缆中间接头电场沿导体轴向均匀分布，具体方法是增加绝缘层厚度，外屏蔽层断口处采用应力锥。应力锥的弧形设计使绝缘屏蔽层断口处的电场分布得以改善，电场分布相对均匀，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏程度。
因此，在电缆附件中应力锥的作用是非常重要，不可或缺的。在冷缩电缆附件中，应力锥采用具有一定弹性的材料做预制件，并使预制件具有一定的内径，经过预扩径后套在电缆的绝缘层上，这样，应力锥在电缆绝缘层上形成加强绝缘的结构，依靠橡胶自身收缩产生的压力施加在界面上，保证电缆附件橡胶件与电缆原有绝缘层之间的内界面结合紧密、可靠，在运行的寿命期间内，不会因环境温度或运行电流变化引起的热胀冷缩而使电缆内界面分离，造成内爬电击穿现象，有效地解决了电缆端部的应力集中问题。
04、制作安装电缆附件要点和注意事项
了解电缆附件的技术原理，我们可以归纳以下几点制作安装要点：
1、硅橡胶预制件与电缆本体绝缘必须“过盈配合”。预制件的内径要小于电缆本体绝缘外径。因为预制式电缆附件中，增强绝缘与电缆本体绝缘相接触的界面要维持一定的弹性压紧力，才能确保其具有良好的界面特性。
“过盈配合”是预制式电缆附件的一个关键问题。如果“过盈量”太小，弹性压紧力不够，界面特性差，运行中有可能产生沿界面放电。如有缝隙，则可能导致水分浸入。但是“过盈”又不是越太越好，“过盈”太太了，虽然初始压紧力大，界面特性好，但橡胶预制件弹性松弛将变快，压紧力随时间延续下降较快。界面特性也会变差。所以，对预制件要选择适当的过盈量，并要求制造厂在材料性能上使预制件有较大的断裂伸长率和较低的应力松弛。以满足预制件安装和长期安全运行的需要。
因此，电缆附件的规格型号要与电缆匹配很重要，不能跨级别使用，例如，70-120是一个级别，150-240是一个级别，300-500是一个级别。如果用错就导致过盈配合出问题。
2、在预制式电缆附件的安装过程中，剥切绝缘层、表面打磨和过渡面的处理等表面处理过程，都是为电缆与电缆附件的紧密接触和电场平稳过渡打基础的，因而在实际操作中，应严格把好表面处理这一关。首先，按程序严格地剥切绝缘层，按砂纸目数顺序逐一进行打磨。在表面处理完成后，还要认真地进行硅脂涂抹，使绝缘层表面的硅脂分布均匀。这些措施的都是为了挤出空气，使电缆附件能够与电缆紧密接触。绝缘层、半导电层、铜屏蔽都要尽量平滑过渡，不留尖角，尽量使电场平滑。
3、不同厂家不同型号的电缆附件都有不同的安装尺寸要求，不能凭经验剥切。每个电缆附件都要严格按照说明书和标尺安装，才能满足化解电场应力的要求。
同时，也总结了部分制作电缆附件常见的错误：
1、剥切内护套时。划伤铜屏蔽层，造成断口处电场强度增强，容易放电。
2、剥切铜屏蔽时，用力不当，划伤半导体层，容易存在气隙
3、剥切电缆半导体层时，用力不当，使主绝缘层表面有伤痕，容易存在气隙。
4、铜屏蔽断开处和半导体层断开处有尖角毛刺未处理平整。
5、电缆半导体屏蔽层剥切后，没有清除干净，其半导体残留在主绝缘层上，或清擦时没有遵循工艺要求，来回擦洗，或主绝缘及铜屏蔽断口处未用硅脂填充，留下隐患，产生闪络放电。
6、安装附件时应力管与绝缘屏蔽搭接少于20 mm，交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，容易产生气隙。
7、电缆附件选型错误，欧式T型头和美式T型头尺寸不一样，即使同一厂家的不同时期产品，例如前后插头使用可触摸型和不可触摸型混合，引起局部放电。
8、不同型号的电缆附件配件混用，例如，A厂家的电缆头用B厂家的线耳。因为每套电缆附件都是整体设计的，每个配件都要达到贴合无缝，每个厂家的设计尺寸不尽相同，混用容易产生气隙。即使是与套管的连接螺栓，也是有要求的，不能以为拧得上去就行。
05、常用电缆附件简介
随着交联聚乙烯绝缘电缆运用越来越广泛，冷缩电缆附件由于诸多优点，已有取代热缩电缆附件之趋势。事实上，在南网基建工程标准设计中已取消热缩电缆附件。
热缩终端
冷缩终端
冷缩电缆附件的优点：
冷缩弥补了热缩多层覆合的弊端，避免了层间间隙及杂质，减小了局放放电，延长了电缆附件寿命，也减小了施工环境影响因素。
冷缩附件与电缆同“呼吸”，杜绝了沿界面击穿电缆附件随电缆本体的膨胀(收缩)而膨胀(收缩)，永久保持对电缆的径向压力，不会出现沿界面击穿现象。热缩附件由于材料与电缆不同，膨胀系数不同，自然环境下不能与电缆同步呼吸，长时间异步呼吸，会造成层间间隙出现，增加沿面爬电事故发生的几率。
冷缩电缆中间头常见误区
有个现象，冷缩电缆中间头故障率高于热缩中间头，特别是新制作的中间头。既然从技术上优于热缩电缆附件，为何实际却相反呢?经过我的分析，初步发现常见的错误是：
1、施工人员没有按冷缩中间头说明书制作，制作人员特别是老师傅更容易犯错，他们沿用热缩中间头的经验，安装尺寸还是用热缩头的。导致应力锥安装位置错位;
2、部分电缆附件厂家设计没有考虑中间接管处填充密封胶，也没有考虑在中间接头主体两侧缠绕防水胶带，据了解，在引进国外技术时就没有考虑，猜测是因为国外大部分是单芯电缆，且对敷设要求较高，加强电缆外护层的防水就能密封。但我们南方地区地下水位高，施工条件差，电缆外护层在施工过程中破损时常发生，甚至内护层进水也时有发生，如果没有中间接头，水在电缆主绝缘外威胁并不大，但在中间头处，如果仅仅密封内护套和外护套，水汽从电缆破损处进入内护层，沿电缆铜屏蔽渗透至中间头内，在电场应力作用下破坏绝缘，造成电缆中间头故障。目前已有一些厂家改进，中间接管处填充密封胶，在冷缩管两侧缠绕防水胶带，能够阻止水分进入接头内。建议如果产品没有提供，施工时可以自行加强密封。
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