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幾種用于抑制電纜線芯進(jìn)水的電纜附件施工工藝對(duì)比 - 無圖版
54dfdv --- 2019-09-18 08:51:22
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0、引言
在過去的30多年中，中國的電網(wǎng)發(fā)展非常迅猛，電網(wǎng)的發(fā)展使配網(wǎng)（10~35kV）電纜及其附件使用逐年增加。而電網(wǎng)用戶面臨的下一問題是，因?yàn)殡娎|而導(dǎo)致的故障現(xiàn)象也逐年增多，例如大范圍的斷電現(xiàn)象等。最近幾年中，配網(wǎng)運(yùn)行中的電纜回路故障仍以電纜附件尤其是中間接頭為主，而中間接頭復(fù)合界面的爬電往往是接頭故障的重要原因之一，在南方的多雨水地區(qū)更是如此；由于很多電纜中間接頭都長期浸泡在水中運(yùn)行，而水分和濕氣是對(duì)電纜附件絕緣危害最大的因素之一，一旦進(jìn)入電纜接頭的內(nèi)部，必將導(dǎo)致沿界面的水樹枝狀爬電，如下圖1所示。
圖1 電纜主絕緣表面的樹枝狀爬電
為了防止外部水分及潮氣進(jìn)入到接頭內(nèi)部的復(fù)合界面上，許多措施被應(yīng)用于電纜附件的安裝工藝上。例如采用具有較大冷縮擴(kuò)張率的冷縮中間接頭。冷縮擴(kuò)張率可通過如下計(jì)算方式（包括在芯繩上和在電纜上進(jìn)行測(cè)量）取得。
芯繩上的擴(kuò)張率：(D-d)/d%
電纜上的擴(kuò)張率：(X-d)/d%
圖2 冷縮擴(kuò)張率
通過選用較大的冷縮擴(kuò)張率，使冷縮中間接頭本身對(duì)主絕緣巨大的抱緊力來抑制水分和潮氣進(jìn)入到接頭內(nèi)部。
再例如在中間接頭主體的兩端增加繞包防水膠帶或密封膠泥的工藝，以密封端口，實(shí)現(xiàn)接頭本體更可靠的防水性能。如圖3所示。
圖3 接頭主體的端部密封
雖然以上的方案及工藝都可以對(duì)中間接頭主體實(shí)現(xiàn)很好的防水密封效果，對(duì)外部水分或潮氣進(jìn)入到接頭與電纜的復(fù)合界面起到很好的抑制作用。但類似的方案卻忽略了一種情況：電纜線芯進(jìn)水。電纜線芯進(jìn)水或潮氣產(chǎn)生原因可能有：電纜貯存或運(yùn)輸中的水汽進(jìn)入，電纜敷設(shè)過程中密封不好導(dǎo)致的水分進(jìn)入，電纜運(yùn)行過程中水分通過電纜終端或其他薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)入等等。無論那種情況，如何保證電纜線芯的水分、潮氣不影響電纜附件復(fù)合界面電氣特性都是一個(gè)不容忽視的問題。
本文結(jié)合多年電纜附件施工工藝及管理經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)電纜線芯進(jìn)水工況的模擬研究，給出了目前幾種主流電纜附件在安裝工藝上如何保證電纜附件抑制線芯水汽進(jìn)入復(fù)合界面的可行性分析。
1、線芯進(jìn)水的試驗(yàn)?zāi)M
1.1 目前主流電纜附件的安裝工藝
目前市場(chǎng)上主要的電纜附件安裝工藝基本上是根據(jù)GB14315標(biāo)準(zhǔn)方法壓接安裝接管，一般要求接管的壓接應(yīng)從中間向兩側(cè)左右對(duì)稱交錯(cuò)壓接，壓接完畢后應(yīng)對(duì)接管進(jìn)行必要的打磨處理。但未有對(duì)接管與主絕緣端口之間的縫隙進(jìn)行任何處理的要求，如下圖4所示，即使部分工藝要求在接管上繞包膠帶，其目的也是在接管外側(cè)形成一內(nèi)電極（法拉第籠）到達(dá)有效控制電場(chǎng)的作用，而對(duì)防水線芯的水汽進(jìn)入提出要求。
圖4 壓接接管與主絕緣端口之間的縫隙
正是因?yàn)槲磳?duì)該縫隙進(jìn)行有效處理，為電纜線芯中的水分或潮氣進(jìn)入到復(fù)合界面提供了可能，為電纜回路及其附件的可靠運(yùn)行帶來了很大的安全隱患。
1.2 電纜線芯進(jìn)水的試驗(yàn)?zāi)M
為驗(yàn)證線芯存在水汽時(shí)，確實(shí)會(huì)對(duì)電纜附件復(fù)合界面的電氣性能造成影響，特根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M：將一段電纜的非連接端（終端）的線芯置于加水裝置中，將加水裝置相對(duì)電纜中間接頭處升高1米，模擬中間接頭埋于低于地平面1米深的工井中。如下圖5所示。
圖5 線芯進(jìn)水試驗(yàn)回路
對(duì)帶有加水裝置的電纜按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T12706.4要求進(jìn)行熱循環(huán)，以模擬真實(shí)電纜回路上負(fù)荷的變化；其中：每個(gè)熱循環(huán)包括：向線芯通電流以使其溫度在3小時(shí)內(nèi)升高至95℃至100℃之間，并在該溫度保持2個(gè)小時(shí)，之后于3個(gè)小時(shí)內(nèi)逐漸降溫至室溫，熱循環(huán)完成(每個(gè)循環(huán)共8個(gè)小時(shí))。試驗(yàn)結(jié)果表明在無附加工藝的情況下，水汽很容易進(jìn)入到中間接頭復(fù)合界面進(jìn)而引起電氣故障。
2、用于抑制電纜線芯進(jìn)水的附件工藝
2.1 熱縮式電纜附件（內(nèi)置熱熔膠）
熱縮式電纜是采用具有電纜附件所需要的各種性能的熱縮部件（通常是EVA材質(zhì)）套裝在經(jīng)過處理后的電纜上，加熱收縮而形成的電纜附件。
圖6 熱縮式電纜附件線芯防水
熱縮式電纜附件通常是通過其熱縮管內(nèi)置的熱熔膠可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部及外部的防水密封。但是由于熱熔膠在安裝時(shí)的流動(dòng)性使其密封位置存在一定的不確定性，為了保證足夠的爬電距離和電氣性能，因此往往熱縮式電纜附件的開剝尺寸較長。
而熱縮材料通常依靠高溫加熱恢復(fù)到原來外徑，其本身對(duì)主絕緣界面的壓力不大，當(dāng)電纜的負(fù)荷或環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，很容易形成出現(xiàn)分層現(xiàn)象，從長期來看，熱縮附件的防水密封效果可能會(huì)大大降低。
因此，雖然具有內(nèi)置熱熔膠的熱縮附件具有線芯堵水功能，但是由于其他性能，尤其是安裝時(shí)需要?jiǎng)踊鸺訜岬娜秉c(diǎn)使其應(yīng)用的場(chǎng)合極其有限。
2.2 繞包式電纜附件
繞包式電纜附件是利用各種軟質(zhì)帶材按工藝要求纏繞而成，包括：絕緣膠帶、半導(dǎo)電膠帶、金屬屏蔽帶、防水膠帶等等。由于大部分膠帶都屬于橡膠類自粘性膠帶，有著非常好的自粘性及極低的透水率。
圖7 繞包式電纜附件
其中，半導(dǎo)電膠帶繞包于壓接接管以及接管與主絕緣之間的空隙，同時(shí)還要搭接到足夠長度的電纜主絕緣上。半導(dǎo)電膠帶除了用于高電場(chǎng)下均勻電場(chǎng)，使電纜屏蔽層延伸，實(shí)現(xiàn)內(nèi)半導(dǎo)電層的恢復(fù)外，還要起到線芯防水的作用。對(duì)于性能優(yōu)異的半導(dǎo)電膠帶應(yīng)具有易于拉伸，抗潮氣等特點(diǎn)。對(duì)不規(guī)則表面具有良好的從型性，與電纜導(dǎo)體及主絕緣相容性好。
繞包式電纜附件在安裝工藝上通常需對(duì)主絕緣端口制作反應(yīng)力錐，如圖7所示，其長度不少于50mm，目的是使半導(dǎo)電膠帶與主絕緣有足夠搭接距離，再加上外側(cè)一定厚度的絕緣膠帶繞包，會(huì)產(chǎn)生足夠的復(fù)合界面壓力，使電纜線芯中的水汽無法進(jìn)入到接頭內(nèi)部，因而繞包式電纜附件具有優(yōu)異的防水防潮性能。
繞包式電纜附件缺點(diǎn)在于對(duì)安裝工藝要求嚴(yán)格，對(duì)施工人員技術(shù)水平要求高，尤其膠帶的操作工藝，需要足夠拉伸，層層間的半重迭繞包等等。但即便如此，繞包式電纜附件由于其優(yōu)異的防水性能，靈活的安裝方式以及能滿足特殊情況的應(yīng)用深受電力客戶青睞。
2.3 防水增強(qiáng)型的冷縮式電纜附件
相比于傳統(tǒng)的冷縮式電纜附件，具有線芯堵水功能的附件在安裝工藝上進(jìn)行了改良。如下圖8所示。
圖8 防水增強(qiáng)型冷縮電纜附件
該工藝是在原有冷縮附件安裝工藝的基礎(chǔ)上，要求將主絕緣端口進(jìn)行一倒角處理，然后在該倒角與金屬接管之間進(jìn)行密封處理：繞包特殊的帶材或密封材料。該材料的選取非常重要，應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：
a：絕緣材料——不會(huì)對(duì)原有的電場(chǎng)產(chǎn)生畸變作用；
b：低表面能材料——能與與交聯(lián)聚乙烯絕緣及金屬接管充分結(jié)合；
c：耐高溫材料——滿足電纜在長期高溫90℃下保持密封狀態(tài)，不軟化或融化；
d：極低透水率材料—— 實(shí)現(xiàn)對(duì)線芯內(nèi)部的潮氣和水分有效徑向密封。
3、結(jié)束語
電纜線芯防水是制作電纜中間接頭不可忽視的因素。內(nèi)置熱熔膠式的熱縮式電纜附件、繞包式電纜附件以及防水增強(qiáng)型冷縮式電纜附件都是解決線芯進(jìn)水的有效方案。但從現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝以及長期運(yùn)行效果來看，防水增強(qiáng)型冷縮附件具有方便施工及長期穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，繞包式電纜附件可作為某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合的有效補(bǔ)充，例如異徑對(duì)接、電纜長度不足等狀況。而對(duì)于施工環(huán)境要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合，可酌情酌量地選擇具有內(nèi)置熱熔膠式的熱縮式電纜附件。
3M 中國有限公司 劉華偉 莊猛
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