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        10 kV交聯(lián)聚乙烯電纜熱縮附件原理及電纜敷設(shè)

        2021-12-26 12:57:37張夢林
        農(nóng)村電氣化 2021年3期

        張 慶,張夢林

        (國網(wǎng)安徽省電力有限公司霍山縣供電公司,安徽 霍山237200)

        1 XLPE電纜原理分析

        1.1 絕緣原理分析

        交聯(lián)聚乙烯為電纜主絕緣材料,其擊穿強度高、絕緣電阻大、介質(zhì)損耗正切值低,電纜耐老化性、耐熱性強,機械性能、抗腐蝕性能高。但其作為交聯(lián)聚合物存在著2 類固有缺陷,一是內(nèi)部容易累積“空間電荷”;二是存在較高的透水性??臻g電荷及尖端強電場是導(dǎo)致絕緣擊穿的重大誘因,是在生產(chǎn)、加工、使用過程中形成和產(chǎn)生,在實踐中難以避免。較大透水問題也是由其網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)屬性決定,水樹枝產(chǎn)生游離高電場,在疊加電場的作用下演化成電樹枝而擊穿。

        1.2 電纜結(jié)構(gòu)分析

        XLPE 電纜從內(nèi)到外由線芯導(dǎo)體、“三層共擠”絕緣屏蔽層和保護層三部分構(gòu)成。線芯導(dǎo)體規(guī)避由“集膚效應(yīng)”導(dǎo)致強電場放電的“邊緣效應(yīng)”發(fā)生,因此導(dǎo)體為多芯緊壓型圓絞線,表面要盡量圓潤光滑,避免尖端強電場;內(nèi)外半導(dǎo)電層和主絕緣層“三層共擠”工藝,是彌補絞合線芯不能完全成圓,防止意外突刺和雜質(zhì)所造成的尖端強電場。另外,材料中含有能迅速捕捉水分的物質(zhì),可有效阻擋水分侵入;內(nèi)襯層、鎧裝層和護套構(gòu)成保護層,其間有螺旋搭蓋繞包的銅屏蔽層,它與半導(dǎo)電層良好接觸并兩端接地,使電纜外半導(dǎo)電層始終處于零電位,保證了均勻的電場分布;電纜的機械應(yīng)力、故障電流等通過鎧裝層得以保護和疏泄。

        2 電纜熱縮附件各部分材料、原理分析

        2.1 主絕緣熱縮管材料

        熱縮管是以聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯以及乙丙橡膠等多種材料組成的共混物,經(jīng)多道工序加工而成的特殊塑料。其在一定的加熱溫度下會收縮到初始形狀,稱為“記憶效應(yīng)”現(xiàn)象。熱縮工藝的好處在于它可以使管件緊緊地依附在電纜本體絕緣上,防止了雜質(zhì)(空氣、水分、粉塵)的進入,避免了尖端效應(yīng)的危害,更加符合XLPE 電纜自身的設(shè)計原理要求。

        熱縮管的塑料屬性決定,溫度過高會使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,破壞材料的應(yīng)用性能。另外,氧氣和陽光的共同作用會使材料老化,其物理、化學(xué)特性發(fā)生變化,失去使用價值。

        對于熱縮件的保質(zhì)期,現(xiàn)在還沒有明確規(guī)定,建議不要使用超過生產(chǎn)日期一年半的產(chǎn)品。

        2.2 電應(yīng)力控制材料

        應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠是用以改善電纜內(nèi)部電應(yīng)力的部件,電應(yīng)力控制是對電纜內(nèi)部的電場分布和強度實施控制,是XLPE 電纜附件設(shè)計中極為重要的部分。采用合適電氣參數(shù)的材料附和在電纜屏蔽切斷處的絕緣表面上,改善表面電位分布,使得電場分布和強度處于最佳均勻狀態(tài),消除尖端強電場。

        實際工作中,由于電纜開斷處的絕緣本身有體積電阻、電容和表面電阻、電容,由于體積電阻、電容無法改變,只能改變表面電阻和電容來改善電位分布。如果減小表面電阻,會增大表面泄漏電流,會使電纜發(fā)熱而降低載流量,這是不利的。因此,只能以增大表面電容,減小容抗的方法來降低電位,于是電應(yīng)力控制部件應(yīng)運而生。應(yīng)力管是一種體積電阻適中,介電常數(shù)較大的特殊電氣參數(shù)的熱縮管。由于電容量與材料的介電常數(shù)成正比,所以應(yīng)力管可以增大表面電容,改善電場分布。應(yīng)力疏散膠的原理類似于應(yīng)力管。

        應(yīng)力管是多種高分子材料共混共聚的復(fù)合物,其熱縮溫度要求比主絕緣管更加嚴格,在烤制時,只能用“中火”焙烤(100 ℃左右),否則將使其迅速變質(zhì)而失去電應(yīng)力疏散作用。這點要引起足夠重視。

        2.3 硅脂膏

        硅脂膏是一種擊穿強度很高的絕緣填充膏。在外半導(dǎo)電層剝除后的絕緣層表面上均勻的涂抹硅脂膏,可以排除氣體、水分等雜質(zhì),消除尖端強電場,達到防止絕緣擊穿的目的。

        2.4 填充膠

        填充膠是填充電纜開斷三叉口處及根部、電纜絕緣切斷處與連接管之間空隙的材料,防止水分等雜質(zhì)進入,用以減弱尖端效應(yīng)。應(yīng)當指出,高質(zhì)量的電纜附件套裝中,應(yīng)附有足夠量的填充膠,且膠體柔軟連續(xù)。

        3 電纜熱縮頭的安裝和制作

        根據(jù)前文材料、原理的分析,可以對電纜附件安裝注意事項和工藝要求進行討論。由于電纜中間接頭和終端頭安裝的原理一致,只是具體環(huán)節(jié)更多,本文僅對XLPE終端頭安裝進行討論分析。

        3.1 關(guān)注氣象條件

        XLPE 的透水問題較為嚴重,在安裝電纜頭附件時,要盡可能避免在雨、雪及濕度較大(相對濕度大于70%)的天氣進行。如確實需要,要認真做好防潮措施,如搭建防雨棚,室內(nèi)多設(shè)置紅外燈等除濕設(shè)施。制作時對絕緣層表面采取預(yù)熱等方法,確保在熱縮管內(nèi)壁與絕緣層表面不會形成凝結(jié)水汽,杜絕水樹枝擊穿。

        3.2 注意清潔

        為消除尖端強電場放電隱患,在安裝過程中要嚴格注意環(huán)境衛(wèi)生和制品清潔工作,嚴防雜質(zhì)侵入而形成尖端。每一道工序完成后都要用無水酒精清潔,尤其是焊接地線后,應(yīng)認真清理余留的焊料焊渣;清潔熱縮噴燈使用后的積碳;避免使用有雜質(zhì)的不干凈毛絨手套及用具;嚴防汗水滴落至制品,確保制作過程的每道工序都清潔無污染。

        3.3 嚴格控制工具的使用力度

        在安裝過程中,特別是在剝離外半導(dǎo)電層和清除內(nèi)襯層物料時,工具使用力度要適當,嚴禁傷及絕緣層和銅屏蔽層。如對絕緣層有輕微的損傷,可用細砂紙橫向輕微打磨,再用無水酒精清洗,最后用力均勻涂抹硅脂膏,以硅脂膏填平受傷凹陷處,目的仍是消除尖端強電場隱患。

        3.4 嚴格掌控?zé)峥s噴燈工藝

        噴燈在焙烤熱縮附件時,應(yīng)小心謹慎不急不慢,火焰應(yīng)離熱縮件50~70 mm,從根部以圓周螺旋方式推進,使管件均勻受熱收縮,管內(nèi)空氣完全排出。注意焙烤熱縮件溫度不得超過130 ℃,以免破壞材料性能。

        在噴燈焊接地時,火焰應(yīng)從側(cè)面噴向焊料,使焊料自由落體式滴灑在接地件上,嚴禁火焰直噴制品焊件。

        3.5 具體制作流程

        通過上述分析討論,進一步把終端頭安裝、制作的具體流程簡單介紹如下:

        把電纜整放平直,并用毛巾擦拭干凈;

        從電纜端頭量取770 mm(戶內(nèi)570 mm)剝?nèi)ネ庾o套;

        從外護套切斷口處鋸斷并剝?nèi)ユz裝(注意力度,不可損傷內(nèi)護套)。再量取30 mm 剝?nèi)ネ庾o套,用砂紙打磨外露的鎧裝;

        從鎧裝斷口量取20 mm 內(nèi)護層保留,其余剝?nèi)ィ☉?yīng)順內(nèi)部填充物走向用刀,不可傷及銅屏蔽)。然后摘去填充物料,分開導(dǎo)體線芯;

        用剝?nèi)サ逆z裝金屬根據(jù)電纜直徑制作帶缺口的倒扣卡子,卡子內(nèi)表面用砂紙打磨;

        將接地銅帶盡量塞深入線芯三岔口內(nèi)部并塞入三角錐,把引出部分分別搭壓纏繞在三根線芯的銅屏蔽上(纏繞處銅屏蔽應(yīng)砂紙打磨);

        用力向電纜根部方向拉扯接地銅帶,使搭壓部緊固,用卡子將其牢固卡壓在預(yù)留的鎧裝層上;

        用電烙鐵或噴燈封焊銅屏蔽及鎧裝與接地銅帶連接的部分。焊后焊疤應(yīng)平滑泛光,鎧裝的焊料應(yīng)順卡子的缺口處流入其內(nèi)部。注意清潔焊渣;

        包繞三岔口及根部的填充膠,應(yīng)填滿空隙,填充厚度應(yīng)大于電纜外徑15 mm,盡量填成橄欖狀;

        套入三指套(在與三指套搭接的外護層部分應(yīng)砂紙打磨),然后點火焙烤,應(yīng)從橄欖部最高處向兩端螺旋推進均勻收縮,排盡空氣。加熱溫度在120~130 ℃之間;

        從三指套端部量取50 mm 銅屏蔽層保留,其余剝除。從銅屏蔽斷口量取20 mm 半導(dǎo)電層保留,其余剝除。在剝半導(dǎo)電層時,要嚴格控制用刀力度,嚴禁損傷絕緣層;

        用細砂紙沿橫向輕微打磨露出的絕緣層,并均勻、用力涂抹硅脂膏,特別是半導(dǎo)電層與絕緣層的梯步搭接處;

        用無水酒精清洗銅屏蔽、半導(dǎo)電層和絕緣層。清洗方向為:從電纜頭端部到三指套端部。應(yīng)一氣呵成,不可來回擦拭;

        在銅屏蔽、半導(dǎo)電層和絕緣層的梯步搭接處均勻纏繞少量應(yīng)力疏散膠。注意,疏散膠用量不可過多;

        將應(yīng)力管套入距三指套端口20 mm 處的銅屏蔽層上,加熱固定。加熱時,用中火間斷性加熱;

        以壓接管(鼻子)孔深加5 mm 長度剝除主絕緣層,露出線芯導(dǎo)體,將絕緣層端部削成鉛筆頭狀。把鼻子鉗壓到線芯上(以B相為基準,A、C相鼻子的安裝平面與B相互成120°);

        用銼刀銼平鼻子的壓接隆起部分。用填充膠填充鼻子與絕緣之間的空隙,并以密封膠填充鼻子上的壓坑,應(yīng)盡量填充為橄欖狀;

        再次用無水酒精清洗電纜外露各部分。將主熱縮絕緣管分別套入至三指套根部,由根部向上螺旋推進加熱固定;

        套入并固定密封管。密封管應(yīng)將鼻子的三個壓接坑包裹起來。加熱從橄欖部最高處向兩端進行,排盡空氣;

        安裝固定相色管、三孔雨裙和單孔分相雨裙。注意,雨裙的質(zhì)量一般不如主熱縮件,因此,加熱雨裙時要調(diào)小火焰慢慢焙烤。

        制作完畢。

        4 XLPE電纜的敷設(shè)及安裝

        電纜的敷設(shè)方式分為直埋、排管、電纜溝敷設(shè)、隧道敷設(shè)及沿鋼絲繩掛設(shè)等,下面以前3 種常見的敷設(shè)方式進行討論。

        4.1 一般要求

        電纜敷設(shè)前應(yīng)繪制敷設(shè)施工圖,圖中包括電纜型號、名稱、根數(shù)和用途,以及各類電纜排列、放置順序、走向等,以便于日后搶檢修和故障排查工作。

        敷設(shè)時,電纜兩端、沿線、接頭及轉(zhuǎn)向處應(yīng)設(shè)明顯、牢固的方向標志或標樁;機械牽引施工時,途徑中應(yīng)放置滑輪或滾桿,一般每3~5 m 放置一個,轉(zhuǎn)角處應(yīng)放置轉(zhuǎn)角滑輪,如確實沒有條件,可增派人手代替滑輪;水泥溝槽或排管敷設(shè)的,應(yīng)在途徑內(nèi)放置一些滑石粉或細沙,以減小摩擦;拖動電纜前進時,速度不可太快,應(yīng)考慮電纜的拉力承受力;如在低溫下敷設(shè)(-10 ℃),應(yīng)先對電纜通電預(yù)熱(電流不可高于其額定電流),使其表面溫度不低于5 ℃,不高于35 ℃;如果電纜線路須轉(zhuǎn)彎,XLPE 電纜的彎曲半徑不得小于15 倍電纜外徑,以免內(nèi)部機械損傷并引發(fā)“尖端效應(yīng)”。

        4.2 直埋方式敷設(shè)

        直埋方式優(yōu)點是經(jīng)濟、簡便、施工速度快、技術(shù)易掌握,缺點是電纜本體易受機械應(yīng)力、溫度、腐蝕和水分入侵的危害。為此,直埋路徑要考慮遠離震動劇烈地區(qū),遠離有嚴重酸、堿性腐蝕地區(qū),遠離有雜散電流區(qū)域(電腐蝕),遠離熱力源,盡量避開市政規(guī)劃未來可能挖掘施工的地方,避開地形起伏過大的地域。

        在溝槽開挖方面,電纜埋深不得小于0.7 m,當位于車行道或耕地下時應(yīng)加深,不得小于1 m;如有構(gòu)筑物的,外皮至構(gòu)筑物地下基礎(chǔ)不得小于0.3 m;如果線路穿越經(jīng)常有車輛經(jīng)過的地域,在土壤回填后,還應(yīng)在電纜上方鋪設(shè)寬度不小于100 mm的混凝土保護板。電纜溝槽開挖寬度根據(jù)敷設(shè)電纜的根數(shù)和單根電纜的外徑來定,如果僅敷設(shè)一根電纜,寬度以方便施工為宜;如果數(shù)根并埋,則應(yīng)充分考慮電纜散熱等因素,10 kV及以下電纜相互間凈距應(yīng)滿足250 mm。

        在電纜的放置方面,要求在電纜全線路上下鋪以厚度不小于100 mm 的泥沙層,經(jīng)過震動較多的地域,應(yīng)墊放軟質(zhì)材料;考慮熱縮情況,線路全長應(yīng)預(yù)留0.5%以上的長度;電纜出地引上電桿時,地面上應(yīng)穿2.5 m 鋼管加以保護,保護管入地0.25 m;電纜敷設(shè)完畢后,應(yīng)檢查外護層并用500 V 兆歐表檢測,當護層局部有劃傷且傷痕深度大于護層單邊厚度50%時應(yīng)修補;回填時應(yīng)檢查回填土,揀去石塊等堅硬物,回填土應(yīng)多次夯實,回填后覆蓋土層應(yīng)高出地平面150 mm以上。

        此外,當直埋電纜線路與公路或建筑物交叉時,電纜應(yīng)穿保護管,管長應(yīng)超過交叉物兩邊各2 m。當電纜線路沿公路平行敷設(shè)時,電纜距路基應(yīng)保持1.5 m間距,當線路邊有樹木時,電纜與樹木主干的距離不應(yīng)小于0.7 m。電纜過橋時,考慮震動因素應(yīng)墊彈性材料襯墊(橡皮、沙袋等),橋兩端和伸縮處應(yīng)留有充分的電纜松弛部分。

        4.3 排管方式敷設(shè)

        排管方式敷設(shè)一般應(yīng)用在以下情況:美化城區(qū)、在有爆炸危險的場所明敷電纜、露出地面需要保護的電纜、地下直埋電纜穿過公路等區(qū)段的等。排管的優(yōu)點:荷重比較大,受外界因素干擾少,電纜間互不影響,比較安全,施工難度較小等。缺點主要是投資較大,相對影響電纜載流量,故障后檢修排查困難。

        具體施工時,排管上部土壤回填厚度不應(yīng)小于0.5 m,管路應(yīng)置于經(jīng)夯實且連續(xù)平直的土層上;排管排水坡度不應(yīng)小于0.2%,每根管路不應(yīng)超過4 個彎頭,并列排管間應(yīng)有20 mm的間距;一根管路只能穿設(shè)一根電纜,管徑應(yīng)大于電纜直徑1.5倍;當使用鋼管時,鋼管外壁應(yīng)涂防銹涂料,鋼管相連時應(yīng)使用絲扣,不得直接對焊,管口及內(nèi)壁不得有毛刺。注意,單芯式電纜不得使用未分割磁路的鋼管做保護管。

        當排管平行于公路時,距路基應(yīng)保持3 m間距;對于管路電纜有接續(xù)要求或大角度轉(zhuǎn)向時應(yīng)設(shè)工作井;管內(nèi)預(yù)留牽引繩時,應(yīng)采用尼龍繩,不得使用金屬制品。

        4.4 電纜溝方式敷設(shè)

        電纜溝方式敷設(shè)一般應(yīng)用于變電站或工礦廠區(qū)內(nèi)部,其優(yōu)點是投資相對較少、容納電纜數(shù)量較大、電纜檢修運維方便、施工難度較小等,其缺點為電纜間相互影響大、容易積水積灰。

        具體施工時,電纜溝縱向應(yīng)有不小于0.5%的排水坡度并設(shè)集水坑。如為地下室電纜溝,集水坑內(nèi)應(yīng)加裝滿足容量要求的雙電源自啟動水泵;室內(nèi)電纜溝應(yīng)有向室外排水的通道或設(shè)施;電纜支架應(yīng)牢固安裝在電纜溝墻壁上,橫平豎直。對側(cè)支架間及支架對壁間凈寬度要大于300 mm,支架層間垂直最小凈距不得小于150 mm;金屬支架全長要進行接地焊接,保證良好接地。金屬支架須進行防腐處理;所有電纜溝的出入口處,應(yīng)預(yù)埋電纜管,并做好防水、防火隔離措施;電纜溝內(nèi)應(yīng)使用阻燃電纜,高、低壓(強、弱電,一、二次)電纜應(yīng)分層配置;電纜進入電纜溝應(yīng)采用專用固定夾固定;電纜敷設(shè)完畢后應(yīng)進行防水、防火封堵,沿線每距離20 m掛標志牌;施工完畢后電纜溝內(nèi)應(yīng)平整、無雜物、無積水,蓋板應(yīng)齊全。

        5 結(jié)束語

        本文結(jié)合運行工作實踐,針對10 kV 交聯(lián)聚乙烯電纜熱縮附件原理及其結(jié)構(gòu)進行分析,對終端頭的安裝制作及電纜的敷設(shè)進行分析和討論,為運管、施工單位電纜相關(guān)工作的規(guī)范管理提供了一定的參考依據(jù)。

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