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【圖解】淺析電力電纜及電纜附件知識

高壓電力電纜

高壓電纜是電力電纜的一種,是指用于傳輸10KV-35KV(1KV=1000V)之間的電力電纜,多應用于電力傳輸的主干道。高壓電纜的產品執行標準為GB/T 12706.2-2008和GB/T 12706.3-2008


高壓電纜的種類

高壓電纜主要種類有YJV電纜、VV電纜、YJLV電纜、VLV電纜。

YJV電纜全稱交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜(銅芯)

VV電纜全稱聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜(銅芯)

YJLV電纜全稱交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋁芯電力電纜

VLV電纜全稱聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套鋁芯電力電纜

由于銅導體的出色導電性能,越來越多的工程采用銅芯電力電纜作為供電系統的主干道,而鋁芯電力電纜的應用則較少,尤其是在越高壓的電力系統中,選擇銅芯電纜的就越多。


高壓電纜的結構


高壓電纜從內到外的組成部分包括:導體、絕緣、內護層、填充料(鎧裝)、外絕緣。當然,鎧裝高壓電纜主要用于地埋,可以抵抗地面上高強度的壓迫,同時可防止其他外力損壞。


常用的規格型號及用途

NA-YJV,NB-YJV,交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套A(B)類耐火電力電纜可敷設在對耐火有要求的室內、隧道及管道中。

NA-YJV22,NB-YJV22,交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套A(B)類耐火電力電纜適宜對耐火有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

NA-VV,NB-VV,聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套A(B)類耐火電力電纜可敷設在對耐火有要求的室內、隧道及管道中。

NA-VV22,NB-VV22,聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套A(B)類耐火電力電纜適宜對耐火有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

WDNA-YJY23,WDNB-YJY23,交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚烯烴護套A(B)類無鹵低煙耐火電力電纜適宜對無鹵低煙且耐火有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

ZA-YJV,ZA-YJLV,ZB-YJV,ZB-YJLV,ZC-YJV,ZC-YJLV,交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套A(B、C)類阻燃電力電纜可敷設在對阻燃有要求的室內、隧道及管道中。

ZA-YJV22,ZA-YJLV22,ZB-YJV22,ZB-YJLV22,ZC-YJV22,ZC-YJLV22,交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套A(B、C)類阻燃電力電纜適宜對阻燃有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

ZA-VV,ZA-VLV,ZB-VV,ZB-VLV,ZC-VV,ZC-VLV,聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套A(B、C)類阻燃電力電纜可敷設在對阻燃有要求的室內、隧道及管道中。

ZA-VV22,ZA-VLV22,ZB-VV22,ZB-VLV22,ZC-VV22,ZC-VLV22,聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套A(B、C)類阻燃電力電纜適宜對阻燃有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

WDZA-YJY,WDZA-YJLY,WDZB-YJY,WDZB-YJLY,WDZC-YJY,WDZC-YJLY,交聯聚乙烯絕緣聚烯烴護套A(B、C)類阻燃電力電纜可敷設在對阻燃且無鹵低煙有要求的室內、隧道及管道中。

WDZA-YJY23,WDZA-YJLY23,WDZB-YJY23,WDZB-YJLY23 ,WDZC-YJY23,WDZC-YJLY23,

交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚烯烴護套A(B、C)類阻燃電力電纜適宜對阻燃且無鹵低煙有要求時埋地敷設,不適宜管道內敷設。

VV、VLV,銅(鋁)芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套電力電纜敷設在室內、隧道及管道中或戶外托架敷設,不承受壓力和機械外力

VY、VLY ,銅(鋁)芯聚氯乙烯絕緣聚乙烯護套電力電纜

VV22、VLV22 ,銅(鋁)芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套電力電纜敷設在室內、隧道、電纜溝及直埋土壤中,電纜能承受壓力及其它外力

VV23、VLV23 ,銅(鋁)芯聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚乙烯護套電力電纜


電力電纜附件

電力電纜附件(英文名稱:Cable Accessories)是連接電纜與輸配電線路及相關配電裝置的產品,一般指電纜線路中各種電纜的中間連接及終端連接,它與電纜一起構成電力輸送網絡;電纜附件主要是依據電纜結構的特性,既能恢復電纜的性能,又保證電纜長度的延長及終端的連接。高壓電纜附件的可靠性可以從電氣性能、密封防潮性能、機械性能和工藝性能等方面進行評判。


高壓交聯電纜附件結構


高壓交聯電纜附件中保持橡膠預制應力錐與電纜絕緣的界面之間的緊壓力應力對保證電纜附件電氣強度是至關重要的因素。因此,預制型電纜附件必須確保它的橡膠預制應力錐與電纜的絕緣表面,在經過長期運行后,仍保持足夠緊壓力。

    圍繞著如何保持橡膠預制應力錐與電纜絕緣之間的界面應力,根據各國、各制造廠商技術發展的情況,采用了不同的措施,主要有三種基本結構:

    (1)將橡膠預制應力錐機械擴張后套在電纜的絕緣上,這種結構的特點是應力錐直接套在電纜的絕緣上,依靠應力錐材料自身的彈性保持應力錐與電纜絕緣之間的界面上的應力和電氣強度。歐美一些國家的電纜制造廠商,例如我國用戶熟悉的瑞士BRUGC,意大利Pirelli s.p.a.,法國ALCATEL,AEGSIMENS等公司以及我國沈  陽電纜廠,上海三原電纜附件公司的產品都屬這種結構。

    下圖所示的國產戶外終端產品是這種結構的典型。它的外絕緣是瓷套(GIS終端一般用環氧樹脂套管)。 內絕緣是一個合成橡膠(硅橡膠或乙丙橡膠)預制應力錐,瓷套(或環氧樹脂套管)內注入合成絕緣油。顯然,這種結構簡單。但是存在兩個令人關心的技術問題:1、合成橡膠應力錐與浸漬油的相容性;2、在高電場和熱場 作用下,預制的橡膠應力錐老化會引起界面壓力的變化(松弛),從而降低電氣強度。以上兩個問題實際上就是一個材料問題,合適的材料既要使合成橡膠與浸油相容,又需確保良好的防老化性能。

       

(2)采用彈簧壓緊裝置。這種結構的特點是在應力錐上增加一套機械彈簧裝置以保持應力錐與電纜之間界面上的應力恒定(如下圖所示),借以對付在高電場和熱場作用下,橡膠應力錐老化后可能會引起界面壓力的變化(松弛)。這種結構還有一個很重要的特點:從下圖可以看到它的應力錐與浸漬油基本隔離,從而克服了應力錐材料溶漲的可能性。日本和韓國的電纜制造廠商采用了這種結構。我國XX電纜附件公司的產品也是這種結構。圖中所示的應力錐上增加彈簧裝置的結構在設計上更周全。但是,結構復雜了,對制造和現場安裝的要求都提高了,現場安裝的時間也增加了,是目前國內電力系統大量采用的結構。

YJZGG-66kV氣體絕緣密封GIS終端結構圖

3)采用一種既能提供應力控制又能避開應力錐與電纜絕緣直接接觸的特殊應力錐設計。典型的結構是美國G&W公司設計的產品,從使用角度來看,這種結構可以允許配套電纜有較大的直徑和偏心度的制造公差。下圖所示為這種結構的138kV交聯電纜戶外終端和GIS終端結構示意。它在工廠內已經把主要的零部件—瓷套管、應力錐(成型鋁合金噴鍍環氧樹脂)、頂蓋、底盤和油壓調整裝置等都裝配好,并且充滿絕緣油。安裝時,只需把電纜頂端準備好后,將預制終端套入電纜即可。此種結構已出現多次下部滲油事例。

    上述三種結構各有所長,均達到了實用化水平。國內,都已經采用。

    GIS終端和變壓器終端的基本結構與各公司的戶外終端相似。由于GIS是在全封閉環境下運行,可以免受大氣條件和污穢的影響,加上SF6氣體的良好絕緣特性,所以GIS終端的外絕緣采用環氧樹脂套管,其尺寸比戶外終端瓷套小得多。它的內絕緣用的應力錐和浸漬油與戶外終端相似,分充油和干式兩種。

    IEC859標準規定了GIS終端與GIS設備的具體配合尺寸以及電纜制造廠與開關制造廠各自供貨的范圍。因此,按IEC859標準設計制造的GIS終端可以安裝在任何廠制造的標準型GIS設備上。

    變壓器終端的結構與GIS終端很相似,制造廠商的這兩種產品結構是相同的。

   

 2、預制型中間接頭

    目前,110kV及以上交聯電纜的預制型中間接頭用得較多的有兩種結構。

    (1)組裝式預制中間接頭。它是一個以工廠澆鑄成型的環氧樹脂作為

中間接頭中段絕緣和兩端以彈簧壓緊的橡膠預制應力錐組成的中間接頭。應力錐靠彈簧支撐。接頭內無需充氣或浸漬油。上圖所示為組裝式預制型中間接頭的基本結構。這種中間接頭的主要絕緣都是在工廠內預制的,現場安裝主要是組裝工作。與繞包型和模塑型中間接頭比較,對安裝工藝的依賴性相對減少,但是由于在結構中采用多種不同材料制成的組件,所以有大量界面,這種界面通常是絕緣上的弱點,因此現場安裝工作的難度比較高。由于中間接頭絕緣由3段組成,因此在出廠時無法進行整體絕緣的出廠試驗。這種中間接頭是由一些日本電纜制造廠商、韓國電纜制造廠商相繼開發成功的,國內個別用戶曾經采用,但日趨減少。

    (2)整體預制型(國外有稱One piece joint)。將中間接頭的半導電內屏蔽、主絕緣、應力錐和半導電外屏蔽在制造廠內預制成一個整體的中間接頭預制件。與上述組裝式預制型中間接頭比較,它的材料是單一的橡膠,因此在不存在上述由于大量界面引起的麻煩,F場安裝時,只要將整體的中間接頭預制件套在電纜絕緣上即成。安裝過程中,中間接頭預制件和電纜絕緣的界面暴露的時間短,接頭工藝簡單,安裝時間也縮短。由于接頭絕緣是一個整體的預制件,接頭絕緣可以做出廠試驗來檢驗制造質量。這種接頭是由歐美電纜制造廠商首先開發的,XX電纜附件有限公司消化吸收、改進、自行研發成功,深受用戶歡迎,在我國已普遍使用。下圖所示為132kV交聯聚乙烯絕緣電纜用整體預制型中間接頭的結構。

110kV中間絕緣接頭結構圖

110kV中間直通接頭結構圖




連接方式

電纜附件的連接方式一般分為終端連接及中間連接,終端連接分為戶內終端和戶外終端,一般情況戶外終端是指露天電纜接頭,戶內終端是指室內連接電纜與電氣設備的接頭;中間連接分為直通式和絕緣式兩種.

附件種類


熱縮電纜附件

具有不同類型的特點及局限性,一般不能相互取代。常見的有如下幾種:[2] 

(1)繞包式:用制成的橡膠帶材(自粘性)現場繞包制作的電纜附件稱為繞包式電纜附件,該附件易松脫、耐火性較差、壽命短;

(2)澆灌式:用熱固性樹脂作為主要材料在現場澆灌而成,所選的材料有環氧樹脂、聚氨脂、丙烯酸脂等,該類附件的致命缺點是固化時易產生氣泡;

(3)模塑式:主要用于電纜中間連接,在現場進行加模加溫,與電纜融為一體,該附件制作工藝復雜且時間長,亦不適用于終端接頭;

(4)冷縮式:用硅橡膠、三元乙丙橡膠等彈性體先在工廠預擴張并加入塑料支撐條而成型。在現場施工時,抽出支撐條使管材在橡膠固有的彈性效應下玲收縮在電纜上而制成電纜附件 該附件最適合于不能用明火加熱的施工場所,如礦山、石油化工等;

(5)熱縮式:將橡塑合金制成具有“形狀記憶效應 的不同組件制品,在現場加熱收縮在電纜上而制成的附件。該附件具有重量輕、施工簡單方便、運行可靠、價格低廉等特點;

(6)預制式:用硅橡膠注射成不同組件,一次硫化成型,僅保留接觸界面,在現場施工時插入電纜而制成的附件。該施工工藝將環境中不可測的不利因素降低到最低程度,因此該附件具有巨大的潛在使用價值,是交聯電纜附件的發展方向,但制造技術難度高,涉及多種學科及行業。預制式附件在電纜的三叉口及屏蔽口以下的安裝材料仍采用熱縮材料,因此實際上是預制式和熱縮式的組合。

常見類型

熱縮式

中低壓電纜附件使用得比較多的產品種類主要有熱縮附件、預制式附件、冷縮附件。它們分別有以下特點:

所用材料一般為以聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯(EVA)及乙丙橡膠等多種材料組分的共混物組成。該類產品主要采用應力管處理電應力集中問題。亦即采用參數控制法緩解電場應力集中。主要優點是輕便、安裝容易、性能尚好,價格便宜。

熱縮電纜附件

應力管是一種體積電阻率適中(1010-1012Ωcm),介電常數較大(20--25)的特殊電性參數的熱收縮管,利用電氣參數強迫電纜絕緣屏蔽斷口處的應力疏散成沿應力管較均勻的分布。這一技術一般用于35kV及以下電纜附件中。因為電壓等級高時應力管將發熱而不能可靠工作。

其使用中關鍵技術問題是:

要保證應力管的電性參數必須達到上述標準規定值方能可靠工作。另外要注意用硅脂填充電纜絕緣半導電層斷口出的氣隙以排除氣體,達到減小局部放電的目的。交聯電纜因內應力處理不良時在運行中會發生較大收縮,因而在安裝附件時注意應力管與絕緣屏蔽搭蓋不少于20mm,以防收縮時應力管與絕緣屏蔽脫離。熱收縮附件因彈性較小,運行中熱脹冷縮時可能使界面產生氣隙,因此密封技術很重要,以防止潮氣浸入。

預制式

所用材料一般為硅橡膠或乙丙橡膠。主要采用幾何結構法即應力錐來處理應力集中問題。其主要優點是材料性能優良,安裝更簡便快捷,無需加熱即可安裝,彈性好,使得界面性能得到較大改善。中低壓以及高壓電纜采用的主要形式。存在的不足在于對電纜的絕緣層外徑尺寸要求高,通常的過盈量在2~5mm(即電纜絕緣外徑要大于電纜附件的內孔直徑2~5mm),過盈量過小,電纜附件將出現故障;過盈量過大,電纜附件安裝非常困難(工藝要求高)。特別在中間接頭上問題突出,安裝既不方便,又常常成為故障點。此外價格較貴。

預制式電纜附件

預制式電纜附件

其使用中關鍵技術問題是:

附件的尺寸與待安裝的電纜的尺寸配合要符合規定的要求。另外也需采用硅脂潤滑界面,以便于安裝.

冷縮式

冷收縮式電纜附件是利用彈性體材料(常用的有硅橡膠和乙丙橡膠)在工廠內注射硫化成型,再經擴徑、襯以塑料螺旋支撐物構成各種電纜附件的部件,F場安裝時,將這些預擴張件套在經過處理后的電纜末端或接頭處,抽出內部支撐的塑料螺旋條(支撐物),壓緊在電纜絕緣上而構成的電纜附件。因為它是在常溫下靠彈性回縮力,而不是像熱收縮電纜附件要用火加熱收縮,故俗稱冷收縮電纜附件。早期的冷收縮電纜終端頭只是附加絕緣采用硅橡膠冷縮部件,電場處理仍采用應力錐型式或應力帶繞包式。


冷縮電纜附件


冷縮電纜附件

普遍都采用冷收縮應力控制管,電壓等級從10kv到35kv。冷收縮電纜接頭,1kv級采用冷收縮絕緣管作增強絕緣,10kv級采用帶內外半導電屏蔽層的接頭冷收縮絕緣件。三芯電纜終端分叉處采用冷收縮分支套。

冷收縮式電纜附件具有體積小、操作方便、迅速、無需專用工具、適用范圍寬和產品規格少等優點。與熱收縮式電纜附件相比,不需用火加熱,且在安裝以后挪動或彎曲不會像熱收縮式電纜附件那樣出現附件內部層間脫開的危險(因為冷收縮式電纜附件靠彈性壓緊力)。與預制式電纜附件相比,雖然都是靠彈性壓緊力來保證內部界面特性,但是它不像預制式電纜附件那樣與電纜截面一一對應,規格多。

必須指出的是,在安裝到電纜上之前,預制式電纜附件的部件是沒有張力的,而冷收縮式電纜附件是處于高張力狀態下,因此必須保證在貯存期內,冷收縮式部件不應有明顯的永久變形或彈性應力松弛,否則安裝在電纜上以后不能保證有足夠的彈性壓緊力,從而不能保證良好的界面特性。


電纜附件品質的因素是多元的,原則上有以下各幾個方面:

1、電氣性能。電氣性能的好壞是評判電纜附件品質的首要原則。主要考慮電纜附件的電場分布是否合理,改善電場分布的措施是否恰當,材料的電氣強度、介質損耗和產品的絕緣裕度等。同時,還須考慮電性能的穩定性,包括電纜附件材料的化學、物理性能和結構的穩定性等,例如應力控制材料性能是否穩定,應力錐是否易變形,電纜絕緣回縮對電纜附件的電場分布的影響及防止措施,各種材料結合的相容性,結合界面性能的穩定性等。此外,還應考慮電纜附件的熱性能,如介質損耗、導體連接的接觸電阻及其穩定性、熱量的傳導釋放、熱脹冷縮對各部件電性能和機械性能的影響等。

2、密封性能。密封防潮性能直接影響電纜附件的電氣性能和使用壽命。終端的密封結構是否可靠、穩定。一般來說,中間接頭也應有一個與之相匹配金屬防潮外殼,特別是直埋或使用在潮濕環境中。

3、機械性能。終端應該有足夠的抗彎、防震的能力。中間接頭應能承受一定的拉力和防止外力損傷的措施。

4、工藝性能。工藝性能是電纜附件設計和選型的一個重要的條件,安裝工藝應盡量簡單,便于現場施工,工期短;對現場環境要求和對工人技術水平要求不高;安裝質量容易控制,質量可靠等。

5、制造廠商的質量保證體系。預制型電纜附件出廠時,制造廠提供的是橡膠預制件、預制應力錐、瓷套、外殼、浸漬劑等零部件,在現場安裝時再裝配成整體終端或接頭,因此,每一個零部件的制造質量和安裝工藝好壞都與產品的最終質量直接相關。


 

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