中压交联电缆热缩附件的特性及应用

苗付贵 阎孟昆 付 平 韩卫京 侯晓娜

（中国电力科学研究院电力工业电气设备质量检验测试中心，武汉 430074）

中压交联电缆热缩附件由于材料性能优异、结构简单、安装方便等特点，深受广大用户欢迎[1]，后由于冷缩附件的出现，热缩电缆附件使用量逐渐减少，但因为价格便宜，在国内仍有一定市场。热缩材料又称为高分子形状记忆材料，主要是利用结晶或半结晶的线性高分子材料经高能射线照射或化学交联后成为三维网状结构而具有形状“记忆效应”的新型高分子功能材料[2-5]。交联高分子在高弹态间具有弹性，施加外力拉伸或扩张后，骤冷使其维持该状态，材料虽经扩张形变但具有“记忆效应”，当温度升高到软化点以上，形变马上消除，立即恢复到原来的形状。利用该原理可以制造出扩张倍率大，质量容易控制的产品。国内热缩附件制造商很多，有些技术实力欠缺，虽然产品价格便宜，但其质量和可靠性差，为电网安全带来不稳定因素。本文阐述了应力管对电缆断口电场处理的原理，介绍了热缩附件的结构特征，在制造过程中应注意的问题，用户如何选型及安装操作要点。

1 热缩附件的结构特征及基本要求

1.1 热缩终端头结构基本要求

1）热缩终端头主要由外绝缘管、应力管、分支套、雨裙等部件以及与其配套的填充胶、密封胶等材料构成。

2）热缩终端头各部件搭接部位必须具有良好的防潮密封措施。

3）三芯电缆热缩终端头金属屏蔽、铠装或金属护套必须接地良好。接地引出线截面不应小于表1的规定。

表1

1.2 塑料绝缘电缆热缩接头结构基本要求

1）热缩接头应确保电缆各组成部份如导体、绝缘、屏蔽、内衬层、护套等各部份的接续、恢复和加强。

2）热缩接头的附加绝缘厚度不得小于电缆工厂绝缘厚度的1.5 倍，附加绝缘热缩管的层数对10kV及以下的电缆接头不宜多于二层，对35kV 级电缆接头不宜多于三层。附加绝缘与电缆本体绝缘间的接触应紧密。

3）热缩接头结构应考虑挤出绝缘在运行中产生纵向回缩导致内部产生间隙的防范措施。

4）接头两边电缆铜屏蔽、铠装应分别连接不得中断，恢复铜屏蔽应采用软质铜编织带(网)，确保和各相绝缘外屏蔽接触，两端与电缆铜带连接。

1.3 热缩管件及其配套用胶的技术要求

1）热缩管件外观应平整、光滑、无可见气泡、杂质，表面斑痕缺陷面积应不超过部件总面积的2%。

2）热缩管件的收缩温度应为120～140℃。

3）热缩管件收缩前壁厚的不均匀度小于30%。

4）热缩管件收缩前后长度的变化率小于±5%。

5）热缩管件在热冲击下应不淌流，不开裂。

6）热缩管件在限制性收缩时不得开裂，在正常使用范围和操作下不得开裂。

7）热缩附件用热缩材料的物理、机械和电气性能应符合表2规定[6]。

表2 热缩附件用热缩材料的物理、机械和电气性能要求

2 热缩附件的电场处理

2.1 电缆终端的电场分布如图1所示，绝缘和金属护套断口处电场强度为

其中，U0为导体与金属套间电压，kV； vε 为绝缘层介电常数；mε为周围媒质介电常数；Re为等效半径，m；l为绝缘端部到绝缘屏蔽断口间长度，m；K 为与周围媒质和绝缘层表面有关的常数。

因此增加等效半径Re、介电常数 mε和表面电容可以降低屏蔽断口处电场强度[7]。

2.2 热缩附件的电场处理

图1 电缆终端电场分布

热缩附件就是利用增加屏蔽断口处周围媒质介电常数的原理来均匀电场，即用高介电常数的应力 管。其原理是增大屏蔽末端绝缘表面电容（Cs)，从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来，容抗减小会使表面电容电流增加，但不会导致发热，由于电容正比于材料的介电常数，也就是说要想增大表面电容，可以在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数的材料。一般这些应力控制材料的介电常数都大于20～30，体积电阻率为（108～1012）Ω·cm。应力控制材料的应用，要兼顾应力控制和体积电阻率两项技术要求。虽然在理论上介电常数是越高越好，但是介电常数过大引起的电容电流也会产生热量，促使应力控制材料老化。同时应力控制材料作为一种高分子多相结构复合材料，在材料本身配合上，介电常数与体积电阻率是一对矛盾，介电常数做得越高，体积电阻率相应就会降低，并且材料电气参数的稳定性也常常受到各种因素的影响，在长时间电场中运行，温度、外部环境变化都将使应力控制材料老化，老化后的应力控制材料的体积电阻率会发生很大的变化，体积电阻率变大，应力控制材料成了绝缘材料，起不到改善电场的作用，体积电阻率变小，应力控制材料成了导电材料，使电缆出现故障。这就是应用应力控制材料改善电场的热缩式电缆附件只能用于中压电力电缆线路和热缩式电缆附件经常出现故障的原因所在。这两个条件要同时满足是比较困难的，参数受每道生产工序影响都很大，对材料配方、共混、造粒、直到挤塑等工艺均有较苛刻的要求。

3 热缩附件的型式试验

型式试验[8]主要是对新型式产品在大量生产使用前所做的试验，经过型式试验证明该产品能满足运行提出的性能要求，或经过型式试验可以在较短时间确定新产品相对老产品的相对质量和新产品的寿命。除非产品的材料、工艺或设计有变化并可能影响其性能，产品型式试验不必重复。热缩附件完成设计和制造后需要根据GB/T12706.4—2008规定的型式试验（见表3）来验证其是否满足使用要求[12]。比如附加绝缘热缩管，若弹性不够，在试验电压下，即使试样局放初始值很小或无局放，经过负荷循环试验后，界面处形成间隙，局放会明显增加。再如用多层热缩管构成接头绝缘，由于层间界面多，局放试验也往往不能合格。根据检测经验，由于应力管控制结构对参数配置、制造工艺和安装工艺要求苛刻，国内目前只有少数几家制造商的10kV 及20kV 热缩附件严格通过了型式试验，35kV热缩附件还没有厂家能通过型式试验，甚至国外知名制造商的35kV 热缩附件也不能顺利通过，主要集中在局部放电试验项目不合格。据了解，几个国内知名的热缩附件制造商正在致力于研究解决35kV 热缩附件的局放问题。

表3 热缩附件型式试验项目和要求

4 热缩附件的安装要点

4.1 安装条件

上，相对湿度70%以下。因为在加热烘烤热缩管外壁时，管内空气温度升高，但电缆绝缘表面仍处于较低温度，高温高湿的气体遇到冷表面物体时若低

热缩附件安装一般规定要求在环境温度0℃以于其露点温度，水分就会在冷表面物体上凝结，而此时收缩热缩管，就会把凝结有潮气的绝缘表面包覆在里面，严重影响安装质量。

通过计算和试验证明，不同环境温度和相对湿度下凝结条件可用图2中曲线表示。从图2可以看出：

1）相对湿度70%以下，环境温度0℃（甚至-10℃），无凝结现象。

2）相对湿度80%，环境温度高于20℃时，无凝结现象，低于10℃时，有凝结现象。

3）相对湿度90%以上，一般均会产生凝结现象。

4）在同样湿度下，被包覆物与管内的温差小，不易产生凝结。

图2 结露与相对湿度和温度的关系

因此在湿度大温度低安装热缩附件时一定要注意界面凝结潮气问题，解决的方法是预热电缆表面，温度提高到50～60℃，基本上就不会产生水分凝结现象[9]。

4.2 安装操作要点

1）用刀剥除半导电层时，下刀2/3 深，不能伤及电缆主绝缘层。纵向切2～3 刀，不能留下刀痕。撕半导电层接近环切口时，沿圆周方向撕去，注意不能使断口处屏蔽有缝隙。用专用砂纸打磨光滑绝缘表面，用清洁剂从绝缘端往屏蔽断口单方向擦拭。[10]

2）为了使应力管充分发挥均匀场强的作用，必须确保应力管无气隙地和屏蔽

紧密接触。屏蔽断口需用应力疏散胶填充，若直接套装应力管，必然在断口处形成气隙，发生局部放电[11]。图3是10kV 热缩终端有无填充应力疏散胶的局放试验对比图。

3）对于接头，绝缘端部应按照说明书尺寸要求削反应力锥（即铅笔头），因为锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度，因此沿锥面的切向场强远小于绝缘端部直角边的切向场强，降低沿锥面发生击穿的可能。

图3 应力疏散胶对局放的影响

4）开始加热收缩管件时，要将火焰缓慢接近材料，在其周围移动，确保径向收缩均匀后再缓慢延伸，将火焰朝向收缩方向，以便预热管材收缩均匀，应遵循工艺中推荐的起始收缩部位和方向，由下往上收缩以有利于排除气体和密封[12]。

5）铜屏蔽和铠装必须良好接地，避免三相不平衡运行时金属屏蔽端部产生感应电势，甚至发生“打火”现象，燃烧护套或使电缆击穿引起事故，实践证明，类似事故时有发生。

6）收缩完全的管子应光滑无皱折，能清晰看出内部结构轮廓，密封部位应有少量胶挤出，以表明密封完善，确保防水性。

5 结论

1）热缩附件是利用增加屏蔽断口处周围媒质介电常数的原理来均匀电场，应力管参数控制是产品质量的关键技术。国内目前只有少数几家制造商的10kV 和20kV 热缩附件严格通过了型式试验。35kV热缩附件主要集中在局部放电试验项目不能通过。

2）缩附件在国内仍然有一定市场，产品各个部件的配合情况及质量是否满足使用要求，需通过相关标准型式试验来验证。安装技术是热缩附件非常重要的环节，要注意安装的环境条件和操作要点。

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