10 kV交联聚乙烯电缆热缩附件原理及电缆敷设

2021-12-26张梦林

农村电气化 2021年3期

张庆，张梦林

（国网安徽省电力有限公司霍山县供电公司，安徽霍山237200）

1 XLPE电缆原理分析

1.1 绝缘原理分析

交联聚乙烯为电缆主绝缘材料，其击穿强度高、绝缘电阻大、介质损耗正切值低，电缆耐老化性、耐热性强，机械性能、抗腐蚀性能高。但其作为交联聚合物存在着2 类固有缺陷，一是内部容易累积“空间电荷”；二是存在较高的透水性。空间电荷及尖端强电场是导致绝缘击穿的重大诱因，是在生产、加工、使用过程中形成和产生，在实践中难以避免。较大透水问题也是由其网状分子结构属性决定，水树枝产生游离高电场，在叠加电场的作用下演化成电树枝而击穿。

1.2 电缆结构分析

XLPE 电缆从内到外由线芯导体、“三层共挤”绝缘屏蔽层和保护层三部分构成。线芯导体规避由“集肤效应”导致强电场放电的“边缘效应”发生，因此导体为多芯紧压型圆绞线，表面要尽量圆润光滑，避免尖端强电场；内外半导电层和主绝缘层“三层共挤”工艺，是弥补绞合线芯不能完全成圆，防止意外突刺和杂质所造成的尖端强电场。另外，材料中含有能迅速捕捉水分的物质，可有效阻挡水分侵入；内衬层、铠装层和护套构成保护层，其间有螺旋搭盖绕包的铜屏蔽层，它与半导电层良好接触并两端接地，使电缆外半导电层始终处于零电位，保证了均匀的电场分布；电缆的机械应力、故障电流等通过铠装层得以保护和疏泄。

2 电缆热缩附件各部分材料、原理分析

2.1 主绝缘热缩管材料

热缩管是以聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯以及乙丙橡胶等多种材料组成的共混物，经多道工序加工而成的特殊塑料。其在一定的加热温度下会收缩到初始形状，称为“记忆效应”现象。热缩工艺的好处在于它可以使管件紧紧地依附在电缆本体绝缘上，防止了杂质（空气、水分、粉尘）的进入，避免了尖端效应的危害，更加符合XLPE 电缆自身的设计原理要求。

热缩管的塑料属性决定，温度过高会使分子结构发生变化，破坏材料的应用性能。另外，氧气和阳光的共同作用会使材料老化，其物理、化学特性发生变化，失去使用价值。

对于热缩件的保质期，现在还没有明确规定，建议不要使用超过生产日期一年半的产品。

2.2 电应力控制材料

应力管和应力疏散胶是用以改善电缆内部电应力的部件，电应力控制是对电缆内部的电场分布和强度实施控制，是XLPE 电缆附件设计中极为重要的部分。采用合适电气参数的材料附和在电缆屏蔽切断处的绝缘表面上，改善表面电位分布，使得电场分布和强度处于最佳均匀状态，消除尖端强电场。

实际工作中，由于电缆开断处的绝缘本身有体积电阻、电容和表面电阻、电容，由于体积电阻、电容无法改变，只能改变表面电阻和电容来改善电位分布。如果减小表面电阻，会增大表面泄漏电流，会使电缆发热而降低载流量，这是不利的。因此，只能以增大表面电容，减小容抗的方法来降低电位，于是电应力控制部件应运而生。应力管是一种体积电阻适中，介电常数较大的特殊电气参数的热缩管。由于电容量与材料的介电常数成正比，所以应力管可以增大表面电容，改善电场分布。应力疏散胶的原理类似于应力管。

应力管是多种高分子材料共混共聚的复合物，其热缩温度要求比主绝缘管更加严格，在烤制时，只能用“中火”焙烤（100 ℃左右），否则将使其迅速变质而失去电应力疏散作用。这点要引起足够重视。

2.3 硅脂膏

硅脂膏是一种击穿强度很高的绝缘填充膏。在外半导电层剥除后的绝缘层表面上均匀的涂抹硅脂膏，可以排除气体、水分等杂质，消除尖端强电场，达到防止绝缘击穿的目的。

2.4 填充胶

填充胶是填充电缆开断三叉口处及根部、电缆绝缘切断处与连接管之间空隙的材料，防止水分等杂质进入，用以减弱尖端效应。应当指出，高质量的电缆附件套装中，应附有足够量的填充胶，且胶体柔软连续。

3 电缆热缩头的安装和制作

根据前文材料、原理的分析，可以对电缆附件安装注意事项和工艺要求进行讨论。由于电缆中间接头和终端头安装的原理一致，只是具体环节更多，本文仅对XLPE终端头安装进行讨论分析。

3.1 关注气象条件

XLPE 的透水问题较为严重，在安装电缆头附件时，要尽可能避免在雨、雪及湿度较大（相对湿度大于70%）的天气进行。如确实需要，要认真做好防潮措施，如搭建防雨棚，室内多设置红外灯等除湿设施。制作时对绝缘层表面采取预热等方法，确保在热缩管内壁与绝缘层表面不会形成凝结水汽，杜绝水树枝击穿。

3.2 注意清洁

为消除尖端强电场放电隐患，在安装过程中要严格注意环境卫生和制品清洁工作，严防杂质侵入而形成尖端。每一道工序完成后都要用无水酒精清洁，尤其是焊接地线后，应认真清理余留的焊料焊渣；清洁热缩喷灯使用后的积碳；避免使用有杂质的不干净毛绒手套及用具；严防汗水滴落至制品，确保制作过程的每道工序都清洁无污染。

3.3 严格控制工具的使用力度

在安装过程中，特别是在剥离外半导电层和清除内衬层物料时，工具使用力度要适当，严禁伤及绝缘层和铜屏蔽层。如对绝缘层有轻微的损伤，可用细砂纸横向轻微打磨，再用无水酒精清洗，最后用力均匀涂抹硅脂膏，以硅脂膏填平受伤凹陷处，目的仍是消除尖端强电场隐患。

3.4 严格掌控热缩喷灯工艺

喷灯在焙烤热缩附件时，应小心谨慎不急不慢，火焰应离热缩件50～70 mm，从根部以圆周螺旋方式推进，使管件均匀受热收缩，管内空气完全排出。注意焙烤热缩件温度不得超过130 ℃，以免破坏材料性能。

在喷灯焊接地时，火焰应从侧面喷向焊料，使焊料自由落体式滴洒在接地件上，严禁火焰直喷制品焊件。

3.5 具体制作流程

通过上述分析讨论，进一步把终端头安装、制作的具体流程简单介绍如下：

把电缆整放平直，并用毛巾擦拭干净；

从电缆端头量取770 mm（户内570 mm）剥去外护套；

从外护套切断口处锯断并剥去铠装（注意力度，不可损伤内护套）。再量取30 mm 剥去外护套，用砂纸打磨外露的铠装；

从铠装断口量取20 mm 内护层保留，其余剥去（应顺内部填充物走向用刀，不可伤及铜屏蔽）。然后摘去填充物料，分开导体线芯；

用剥去的铠装金属根据电缆直径制作带缺口的倒扣卡子，卡子内表面用砂纸打磨；

将接地铜带尽量塞深入线芯三岔口内部并塞入三角锥，把引出部分分别搭压缠绕在三根线芯的铜屏蔽上（缠绕处铜屏蔽应砂纸打磨）；

用力向电缆根部方向拉扯接地铜带，使搭压部紧固，用卡子将其牢固卡压在预留的铠装层上；

用电烙铁或喷灯封焊铜屏蔽及铠装与接地铜带连接的部分。焊后焊疤应平滑泛光，铠装的焊料应顺卡子的缺口处流入其内部。注意清洁焊渣；

包绕三岔口及根部的填充胶，应填满空隙，填充厚度应大于电缆外径15 mm，尽量填成橄榄状；

套入三指套（在与三指套搭接的外护层部分应砂纸打磨），然后点火焙烤，应从橄榄部最高处向两端螺旋推进均匀收缩，排尽空气。加热温度在120～130 ℃之间；

从三指套端部量取50 mm 铜屏蔽层保留，其余剥除。从铜屏蔽断口量取20 mm 半导电层保留，其余剥除。在剥半导电层时，要严格控制用刀力度，严禁损伤绝缘层；

用细砂纸沿横向轻微打磨露出的绝缘层，并均匀、用力涂抹硅脂膏，特别是半导电层与绝缘层的梯步搭接处；

用无水酒精清洗铜屏蔽、半导电层和绝缘层。清洗方向为：从电缆头端部到三指套端部。应一气呵成，不可来回擦拭；

在铜屏蔽、半导电层和绝缘层的梯步搭接处均匀缠绕少量应力疏散胶。注意，疏散胶用量不可过多；

将应力管套入距三指套端口20 mm 处的铜屏蔽层上，加热固定。加热时，用中火间断性加热；

以压接管（鼻子）孔深加5 mm 长度剥除主绝缘层，露出线芯导体，将绝缘层端部削成铅笔头状。把鼻子钳压到线芯上（以B相为基准，A、C相鼻子的安装平面与B相互成120°）；

用锉刀锉平鼻子的压接隆起部分。用填充胶填充鼻子与绝缘之间的空隙，并以密封胶填充鼻子上的压坑，应尽量填充为橄榄状；

再次用无水酒精清洗电缆外露各部分。将主热缩绝缘管分别套入至三指套根部，由根部向上螺旋推进加热固定；

套入并固定密封管。密封管应将鼻子的三个压接坑包裹起来。加热从橄榄部最高处向两端进行，排尽空气；

安装固定相色管、三孔雨裙和单孔分相雨裙。注意，雨裙的质量一般不如主热缩件，因此，加热雨裙时要调小火焰慢慢焙烤。

制作完毕。

4 XLPE电缆的敷设及安装

电缆的敷设方式分为直埋、排管、电缆沟敷设、隧道敷设及沿钢丝绳挂设等，下面以前3 种常见的敷设方式进行讨论。

4.1 一般要求

电缆敷设前应绘制敷设施工图，图中包括电缆型号、名称、根数和用途，以及各类电缆排列、放置顺序、走向等，以便于日后抢检修和故障排查工作。

敷设时，电缆两端、沿线、接头及转向处应设明显、牢固的方向标志或标桩；机械牵引施工时，途径中应放置滑轮或滚杆，一般每3～5 m 放置一个，转角处应放置转角滑轮，如确实没有条件，可增派人手代替滑轮；水泥沟槽或排管敷设的，应在途径内放置一些滑石粉或细沙，以减小摩擦；拖动电缆前进时，速度不可太快，应考虑电缆的拉力承受力；如在低温下敷设（-10 ℃），应先对电缆通电预热（电流不可高于其额定电流），使其表面温度不低于5 ℃，不高于35 ℃；如果电缆线路须转弯，XLPE 电缆的弯曲半径不得小于15 倍电缆外径，以免内部机械损伤并引发“尖端效应”。

4.2 直埋方式敷设

直埋方式优点是经济、简便、施工速度快、技术易掌握，缺点是电缆本体易受机械应力、温度、腐蚀和水分入侵的危害。为此，直埋路径要考虑远离震动剧烈地区，远离有严重酸、碱性腐蚀地区，远离有杂散电流区域（电腐蚀），远离热力源，尽量避开市政规划未来可能挖掘施工的地方，避开地形起伏过大的地域。

在沟槽开挖方面，电缆埋深不得小于0.7 m，当位于车行道或耕地下时应加深，不得小于1 m；如有构筑物的，外皮至构筑物地下基础不得小于0.3 m；如果线路穿越经常有车辆经过的地域，在土壤回填后，还应在电缆上方铺设宽度不小于100 mm的混凝土保护板。电缆沟槽开挖宽度根据敷设电缆的根数和单根电缆的外径来定，如果仅敷设一根电缆，宽度以方便施工为宜；如果数根并埋，则应充分考虑电缆散热等因素，10 kV及以下电缆相互间净距应满足250 mm。

在电缆的放置方面，要求在电缆全线路上下铺以厚度不小于100 mm 的泥沙层，经过震动较多的地域，应垫放软质材料；考虑热缩情况，线路全长应预留0.5%以上的长度；电缆出地引上电杆时，地面上应穿2.5 m 钢管加以保护，保护管入地0.25 m；电缆敷设完毕后，应检查外护层并用500 V 兆欧表检测，当护层局部有划伤且伤痕深度大于护层单边厚度50%时应修补；回填时应检查回填土，拣去石块等坚硬物，回填土应多次夯实，回填后覆盖土层应高出地平面150 mm以上。

此外，当直埋电缆线路与公路或建筑物交叉时，电缆应穿保护管，管长应超过交叉物两边各2 m。当电缆线路沿公路平行敷设时，电缆距路基应保持1.5 m间距，当线路边有树木时，电缆与树木主干的距离不应小于0.7 m。电缆过桥时，考虑震动因素应垫弹性材料衬垫（橡皮、沙袋等），桥两端和伸缩处应留有充分的电缆松弛部分。

4.3 排管方式敷设

排管方式敷设一般应用在以下情况：美化城区、在有爆炸危险的场所明敷电缆、露出地面需要保护的电缆、地下直埋电缆穿过公路等区段的等。排管的优点：荷重比较大，受外界因素干扰少，电缆间互不影响，比较安全，施工难度较小等。缺点主要是投资较大，相对影响电缆载流量，故障后检修排查困难。

具体施工时，排管上部土壤回填厚度不应小于0.5 m，管路应置于经夯实且连续平直的土层上；排管排水坡度不应小于0.2%，每根管路不应超过4 个弯头，并列排管间应有20 mm的间距；一根管路只能穿设一根电缆，管径应大于电缆直径1.5倍；当使用钢管时，钢管外壁应涂防锈涂料，钢管相连时应使用丝扣，不得直接对焊，管口及内壁不得有毛刺。注意，单芯式电缆不得使用未分割磁路的钢管做保护管。

当排管平行于公路时，距路基应保持3 m间距；对于管路电缆有接续要求或大角度转向时应设工作井；管内预留牵引绳时，应采用尼龙绳，不得使用金属制品。

4.4 电缆沟方式敷设

电缆沟方式敷设一般应用于变电站或工矿厂区内部，其优点是投资相对较少、容纳电缆数量较大、电缆检修运维方便、施工难度较小等，其缺点为电缆间相互影响大、容易积水积灰。

具体施工时，电缆沟纵向应有不小于0.5%的排水坡度并设集水坑。如为地下室电缆沟，集水坑内应加装满足容量要求的双电源自启动水泵；室内电缆沟应有向室外排水的通道或设施；电缆支架应牢固安装在电缆沟墙壁上，横平竖直。对侧支架间及支架对壁间净宽度要大于300 mm，支架层间垂直最小净距不得小于150 mm；金属支架全长要进行接地焊接，保证良好接地。金属支架须进行防腐处理；所有电缆沟的出入口处，应预埋电缆管，并做好防水、防火隔离措施；电缆沟内应使用阻燃电缆，高、低压（强、弱电，一、二次）电缆应分层配置；电缆进入电缆沟应采用专用固定夹固定；电缆敷设完毕后应进行防水、防火封堵，沿线每距离20 m挂标志牌；施工完毕后电缆沟内应平整、无杂物、无积水，盖板应齐全。