1電纜附件發(fā)展歷程

電纜附件是指電纜線路中各種電纜的中間連接及終端連接件,它與電纜一起構(gòu)成電力輸送網(wǎng)絡(luò)".隨著電纜制造技術(shù)的不斷發(fā)展,電纜附件經(jīng)歷了澆注電纜附件、繞包電纜附件、熱縮電纜附件、預(yù)制電纜附件及冷縮電纜附件等幾個階段.目前應(yīng)用最為廣泛的是熱縮電纜附件、預(yù)制電纜附件和冷縮電纜附件。

2各型電纜附件的結(jié)構(gòu)

2.1熱縮電纜附件

2.1.1熱縮附件收縮原理.熱縮材料又稱為高分子形狀"記憶"材料,主要是利用結(jié)晶或半結(jié)晶的線性高分子材料經(jīng)高能射線照射或化學(xué)交聯(lián)后成為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而具有形狀“記憶效應(yīng)”的新型高分子功能材料.交聯(lián)高分子在高彈態(tài)間具有彈性,施加外力拉伸或擴(kuò)張后,驟冷使其維持狀態(tài),材料雖經(jīng)擴(kuò)張形變但具有“記憶效應(yīng)”,當(dāng)溫度升高到軟化點(diǎn)以上,形變馬上消除,立即恢復(fù)到原來的形狀[2-3].使用條件:-30~100℃.2.1.2熱縮附件結(jié)構(gòu)及主要部件．根據(jù)使用場所的不同,分為戶內(nèi)終端、戶外終端、中間接頭.戶內(nèi)終端主要部件:分支手套、應(yīng)力管、戶內(nèi)絕緣管、密封管、配附件等;戶外終端主要部件:分支手套、應(yīng)力管、戶外絕緣管,密封管、三孔雨裙、單孔雨裙、配附件等;中間接頭主要部件:應(yīng)力管、絕緣管、半導(dǎo)電管、護(hù)套管,配附件等。

2.2預(yù)制電纜附件

2.21預(yù)制附件安裝原理.預(yù)制電纜附件采用高彈性、高韌性的特種硅橡膠,與電纜本體按一定過盈配合在工廠整體預(yù)制成型,使用時用力套進(jìn)安裝部位,國外又稱為推進(jìn)式電纜附件.使用條件:-50~200℃。

2.2.2預(yù)制附件結(jié)構(gòu)及主要部件.根據(jù)使用場所不同,分為戶內(nèi)終端、戶外終端、中間接頭.戶內(nèi)終端主要部件:戶內(nèi)終端頭,熱縮指套、熱縮管.配附件等;戶外終端主要部件:戶外終端頭、熱縮指套,熱縮管、配附件等;中間接頭主要部件:中間接頭,熱縮護(hù)套管、配附件等。

2.3冷縮電纜附件

2.3.1冷縮附件安裝原理.冷縮型附件材料是利用高抗撕、高彈性硅橡膠優(yōu)異的彈性,用螺旋管狀塑料支撐材料將原始狀態(tài)的附件擴(kuò)張到工藝要求的外形尺寸,安裝就位后,把支撐材料一圈圈連續(xù)抽掉,附件依靠橡膠彈性緊緊地包敷在電纜上.使用條件:-50~200c。

2.3.2冷縮附件結(jié)構(gòu).冷縮附件主要部件.根據(jù)使用場所不同,分為戶內(nèi)終端、戶外終端、中間接頭.戶內(nèi)終端主要部件:戶內(nèi)終端頭、冷縮指套、冷縮絕緣管.冷縮密封管、配附件等;戶外終端主要部件:戶外終端頭.冷縮指套.冷縮絕緣管、冷縮密封管、配附件等;中間接頭主要部件:中間接頭.鎧裝帶、防水帶,配附件等。

3各型電纜附件的性能特點(diǎn)

目前這3種應(yīng)用普遍的電纜附件在材料、結(jié)構(gòu)、安裝上具有明顯的差異和特點(diǎn),從而對應(yīng)用也產(chǎn)生了較大影響.下面就運(yùn)行可靠性,安裝簡便性、儲存特性、市場價格等方面一一加以分析比較。

3.1運(yùn)行的可靠性

3.1.1從材料角度分析.預(yù)制電纜附件和冷縮電纜附件采用的是特種硅橡膠,而熱縮電纜附件采用的是聚烯經(jīng)塑料.硅橡膠分子鏈主要結(jié)構(gòu)為Si-0鍵,分子鍵能高達(dá)444kJ/mol,而聚烯經(jīng)分子鏈主要結(jié)構(gòu)為C-C鍵,分子鍵能達(dá)到340kJ/mol,從分子結(jié)構(gòu)來說,硅橡膠更穩(wěn)定.此外，硅橡膠還具有以下幾種獨(dú)特的性能!:①硅橡膠在-50~250℃間始終具有良好的彈性;②抗露電起痕能力強(qiáng),抗露電起痕可達(dá)到1A4.5級;③適用溫度范圍廣:在-50~200℃情況下都可使用;④具有耐幅射、耐X射線、耐Y射線.抗紫外老化的特殊性能;⑤憎水性能優(yōu)異,淋雨?duì)顟B(tài)下可自動遷移表面臟物,具有抗污穢能力;⑥安裝后與電纜本體貼合為一體,對電纜主絕緣施加恒定的壓力與電纜同呼吸,能有效降低電纜終端的放電量。

從多方面來說,硅橡膠比聚烯經(jīng)性能更優(yōu)異.因此,采用硅橡膠材料的預(yù)制附件和冷縮附件比采用聚烯姬材料的熱縮附件性能更好,運(yùn)行更可靠。

3.1.2從結(jié)構(gòu)角度分析.電纜附件結(jié)構(gòu)中,最關(guān)鍵的是電應(yīng)力控制部件.采用電應(yīng)力控制的主要目的是要控制處于電纜屏蔽層或隔離層末端處的電應(yīng)力.如果不采用電應(yīng)力控制,便會發(fā)生放電,這時電纜屏蔽層或隔離層末端的壽命便取決于屏蔽層端部處的電應(yīng)力及主要電介質(zhì)的放電電阻,一般壽命不超過1年.因此,對中高壓電纜屏蔽切斷處均需采用電應(yīng)力控制措施.解決電應(yīng)力分布的方法主要有2種:一是使用改變屏蔽切斷處幾何形狀的模制電應(yīng)力錐,另一種是在屏蔽切斷處使用應(yīng)力管,即參數(shù)型電應(yīng)力控制.它是利用材料的阻抗、電阻–電容特性來改善電應(yīng)力分布。

應(yīng)力管和應(yīng)力錐控制電場應(yīng)力的原理不同，可靠性差異較大。

應(yīng)力管是利用材料參數(shù)來控制電場應(yīng)力,它對材料要求很高.制備應(yīng)力管的材料必須同時滿足:體積電阻率在10°~10"Ω·cm;介電常數(shù)大于25.這2個條件要同時滿足是比較困難的.因?yàn)檫@2項(xiàng)電氣參數(shù)受每道生產(chǎn)工序影響都很大，對材料配方、共混、造粒、直到擠塑等工藝均有較苛刻的要求,導(dǎo)致應(yīng)力管電氣參數(shù)極易發(fā)生漂移,可靠性較差,應(yīng)力管緩解電場應(yīng)力分布如圖1所示。

應(yīng)力錐則利用部件幾何形狀來控制電場應(yīng)力,對材料電氣性能參數(shù)要求不高,體積電阻率在1~100·cm就可滿足.幾何形狀通過模具成型很容易得到保障,參數(shù)基本不會發(fā)生偏差.因此,應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)的電纜附件比應(yīng)力管結(jié)構(gòu)的電纜附件可靠性要高得多,應(yīng)力錐緩解電場應(yīng)力分布如圖2所示。

通常熱縮附件核心部件是應(yīng)力管,預(yù)制附件核心部件是應(yīng)力錐,而冷縮附件有采用應(yīng)力管結(jié)構(gòu)的,如3M公司;也有采用應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)的,如深圳長園、久遠(yuǎn)電力。

從前面所述,我們可以說采用應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)的預(yù)制和冷縮附件運(yùn)行可靠性最好,應(yīng)力管結(jié)構(gòu)的冷縮附件次之,應(yīng)力管結(jié)構(gòu)的熱縮電纜附件要差一些。

3.2安裝的簡便性

相比澆注和繞包附件,熱縮、預(yù)制、冷縮這3種類型的電纜附件在安裝操作上均有很大改進(jìn).安裝簡化、效率提高,對環(huán)境和氣候的依賴性也大幅度降低,是公認(rèn)的新一代電纜附件.但具體到各型電纜附件,由于各自的特點(diǎn),決定了它們在安裝上還是有一定差別,各種電纜附件安裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。

熱縮電纜附件由具有“記憶效應(yīng)”的聚烯經(jīng)材料制成,現(xiàn)場安裝時必須達(dá)到使其軟化的溫度條件( 120 ~ 140℃)才能恢復(fù)其記憶形狀,因此需動明火(液化氣或酒精噴燈)加熱使其收縮.在燒烤時火焰不能太強(qiáng),也不能過于集中在某一處。

時間太長,否則易造成熱縮件燒糊,表面碳化.而且,熱縮附件的配件含地線、銅扎線材料,也必須要用火烤或電加熱焊牢.因此給安裝操作帶來一定難度.另外在一些不能動明火的特殊場合,如煉油廠、化工廠、煤礦山洞等地,熱縮附件在使用上受到限制。

冷縮附件由硅橡膠材料制成,在工廠經(jīng)預(yù)擴(kuò)張后用支撐管固定,現(xiàn)場安裝時只需抽掉支撐管,由于硅橡膠具有優(yōu)異彈性而自動收縮,抱緊電纜本體,因此不需動明火.加之冷縮附件的配件中用恒力彈簧來固定地線,用鎧裝帶來恢復(fù)電纜機(jī)械強(qiáng)度,用防水帶來恢復(fù)電纜外護(hù)層和防水,不存在需動明火的地方,安裝更為簡便。

預(yù)制附件是采用具有極佳柔韌性和彈性的硅橡膠制成,比電纜本體小一些,在現(xiàn)場安裝時利用硅橡膠彈性和硅脂的潤滑性推入電纜本體安裝部位,和電纜本體屬于過盈配合.其他部件包括熱縮分支手套、熱縮絕緣管、護(hù)套管等,需現(xiàn)場用明火烘烤收縮.因此,預(yù)制附件介于熱縮附件和冷縮附件之間,在一些不能動明火的特殊場合預(yù)制附件使用也受到限制。

綜上所述,冷縮附件安裝最為簡便,完全不動明火,操作時只需現(xiàn)場抽芯即可,地線用恒力彈簧固定;預(yù)制附件安裝次之,關(guān)鍵部件(預(yù)制橡膠件)不動明火,其余部件需動明火燒烤收縮;熱縮附件安裝相比而言要復(fù)雜一些,所有部件均需動明火加熱收縮。

3.3儲存特性

3.3.1規(guī)格種類不同.熱縮附件和冷縮附件都是采用擴(kuò)張工藝制造的,含3~4種規(guī)格,每種規(guī)格可適用于3個電纜截面;預(yù)制附件是在工廠預(yù)制成型,現(xiàn)場安裝利用硅橡膠的優(yōu)異彈性與電纜本體過盈配合,因此包含十幾種規(guī)格,每種規(guī)格一般只適用于一個電纜截面.由此造成廠家和用戶在備貨上面臨不同:預(yù)制附件必須備齊所有規(guī)格,種類比較繁多,靈活性和適用性低一些;熱縮附件和冷縮附件只需備3~4種規(guī)格,靈活性和適用性高。

3.3.2儲存期限不同.熱縮附件和冷縮附件都采用擴(kuò)張定型,但工藝上有很大不同.熱縮附件是高分子聚烯經(jīng)在加熱到軟化溫度時利用機(jī)械或壓縮空氣法進(jìn)行約2.5~3倍(機(jī)械擴(kuò)張可更高)擴(kuò)張,隨后驟然降溫使其定型.聚烯經(jīng)材料分子之間處于一種平衡狀態(tài),除非再次加熱到軟化溫度,否則該形狀在常溫下可始終保持不變.因此,熱縮附件儲存周期基本不受限制。

冷縮附件則是基于硅橡膠優(yōu)異的彈性在常溫下利用機(jī)械法進(jìn)行約2 ~2.5倍擴(kuò)張,隨后放入支撐管使其定型.硅橡膠材料處于一種張力狀態(tài),當(dāng)現(xiàn)場安裝抽芯取出支撐管時,橡膠的張力會使其自然回縮.由于橡膠始終處于張力狀態(tài)，在較長時間后會產(chǎn)生彈性疲勞,導(dǎo)致回縮不到位.因此,冷縮附件儲存周期受到限制,一般必須在6~9個月之內(nèi)使用。

預(yù)制附件則是在工廠預(yù)制成型,不經(jīng)擴(kuò)張，形狀始終保持如一,橡膠材料分子間處于一種平衡狀態(tài),現(xiàn)場安裝直接推至電纜本體的相應(yīng)部位.因此,預(yù)制附件儲存周期不受限制。

3.4市場價格比較

同規(guī)格電纜附件相比,熱縮附件的價格最低,冷縮附件的價格最高,是熱縮附件的4~10倍,預(yù)制附件價格接近冷縮附件。

近年來,冷縮附件生產(chǎn)廠家增多,市場競爭激烈,價格已經(jīng)趨低,進(jìn)口產(chǎn)品(如3M冷縮附件)仍然維系較高的價格.但是,國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,不如進(jìn)口產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定.不過,從電纜附件國內(nèi)市場發(fā)展的歷程看,國產(chǎn)逐步取代進(jìn)口將是趨勢所向。

4各型電纜附件在電網(wǎng)中的應(yīng)用

通過前面的特點(diǎn)分析,從這3種電纜附件的綜合比較來說,冷縮和預(yù)制附件可靠性最高,冷縮附件安裝最簡便,熱縮附件價格最低。

就使用壽命來說,采用硅橡膠材料的預(yù)制附件和冷縮附件可以達(dá)到30年以上,這是因?yàn)楣柘鹉z耐老化性能和抗紫外性能非常卓越.以聚烯經(jīng)為主要材料的熱縮附件使用壽命可達(dá)20年以上,這和使用環(huán)境有一定關(guān)系。

熱縮附件和冷縮附件因?yàn)橐环N規(guī)格適用幾種電纜截面,對電纜絕緣外徑的的誤差要求不是很嚴(yán)格;預(yù)制附件是一種規(guī)格基本對應(yīng)一個電纜截面,所以對電纜絕緣外徑的誤差要求比較嚴(yán)格.預(yù)制附件由于是套進(jìn)式的,和電纜絕緣本體間有充足的潤滑脂,可以拔出來,所以預(yù)制附件有可能重復(fù)安裝使用.而熱縮附件和冷縮附件一旦收縮完畢,是不能再完整地拔出來,只能一次性使用。

基于市場價格因素,前幾年硅橡膠電纜附件主要在東部發(fā)達(dá)地區(qū)推廣應(yīng)用,中西部地區(qū)仍然以熱縮附件為主.近年來,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人們對附件認(rèn)識了解不斷加深,加之國產(chǎn)附件的飛速進(jìn)步和激烈競爭導(dǎo)致價格逐步趨低,硅橡膠附件已在全國大部分地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,漸有演變成為市場主導(dǎo)產(chǎn)品的趨勢.其中,冷縮附件市場推廣效果要好于預(yù)制附件,原因在于預(yù)制附件雖然可靠性高,但和冷縮附件相比,安裝簡便性稍顯不足,未杜絕使用明火也使其應(yīng)用場合受到一些限制。

通過這些綜合比較,我們可以說目前通行的熱縮、預(yù)制、冷縮3種電纜附件各自都有一些優(yōu)缺點(diǎn).不管是哪種附件,只要安裝正確、關(guān)鍵部位處理仔細(xì),保證運(yùn)行20年都沒什么問題,但是熱縮附件對安裝工藝及施工人員的技術(shù)水平要求更高。

從運(yùn)行可靠性、安裝工藝、使用壽命、價格等綜合考慮,使用冷縮預(yù)制組合式附件是比較明智的選擇,而且熟悉熱縮附件安裝工藝的技工使用這種冷縮預(yù)制組合式也不存在技術(shù)上的困難。