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,施加外力拉伸或擴張后,驟冷使其維持狀態(tài),材料雖經(jīng)擴張形變但具有“記憶效應(yīng)”,當溫度升高到軟化點以上,形變馬上消除,立即恢復到原來的形狀[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、半導電管、護套管,配附件等。

2.2預制電纜附件

2.21預制附件安裝原理.預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制成型,使用時用力套進安裝部位,國外又稱為推進式電纜附件.使用條件:-50~200℃。

2.2.2預制附件結(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

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,從而對應(yīng)用也產(chǎn)生了較大影響.下面就運行可靠性,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運行的可靠性

3.1.1從材料角度分析.預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,抗露電起痕可達到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,淋雨狀態(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.因為這2項電氣參數(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、久遠電力。

從前面所述,我們可以說采用應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)的預制和冷縮附件運行可靠性最好,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.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,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)場安裝時必須達到使其軟化的溫度條件( 120 ~ 140℃)才能恢復其記憶形狀,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,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)預擴張后用支撐管固定,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,用鎧裝帶來恢復電纜機械強度,用防水帶來恢復電纜外護層和防水,不存在需動明火的地方,安裝更為簡便。

預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、護套管等,需現(xiàn)場用明火烘烤收縮.因此,預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;預制附件安裝次之,關(guān)鍵部件(預制橡膠件)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;預制附件是在工廠預制成型,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械或壓縮空氣法進行約2.5~3倍(機械擴張可更高)擴張,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械法進行約2 ~2.5倍擴張,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。

預制附件則是在工廠預制成型,不經(jīng)擴張，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

通過前面的特點分析,從這3種電纜附件的綜合比較來說,冷縮和預制附件可靠性最高,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制附件和冷縮附件可以達到30年以上,這是因為硅橡膠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為一種規(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格;預制附件是一種規(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格.預制附件由于是套進式的,和電纜絕緣本體間有充足的潤滑脂,可以拔出來,所以預制附件有可能重復安裝使用.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)濟快速發(fā)展和人們對附件認識了解不斷加深,加之國產(chǎn)附件的飛速進步和激烈競爭導致價格逐步趨低,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產(chǎn)品的趨勢.其中,冷縮附件市場推廣效果要好于預制附件,原因在于預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、預制、冷縮3種電纜附件各自都有一些優(yōu)缺點.不管是哪種附件,只要安裝正確、關(guān)鍵部位處理仔細,保證運行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。

從運行可靠性、安裝工藝、使用壽命、價格等綜合考慮,使用冷縮預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制組合式也不存在技術(shù)上的困難。