交联电缆和油纸电缆相比具有散热好、载流量大、制安方便等优点。近几年电力、水利、化工等行业都采用交联电缆,但交联电缆由于载流能力强,电流密度大,对导体连接质量要求就更为严格。对接头所要求机械的、电气的条件日益从严,越来越高,因此针对交联电缆接头各种故障要及时采取相应的对策和措施。本文从交联电缆接头运行状况;交联电缆接头故障原因分析;及安装的注意事项等多个方面进行阐述。
一 交联电缆接头运行状况
6-10KV高压动力电缆在水利工程和电力系统运用非常广泛,其完好的接头和附件对机电设备安全、经济、可靠运行和供电安全是非常重要的。设计良好、施工合理的电缆接头,经实际运行证明,在大多数情况下是可以长期使用的。但交联电缆由于载流能力强,电流密度大,对导体连接质量要求就更为严格。对接头所要求机械的电气的条件日益从严越来越高,特别是6-10KV电动机电缆,各种接头将经受很大的热应力和较高激烈程度与持续时间的短路电流的影响。所以说交联电缆附件也不是附属的,更不是次要的部件 ,它与电缆是同等重要,必不可少的部件,也是与安全运行密切相关的关键产品。交联电缆在国外已普遍应用,国内广泛采用虽然仅10余年,目前还存在一些问题,但随着技术的发展,附件的配套,质量的提高,工艺的完善,交联电缆已有替代油纸电缆的趋势具有广阔、深远的发展前景。
二 交联电缆接头故障原因分析
由于电缆附件种类、形式、规格较多;质量参差不齐;施工人员技术水平高低不等;电缆接头运行方式和条件各异,致使交联电缆接头发生故障的原因各不相同。由于交联电缆与油纸电缆的介质不同,接头发生故障的原因有很大的差异,油纸电缆接头发生故障主要是绝缘影响,而交联电缆接头发生故障主要是导体连接。交联电缆允许运行温度高,对电缆接头就提出了更高的要求,使接头发热问题就显得更为突出。接触电阻过大、温升加快、发热大于散热促使接头的氧化膜加厚,又使接触电阻更大,温升更快。如此恶性循环,使接头的绝缘层破坏,形成相间短路,引起爆炸烧毁。造成接触电阻增大的原因有以下几点。
1. 工艺不佳
这主要是施工人员在导体连接处的工艺处理不当。①连接接触面的工艺不好。无论是接线端子或连接管,由于各种人为或环境的影响,在内部总会有杂质,但是人们普遍不重视对这些杂质的影响,它们对交联电缆的使用,有严重的后果。特别是铝表面极易生成一层坚硬而又绝缘的氧化铝薄膜,所以铝导体的连接工艺比铜导体的连接工艺更加麻烦,对工艺技术的要求也相对更高。造成连接发热的原因除了机械自身的原因外,还和工艺水平有很大的关系。由于施工人员的水平低,使连接处达不到机械运行时的要求。运行证明当压接金具与导线的接触表面愈清洁,在接头温度升高时,所产生的氧化膜就愈薄,接触电阻就愈小。②导体损伤。交联绝缘层强度较大剥切困难,环切时施工人员由于水平的因素,施工不当会造成对交联绝缘层的损伤,甚至会导致受伤处导体损伤加剧或断裂,这样就使接触面减少,受热严重。③导体连接时线芯不到位。导体连接时绝缘剥切长度要求压接金具孔深加5mm,但因产品孔深不标准,易造成剥切长度不够,或因压接时串位使导线端部形成空隙,仅靠金具壁厚导通,致使接触电阻增大,发热量增加。
2.压力不够
目前的设计资料只提到了电缆连接处的压坑数量,而没有详述压接面积和压接深度。施工人员只是在施工时按要求满足了其数量,对具体的程度却没有了解。不论是哪种形式的压力连接,接头电阻主要是接触电阻,而接触电阻的大小与接触力的大小和实际接触面积的多少有很大关系,与使用压接工具的出力吨位有关。造成导体连接压力不够的主要原因有以下3点。①压接机具压力不足。我国的压接机生产厂家目前水平还比较低,没有统一的标准统一,造成管理上的混乱和产品的水品普遍偏低,,最近几年的;产品根本满足不了我国的使用需求,有些地方就进口或生产外国的产品,由于执行的是国外标准,与我国的实际轻卡ungbu符合,也会增加故障发生的几率。②连接金具空隙大。现在交联电缆接大多在使用的连接金具,还是油纸电缆按扇型导线生产的端子和压接管。从理论上讲圆型和扇型线芯的有效截面是一样的,但是自爱实际运用中,这两种的效果有很大的不同。由于交联电缆导体是紧绞的圆型线芯,与金具间会岑在较大的空隙,施加压力小。接触电阻与施加压力成反比,这就造成了接触电阻的增加。③假冒伪劣产品质量差。目前市场上有很多的假冒伪劣产品,这些产品的生产工艺达不到国家要求,在正常情况运行下,负荷稍有波动必然发生故障。
3. 截面不足
将交联电缆与油纸电缆的允许载流量,在环境温度为25℃时,进行比较得出的结论是:ZQ2―3×240油纸铜芯电缆可用YJV22-3×150交联铜芯电缆替代。因为YJV22-3×150交联电缆的允许载流量为476A;而ZQ2-3×240油纸电缆的允许载流量为420A,还超出56A。ZLQ2-3×240可用YJLV22-31×50替代,因为交联3×150铝芯电缆的载流量为364A,而油纸3×240铝芯电缆的载流量才320A,交联电缆还超出44A。如果用允许载流量计算,150mm2交联电缆与240mm2油纸电缆基本相同,或者说150mm2交联电缆应用240mm2的金具连接才能正常运行。由此可见连接金具截面不足将是交联电缆接头发热严重的一个重要原因。
4. 散热不好
绕包式接头和各种浇铸式接头,不仅绕包绝缘较电缆交联绝缘层为厚,而且外壳内还注有混合物,就是最小型式的热缩接头,这种的绝缘和保护层比电缆自身还多一倍多。无论哪一种的接头都存在着散热问题。目前市场上或已经在使用的接头耐热性普遍都较低。当电缆在正常负荷运行时,接头内部的温度可达100℃,当电缆满负荷时,电缆芯线温度达到90℃,接头温度会达140℃左右,当温度再升高时,接头处的氧化膜加厚,接触面电阻加大后,绝缘层的功能就会减弱,甚至丧失绝缘功能,成为非绝缘层,这样就会导致故障的发生。
综上所述增加连接金具接点的压力、降低运行温度、清洁连接金属材料的表面、改进连接金具的结构尺寸、选用优质标准的附件、严格施工工艺是降低接触电阻的几个关键因素。
三安装电缆接头的注意事项
1导体的连接
导体连接要求低电阻和足够的机械强度,连接处不能出现尖角。中低压电缆导体连接常用的是压接,压接应注意:
(1)选择合适的导电率和机械强度的导体连接管;
(2)压接管内径与被连接线芯外径的配合间隙取0.8~1.4mm;
(3)压接后的接头电阻值不应大于等截面导体的1.2倍,铜导体接头抗拉强度不低于60N/mm2;
(4)压接前,导体外表面与连接管内表面涂以导电胶,并用钢丝刷破坏氧化膜;
(5)连接管、线芯导体上的尖角、毛边等,用锉刀或砂纸打磨光滑。
2内半导体屏蔽处理
凡电缆本体具有内屏蔽层的,在制作接头时必须恢复压接管导体部分的接头内屏蔽层,电缆的内半导体屏蔽均要留出一部分,以便使连接管上的连接头内屏蔽能够相互连通,确保内半导体的连续性,从而使接头接管处的场强均匀分布。
3外半导体屏蔽的处理
外半导体屏蔽是电缆和接头绝缘外部起均匀电场作用的半导电材料,同内半导体屏蔽一样,在电缆及接头中起到了十分重要的作用。外半导体端口必须整齐均匀还要求与绝缘平滑过渡,并在接头增绕半导体带与电缆本体外半导体屏蔽搭接连通。
4电缆反应力锥的处理
施工时形状、尽寸准确无误的反应力锥,在整个锥面上电位分布是相等的,在制作交联电缆反应锥时,一般采用专用切削工具,也可以用微火稍许加热,用快刀进行切削,基本成型后,再用2mm厚玻璃修刮,最后用砂纸由粗至细进行打磨,直至光滑为至。
5金属屏蔽及接地处理
金属屏蔽在电缆及接头中的作用主要是用来传导电缆故障短路电流,以及屏蔽电磁场对临近通讯设备的电磁干扰,运行状态下金属屏蔽在良好的接地状态下处于零电位,当电缆发生故障之后,它具有在极短的时间内传导短路电流的能力。接地线应可靠焊接,两端盒电缆本体上的金属屏蔽及铠装带牢固焊接,终端头的接地应可靠。
6接头的密封和机械保护
接头的密封和机械保护是确保接头安全可靠运行的保障。应防止接头内渗入水分和潮气,另外在接头位置应搭砌接头保护槽或装设水泥保护盒等。
由于交联电缆在我国的应用实践还比较短,施工水平也普遍较低,技术水平还不成熟,,而且电缆的接头是引发故障的主要位置,接头处因为运行的情况不同也随之变化,所以交联电缆各种接头发生故障的原因也就各不相同,除发热问题外,对于密封问题、应力问题、联接问题、接地问题等引起的接头故障也应予以重视。