【原】35KV交联聚乙烯电缆接头的设计与计算

摘要：文中阐述了交联聚乙烯电力电缆接头内绝缘的设计与计算，就内绝缘的增绕绝缘厚度、应力锥、反应力锥和内绝缘距离的计算作以论述，并简单的叙述了交联聚乙烯电力电缆的制作工艺及技术要求。

关键词：接头  增厚绝缘  应力锥  绝缘距离

1.概述

交联聚乙烯电力电缆具有重量轻、输送容量大、无敷设位差限制及电缆附件安装容易等特点，是取代传统的6—35KV中低压等级的油浸渍纸绝缘电力电缆的更新换代产品，并形成向110KV以上高电压等级发展趋势，我国部分电缆厂已开发研制出110KV的产品，并以得到推广应用。莱钢自1985年开始使用交联聚乙烯电力电缆，其用量总长度已达20余公里，但随着企业技术改造及新建、扩建工程的不断完善，其发展应用有完全取代油浸渍纸绝缘电力电缆的趋势。交联聚乙烯电力电缆在应用中也出现了各类问题，例如在莱钢银山新站应用了30余条YJV—240/35KV电力电缆，在不到两年的时间内发生了10余起电缆接头发热、起火、爆炸等事故。通过广泛的调查及对事故现场取证和技术分析，发现这些事故的发生主要是由于对新技术、新工艺、新材料的认识不足所造成的，鉴于如此，本文重点对35KV交联聚乙烯电力电缆热缩头（中间接头、终端头）的设计与计算，及其制作工艺作以阐述。

交联聚乙烯电力电缆接头按其制作工艺的不同大致可分为绕包带型、模塑型和压力浇注型三类，其中绕包带型接头的绝缘层及内外屏蔽层都用自粘绕包带现场手工制作，接头质量直接受现场施工条件，如制作者的绕包水平、温度、湿度及空气清洁程度等影响。但这种制作工艺因其制作工艺简便而得以较为广泛应用，迄今为止仍是交联聚乙烯电力电缆接头的主要结构之一。

2.增绕绝缘层厚度

电力电缆接头的设计与计算主要是内绝缘的设计与计算，内绝缘设计主要是确定增绕包绝缘层的厚度，应力锥及应力锥的形状和长度，以及内绝缘距离，内绝缘的设计示意图如图1所示。

  增绕绝缘厚度是由线芯连接管的最大场强决定的，线芯连接管的最大场强为：

E=U/(r₁ln×r_n/r₁)

式中：U—接头设计电压单位KV；

      r₁—线芯连接管半径。

电缆本体最大场强显然位于线芯屏蔽表面，它等于：

Emax= U/(r_C1ln×r_i/r_C)

式中：r_C1—线芯屏蔽层外半径，r_i电缆绝缘层半径。

由于手工包绕的绝缘不可避免地受到一些脏污和潮气的侵入，也不可能象电缆本体绝缘那样紧，因此，接头绝缘的径向电气强度约为电缆本体绝缘的一半，一般取E=45—55%电缆本体最大场强。若取连接管表面的场强为电缆本体最大场强的55%时，可按下式计算增绕绝缘的半径r_n：

即；U/(r₁ln×r_n/r₁)= 55%U/(r_C1ln×r_i/r_C1)

如型号为26/35KVYJSV—1×120电力电缆结构为：

线芯截面：120mm2;线芯半径r_C=6.5mm；线芯屏蔽半径r_C1=7mm；绝缘层半径r_i=17.5mm。代入上式，可求得r_n为：

     r_n=r₁e^1.16=10 e^1.16=31.89

    取r_n=32mm，增绕绝缘层⊿n= r_n-r_i=32-17.5=14.5mm。

式中U是电缆接头的设计电压，其值为1.1倍的工频闪试验电压，参照美国IEEEstd标准，35KV交联聚乙烯电缆工频闪试验电压的有效值为90KV，则U=1.1×90=99KV。

3.应力锥长度L_K、L_K2及反应力锥长度L_C

3.1.应力锥

应力锥面的长度和形状是按其表面的轴向场强等于或小于其允许最大轴向场强来设计的，如电缆不分段，并且增绕绝缘的介电质数等于电缆介电系数，理想应力锥长度为：

L_K=U/Et[ln{ln(rn/rc)/ln(ri/rc)}]

对于自粘性绕包带电缆接头，当U为设计电压时，取Et=0.3—1KV/mm。

如型号为26/35KVYJSV—1×120电力电缆结构为：

线芯截面：120mm2;线芯半径r_C=6.5mm；线芯屏蔽半径r_C1=7mm；绝缘层半径r_i=17.5mm。

取Et=0.3KV/mm时；将电缆数据代入上式得L_K=157.2mm。

当取Et=1KV/mm时；L_K=47.12mm。

若用两根直线代替理想应力锥，一般情况下，L_K2长度取L_K=120%—150%。

3.2.反应力锥

   填充绝缘与电缆的工厂绝缘的交接面称为反应力锥，设计和施工不完善的接头往往沿此锥面发生滑移击穿。理想反应力锥长度可按下式计算：

L_C=Uln(r_i/r_c)/Etln(r_n/r_c)

当U为设计电压时，对于自粘绕带电缆接头，取Et=0.3—1KV/mm。

如型号为26/35KVYJSV—1×120电力电缆结构为：

线芯截面：120mm2;线芯半径r_C=6.5mm；线芯屏蔽半径r_C1=7mm；绝缘层半径r_i=17.5mm。

取取Et=0.3KV/mm：将数据代入上式L_C=204.96mm。

取取Et=1KV/mm：将数据代入上式L_C=61.48mm。

所以理想的反应力锥取值范围为61.48—204.96mm之间。

4.内绝缘距离L_S

应力锥上端与线芯露出部分之间的距离称为内绝缘距离L_S，其计算公式为L_S=U/g；在自粘绕带绝缘场合，U为设计电压时，取g=0.5—0.8KV/mm之间。

若取g=0.5KV/mm；

L_S=U/g=99/0.5=198mm;

若取g=0.8KV/mm；

L_S=U/g=99/0.8=123.8mm;

所以，内绝缘距离L_S的取值范围在123.8—198mm之间，图2为交联聚乙烯电力电缆内绝缘结构图。

 5.制作工艺

5.1.按照计算的数据，校直并用汽油、酒精或其它清洗剂清洗电缆，剥除屏蔽铜带，半导电层，切削反应力锥。

5.2.压接连接管，注意连接管需壁厚、长度与电缆线芯匹配，压接后清除毛刺及金属屑沫，不可残留在绝缘体上。

5.3.包绕内半导电层，用乙丙半导电自粘性带填平并包绕压坑部位，半导电厚度不大于1mm，在压接管端部与电缆留取的内半导电层之间，用乙丙自粘性带绕包填平，使之成为光滑的过渡锥面。

5.4.恢复电缆绝缘层，包绕J—30乙丙橡胶带，从接管部分开始包起，先填平两个反应力锥，包绕时，乙丙橡胶带拉伸50%—80%的原宽度，以带面颜色变淡为宜，有杂物时，切忌用口吹，可用器具夹出，半叠绕式来回包绕，直至规定值。

5.5.包绕半导电层，用乙丙半导电带包绕接头外半导电层，从电缆外半导电层未端切口处包起，用半叠绕式包绕两层，以保证电性连接，包绕时，乙丙半导电带拉伸到原宽度的50%—80%。

5.6.将金属屏蔽网丝套在整个的接头上，两头拉紧，使其收缩后紧帖在半导电层表面上，套好电缆本体铜屏蔽。

5.7.用J—30乙丙自粘带绕包防水护层，两端电缆护套部分至少包绕25mm宽的防水密封层，然后包绕其余部分，共包绕6层。

5.8.在整个接管上用PVC绝缘带半叠绕式绕包二层，并扎紧以作接头外层保护，或在整个接头上用热收缩管作接头保护。