10 kV交聯(lián)聚乙烯電纜熱縮附件原理及電纜敷設(shè)

張 慶，張夢林

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司霍山縣供電公司，安徽 霍山237200）

1 XLPE電纜原理分析

1.1 絕緣原理分析

交聯(lián)聚乙烯為電纜主絕緣材料，其擊穿強(qiáng)度高、絕緣電阻大、介質(zhì)損耗正切值低，電纜耐老化性、耐熱性強(qiáng)，機(jī)械性能、抗腐蝕性能高。但其作為交聯(lián)聚合物存在著2 類固有缺陷，一是內(nèi)部容易累積“空間電荷”；二是存在較高的透水性?？臻g電荷及尖端強(qiáng)電場是導(dǎo)致絕緣擊穿的重大誘因，是在生產(chǎn)、加工、使用過程中形成和產(chǎn)生，在實(shí)踐中難以避免。較大透水問題也是由其網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)屬性決定，水樹枝產(chǎn)生游離高電場，在疊加電場的作用下演化成電樹枝而擊穿。

1.2 電纜結(jié)構(gòu)分析

XLPE 電纜從內(nèi)到外由線芯導(dǎo)體、“三層共擠”絕緣屏蔽層和保護(hù)層三部分構(gòu)成。線芯導(dǎo)體規(guī)避由“集膚效應(yīng)”導(dǎo)致強(qiáng)電場放電的“邊緣效應(yīng)”發(fā)生，因此導(dǎo)體為多芯緊壓型圓絞線，表面要盡量圓潤光滑，避免尖端強(qiáng)電場；內(nèi)外半導(dǎo)電層和主絕緣層“三層共擠”工藝，是彌補(bǔ)絞合線芯不能完全成圓，防止意外突刺和雜質(zhì)所造成的尖端強(qiáng)電場。另外，材料中含有能迅速捕捉水分的物質(zhì)，可有效阻擋水分侵入；內(nèi)襯層、鎧裝層和護(hù)套構(gòu)成保護(hù)層，其間有螺旋搭蓋繞包的銅屏蔽層，它與半導(dǎo)電層良好接觸并兩端接地，使電纜外半導(dǎo)電層始終處于零電位，保證了均勻的電場分布；電纜的機(jī)械應(yīng)力、故障電流等通過鎧裝層得以保護(hù)和疏泄。

2 電纜熱縮附件各部分材料、原理分析

2.1 主絕緣熱縮管材料

熱縮管是以聚乙烯、乙烯—醋酸乙烯以及乙丙橡膠等多種材料組成的共混物，經(jīng)多道工序加工而成的特殊塑料。其在一定的加熱溫度下會(huì)收縮到初始形狀，稱為“記憶效應(yīng)”現(xiàn)象。熱縮工藝的好處在于它可以使管件緊緊地依附在電纜本體絕緣上，防止了雜質(zhì)（空氣、水分、粉塵）的進(jìn)入，避免了尖端效應(yīng)的危害，更加符合XLPE 電纜自身的設(shè)計(jì)原理要求。

熱縮管的塑料屬性決定，溫度過高會(huì)使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，破壞材料的應(yīng)用性能。另外，氧氣和陽光的共同作用會(huì)使材料老化，其物理、化學(xué)特性發(fā)生變化，失去使用價(jià)值。

對(duì)于熱縮件的保質(zhì)期，現(xiàn)在還沒有明確規(guī)定，建議不要使用超過生產(chǎn)日期一年半的產(chǎn)品。

2.2 電應(yīng)力控制材料

應(yīng)力管和應(yīng)力疏散膠是用以改善電纜內(nèi)部電應(yīng)力的部件，電應(yīng)力控制是對(duì)電纜內(nèi)部的電場分布和強(qiáng)度實(shí)施控制，是XLPE 電纜附件設(shè)計(jì)中極為重要的部分。采用合適電氣參數(shù)的材料附和在電纜屏蔽切斷處的絕緣表面上，改善表面電位分布，使得電場分布和強(qiáng)度處于最佳均勻狀態(tài)，消除尖端強(qiáng)電場。

實(shí)際工作中，由于電纜開斷處的絕緣本身有體積電阻、電容和表面電阻、電容，由于體積電阻、電容無法改變，只能改變表面電阻和電容來改善電位分布。如果減小表面電阻，會(huì)增大表面泄漏電流，會(huì)使電纜發(fā)熱而降低載流量，這是不利的。因此，只能以增大表面電容，減小容抗的方法來降低電位，于是電應(yīng)力控制部件應(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)力管是一種體積電阻適中，介電常數(shù)較大的特殊電氣參數(shù)的熱縮管。由于電容量與材料的介電常數(shù)成正比，所以應(yīng)力管可以增大表面電容，改善電場分布。應(yīng)力疏散膠的原理類似于應(yīng)力管。

應(yīng)力管是多種高分子材料共混共聚的復(fù)合物，其熱縮溫度要求比主絕緣管更加嚴(yán)格，在烤制時(shí)，只能用“中火”焙烤（100 ℃左右），否則將使其迅速變質(zhì)而失去電應(yīng)力疏散作用。這點(diǎn)要引起足夠重視。

2.3 硅脂膏

硅脂膏是一種擊穿強(qiáng)度很高的絕緣填充膏。在外半導(dǎo)電層剝除后的絕緣層表面上均勻的涂抹硅脂膏，可以排除氣體、水分等雜質(zhì)，消除尖端強(qiáng)電場，達(dá)到防止絕緣擊穿的目的。

2.4 填充膠

填充膠是填充電纜開斷三叉口處及根部、電纜絕緣切斷處與連接管之間空隙的材料，防止水分等雜質(zhì)進(jìn)入，用以減弱尖端效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)指出，高質(zhì)量的電纜附件套裝中，應(yīng)附有足夠量的填充膠，且膠體柔軟連續(xù)。

3 電纜熱縮頭的安裝和制作

根據(jù)前文材料、原理的分析，可以對(duì)電纜附件安裝注意事項(xiàng)和工藝要求進(jìn)行討論。由于電纜中間接頭和終端頭安裝的原理一致，只是具體環(huán)節(jié)更多，本文僅對(duì)XLPE終端頭安裝進(jìn)行討論分析。

3.1 關(guān)注氣象條件

XLPE 的透水問題較為嚴(yán)重，在安裝電纜頭附件時(shí)，要盡可能避免在雨、雪及濕度較大（相對(duì)濕度大于70%）的天氣進(jìn)行。如確實(shí)需要，要認(rèn)真做好防潮措施，如搭建防雨棚，室內(nèi)多設(shè)置紅外燈等除濕設(shè)施。制作時(shí)對(duì)絕緣層表面采取預(yù)熱等方法，確保在熱縮管內(nèi)壁與絕緣層表面不會(huì)形成凝結(jié)水汽，杜絕水樹枝擊穿。

3.2 注意清潔

為消除尖端強(qiáng)電場放電隱患，在安裝過程中要嚴(yán)格注意環(huán)境衛(wèi)生和制品清潔工作，嚴(yán)防雜質(zhì)侵入而形成尖端。每一道工序完成后都要用無水酒精清潔，尤其是焊接地線后，應(yīng)認(rèn)真清理余留的焊料焊渣；清潔熱縮噴燈使用后的積碳；避免使用有雜質(zhì)的不干凈毛絨手套及用具；嚴(yán)防汗水滴落至制品，確保制作過程的每道工序都清潔無污染。

3.3 嚴(yán)格控制工具的使用力度

在安裝過程中，特別是在剝離外半導(dǎo)電層和清除內(nèi)襯層物料時(shí)，工具使用力度要適當(dāng)，嚴(yán)禁傷及絕緣層和銅屏蔽層。如對(duì)絕緣層有輕微的損傷，可用細(xì)砂紙橫向輕微打磨，再用無水酒精清洗，最后用力均勻涂抹硅脂膏，以硅脂膏填平受傷凹陷處，目的仍是消除尖端強(qiáng)電場隱患。

3.4 嚴(yán)格掌控?zé)峥s噴燈工藝

噴燈在焙烤熱縮附件時(shí)，應(yīng)小心謹(jǐn)慎不急不慢，火焰應(yīng)離熱縮件50～70 mm，從根部以圓周螺旋方式推進(jìn)，使管件均勻受熱收縮，管內(nèi)空氣完全排出。注意焙烤熱縮件溫度不得超過130 ℃，以免破壞材料性能。

在噴燈焊接地時(shí)，火焰應(yīng)從側(cè)面噴向焊料，使焊料自由落體式滴灑在接地件上，嚴(yán)禁火焰直噴制品焊件。

3.5 具體制作流程

通過上述分析討論，進(jìn)一步把終端頭安裝、制作的具體流程簡單介紹如下：

把電纜整放平直，并用毛巾擦拭干凈；

從電纜端頭量取770 mm（戶內(nèi)570 mm）剝?nèi)ネ庾o(hù)套；

從外護(hù)套切斷口處鋸斷并剝?nèi)ユz裝（注意力度，不可損傷內(nèi)護(hù)套）。再量取30 mm 剝?nèi)ネ庾o(hù)套，用砂紙打磨外露的鎧裝；

從鎧裝斷口量取20 mm 內(nèi)護(hù)層保留，其余剝?nèi)ィ☉?yīng)順內(nèi)部填充物走向用刀，不可傷及銅屏蔽）。然后摘去填充物料，分開導(dǎo)體線芯；

用剝?nèi)サ逆z裝金屬根據(jù)電纜直徑制作帶缺口的倒扣卡子，卡子內(nèi)表面用砂紙打磨；

將接地銅帶盡量塞深入線芯三岔口內(nèi)部并塞入三角錐，把引出部分分別搭壓纏繞在三根線芯的銅屏蔽上（纏繞處銅屏蔽應(yīng)砂紙打磨）；

用力向電纜根部方向拉扯接地銅帶，使搭壓部緊固，用卡子將其牢固卡壓在預(yù)留的鎧裝層上；

用電烙鐵或噴燈封焊銅屏蔽及鎧裝與接地銅帶連接的部分。焊后焊疤應(yīng)平滑泛光，鎧裝的焊料應(yīng)順卡子的缺口處流入其內(nèi)部。注意清潔焊渣；

包繞三岔口及根部的填充膠，應(yīng)填滿空隙，填充厚度應(yīng)大于電纜外徑15 mm，盡量填成橄欖狀；

套入三指套（在與三指套搭接的外護(hù)層部分應(yīng)砂紙打磨），然后點(diǎn)火焙烤，應(yīng)從橄欖部最高處向兩端螺旋推進(jìn)均勻收縮，排盡空氣。加熱溫度在120～130 ℃之間；

從三指套端部量取50 mm 銅屏蔽層保留，其余剝除。從銅屏蔽斷口量取20 mm 半導(dǎo)電層保留，其余剝除。在剝半導(dǎo)電層時(shí)，要嚴(yán)格控制用刀力度，嚴(yán)禁損傷絕緣層；

用細(xì)砂紙沿橫向輕微打磨露出的絕緣層，并均勻、用力涂抹硅脂膏，特別是半導(dǎo)電層與絕緣層的梯步搭接處；

用無水酒精清洗銅屏蔽、半導(dǎo)電層和絕緣層。清洗方向?yàn)椋簭碾娎|頭端部到三指套端部。應(yīng)一氣呵成，不可來回擦拭；

在銅屏蔽、半導(dǎo)電層和絕緣層的梯步搭接處均勻纏繞少量應(yīng)力疏散膠。注意，疏散膠用量不可過多；

將應(yīng)力管套入距三指套端口20 mm 處的銅屏蔽層上，加熱固定。加熱時(shí)，用中火間斷性加熱；

以壓接管（鼻子）孔深加5 mm 長度剝除主絕緣層，露出線芯導(dǎo)體，將絕緣層端部削成鉛筆頭狀。把鼻子鉗壓到線芯上（以B相為基準(zhǔn)，A、C相鼻子的安裝平面與B相互成120°）；

用銼刀銼平鼻子的壓接隆起部分。用填充膠填充鼻子與絕緣之間的空隙，并以密封膠填充鼻子上的壓坑，應(yīng)盡量填充為橄欖狀；

再次用無水酒精清洗電纜外露各部分。將主熱縮絕緣管分別套入至三指套根部，由根部向上螺旋推進(jìn)加熱固定；

套入并固定密封管。密封管應(yīng)將鼻子的三個(gè)壓接坑包裹起來。加熱從橄欖部最高處向兩端進(jìn)行，排盡空氣；

安裝固定相色管、三孔雨裙和單孔分相雨裙。注意，雨裙的質(zhì)量一般不如主熱縮件，因此，加熱雨裙時(shí)要調(diào)小火焰慢慢焙烤。

制作完畢。

4 XLPE電纜的敷設(shè)及安裝

電纜的敷設(shè)方式分為直埋、排管、電纜溝敷設(shè)、隧道敷設(shè)及沿鋼絲繩掛設(shè)等，下面以前3 種常見的敷設(shè)方式進(jìn)行討論。

4.1 一般要求

電纜敷設(shè)前應(yīng)繪制敷設(shè)施工圖，圖中包括電纜型號(hào)、名稱、根數(shù)和用途，以及各類電纜排列、放置順序、走向等，以便于日后搶檢修和故障排查工作。

敷設(shè)時(shí)，電纜兩端、沿線、接頭及轉(zhuǎn)向處應(yīng)設(shè)明顯、牢固的方向標(biāo)志或標(biāo)樁；機(jī)械牽引施工時(shí)，途徑中應(yīng)放置滑輪或滾桿，一般每3～5 m 放置一個(gè)，轉(zhuǎn)角處應(yīng)放置轉(zhuǎn)角滑輪，如確實(shí)沒有條件，可增派人手代替滑輪；水泥溝槽或排管敷設(shè)的，應(yīng)在途徑內(nèi)放置一些滑石粉或細(xì)沙，以減小摩擦；拖動(dòng)電纜前進(jìn)時(shí)，速度不可太快，應(yīng)考慮電纜的拉力承受力；如在低溫下敷設(shè)（-10 ℃），應(yīng)先對(duì)電纜通電預(yù)熱（電流不可高于其額定電流），使其表面溫度不低于5 ℃，不高于35 ℃；如果電纜線路須轉(zhuǎn)彎，XLPE 電纜的彎曲半徑不得小于15 倍電纜外徑，以免內(nèi)部機(jī)械損傷并引發(fā)“尖端效應(yīng)”。

4.2 直埋方式敷設(shè)

直埋方式優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡便、施工速度快、技術(shù)易掌握，缺點(diǎn)是電纜本體易受機(jī)械應(yīng)力、溫度、腐蝕和水分入侵的危害。為此，直埋路徑要考慮遠(yuǎn)離震動(dòng)劇烈地區(qū)，遠(yuǎn)離有嚴(yán)重酸、堿性腐蝕地區(qū)，遠(yuǎn)離有雜散電流區(qū)域（電腐蝕），遠(yuǎn)離熱力源，盡量避開市政規(guī)劃未來可能挖掘施工的地方，避開地形起伏過大的地域。

在溝槽開挖方面，電纜埋深不得小于0.7 m，當(dāng)位于車行道或耕地下時(shí)應(yīng)加深，不得小于1 m；如有構(gòu)筑物的，外皮至構(gòu)筑物地下基礎(chǔ)不得小于0.3 m；如果線路穿越經(jīng)常有車輛經(jīng)過的地域，在土壤回填后，還應(yīng)在電纜上方鋪設(shè)寬度不小于100 mm的混凝土保護(hù)板。電纜溝槽開挖寬度根據(jù)敷設(shè)電纜的根數(shù)和單根電纜的外徑來定，如果僅敷設(shè)一根電纜，寬度以方便施工為宜；如果數(shù)根并埋，則應(yīng)充分考慮電纜散熱等因素，10 kV及以下電纜相互間凈距應(yīng)滿足250 mm。

在電纜的放置方面，要求在電纜全線路上下鋪以厚度不小于100 mm 的泥沙層，經(jīng)過震動(dòng)較多的地域，應(yīng)墊放軟質(zhì)材料；考慮熱縮情況，線路全長應(yīng)預(yù)留0.5%以上的長度；電纜出地引上電桿時(shí)，地面上應(yīng)穿2.5 m 鋼管加以保護(hù)，保護(hù)管入地0.25 m；電纜敷設(shè)完畢后，應(yīng)檢查外護(hù)層并用500 V 兆歐表檢測，當(dāng)護(hù)層局部有劃傷且傷痕深度大于護(hù)層單邊厚度50%時(shí)應(yīng)修補(bǔ)；回填時(shí)應(yīng)檢查回填土，揀去石塊等堅(jiān)硬物，回填土應(yīng)多次夯實(shí)，回填后覆蓋土層應(yīng)高出地平面150 mm以上。

此外，當(dāng)直埋電纜線路與公路或建筑物交叉時(shí)，電纜應(yīng)穿保護(hù)管，管長應(yīng)超過交叉物兩邊各2 m。當(dāng)電纜線路沿公路平行敷設(shè)時(shí)，電纜距路基應(yīng)保持1.5 m間距，當(dāng)線路邊有樹木時(shí)，電纜與樹木主干的距離不應(yīng)小于0.7 m。電纜過橋時(shí)，考慮震動(dòng)因素應(yīng)墊彈性材料襯墊（橡皮、沙袋等），橋兩端和伸縮處應(yīng)留有充分的電纜松弛部分。

4.3 排管方式敷設(shè)

排管方式敷設(shè)一般應(yīng)用在以下情況：美化城區(qū)、在有爆炸危險(xiǎn)的場所明敷電纜、露出地面需要保護(hù)的電纜、地下直埋電纜穿過公路等區(qū)段的等。排管的優(yōu)點(diǎn)：荷重比較大，受外界因素干擾少，電纜間互不影響，比較安全，施工難度較小等。缺點(diǎn)主要是投資較大，相對(duì)影響電纜載流量，故障后檢修排查困難。

具體施工時(shí)，排管上部土壤回填厚度不應(yīng)小于0.5 m，管路應(yīng)置于經(jīng)夯實(shí)且連續(xù)平直的土層上；排管排水坡度不應(yīng)小于0.2%，每根管路不應(yīng)超過4 個(gè)彎頭，并列排管間應(yīng)有20 mm的間距；一根管路只能穿設(shè)一根電纜，管徑應(yīng)大于電纜直徑1.5倍；當(dāng)使用鋼管時(shí)，鋼管外壁應(yīng)涂防銹涂料，鋼管相連時(shí)應(yīng)使用絲扣，不得直接對(duì)焊，管口及內(nèi)壁不得有毛刺。注意，單芯式電纜不得使用未分割磁路的鋼管做保護(hù)管。

當(dāng)排管平行于公路時(shí)，距路基應(yīng)保持3 m間距；對(duì)于管路電纜有接續(xù)要求或大角度轉(zhuǎn)向時(shí)應(yīng)設(shè)工作井；管內(nèi)預(yù)留牽引繩時(shí)，應(yīng)采用尼龍繩，不得使用金屬制品。

4.4 電纜溝方式敷設(shè)

電纜溝方式敷設(shè)一般應(yīng)用于變電站或工礦廠區(qū)內(nèi)部，其優(yōu)點(diǎn)是投資相對(duì)較少、容納電纜數(shù)量較大、電纜檢修運(yùn)維方便、施工難度較小等，其缺點(diǎn)為電纜間相互影響大、容易積水積灰。

具體施工時(shí)，電纜溝縱向應(yīng)有不小于0.5%的排水坡度并設(shè)集水坑。如為地下室電纜溝，集水坑內(nèi)應(yīng)加裝滿足容量要求的雙電源自啟動(dòng)水泵；室內(nèi)電纜溝應(yīng)有向室外排水的通道或設(shè)施；電纜支架應(yīng)牢固安裝在電纜溝墻壁上，橫平豎直。對(duì)側(cè)支架間及支架對(duì)壁間凈寬度要大于300 mm，支架層間垂直最小凈距不得小于150 mm；金屬支架全長要進(jìn)行接地焊接，保證良好接地。金屬支架須進(jìn)行防腐處理；所有電纜溝的出入口處，應(yīng)預(yù)埋電纜管，并做好防水、防火隔離措施；電纜溝內(nèi)應(yīng)使用阻燃電纜，高、低壓（強(qiáng)、弱電，一、二次）電纜應(yīng)分層配置；電纜進(jìn)入電纜溝應(yīng)采用專用固定夾固定；電纜敷設(shè)完畢后應(yīng)進(jìn)行防水、防火封堵，沿線每距離20 m掛標(biāo)志牌；施工完畢后電纜溝內(nèi)應(yīng)平整、無雜物、無積水，蓋板應(yīng)齊全。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合運(yùn)行工作實(shí)踐，針對(duì)10 kV 交聯(lián)聚乙烯電纜熱縮附件原理及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)終端頭的安裝制作及電纜的敷設(shè)進(jìn)行分析和討論，為運(yùn)管、施工單位電纜相關(guān)工作的規(guī)范管理提供了一定的參考依據(jù)。