电缆及其施工 38页

本讲座分为三部分 一、电缆的结构原理 二、电缆头的制作 三、电缆的施工规范 听讲座有什么用 这个讲座的目的，主要是针对近期我们的施工建设中暴露出的问题，比如电缆起火，电缆头爆炸等事故。我们时候都详细分析了这些故障，认为其根本原因，并不是电缆或者附件质量不好，而是 我们施工存在问题 。特别是电缆头制作，存在很大的随意性，或者只知道施工过程，没有透彻 了解电缆、电缆头的结构原理 ，把握不到电缆施工的 关键质量控制点 ，从而导致电缆施工质量存在很严重的不可控。所以，今天的讲座，是有针对性的对电缆施工中的关键环节进行讲解说明，目的是提高施工人员对电缆质量的把握，使电缆施工质量在控，保证施工质量和设备的安全。讲座中，可能有部分地方需要一定理论基础才能理解，不过，听不懂没有关系，我会指出其理论得出的结论，在施工中怎样体现，注意哪些 细节 。 一、电缆的原理 我们目前使用的 10kV 电力电缆，叫交联聚乙烯电缆（ XLPE 热固性塑料 — 立体网状结构、加热软化，冷却变硬，不可重复软化。），一般为三芯结构，绝缘挤包成型。型号为 YJLV22 ， Y 代表聚乙烯绝缘， J 代表交联， V 代表聚氯乙烯护套， 22 代表钢铠。 导体： 起导电作用，为铜或者铝。铜的导电、导热、机械性能（抗拉）、焊接性能均超过铝。 内半导电 屏蔽 作用： 均匀电场，防止绝缘层和半导电层之间产生间隙而发生局部放电。 绝缘层 作用：绝缘。材料为 交联聚乙烯。乳白色、半透明、热塑性高聚物。 电性能好：高击穿场强，低介损，高绝缘电阻，耐素质放电、局部放电。 物理性能好：吸水性小、具有一定的柔软性、机械强度。绝缘性能长期稳定。 辐照交联聚乙烯为聚乙烯经过 γ 射线、 α 射线、 X 射线照射，分子结构由线型变为网状，各方面性能提高：熔融温度由 110℃ 提高到 130℃ ，长期允许工作温度达到 90℃ ，短期允许过载温度 130℃ ，耐短路温度 250℃ 。热膨胀系数变小，受热后不会产生气泡。内应力变小，使用寿命延长。 外半导电屏蔽层 可以很紧密的附着于绝缘层，防止绝缘层和铜带屏蔽之间的间隙而产生局部放电。 基本采用进口、超光滑、可剥离半导电料。 因为电缆绝缘层和半导电屏蔽层交界面是否光滑时影响电缆使用寿命的非常关键因素。 界面处半导电屏蔽层上的凸起嵌入绝缘层，会导致局部电场强度过高，增加水树现象产生的可能。 其余各层 软铜带：用于电缆的屏蔽层。 填充层：保持电缆园整。 包带：防止电缆芯和填充物松散，保持电缆圆整。 内护套：成型和绝缘。 钢带（铠）：起机械保护和电磁屏蔽作用。要求镀锌或者涂漆。 外护套：聚氯乙烯，较聚乙烯更防水。隔离、防水、密封作用。保护电缆不受机械损伤和化学腐蚀，增强机械强度。 关键词： 屏蔽、 尖端。 从电缆的原理，我们可以看出，经过内半导电、绝缘层、外半导电层、铜带屏蔽，高压电场被屏蔽在电缆线芯中 。 在电缆结构上的所谓“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。 导体的表面形状，决定了导体表面场强的大小，可以认为，导体越尖，其间断部位的场强越大，越容易破坏其接触的绝缘体，而产生放电。 我们可以形象的把尖端看作一个针头，在运行中慢慢的破坏绝缘。被破坏了的绝缘反过来又变成了导体，于是可以看作针头变长了，最终破坏了电缆的全部绝缘。减少了尖端，电缆内部场强更均匀，电缆的寿命大大的延长了。 关键词：水树。 在电缆制造过程中，由外面侵入的极微量的水分在电缆绝缘层中是均匀分布的，但电缆投入使用后，在电场的作用下，受到不均匀电场的吸引，产生极化迁移，逐渐积累而产生局部过饱和状态，导致聚乙烯分子发生显著氧化，形成水树。 电缆的绝缘层中只要同时存在水和电场就会产生水树。 水树是直径在０．１微米到几微米充满水的空隙集合。 水树和环境湿度也有关，电缆运行中进入的水分子同样会产生水树。 交联聚乙烯电缆在６５％以上的湿度环境中通电就可以产生水树。水树的存在直接影响到电缆的寿命。 关键词：密封 由于交联聚乙烯电缆有水树老化现象，因此这种电缆不应长期在潮湿环境中使用，在施工时要严格防止潮气侵入电缆芯内部， 锯断的电缆端头要及时密封。 二、电缆头的制作 高压电缆头的基本要求 电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件，电缆中间头是将两根电缆连接起来的部件，电缆终端头与中间头统称为电缆附件。电缆附件应与电缆本体一样能长期安全运行，并具有与电缆相同的使用寿命。良好的电缆附件应具有以下性能： 线芯联接好 ：主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故障电流的冲击；长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的 1.2 倍；应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；此外还应体积小、成本低、便于现场安装。 绝缘性能好 ：电缆附件的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上 应 对电缆附件中电场的突变能完善处理 ，有 改善电场分布 的措施。 密封性能好 ：对电缆外护套以内部件以及电缆线芯进行密封，防止水份、潮气进入电缆内部，对电缆绝缘造成破坏。 电场分布原理 高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。也就是说，正常电缆的电场只有 从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。 在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电力线）。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。 应力管：屏蔽层断口的处理 电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，我们采取分散这集中的电力线（电应力），用介电常数为 20~30 ，体积电阻率为 108~1012 Ω• cm 材料制作的电应力控制管（简称应力管），套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力（电力线），保证电缆能可靠运行。 为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于 20mm ，短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。一般在 20~25mm 左右。 延伸参考资料 电缆终端电应力控制方法 电应力控制是中高压电缆附件设计中的极为重要的部分。电应力控制是对电缆附件内部的电场分布和电场强度实行控制，也就是采取适当的措施，使得电场分布和电场强度处于最佳状态，从而提高电缆附件运行的可靠性和使用寿命。 对于电缆终端而言，电场畸变最为严重，影响终端运行可靠性最大的，是电缆外屏蔽切断处，而电缆中间接头电场畸变的影响，除了电缆外屏蔽切断处，还有电缆末端绝缘切断处。为了改善电缆绝缘屏蔽层切断处的电应力分布，一般采用以下几种方法： 延伸参考资料 电缆终端电应力控制方法 1 、几何形状法， 采用应力锥缓解电场应力集中 ： 应力锥设计是常见的方法，从电气的角度上来看也是最可靠的最有效的方法。应力锥通过将绝缘屏蔽层的切断处进行延伸，使零电位形成喇叭状，改善了绝缘屏蔽层的电场分布，降低了电晕产生的可能性，减少了绝缘的破坏，保证了电缆的运行寿命。 采用应力锥设计的电缆附件有绕包式终端、预制式终端、冷缩式终端。 延伸参考资料 电缆终端电应力控制方法 2 、参数控制法 采用高介电常数材料缓解电场应力集中。 其原理是采用合适的电气参数的材料复合在电缆末端屏蔽切断处的绝缘表面上，以改变绝缘表面的电位分布，从而达到改善电场的目的。 另一方法是增大屏蔽末端绝缘表面电容（ Cs ），从而降低这部分的容抗，也能使电位降下来。在电缆屏蔽末端绝缘表面附加一层高介电常数的材料。 非线性电阻材料（ FSD ）也是近期发展起来的一种新型材料，它利用材料本身电阻率与外施电场成非线性关系变化的特性，来解决电缆绝缘屏蔽切断处电场集中分布的问题。 目前应力控制材料的产品已有热缩应力管、冷缩应力管、应力控制带 等等，一般这些应力控制材料的介电常数都大于 20 ，体积电阻率为 108-1012Ω.cm 。 应力控制材料的应用，要兼顾应力控制和体积电阻两项技术要求。 延伸参考资料 要使电缆可靠运行，电缆头制作中应力管非常重要，而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果的。 在电缆本体中，芯线外表面不可能是标准圆，芯线对屏蔽层的距离会不相等，根据电场原理，电场强度也会有大小，这对电缆绝缘也是不利的。为尽量使电缆内部电场均匀，芯线外有一外表面圆形的半导电层，使主绝缘层的厚度基本相等，达到电场均匀分布的目的。 在主绝缘层外，铜屏蔽层内的外半导电层，同样也是消除铜屏蔽层不平，防止电场不均匀而设置的。 热缩电缆头制作步骤： (1)  剥切电缆：按图 5 — 1 所示尺寸剥去电缆外护层、钢带 ( 若有钢带 ) 和内护层。图中， L 为护套剥切长度，户内为 550mm 、户外为 750mm 。 j 为端子孔深十 10mm 。 （ 2 ）焊接地线，将 10-25mm2 的多股软铜线分成三股，在每相的屏蔽上绕一周扎紧，分别锡焊在各相铜屏蔽上，合并后，绑扎在钢甲上并焊牢，在离剥塑口向下 10mm 处的接地线焊接 20mm 长的 锡焊防潮段 ； （ 3 ） 在三叉根部至钢甲下端 10mm ， 包绕填充胶，形状似橄榄状，其直径为电缆外径 15mm ，涂抹少许硅脂，然后将软手套套入三叉根部，且搭盖钢甲 20mm ，由手指根部依次向两端加热固定；剥切屏蔽铜带和半导电层 ( 对 10kV 三芯电缆 ) ： (4) 从分支套指端上部 50mm 处开始剥去屏蔽铜带。保留 20mm 半导电层外，其余剥去，保留的半导电层端部应按安装工艺一般程序和要求处理 . (5) 剥切线芯末端绝缘：按接线端子孔深加 10mm 的长度剥去线芯末端绝缘； (6) 压接接线端子：压接后除去毛刺和飞边。 (7) 安装应力管：用清洗剂擦净绝缘表面。注意：擦过半导电层的清洗布不可再擦绝缘。在绝缘表面均匀地涂一层 硅脂 ，套入应力管，应力管下端覆盖到电线屏蔽铜带上面 (1OkV 电缆为 20mm ， 35kV 电缆为 30mm) 。自下而上地加热收缩，避免应力管与线芯绝缘之间留有气隙。   (8) 安装绝缘管：用填充胶带绕包应力管端部与线芯绝缘之间的阶梯，使之为平滑的锥形过渡面。再用密封胶带包绕分支套指端 ( 二层 ) ；然后，套绝缘管 (10kV 三芯电缆套到分支套指端根部，再由下向上加热收缩。    (9) 安装密封管：切去多余长度的绝缘管， 10kV 电缆切到与线芯绝缘末端平齐。接着用密封胶带包绕 填平接线端子压坑以及电缆绝缘与接线端子之间的间隙。最后，套密封管，加热收缩。   (10) 套标志管：将红、绿、黄相色标志管套在接线端子压接部位后加热收缩。   (11) 安装雨罩： 10kV 三芯电缆先将三 7L 雨罩套在三相线芯上，离分支套分叉处约 100mm 处，加热收缩固定，再套单孔雨罩，加热收缩固定。 电缆制作关键质量控制点 半导电屏蔽层切断处要光滑平整 ， 如果打磨出凹坑、出现台阶或出现半导电尖端，这些都是非常危险的。 注意应力管的正确使用， 不能用普通热缩管替代 。 要注意 用硅脂填充电缆绝缘半导电层断口处的气隙 以排除气体，达到减小局部放电的目的。 交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，因而在安装附件时，注意 应力管与绝缘屏蔽搭盖不少于 20mm ，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。 热收缩附件因弹性较小，运行中热胀冷缩时可能使界面产生气隙，因此 密封技术很重要 ，以防止潮气浸入。 因为热收缩材料只是在收缩温度以上具有弹性，在常温下是 没有弹性和压紧力 的，所以安装以后的热缩终端头 不应再弯曲和扳动 ，否则将会造成层间脱开，形成气隙，在施加电压时引起内部放电。 电缆制作关键质量控制点 如果将终端头安装固定到设备上时必须扳动或弯曲，则 应在定位以后再加热收缩一次 ，以消除因扳动或弯曲而形成的层间间隙。 接线端子（线鼻子）处必须使用密封胶带包绕 ，热缩密封管后，彻底隔离导线线芯和空气、水份。 由于交联聚乙烯电缆有水树老化现象，在施工时要严格防止潮气侵入电缆芯内部， 锯断的电缆端头要及时密封。 为保证良好的密封，应 将接地线穿过热缩头的一段制作锡焊防潮段 ， 避免水份通过接地线浸入电缆头内部。 电缆制作关键质量控制点 关键词：清洁、干燥 实际上对电缆长期运行来说，水分和小杂质是非常有害的，容易引起水树和局放的发生。 所以，要注意环境湿度及粉尘情况。 施工前要注意将环境打扫干净，施工中要保证手和工具、材料的清洁。 操作时不应做其他无关的事（特别不能抽烟！）。 电缆附件不要乱放在地下。 夏季施工接头人员 应戴手套 ， 避免汗水、脏污附着 在电缆绝缘芯表面，降低电缆头整体绝缘。 在套入应力锥前应用吹风机吹干绝缘表面。 剥除半导电层要特别仔细 ，防止损伤线芯绝缘体。线芯绝缘体表面杜绝遗留一点半导电，（等同于汗水、污物），应使用清洁纸将线芯绝缘体表面擦拭干净。 电缆制作关键质量控制点 一定要控制好火焰，不致过大， 操作时要不停地晃动火源 ，不可对准一个位置长时间加热，以免烫伤热收缩部件。喷出的火焰应该是充分燃烧的，绝对不可带有烟，以免炭粒子吸附在热收缩部件表面，影响其绝缘性能。 户外电缆头还要注意雨裙上面的 引线不能过长 。否则，因为引线的可塑性，容易造成相间或对地距离太近，导致引线表面爬距下降，在下雨或者潮湿时，造成接地短路。建议使用瓷棒支撑，固定引线对地、相间距离。 电缆头燃烧事故。 什么原因？ 大家注意到铜带屏蔽。完全没有按照电缆头说明书制作，保留过长。同时，在应力管端口处，是场强最集中的地方，却没有保持足够的相间距离，所以，事故是不可避免。 三、电缆施工规范 第 5 条             电缆及其附件到达现场或者库房后，应按照下列要求及时进行检查。 一、产品的技术文件应齐全； 二、电缆型号、规格、长度应符合订货要求，附件应齐全； 三、电缆封端应严密。 四、电缆外观无破损。 关于电缆的敷设 电缆沟开挖深度必须大于 900mm ， 沟底宽度应大于 400mm ，上口宽度大于 600mm ，以便于电缆敷设。每增加一根电缆其宽度增加 170mm 。电缆穿越农田时深度必须大于 1200mm 。 电缆沟穿越空地或未成形的街道时，必须以公路或规划的“零标高”作为参照，电缆沟 开挖深度必须大于“零标高”下 1000mm ，沟底宽度应大于 200mm 。 电缆之间，电缆与建筑物、管道平行和交叉时的最小净距，参照下表执行。 当电缆穿有保护管时，可将与其他管道平行 ( 或交叉 ) 时的最小净距减小 50% 。 电缆线路在转角处和 中间接头处必须设置电缆检查井。 电缆沟开挖完工后，必须经电缆施工技术负责人或施工负责人 验收合格 后，方可敷设电缆保护管和电缆。 电缆沟回填土前 ，应经工程管理人员（质监员）和施工负责人 进行中间验收合格，填写施工记录，并由双方签字 。 今后，将推行照相存档制度。 关于电缆的敷设 电缆敷设时，应从盘的上端引出，不应使电缆在支架及地面摩擦拖拉。不得压扁铠装、电缆绞拧、损伤电缆外皮。 机械敷设电缆的速度不宜超过 15 米 / 分钟。 电缆的 最小弯曲半径 必须满足（大于） 15D 。 地面上 2 米的一段应加装保护钢管，管根部应深入地面下不小于 200 mm 。 垂直敷设的电缆，必须每隔 1 米装设一附固定支架 ； 超过 45° 倾斜敷设的电缆，必须每隔 2 米装设一附固定支架 。 电缆固定处应加衬垫保护 。 电缆管明敷时，支持点之间的距离不得超过 3 米。 在电缆终端头、电缆中间接头、电缆检查井处必须 安装电缆标志牌 ，注明电缆规格、长度以及起止地点设备双重编号。 电缆保护管上必须标明电缆对侧设备双重编号 。 关于电缆的敷设 电缆沟回填后，应在电缆埋设处 按照下列要求设置电缆标志 ： 1 、直线段每隔 30 ～ 60 米处，应设置明显的走向标志砖或标志桩。 2 、 电缆转弯处、进入建筑物处，应设置明显的走向标志砖或标志桩。 3 、 电缆中间接头处，应设置明显的走向标志砖或标志桩。 4 、如果因道路原因不能设置标志砖或标志桩，必须在地面喷涂电缆走向标志。 电缆敷设完工后，必须对电缆沟、管口， 电缆进入配电箱、配电室的出入口进行防水、防火、防小动物的封堵，管口应密封严实。 电缆头制作 电缆终端与接头等附件型式、规格应与电缆类型和环境要求一致，主要性能符合现行国家标准的规定，并有 出厂合格证。 严禁在雾或雨中施工。施工现场应备有消防器材。 电缆终端及接头制作时，必须严格遵守相关规程和使用厂家说明的规定。 10kV 交联聚氯乙稀电缆制作应使用 《 10kV 交联聚氯乙稀电缆制作标准作业卡 》 电缆终端上应有明显的相色标志。 应进行电缆交接试验。 关于电缆高压试验的问题，依据 GB50150-2006 电气设备交接试验标准，以及在实际运用过程中发现一些电缆在交接试验中直流耐压试验顺利通过但投运不久后发生绝缘击穿，而且也发生过直流耐压试验破坏正常运行电缆，在条件允许的条件下，必须对电缆进行工频耐压试验。 电缆工程交接验收 在验收时，应按下列要求进行检查。 电缆规格应符合设计，排列整齐，无机械损伤，标志牌应装设齐全、正确、清晰。 电缆的固定、弯曲半径、有关距离等应符合要求。 接地应良好，电缆终端的相色应正确，电缆支架等的金属部件防腐层完好。 电缆沟内应无杂物，盖板齐全，排水设施符合设计。 电缆路径标志应与实际路径相符，路径标志应清晰、牢固、间距适当。 防火措施应符合施工质量要求，防止小动物的孔洞封闭严密。 电缆工程交接验收 在验收时，应提交下列资料和技术文件： 设计资料图纸、电缆清册、变更设计书和竣工图。 电缆线路敷设路径图，应标明电缆路径与周围建筑物、道路等的相对位置，电缆埋深的剖面图，若有其他管线或电缆，还应标明与其他管线或电缆的相对位置。 电缆交接试验报告、电缆施工地下隐蔽工程验收报告及施工记录。 电缆制造厂提供的产品说明书、出厂试验报告、合格证。 电缆线路资料，包括电缆型号、规格、实际敷设的总长、及分段长度，电缆终端和中间接头的型式及安装日期。 电缆线路投运时应该进行核对相序、相位。 谢谢各位参加讲座。欢迎大家对本次讲座提出意见和建议。 再次感谢大家的参与。再见！