冷缩电缆终端头故障原因分析和防范措施

冷缩电缆终端头故障原因分析和防范措施

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冷缩电缆终端头故障原因分析和防范措施

一、冷缩电缆终端头技术要求

冷缩电缆终端头是利用弹性体材料(常用的有硅橡胶和乙丙橡胶)在工厂内注射硫化成型，再经扩径、衬以塑料螺旋支撑物构成各种电缆附件的部件。现场安装时，将这些预扩张件套在经过处理后的电缆末端或接头处，抽出内部支撑的塑料螺旋条(支撑物)，压紧在电缆绝缘上而构成的电缆附件。因为它是在常温下靠弹性回缩力，而不是像热收缩电缆附件要用火加热收缩，故俗称冷收缩电缆附件。早期的冷收缩电缆终端头只是附加绝缘采用硅橡胶冷缩部件，电场处理仍采用应力锥型式或应力带绕包式。

现在普遍都采用冷收缩应力控制管，电压等级从10KV 到35KV。冷缩电缆终端头，1KV级采用冷收缩绝缘管作增强绝缘，10KV级采用带内外半导电屏蔽层的接头冷收缩绝缘件。三芯电缆终端分叉处采用冷收缩分支套。

冷缩电缆终端头具有体积小、操作方便、迅速、无需专用工具、适用范围宽和产品规格少等优点。与热收缩式电缆附件相比，不需用火加热，且在安装以后挪动或弯曲不会像热收缩式电缆附件那样出现附件内部层间脱开的危险(因为冷缩电缆终端头靠弹性压紧力)。与预制式电缆附件相比，虽然都是靠弹性压紧力来保证内部界面特性，但是它不像预制

式电缆附件那样与电缆截面一一对应，规格多。

必须指出的是，在安装到电缆上之前，预制式电缆附件的部件是没有张力的，而冷缩电缆终端头是处于高张力状态下，因此必须保证在贮存期内，冷收缩式部件不应有明显的永久变形或弹性应力松弛，否则安装在电缆上以后不能保证有足够的弹性压紧力，从而不能保证良好的界面特性。以下对冷缩电缆终端头的结构、安装工艺及注意事项作一简介。

1．三芯电缆冷缩电缆终端头

(1)按制造厂提供的安装说明书规定的尺寸剥去电缆外护层、钢带(若有钢带)、内护层及线芯问填料(钢带剥切长度主要由线芯允许弯曲半径和规定的相间距离来确定，但需考虑与所提供的套在线芯上的冷缩护套管长度相适配)。内护层留10mm，钢带留25mm。然后将电缆端部约50mm长一段外护层擦洗干净。

(2)安装接地线。在钢带以上约65mm处的线芯铜屏蔽上分别安装接地铜环，并用恒力弹簧将接地编织铜线和三条铜带一起固定在钢带上。若要求钢带与线芯屏蔽分开接地，则应另取10mm2编织铜线用恒力弹簧固定在钢带上，然后用绝缘带绕包覆盖，再将线芯屏蔽接地编织铜线与三根线芯接地铜带连接引出。

注意：钢带接地线和线芯屏蔽接地线在终端头内不可有

电气上的连通。为了防止水汽沿接地线进入电缆，在外护层上先用防水带包2层，将接地线夹在中间，外面再包2层防水带。

(3)安装冷收缩分支套。将冷收缩分支套置于线芯分叉处，先抽出下端内部塑料螺旋条，然后再抽出三个指管内部塑料螺旋条，在线芯分叉处收缩压紧。

(4)安装冷收缩护套管。将三根冷收缩护套管分别套在三根线芯上、下部覆盖分支套指管15mm，抽出管内塑料螺旋条，在线芯铜屏蔽上收缩压紧。若为加长型户内终端头，则用同样方法收缩第二根冷收缩护套管，其下端与第一根搭接15mm。护套管末端到线芯末端长度应等于安装说明书规定的尺寸。

(5)从护套管口向上留一段铜屏蔽(户外终端头留45mm，户内终端头留30mm)，其余剥去。留下10mm半导电层，其余半导电层剥去，并按接线端子孔深加10mm剥去线芯末端绝缘。

(6)从钢屏蔽带末端10mm处开始绕包半导电带直到覆盖电缆绝缘10mm，然后返回到铜屏蔽带上，要求半导电带与绝缘交界处平滑过渡(无明显台阶)。

(7)压接接线端子。

(8)安装冷收缩绝缘件。先用清洗剂擦净电缆绝缘及接线端于压接处．并在包绕半导电带及附近绝缘表面涂少许硅

脂。套入冷收缩绝缘件到安装说明书所规定的位置，抽出塑料螺旋条，在电缆绝缘上收缩压紧(若接线端子平板宽度大于冷收缩绝缘件内径时，则应先安装冷收缩绝缘件，然后压接接线端子)。

(9)用绝缘橡胶带包绕接线端子与线芯绝缘之间的间隙，外面再包绕耐漏痕带。

(10)在三相线芯分支套指管外包绕相色标志带。

2．单芯电缆终端头

比三芯电缆终端头的结构和工艺简单，不需要安装分支套和线芯上的护套管，其余和三芯电缆终端头基本相同。

3．三芯电缆接头

其安装工艺与预制件接头类似，但应注意下列不同之处：

(1)将冷收缩接头主体套在剥切较长的一端电缆线芯上时，塑料螺旋条的抽头应朝向该端电缆芯分叉处。

(2)有关部件全部套在电缆线芯上后，两端电缆导体与压接管不必像预制件接头那样分二次压接。

(3)将冷收缩接头主体移向接头中间前，在半导电层与绝缘交界处及绝缘表面均匀涂抹由制造厂提供的专用混合剂。

(4)安装屏蔽铜网过桥线及钢带跨接线，通常采用恒力弹簧固定。

(5)冷收缩接头采用半搭盖绕包一层防水带，两端覆盖电

缆外护层各60mm，再用铠装带绕包整个接头表面，固化后有良好的机械保护作用。这种销装带(armorcast)是预浸渍可固化的黑色聚氨酪玻璃纤维编制带，真空包装。使用前先打开包装，灌水15s后将水倒出，即可使用。也可采用其它合适的保护层或保护盒。

二、电缆附件适用标准

适用标准主要有三个层次：

第一层：IEC标准

IEC62076《额定电压150kV（Um＝170kV）以上至500kV（Um＝550kV）挤出绝缘电力电缆及其附件的电力电缆系统－－试验方法和要求》

IEC60840《额定电压30kV（Um＝36kV）以上至150kV （Um＝170kV）挤出绝缘电力电缆及其附件试验方法和要求》

IEC60859《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关的电缆联接装置》

IEC60502《额定电压1kV（Um＝1.2kV）以上至30kV （Um＝36kV）挤出绝缘电力电缆及其附件》

IEC60055《额定电压18/30kV及以下纸绝缘金属护套（带有铜或铝体，但不包括压气和充油电缆）》第1部分“电缆及附件试验”中第七章：附件的型式试验

IEC61442《额定电压6kV（Um＝7.2kV）到30kV（Um

＝36kV）电力电缆附件试验方法》

第二层次：国家标准（GB标准）

GB/Z18890《额定电压220kV（Um＝250kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》

GB/Z11017《额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及其附件》

GB5589《电缆附件试验方法》

GB9327《电缆导体压缩和机械连接接头试验方法》

GB14315《电线电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管》

注：GB11033《额定电压26、35kV及以下电力电缆附件基本技术要求》已下放为JB/T8144

第三层次：行业标准

JB标准（机械行业协会标准）

JB/T8144《额定电压26/35kV及以下电力电缆附件基本技术要求》原GB11033

JB6464《额定电压26/35kV及以下电力电缆直通型绕包式接头》

JB6465《额定电压26/35kV及以下电力电缆户内型、户外型瓷套是终端》

JB6466《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆户内型、户外型瓷套式终端》

JB6468《额定电压26/35kV及以下电力电缆户内型、户外型绕包式终端》

JB7829《额定电压26/35kV及以下电力电缆户内型、户外型热收缩式终端》

JB7830《额定电压26/35kV及以下电力电缆直通型热收缩式接头》

JB7831《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆户内型、户外型浇注式终端》

JB7832《额定电压8.7/10kV及以下电力电缆直通型浇注式接头》

JB/T8501.1《额定电压26/35kV及以下塑料绝缘电力电缆户内型、户外型预制装配式终端》

JB/T8503.2《额定电压26/35kV及以下塑料绝缘电力电缆户内型、户外型预制装配式终端》

三、冷缩电缆终端故障原因分析及防范措施

下面就公司风电场箱变高压电缆室连续发生的几起35KV电力电缆终端头由于制作工艺不到位引起的单相接地故障的剖析，制定防范措施，进一步规范电力电缆终端头制作工艺，保障电缆的安全运行。

1.故障情况：

风电场自2月份以来，连续发生几起箱变高压电缆室电缆终端头B相半导体层断开处绝缘击穿事故，几起故障电缆

型号均为YJV23-35KV-3×50，终端头均采用冷缩制作。根据电缆型号及敷设方式，电缆运行的载流量未超过设计值，电缆运行时并无过载现象，并且电缆头故障发生前35KV系统并无接地现象。

由上电缆头击穿图可知，故障点均在电场畸变最严重的铜屏蔽层断口和半导体层断口处，主绝缘材料热熔后流失，铜屏蔽剥切口至半导体层剥切口线芯已部分裸露。电缆绝缘层表面有明显放电碳化通道，由此可见，以上电缆终端头击穿可能由以下原因引起：

1）铜屏蔽层断口处有尖角毛刺，导致放电。

2）半导体剥切时将主绝缘划伤，造成此处绝缘最薄弱，击穿电压过低。

2.原因分析：

对终端头来说，电场畸变最严重处为金属屏蔽断开处，造成电场畸变的主要原因是：在电缆屏蔽的切断处，会产生电应力集中现象，电场强度最大，是整个接头的薄弱环节，

同时，由于变电站现场运行环境较差，半导体层与主绝缘表

面结合处不可避免会侵入灰尘、气体等杂质，众所周知，杂质，气隙，尖角毛刺是造成固体绝缘介质沿面放电的主要原因，所以在电缆制作工艺方面可能导致冷缩电缆终端头绝缘击穿的原因有以下几点：

1）剥切内护套时，划伤铜屏蔽层,造成断口处电场强度增强，容易放电。

2）剥切铜屏蔽时，用力不当，划伤半导体层，容易存在气隙。

3）剥切电缆半导体层时，用力不当，使主绝缘层表面有伤痕，容易存在气隙。

4）铜屏蔽断开处和半导体层断开处有尖角毛刺未处理平整。

5）电缆半导体屏蔽层剥切后，没有清除干净，其半导体残留在主绝缘层上，或清擦时没有遵循工艺要求，来回擦洗，或主绝缘及铜屏蔽断口处未用硅脂填充，留下隐患，产生闪络放电。

6）安装附件时应力管与绝缘屏蔽搭接少于20mm，交联电缆因内应力处理不良时在运行中会发生较大收缩，容易产生气隙。

上述操作均会在各部位产生气隙、杂质或是尖角毛刺。对于交联聚乙烯绝缘电缆来说，它耐局部放电性能差，受杂质和气隙及水份的影响很大，在这些缺陷处易产生局部电场

集中，发生局部放电。热膨胀系数大，热机械力效应严重。另外，由于运行中的弯曲变形、冷热作用，金属屏蔽层与绝缘层之间就更易产生气隙，气隙的局部放电，虽然不会立即导致整个介质的击穿，但是绝缘内部空隙处逐步形成电树枝，并向纵深发展，绝缘加速老化直至发生绝缘电击穿或热击穿；同时金属屏蔽断口处如果有尖角毛刺，此处就会存在集中的高场强，引发绝缘介质的树枝状裂纹，出现树枝状放电。电树枝在发展中必然伴随着局部放电，而局部放电又促进树枝的生成与成长。

交联电缆绝缘对绝缘微孔杂质及半导体屏蔽微孔及突起尺寸的要求非常高。实际上，交联电缆的质量水平特别是其长期性能，本质上是由绝缘材料、绝缘内微孔杂质和半导体屏蔽微孔及突起的尺寸决定的，因此，划伤主绝缘或半导体层都会人为地扩大绝缘内微孔杂质和半导体屏蔽微孔杂质的尺寸，使得击穿电压下降。可见，在电缆终端头制作时，要严格执行电缆头制作工艺标准，并在电缆刀剥切过程中对力度的把握尤为重要。

3.防范对策：

鉴于交联电缆本身的诸多缺点和冷缩电缆终端头制作中施工人员不易注意的细节而导致电缆终端头局部放电或电树枝放电，提出以下防范对策及注意事项：

1）严格控制电缆剥切尺寸，每剥除一层不可伤及内层

结构。

2）剥切铜屏蔽层时，应用细扎丝或扎带扎好，使断口处不产生尖角毛刺。

3）半导体层断面应光滑平整，与绝缘层的过渡应光滑。

4）电缆绝缘层剥切后，应用细砂纸仔细打磨主绝缘层表面，使其光滑无刀痕，无半导体残点。清洗绝缘层表面必须用清洗溶剂从线芯向半导体层方向，严禁用接触过半导体屏蔽层的清洗纸清洗主绝缘层表面。

5）打磨和清洗主绝缘时，清洗剂和砂纸不得碰到外半导电层，以免清洗剂溶解半导电层，砂纸打磨遗留杂质清除不干净导致放电。

6）用硅脂填充电缆绝缘半导体层断口处的气隙以排除气体。

7）附件的尺寸与待安装的电缆尺寸配合要严格符合规定的要求，适当的过盈量，特别是应力管与绝缘屏蔽搭接不少于20mm，以防收缩时应力管与绝缘屏蔽脱离。

8）在制作电缆终端头时，要特别注意保持清洁，同时应尽量缩短制作时间，电缆剥切后，在空气中暴露的时间越长，侵入杂质，水分，气体，灰尘等的可能性就越大，从而影响终端头质量。因此要求在施工之前充分做好各项准备工作，保证制作时不间断，一气呵成。

9）对全场电缆终端头尤其是干东变35KV室内开关柜

进线电缆终端头进行全面详实的普查，如果已发生故障电缆终端头是同一位技术人员制作，则建议对其制作的全部电缆终端头进行更换重新制作。