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恢復內屏蔽、主絕緣
恢復內屏蔽、主絕緣
電纜模注熔接接頭(簡稱CMJ )
技術領域/ Technical Field
      本技術涉及交聯聚乙烯絕緣電力電纜連接的技術領域,尤其涉及種電纜模注熔接接頭最新方法“電纜主體”恢復具-種國內領先的電纜中間或直通連接技術,可能是現階段熱縮式、泠縮式、預制式電纜中間連接的替代品,是電纜中間連控附件的終極產品。
      國際上,僅日本古河電工于1993年擁有” 擠出式模壓接頭(Extrusion Molded Joint)”簡稱EMJ技術,用于550kV電壓等級的長距離的電纜的連接附件。
背景技術/ Background Technique
      隨著社會工業的不斷發展,對電力能源的需求也越來越大,在電力傳輸過程中使用大量的交聯聚乙烯絕緣電力電纜;所謂的電力電纜是在金屬線芯上進行絕緣擠包纏繞,用功能材料進行屏蔽、密封,在電力系統的線路中用以傳輸和分配大功率電能的特殊導線,其中包括3.6- 1000kV各種電壓等級的交聯聚乙烯絕緣電力電纜。
      由于交聯聚乙烯絕緣電力電纜的生產技術、場地、運輸等因素的限制,交聯聚乙烯絕緣電力電纜-般中低壓的長度為500~ 1000米/盤,盤徑3.2米、盤寬2.2米及以下重量約3~10噸便于生產、 存儲、運輸等。但是,由于城市地下電網、發電站的引出線路、工礦企業的內部供電及過江、過海的水下輸電線有幾十米、上百米、幾公里、上千公里不等,所以必需把每盤交聯聚乙烯絕緣電力電纜進行連接延長,以滿足設計施工的要求。其次,隨著電網的發展和城網的改造,電力電纜在電網線路中所占的比例日益增加,相應的電纜本體的質量、電纜安裝的質量、電纜附件的質量故障率也在不斷增加,降低了電力運行的可靠性,因此要采取優質的預防措施,全面提高配電線路的運行水平。
電力電纜與附件/ Power Cable And Acessories
      1、電力電纜
      電力電纜是用于傳輸和分配電能的特殊導線,圖1為電力電纜實物圖,圖2為電力電纜結構圖,常用于城市地下電網、發電站引出線路、工礦企業內部供電及過江跨海水下輸電線路。
電力電纜的主要結構由線芯、絕緣層、屏蔽層和保護層四部分組成。
      ①線芯:是電力電纜的導電部分,用來輸送電能, - 一般由銅或鋁絞股線組成。
      ②絕緣層:是將線芯與大地以及不同相的線芯間在電氣上彼此隔離,保證電能輸送,是電力電纜結構中不可缺少的組成部分。
      ③屏蔽層:是指10kV及以上電壓等級的電力電纜導體(內)屏蔽層和絕緣(外)屏蔽層,是改善電場分布的一種措施。因電纜導體由多股導線絞合而成,導體表面不光滑,會造成電場集中或尖角放電,它與絕緣層之間易形成氣隙;在導體表面加一-層半導電材料的屏蔽層形成圓周體,與被屏蔽的導體等電位,并與絕緣層良好接觸,從而避免在導體與絕緣層之間發生局部放電,稱為內屏蔽層;絕緣層表面加一-層半導電材料的屏蔽層,它與絕緣層有良好接觸,與金屬護套等電位,作為中心線,正常情況下有電容電流,發生故障時,銅帶作為短路故障電流回路從而避免在絕緣層與護套之間發生局部放電,稱為外屏蔽層。
      ④保護層 :是由內護套、鎧裝層和外被層(或外護套等幾個部分組合而成的,保護電力電纜免受外界雜質和水分的侵入,以及防止機械外力損傷直接破壞電力電纜。
      2、電力電纜附件
      電力電纜附件是指連接電纜與輸配電線路及相關配電裝置的產品,-般指電纜線路 中電纜的中間連接及終端連接,它與電纜一起構成電力輸送網絡;電纜附件主要是依據電纜結構的特性,既能恢復電纜的性能,又保證電纜長度的延長及終端的連接。
      電纜附件一般分為終端連接及中間連接,終端連接分為戶內終端和戶外終端, -般情況戶外終端是指露天電纜接頭,戶內終端是指室內連接電纜與電氣設備的接頭;中間連接分為直通式和絕緣式兩種?,F階段,電纜附件主要的產品種類有:熱縮式、預制式、冷縮式電纜附件。該3種方式都是以增加應力管、應力錐的方式來分散電場應力控制以達到電纜的運行,該制作方式可能產生雜質、氣隙和活動界面,影響電纜接頭的絕緣性能,無形中降低了電網運行的安全性和可靠性。
      電纜附件需要解決的最關鍵技術問題是處理電纜外半導層斷口處電場的集中,圖3為電纜切斷處電場等位線分布情況,電應力控制是對電纜附件內部的電場分布和電場強度實行控制,也就是采取適當的措施,使得電場分布和電場強度處于最佳狀態,從而提高電纜附件運行的可靠性和使用壽命。對終端運行可靠性影響最為嚴重是電場騎變,而電纜中間接頭電場睛變的影響,除了電纜外屏蔽切斷處,還有電纜末端絕緣切斷處。目前,主要有兩種解決辦法:一是采用參數型電場應力控制管,二是采用幾何型電場應力控制錐。
      電場應力控制管是一種采用介電常數為15~25、 體積電阻率為1010120.m的材料制作而成的軟管,圖4為電場應力控制管實物圖,圖5為電場應力控制管原理圖。將電場應力控制管套在外半導電斷口處,從而在斷口處形成一個不同介電常數的界面,使電力線在這個界面上產生折射,從而達到疏散電場應力的作用,但電場應力控制管所采用的高介電常數材料雖然在理論上介電常數是越高越好,但是介電常數過大引起的電容電流也會產生大量的熱量,從而促使應力控制材料考化,同時應力控制材料作為一種高分子多相結構復合材料,在材料本身配合上,介電常數與體積電阻率是對矛盾體,介電常數做得越高,體積電阻率相應就會降低,并且材料電氣參數的穩定性也常常受到各種因素的影響,在長時間電場中運行,溫度、外部環境變化都將使應力控制材料老化,老化后的應力控制材料的體積電阻率會發生很大的變化,體積電阻率變大,應力控制材料成了絕緣材料,起不到改善電場的作用,體積電阻率變小,應力控制材料成了導電材料,使電纜出現故障。
      電場應力控制錐是一種具有喇叭口幾何形狀的結構,通過模具制作成型,圖6為電場應力控制錐 實物圖,圖7為電場應力控制錐原理圖。電場應力控制錐搭接在電纜外半導電斷口處,和外¥導層同樣處于低電位位置相當于將外半導斷口處進行 延伸,使原本集中在外半導電斷口處的電力線會沿應力錐的幾何形狀進行均勻分布,改善電場分布,降低了電暈產生的可能性,減少了對絕緣的破壞,但增大了電纜的體積;因電場應力控制錐是在工廠用模具制作而成,冷縮式要先擴張而成,預制式現場擴張而成,改變了原設計尺寸, 支撐管早成造成產品內表不平整,造成產品的不穩定,不能完好解決電場分布,而出現事故。
      目前,電力電纜通常都是通過對中間連接管的壓接或螺絲緊固的栓接方式連接兩電力電纜的金屬線芯,以實現連接延長,并靠電場應力控制管或電場應力控制錐來控制徑向電場。但是,中間連接管的壓接或螺絲緊固的方式結構連接不牢固、容易斷裂、有異形、變形、不能成為同心圓且連接處尖角放電,氣際間隙大,物理機械性能小,徑向電場損耗大,發熱量大,嚴重影響了電力電纜的載流量及機械性能,而且連接施工繁瑣復雜;因熱縮、冷縮、預制式電纜附件產生間隙,內部存在氣隙,產生局部放電并蔓延擴大惡化,導致絕緣擊穿;吸潮或進水的現象,水分或潮的呼吸效應和電泳效應滲入中間接頭內部,界面電阻急劇下降,產生沿面放電;絕緣強度降低或老化,呈樹枝狀放電碳化,激發爬電擊穿等事故現象。通過電網運維部門多年數據分析及CL/T1576- 2016 (6~ 35電纜振蕩波局部放電測試方法》的現場檢測要求局部放電測試,得知電纜故障多發生于電纜中間接頭處,主要原因是電纜中間接頭制作工藝不合格導致絕緣性能不高,或電纜中間接頭密封性能不好導致電纜中間接頭受潮使絕緣擊穿。電纜附件比電纜本身的電場分布復雜得多,影響整體電纜系統安全可靠性的根源主要在于電纜附件。
      因此,電力市場急需要電纜模注熔接接X(CM)恢復電纜結構克服上述存在的問題。
CMJ技術內容/ Cmj Technical Content
      本技術的目的在于提供一種電纜熔融接頭技術 ,該電纜熔融接頭結構具有連接牢固、連接處導電率高,徑向電場損耗小,電能損耗小,載流量高,銅芯熔接,電纜可以彎曲,無需擔心電纜拖動造成影響,而且連接施工簡單快捷不占用市政用地的優點,完全恢復電纜主體結構,與電纜本體近似等徑,達到工廠生產水平。
      目前,國內外電纜接頭制作普遍采用熱縮、冷縮、預制方式,該3種方式都是增加以應力管、應力錐的方式來分散電場應力控制以達到電纜的運行,該制作方式可能產生雜質、氣隙和活動界面,影響電纜接頭的絕緣性能,無形中降低了電網運行的安全性和可靠性。電纜熔融接頭技術徹底解決了電纜附件與電纜絕緣之間配裝產生活動界面的根本性問題,能有效減少電纜線路及其中間接頭的故障,為電纜系統提供了更高的電氣穩定性和安全可靠性。電纜熔融接頭技術對電纜采用等直徑導體熔焊連接,內外屏蔽層、絕緣層都按照電纜結構予以恢復。
      電纜熔融接頭技術是一種新型的技術 ,該技術較普通的電纜中間接頭制作方式有諸多優點,它通過對電纜結構的"重新生成, -步步將電纜還原至新電纜狀態;應用該技術制作的電纜中間接頭,從表1分析,原銅芯17.36μQ.m比焊接銅芯電阻測量值為17.97μQ.m~+,電阻較小,且焊接前后的數據相近似,數據波動很小,引起的溫升對絕緣溫度的影響幾乎可以忽略,焊接銅芯直流電阻穩定性較高;從表2分析:銅芯焊接處的拉斷力與本體的比值為95% ,導體焊接銅芯的抗拉強度達到本體強度的94%以上,降幅較小,幾乎恢復原來的機械強度,能夠大幅度降低電纜中間接頭引起的線路故障頻率。
電纜模注熔接接頭
      電纜熔融技術通過線芯焊接、線芯打磨;電纜內半導體層熔融等徑恢復;主絕緣層熔融恢復,主絕緣層打磨.等徑恢復;外半導體層熔融等徑恢復、電纜外護套恢恢復等多重工序,才能將電纜恢復至房原來的樣子。該技術最大的優點在于利用熔融技術,把銅線芯、內屏蔽、主絕緣、外屏蔽熔融連接為一體,增強電纜防水、絕緣性能,延長電纜中間接頭壽命。按電纜原材料、主體結構與規格要求,采用擠包模注絕緣交聯工藝、將電纜屏蔽、于電纜本體的電場分布特性, 無附加的應力錐、應力絕緣與外屏蔽熔融結合,形成以致本體特性的無1 ↓ 纜,在銅芯電纜接頭處處理不好的話,會造成很大的安全隱惠;管結構、無界面氣隙的接頭全恢復概念。目前國網供電公司主網供配電電纜熔融接頭恢復電纜本體連接技術,處理后的接頭比銅電纜本身的導電性能、抗拉性能等都大有提升。
      電纜熔融技術的線芯焊接,結構設置簡單,操作方便,不需要外部電源和熱源,而且焊接成本低,以秒為計算單位的快速,焊接截面整體且不產生氣泡,模具重復使用200次以上,質量穩定可靠.非常適用于野外電纜線芯的焊接操作,適用銅芯與銅芯、鋁芯與鋁芯電纜之間的等芯及不等芯連接保護領域。
      通過電網運維部門多年數據分析及電纜振蕩波局部放電測試,電纜故障多發生與電纜中間接頭處,由于電纜中間接頭制作工藝不合格,絕緣性能不夠導致電纜中間接頭故障;若電纜中間接頭密封性能不好,導致電纜中間接頭受潮,絕緣擊穿。電纜附件比電纜本身的電場分布復雜得多, 其中影響整體電纜系統的安全可靠性,主要來自于電纜附件,CMJ恢復電纜本體的連接技術卻能徹底地解決,這種恢復電纜本體的CMJ技術是使電纜無接頭的概念。這技術的突破,將給高壓、超高壓電纜系統的安全運行,解決了海底電纜的軟接頭和正負直流電纜軟接頭的高端技術;此次采用新型的電纜熔接技術,將電纜各構造逐步恢復,達到絕對密封效果,亞歐電氣保證采用熔融技術制作的電纜中間接頭安全運行與電纜同壽命的時間不發生故障,為電網中電纜系統的安全可靠性提供了一個重大的技術躍,具有重大的現實的里程碑意義。
      電纜熔融技術通過線芯焊接、線芯打磨;電纜內半導體層熔融等徑恢復;主絕緣層熔融恢復,主絕緣層打磨,等徑恢復;外半導體層熔融等徑恢復,電纜外護套恢復等多重工序,才能將電纜恢復至原來的樣子。該技術最大的優點在于利用熔融技術,把銅線芯、內屏蔽、主絕緣、外屏蔽熔融連接為-體,增強電纜防水、絕緣性能,延長電纜中間接頭壽命。按電纜原材料、主體結構與規格要求,采用擠包模注絕緣交聯工藝,將電纜屏蔽、絕緣與外屏蔽熔融結合,形成一致本體特性的無需應力處理、無氣隙界面的電纜電場屏蔽體。CMJ的電場分布完全等同于電纜本體的電場分布特性,無附加的應力錐、應力管結構、無界面氣隙的接頭全恢復概念。目前國網供電公司主網供配電的電纜溝采用300mm或以上截面630mm銅芯電纜,在銅芯電纜接頭處處理不好的話,會造成很大的安全隱患;電纜熔融接頭恢復電纜本體連接技術,處理后的接頭比銅電纜本身的導電性能、抗拉性能等都大有提升。
設計原理/ Design Principle
      電纜在實際應用過程中的安全可靠性,遠比其所連接的電纜附件的安全可靠性要高得多, 從其結構原理而言,電纜本體由均稱厚度的絕緣層和內外半導電層、等直徑的導體而構成圓柱形的穩固的電纜主體,所以,結構的定制,使電纜的電性能,即電場分布更趨穩定、均勻,使電纜具有較高的電氣安全可靠性和較長的使用壽命;而CMJ即依據這一原理 ,在現場將電纜接頭處完全恢復原電纜本體結構制作,使CMJ與電纜連接后的電性能與電纜本體的電性能均等的高安全狀態。CMJ接頭處的電纜導體、內半導電層、主絕緣和外半導電層完全按照電纜的原始結構恢復本體, 無應力錐、應力管外來物件的組裝結構,使電纜接頭處成為完整的電纜而無接頭,實現恢復電纜本體結構的理念。CMJ所用絕緣料和半導電料與生產電纜的絕緣料和半導電料是完全相同材質, CMJ與電纜的結合在化學、物理性能和結構上具有良好的相融性和穩固性,熔融界面的熱性能、機械性能經大量實驗和檢測。均完全滿足標準要求;而在大里運行中的CMJ也更加體現了其優越的實用性。本技術按照電纜的銅芯、內屏蔽、絕緣、內屏蔽結構、規格、相同的屏蔽、絕緣材料現場制作,實現與原電纜以連續、等效匹配的電場屏蔽體,使屏蔽、絕緣無氣隙界面熔融結合,在結構上形成與電纜一致的整體而無明顯 的接頭形狀,絕緣強度與原電纜一致,具有更高的電氣絕緣性能與運行的耐久性,使電場分布與電場強度處于最佳的自然狀態,突出了CMJ電氣性能穩定、運行可靠。
設計特點/ Design Features
      CMJ與交聯電纜的特點是同理的 ,其在電性能上與所連接的電纜或更高的安全可靠性; CMJ的制作技術和工藝有別于電纜的生產環節,但實現的原理與生產過程所執行的標準是一致的; CMJ的絕緣水平、載流呈、機械特性、密封效果等性能完全滿足與其相配合的電纜要求,并可確保長期在惡劣環境下安全運行,完全符合國際IEC、國家GB的相關標準要求; CMJ還可根據用戶的不同需求,制作成與電纜絕緣相等徑的整體連接,如海底電纜接頭要求必須與所連接電纜相等徑的結構方式;從CMJ的結構形式上,與電纜的結構是一致的,無可活動的物件配裝,并有其絕緣接頭和直通接頭之分,以實現交叉互聯方式。
安全條件及環境/ Comparison Of Cable Intermediate Connections
      (1)必須具備220V電源、 工棚等施工條件。
      (2)安裝過程中,環境溫度應該在10C以上,相對濕度85%及以下;避免絕緣表面結露受潮,環境溫度偏低、濕度過大時應采取補救措施。
      (3)發現電纜進水、受潮,應采取補救措施,否則不能施工。
      (4)雨霧大風揚沙天氣必須在密閉工棚內施工。
      (5)為對專利技術的保護,僅對剝削電纜、線芯焊接完畢、主絕緣交聯成型完畢后,允許對產品觀看或拍照。
資質證書
      驗收要求及注意事項
      訂貨時請注明訂貨號及產品名稱型號;開箱后請按配套表清點配套產品;
      安裝使用前請仔細閱讀產品安裝工藝并嚴格按照工藝進行操作;批量庫存,產品防潮、防塵、防壓、防穿刺。
服務承諾
      ■服務上門,上門現場服務+電話咨詢或傳真;
      ■接到用戶反映后2小時內做出處理答復,緊急問題廣東省24小時內服務人員到達現場,廣東省外48小時內趕赴現場,產品終生服務;
      ■保證派出工作人員服從現場的各種規章制度,義務為客戶培訓操作及維護人員;及時向客戶提供合同或協議規定的全部技術資料;
      ■加強與用戶聯系,制訂用戶產品質量跟蹤信息,對產品進行回訪,確保產品長期安全運行;
      ■任何環節任何時候出現問題,以解決用戶問題為上,至始至終向用戶提供安全可靠、優質滿意的服務。
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