高压交联电缆接头制作工艺的改进与应用
川煤集团达竹公司金刚煤矿
左小云工作室 2014年1月12日
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高压交联电缆接头制作工艺的改进与应用
左小云
摘要：本课题介绍我矿在制作高压交联电缆中间接头和终端头工艺,降低高压交联电缆接头的故障率，保障矿井高压电缆的正常运行，促进矿井供电的安全可靠，最终达到了良好的经济效益和安全效益。 关键词：煤矿 高压交联电缆 制作工艺 技术应用
一、问题提出：
煤矿电力电缆头分为终端头和中间接头，按安装场所分有户内式和户外式；按电缆头制作安装材料分为干包式、环氧树脂浇注式和热缩式等三类。
（１）干包式电力电缆头制作安装．干包式电力电缆头使用塑料带包缠电缆头制作安装不采用填充剂，也不用任何壳体，因而具有体积小、重量轻、成本低和施工方便等优点，但只适用于户内低压（≤1kv）全塑或橡皮绝缘电力电缆。
（2）浇注式电力电缆头制作安装。浇注式电力电缆头是由环氧树脂外壳和套管，配以出线金具，经组装后浇注环氧树脂复合物而成。环氧树脂是一种优良的绝缘材料，特别是具有初始电性能好，机械强度高，成型容易，阻油能力强和粘接性优良等特点，因而获得广泛的使用。主要用于油浸纸绝缘电缆，分户内式、户外式两类，并区分浇注式电缆终端头和浇注式电缆中间接头，分高压（≤10kv）和低压（≤1kv）。
（3）热缩式电力电缆头制作安装。热缩式电力电缆头是由聚烯泾、
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硅酸胶和多种添加剂共混得到多相聚合物，经过γ射线或电子束等高能射线辐照而成的多相聚合物辐射交联热收缩材料，既电缆头是由辐射交联热收缩电缆附件制成的。热收缩电缆附件适用于0.5-10 KV交联聚乙烯电缆及各种类型的电缆头制作安装，应区分户内式、户外式和区分热缩式电缆终端头、热缩式电缆中间接头，以及区分高压（≤10kv）和低压（≤1kv）。
我矿原先使用的是油浸纸绝缘高压钢带铠装电缆，油浸纸绝缘高压钢带铠装电缆的终端和中间接头采用的是浇注式电力电缆头安装，这种电缆头制作工艺时间需八个小时，工艺繁锁，且电缆头制作工艺的技术要求严格，工人对制作技术不易掌握。近来，随着电力高压电缆的不断发展和更新，高压钢带铠装交联电缆代替了油浸纸绝缘高压电缆，高压钢带铠装交联电缆电缆头制作工艺从浇注式电力电缆头安装发展到热缩式电力电缆头制作安装。高压钢带铠装交联电缆是由电缆的外护套、金属铠装、内护套、填充物、铜屏蔽层、外半导层、绝缘层、内半导层、导体、线芯等组成。6.0/10-8.7/15KV三芯交联电缆(NSY,WSY)系列热缩型终端和中间头主要材料：绝缘三支套、绝缘管、应力管、编织铜线、填充胶、密封胶带、密封管、相色管、防雨裙。辅助材料：接线端子、焊锡、清洁剂、砂布、白布、汽油等组成。 热缩型终端头工艺流程： ⑴电缆的绝缘摇测。
⑵ 校直电缆。
⑶ 剥除电缆护套和钢铠。
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⑷ 焊接地线。
⑸ 绕包填充物。 ⑹ 绕包填充胶。
⑺安装分支护套; 加热时收缩温度为110～120℃。 调节喷灯火焰其呈黄色柔和火焰，谨防高温蓝色火焰，以避免烧伤热收缩材料。开始加热材料时，火焰要慢慢接近材料，在材料周围移动，均匀加热，并保持火焰朝着前进（收缩）方向预热材料。 火焰应螺旋状前进，保证管子沿周围方向充分均匀收缩。 ⑻ 剥铜屏蔽层和半导体屏蔽层。
⑼ 安装应力管。用清洁剂清理铜屏蔽层、半导电层、绝缘表面，确保表面无碳迹。然后，三相分别套入应力管，搭接铜屏蔽层20mm，热收缩时应沿径向环绕径向加热，防止局部温度过高，损伤材料，从应力管下端开始向上加热收缩固定。 ⑽ 压接线端子。
⑾ 安装绝缘管。清洁绝缘管，应力管和指套表面后，套入绝缘管至三叉根部（管上端超出填充胶10mm），热收缩时应沿径向环绕径向加热，防止局部温度过高，损伤材料，由根部起加热固定。 ⑿ 安装相色密封管：将相色密封管套在端子接管部位，先预热端子，由上端起加热固定。户内电缆头制作完毕。 ⒀ 安装三孔、单孔防雨裙。
从6.0/10-8.7/15KV三芯交联电缆(NSY,WSY)系列热缩型终端头的整个制作过程来分析，虽然时间缩短为三个小时，制作过程工艺比
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浇注式电力电缆头简化，对职工的技术素质和工艺要求低，经过简单培训就能胜任其技术工艺。我们经过对发生事故的电缆头的剖析，分析发现热缩工艺电缆头的制作过程中温度不易控制，造成电缆头绝缘层损伤和收缩不到位，存在薄弱点，在运行中，一旦发生电压波动，这些薄弱点就会发生击穿烧毁现象。因此，电缆头制作工艺存在问题是引发电缆头被击穿烧毁的重要原因。同时，热缩头制作受到环境和电压等级的限制，给矿井的安全生产带来不利。
二、原因分析：
首先,所有交联电缆头的设计原理都应遵循恢复电缆本体结构为原则。因此,就其接头的设计思想应符合中国的GB12706-4和IEC60502-4：1997的电气标准，并且必须要满足其电气、物理及化学性能，以确保电缆头长时间的正常运行及电器设备的安全运作。
电缆头的设计原理应满足与达到的要求：使电缆在任何自然环境下能够安全运行。为了实现这一点,就需要重视四大关键因素,即：密封、绝缘、电场、工艺、适用环境等要素,这也是解决电缆头的四大重要问题。
(1)密封：由于大部分的电缆头都是安装在户外架空,直埋或煤矿井下等恶劣环境里,因此防水及防潮气就成为确保电缆头安全运行的关键之一也就要考虑其密封性能及方法。目前密封的方法通常有两种：一种是用沥青或环氧树脂灌封的方法,这种方法工艺复杂,不好控制,也不利于维护;另一种新的方法也是目前国内、国外专业厂家首选的方法,就是使用高弹性的密封胶,其工艺简单、性能可靠、维护安装方便,
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这些独特优点也使之成为使用的主流。使用这种新方法,首先就是要考虑密封胶的性能。因为密封胶的质量和性能直接影响到接头的密封性能,选择一种即能和电缆体的表面、还能与附件材料表面黏结都很牢固的胶,同时还能满足在不同的温度变化环境里都能使用的胶是十分重要的。由于大气环境、电缆运行中负载高低产生的电缆热胀冷缩，即\"电缆呼吸\"所产生的绝缘之间的空隙,造成的击穿事故对电缆的安全运行极为不利，而热缩附件的最大缺点就是本身不具有弹性，不能与电缆同呼吸，故不能用于温差大、受气候环境影响大的工作环境。
⑵绝缘：电缆头的绝缘要求是应满足相与相之间绝缘和相对地的两大绝缘。热缩附件是多种复合材料混合而成，经辐照、加工具有热收缩功能。其单位绝缘指数为1.8-2.0kV/mm，因此设计厚度要比硅橡胶材料相对厚3-4mm单位,即： 15-16mm厚才可以达到运行要求。相对地得绝缘是防止电荷由高电位往低电位爬得安全距离。冷缩硅橡胶材料具有良好得弹性,只要设计合理,其强大的回弹性既有足够的抱紧力。无论环境发生热胀或冷缩,冷缩附件都保证紧紧抱着电缆被抱的部位。这样就防止水和潮气的吸入,爬电距离就得到很好的保证,同时全冷缩电缆头的内爬距离在理论上只要70mm就足够了,处于更安全的考虑,仍然设计运行距离为90MM。热缩电缆头的收缩温度为100℃-140 ℃，只有在安装时，温度才可以满足它的收缩条件。当温度低时,由于电缆的热膨胀系数与热缩材料的膨胀系数不同,完全有可能在80 ℃以下的环境产生脱层,因此出现裂缝。这样水和潮气就会在呼吸的作用下进入,从而破坏系统的绝缘。但环境的条件发生变化时,由于
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没有硅橡胶那样的弹性,所以也会给安全带来影响,这就是热缩材料的缺点。
⑶电场：热缩电缆头的电场处理方法是用线性参数法改变电场的布,必须依靠两个重要参数：a体积电阻, 108-11Ω； b介电常数为25；由于其生产工艺复杂,受环境因素变化大，所队难以控制参数的稳定,因此对产品的质最稳定就会产生影响。
⑷工艺：热缩头工艺受制作人员水平的影响比较大，制作人员加热时候温度掌握不均匀和加热的程度掌握不好会导致绝缘管收缩薄厚不均匀、烧焦绝缘管和收缩过程中出现气泡，甚至有的部分根本没收缩，导致了收缩厚薄不均，大大的影响了绝缘管的绝缘性，这样很容易导致绝缘薄弱和缺陷的地方容易出现击穿等问题。
⑸ 适用环境：热缩头工艺在加工过程中要使用喷灯等明火设备，在禁止使用明火等热源的地方，如石化、化工和煤矿井下使用喷灯等明火设备，增加了危险，可能导致严重事故；同时热缩头不能用于温差大、受气候环境影响大的条件，热缩电缆附件固有的缺点使得热缩电缆的附件长时间徘徊在35KV电压等级以下的应用，而在35KV电压等级，热缩电缆附件已经成了电缆运行中经常发生事故的重要原因。
在现代变、配电工程中,高压三芯交联电缆终端和中间头制作质量关系到供电安全运行,也影响整根电缆的使用寿命。 2013年以来我矿逐步将热缩电缆头改为冷缩电缆头，适应了企业的发展，降低了电缆故障率，保证了供电的可靠性。冷缩电缆头运行可靠，制作工艺简单，施工时间短，大大缩短了事故处理时间，保证了煤矿的安全生产和供电安全。
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三、实施过程
硅橡胶全冷缩三芯户内/户外电缆终端和中间接头绝缘管全部采用硅橡胶管材料制成。硅橡胶按硫化温度和使用特征分为高温硫化或热硫化（HTV）和室温硫化（RTV）硅橡胶两大类。硅橡胶冷缩材料是一种新型的高科技材料，其制造原理利用了橡胶拉伸后自动复原的特征；先制备硅胶胶管和部件，将其扩张并嵌入支撑物，应用时将支撑物抽出，橡胶管就自动自位收缩在被包覆的物体上。相对热缩材料的加热收缩的工艺过程，硅橡管的自动复位因收缩过程中无需加热手段称为“冷收缩”，这一类材料称为“冷收缩材料”，简称“冷缩材料”。冷缩材料广泛用于电力电缆接头、化工管道防腐、电子电器绝缘、汽车及铁路客车机车线束接头保护等需要绝缘、密封及防腐的应用场合。8.7/15KV硅橡胶全冷缩电缆户内/外终端和中间头主要材料：冷缩三指套、冷缩绝缘管、冷缩密封管、冷缩电缆终端、恒力弹簧、钢铠接地线、铜屏蔽接地线、相色带、KCJ-20绝、缘自粘带应力管、BD-20半导电带、填充胶、防水密封胶、相色管、防雨裙。辅助材料：清洁巾、焊锡、硅脂、砂纸、工作手套、卷尺、创可贴、安装说明书等组成。
冷缩电缆头制作的基本工艺流程 1、剥外护套
将电缆校直、擦净。剥去从安装位置到接线端子的外护套（可将恒力弹簧暂时绕在外护套切断处，以方便剥去外护套）。
2、锯钢铠
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暂用恒力弹簧顺钢铠将钢铠扎住，然后顺钢铠包紧方向锯一环形深痕，（不要锯断第二层钢铠，防止伤到电缆），用一字螺丝刀撬起（钢铠边断开），再用钳子拉下并转松钢铠，脱出钢铠带，处理好锯断处的毛刺。整个过程都要顺钢铠包紧方向，不能让电缆上的钢铠松脱。
3、剥内护套：关键点：防止划伤铜屏蔽留钢铠30mm、内护套10mm，并用扎丝或PVC带缠绕钢铠以防松散。铜屏蔽端头用PVC带缠紧，以防松散和划伤冷缩管。
4、安装钢铠接地线将三角垫锥用力塞入电缆分岔处，除去钢铠上的油漆、铁锈，用大恒力弹簧将钢铠地线固定在钢铠上。为固定牢固，地线应预留10～20mm反折，再用恒力弹簧缠绕。，恒力弹簧缠绕一圈后，把预留部分
5、缠填充胶自断口以下50mm至整个恒力弹簧、钢铠及内护层，用填充胶缠绕两层，三岔口处多缠一层，这样做出的冷缩指套饱满充
6、固定铜屏蔽接地线
将一端分成三股的地线分别用三个小恒力弹簧固定在三相铜屏蔽上，缠好后尽量把弹簧往里推。将钢铠地线与铜屏蔽地线分开，不要短接。
7、安装冷缩三指套冷缩直管
3芯分支：（按电缆附件说明书的要求进行）
8、安装冷缩护套管：（按电缆附件说明书的要求进行） 可在填充胶及小恒力弹簧外缠一层黑色自粘带，使冷缩指套内的
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塑料条易于抽出。将指端的三个小支撑管略微拽出一点(从里看和指根对齐)，再将指套套入尽量下压，逆时针将端塑料条抽出。清洁屏蔽层后，在指套端头往上100mm之内缠绕PVC带，将冷缩管套至指套根部，逆时针抽出塑料条，抽时用手扶着冷缩管末端，定位后松开，不要一直攥着未收缩的冷缩管，根据冷缩管端头到接线端子的距离切除或加长冷缩管或切除多余的线芯。 9、剥铜屏蔽层 在电缆芯线分叉处做好色相标记，按电缆附件说明书，正确测量好铜屏蔽层切断处位置，（用PVC带包一下，防止铜屏蔽层松开），或在切断处内侧用铜丝扎紧，顺铜带扎紧方向沿铜丝用刀划一浅痕 （注意不能划破半导体层！），慢慢将铜屏蔽带撕下，最后顺铜带扎紧方向解掉铜丝。 分支手套10、剥外半导电层 半导电应力管 半导电层应力疏散胶屏蔽铜带主绝缘在离铜带断口10-20mm处（以说明书规定尺寸为准）为外半导电层断口，断口内侧包一圈胶带作标记。 ①可剥离型外半导电层处理方法，用刀划一环痕，从环痕向未端10
划两条竖痕，间距约10mm。然后将些条形半导电层从未端向环形痕方向撕下（注意，不能拉起环痕内侧的半导电层！），用刀划痕时不应损伤绝缘层，半导电层断口应整齐。检查主绝缘层表面有无刀 痕和残留的半导电材料，如有应清理干净。
②不可剥离型外半导电层处理方法
从芯线未端开始用玻璃刮掉半导电层（也可用专用刀具），在断口处刮一斜坡，断口要整齐，主绝缘层表面不应留半导电材料，且表面应采用砂带打磨光滑。（35kV电缆的外屏蔽多为不可剥离型）
11、安装接线端子
测量好电缆固定位置和各相引线所需长度，锯掉多余的引线。测量接线端子压接芯线的长度，按尺寸剥去主绝缘层，压接线端子。锉除接线端子压接毛刺、棱角，并清洗干净。
12、清洁主绝缘层表面
用专用清洁剂擦净主绝缘表面的污物，清洁时注意应从绝缘端擦向外半导层端，一般不要反向擦，以免将半导电物质带到主绝缘层表面。
13、安装冷缩电缆终端管
用填充胶将端子压接部位的间隙和压痕缠平。将冷缩管终端套入电缆线芯并和限位线对
四、使用效果
由于硅橡胶全冷缩三芯户内/户外电缆终端和中间接头绝缘管全
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部采用硅橡胶管材料制成，硅橡胶管冷缩材料同热缩材料相比，应用于电力绝缘技术具有更新换代的作用，其先进性有两点。一是材料上更先进。制造热缩材料的高分子材料是聚乙烯塑料，缺点是刚度大，耐热性差，界面之间压力小，易于环境开裂，不耐气候老化等；硅橡胶是一种优异的绝缘材料，其特点是柔韧性和耐热性好，可达F级绝缘水平，能提供持久的界面压力，憎水性好，耐气候老化优异。二是收缩技术先进，由于热缩材料需加热动火，会对绝缘层造成损伤，并在某些场合应用时受限。而冷缩材料无需动火，特别适合煤矿井下等场合作业。冷缩硅橡胶电缆接头具有良好得弹性,,其冷缩硅橡胶强大的回弹性既有足够的抱紧力，无论环境发生热胀或冷缩,冷缩附件都保证紧紧抱着电缆被抱的部位。这样就防止水和潮气的吸入,安全的内爬电距离就得到很好的保证。这种硅橡胶冷缩附件具有良好的\"弹性\可以避免由于大气环境、电缆运行中负载高低产生的电缆热胀冷缩，即\"电缆呼吸\"所产生的绝缘之间的空隙,造成的击穿事故。
我矿从2013年采用高压电缆冷缩技术后，工艺简单，制作时间短，绝缘水平高，施工过程杜绝明火，确保煤矿的安全供电和井下的安全生产。
全冷缩与热缩型电力电缆附件的综合性能对比表 材料 弹性 结构
热缩电力电缆附件 橡塑材料 差 电应力控制管外绝缘保护管12
全冷缩电力电缆附件 硅橡胶 好 应力锥、外绝缘保
及伞裙等单独制作配套施工 地线连接 收缩方法 电场控制 局部放电 施工空间要求 施工速度
护管及伞裙为一体 采用恒力弹簧、无需焊接 抽取芯线 几何应力锥 小 空间要求低 快 需焊接 用火加热 参数应力管 大 空间要求大 慢 五、硅冷缩橡胶管示意图和硅橡胶全冷缩终端头示意图
硅冷缩橡胶管示意图
硫化硅橡胶管硫化硅橡胶管扩张状态嵌入聚乙稀绝缘骨架抽出方向冷缩硅橡胶成品硅橡胶管自动复位
硅橡胶全冷缩终端头示意图
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