高压交联电缆附件中保持橡胶预制应力锥与电缆绝缘的界面之间的紧压力应力对保证电缆附件电气强度是至关重要的因素。因此,预制型电缆附件必须确保它的橡胶预制应力锥与电缆的绝缘表面,在经过长期运行后,仍保持足够紧压力。
围绕着如何保持橡胶预制应力锥与电缆绝缘之间的界面应力,根据各国、各制造厂商技术发展的情况,采用了不同的措施,主要有三种基本结构:
(1)将橡胶预制应力锥机械扩张后套在电缆的绝缘上,这种结构的特点是应力锥直接套在电缆的绝缘上,依靠应力锥材料自身的弹性保持应力锥与电缆绝缘之间的界面上的应力和电气强度。欧美一些国家的电缆制造厂商,例如我国用户熟悉的瑞士BRUGC,意大利Pirelli s.p.a.,法国ALCATEL,德国AEG和SIMENS等公司以及我国沈 阳电缆厂,上海三原电缆附件公司的产品都属这种结构。
下图所示的国产户外终端产品是这种结构的典型。它的外绝缘是瓷套(GIS终端一般用环氧树脂套管)。 内绝缘是一个合成橡胶(硅橡胶或乙丙橡胶)预制应力锥,瓷套(或环氧树脂套管)内注入合成绝缘油。显然,这种结构简单。但是存在两个令人关心的技术问题:1、合成橡胶应力锥与浸渍油的相容性;2、在高电场和热场 作用下,预制的橡胶应力锥老化会引起界面压力的变化(松弛),从而降低电气强度。以上两个问题实际上就是一个材料问题,合适的材料既要使合成橡胶与浸油相容,又需确保良好的防老化性能。
( 2)采用弹簧压紧装置。这种结构的特点是在应力锥上增加一套机械弹簧装置以保持应力锥与电缆之间界面上的应力恒定(如下图所示),借以对付在高电场和热场作用下,橡胶应力锥老化后可能会引起界面压力的变化(松弛)。这种结构还有一个很重要的特点:从下图可以看到它的应力锥与浸渍油基本隔离,从而克服了应力锥材料溶涨的可能性。日本和韩国的电缆制造厂商采用了这种结构。我国XX 电缆附件公司的产品也是这种结构。图中所示的应力锥上增加弹簧装置的结构在设计上更周全。但是,结构复杂了,对制造和现场安装的要求都提高了,现场安装的时间也增加了,是目前国内电力系统大量采用的结构。
YJZGG-66kV气体绝缘密封GIS终端结构图
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上述三种结构各有所长,均达到了实用化水平。国内,都已经采用。
GIS终端和变压器终端的基本结构与各公司的户外终端相似。由于GIS是在全封闭环境下运行,可以免受大气条件和污秽的影响,加上SF6气体的良好绝缘特性,所以GIS终端的外绝缘采用环氧树脂套管,其尺寸比户外终端瓷套小得多。它的内绝缘用的应力锥和浸渍油与户外终端相似,分充油和干式两种。
IEC859标准规定了GIS终端与GIS设备的具体配合尺寸以及电缆制造厂与开关制造厂各自供货的范围。因此,按IEC859标准设计制造的GIS终端可以安装在任何厂制造的标准型GIS设备上。
变压器终端的结构与GIS终端很相似,制造厂商的这两种产品结构是相同的。
2、预制型中间接头
目前,110kV及以上交联电缆的预制型中间接头用得较多的有两种结构。
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中间接头中段绝缘和两端以弹簧压紧的橡胶预制应力锥组成的中间接头。应力锥靠弹簧支撑。接头内无需充气或浸渍油。上图所示为组装式预制型中间接头的基本结构。这种中间接头的主要绝缘都是在工厂内预制的,现场安装主要是组装工作。与绕包型和模塑型中间接头比较,对安装工艺的依赖性相对减少,但是由于在结构中采用多种不同材料制成的组件,所以有大量界面,这种界面通常是绝缘上的弱点,因此现场安装工作的难度比较高。由于中间接头绝缘由3段组成,因此在出厂时无法进行整体绝缘的出厂试验。这种中间接头是由一些日本电缆制造厂商、韩国电缆制造厂商相继开发成功的,国内个别用户曾经采用,但日趋减少。
(2)整体预制型(国外有称One piece joint)。将中间接头的半导电内屏蔽、主绝缘、应力锥和半导电外屏蔽在制造厂内预制成一个整体的中间接头预制件。与上述组装式预制型中间接头比较,它的材料是单一的橡胶,因此在不存在上述由于大量界面引起的麻烦。现场安装时,只要将整体的中间接头预制件套在电缆绝缘上即成。安装过程中,中间接头预制件和电缆绝缘的界面暴露的时间短,接头工艺简单,安装时间也缩短。由于接头绝缘是一个整体的预制件,接头绝缘可以做出厂试验来检验制造质量。这种接头是由欧美电缆制造厂商首先开发的,XX 电缆附件有限公司消化吸收、改进、自行研发成功,深受用户欢迎,在我国已普遍使用。下图所示为 132kV交联聚乙烯绝缘电缆用整体预制型中间接头的结构。
110kV中间绝缘接头结构图
110kV中间直通接头结构图