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核电站管道及设备保温材料分析
作者：许克凤 王凯 吴振峰 来源：《科技视界》2015年第08期
【摘 要】本文通过三起较典型的电缆冷缩终端炸裂事故的解剖及理论分析，总结事故原因，提出相应的工艺改善及提高措施，以求提高新制作电缆终端质量，提高电缆抗击过电压能力，延长电缆使用寿命。
【关键词】电缆；冷缩终端；终端炸裂；制作工艺 0 前言
交联聚乙烯电缆具有良好的电器性能和耐热性能、以及传输容量大，结构轻便，易于弯曲，附件接头简单，安装敷设方便，不受高度落差的，没有漏油和引起火灾的危险的优点，近年来10kV及35kV终端多为冷缩工艺制作，它以制作工艺简单，现场施工方便逐步取代了其他形式的电缆终端。电缆终端头的质量及制作工艺直接影响了电缆绝缘性能，本文针对三起较典型冷缩电缆终端事故理论分析事故原因，并提出制作工艺的工艺要点及注意事项。 1 电缆结构及冷缩电缆终端附件介绍
电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成，如图1所示。
图1 电缆结构图
（1）线芯：线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分。 （2）绝缘层：绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。
（3）屏蔽层：电力电缆一般有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。其中导体屏蔽层又称内屏蔽，包裹在线芯上，由半导体材料构成，它可以克服电晕及游离放电，使线芯与绝缘层之间有良好的过度，外部为主绝缘，主绝缘外部有半导体绝缘屏蔽层包裹，同时挤包一层0.1mm厚的软铜带，他们保护电缆，使之不能发生接地故障。
（4）保护层：保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。
冷缩电缆终端附件包括恒力弹簧、接地铜带、冷缩护套管、接线鼻子以及填充防水材料等，其作用如下：
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（1）恒力弹簧：恒力弹簧将接地铜带可靠的压在电缆的软铜带屏蔽层、作为电缆正常运行时电容电流的通路。
（2）冷缩护套管：冷缩护套管利用弹性体材料在工厂内预制成型，再经扩径、衬以塑料螺旋支撑物构成各种电缆附件的部件。其外表面为伞群结构、护套的下部做成锥形结构内部附有半导体绝缘层，电缆终端制作时、将电缆的软铜带铜屏蔽按照一定要求剥离，并作打磨防水等处理，最后将冷缩护套管安装在处理好的电缆上、其具有一定的防水及绝缘作用、并改善电缆终端的电场分布。
（3）填充、防水材料：填充材料填充电缆制作时造成的空隙。防水材料主要防止水进入电缆终端。
2 几起冷缩电缆终端头事故分析
2.1 冷缩电缆终端附件安装位置不当造成事故分析
某故障电缆在冷缩终端伞群下部软铜带恒力弹簧上部发生击穿，主绝缘烧毁如图2。 图2 电缆终端炸裂解剖图
从电缆制作工艺上看，此处为电缆半导体及软铜带剥去位置。电缆终端制作时，将电缆外护套、软铜带以及外半导体屏蔽层剥去一定长度，长度依次向内递减，软铜带剥去长度最长，此处电场分布与电缆绝缘层内电场分布状况有很大差异，突出表现在靠近金属护套边缘电场强度明显增强，具有较大的轴向分量，如图3。 图3 无应力锥时的电场分布
在电缆附件制作时，此处应用预制作的锥形套管覆盖，又称应力锥，应力锥内部有半导体层，这层半导体层通过冷缩工艺与电缆本身外半导体层连接起来，在锥面上绝缘厚度逐渐增加，绝缘表面的电场强度逐渐递减，疏散了电力线分布，提高了过度界面的游离电压，即应力锥改善电场分布作用，如图4。 图4 应力锥对电场的改善作用
从图中可以看出，无应力锥时软铜带屏蔽未覆盖区电场强度密集容易形成树状放电或者滑闪放电，绝缘相对薄弱，加入应力锥后此处绝缘加强，电场在应力锥的锥形结构作用下得到了改善，加强了此处绝缘，大大降低此处发生击穿的可能性。从故障电缆的解剖发现，应力锥的锥形结构位置不当，未覆盖软铜带末端，起不到改善此处电场的作用，此处为电缆工艺主要加工区，它是软铜带屏蔽、半导体屏蔽与主绝缘的交接区，且软铜带屏蔽以及半导体屏蔽存在切面以及打磨痕迹，这些地方在密集的电场作用下，局部放电量增大，严重破坏绝缘，且由于局
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部放电的高频特性产生的强烈介质损耗发热，而固体的击穿电压随温度升高而降低，综合作用下，最终导致绝缘击穿。 2.2 主绝缘受伤造成事故分析
某电缆击穿后，进行解剖，发现电缆冷缩套管覆盖的主绝缘有纵向的放电痕迹，从电缆线芯末端至屏蔽层延主绝缘表面形成放电通路。此放电通路是由于电缆在剥去半导体层是过深的刀痕造成，当主绝缘上存在过深的刀痕后，制作过程中打磨不到位，或者硅脂涂抹不均匀，导致在刀痕的缝隙中存在空气，水分，杂质等，由于气泡的介电常数接近于1，交变电场下气隙的场强比邻近固体介质中场强大的多，而起始游离电压比绝缘层小，所以在气隙中发生电离及局部放电，造成局部电场畸变、带电质点撞击气泡避造成绝缘物分解、局部温度升高以及气泡中由于电离产生的O3造成氧化腐蚀等，都降低了此处的绝缘性能。长期运行整个通道内绝缘降低电位升高，当与地电位之间的绝缘强度低于击穿电压时，发展为电缆接地故障。 2.3 屏蔽层受伤造成事故分析
某电缆的击穿部位发生在电缆终端的下部，对其进行解剖如图5。 图5 屏蔽层横向刀痕
在击穿处发现软铜带屏蔽及半导体层有深的横向刀伤痕迹，此刀伤痕迹在安装时与金属架接触，击穿就发生在刀伤痕迹与金属架之间。在刀伤处半导体屏蔽层与软铜带屏蔽层受到破坏，而半导体屏蔽层及软铜带的作用是将电场在电缆内部，此时刀伤处失去屏蔽电场的作用，电场在此处向外部发散，形成密集的电场，水分及杂质在刀痕中形成电解质溶液，在刀痕中畸变电场强度达到一定值时，电解质溶液中的离子在交变电场作用下反复冲击绝缘物质，使其发生疲劳损坏及化学分解，电解液随之渗透、扩散到绝缘层深处、，形成树枝或树叶状泄痕，又称水树枝，水树枝累计发展结合密集电场下局部放电对绝缘的损伤作用最终导致绝缘在此处击穿。
3 总结及改善措施
通过对上述几起电缆终端炸裂事故的分析，总结如下：
（1）在制作电缆终端时，应选择合适的环境，湿度过大或者灰尘等杂质过多时不宜进行。
（2）电缆终端制作剥去外护套、软铜带屏蔽及半导体屏蔽层时，应按照电缆终端附件及说明书的要求剥去合适的长度，保证三者之间有一定的梯度。
（3）软铜带的剪切面应整齐，并做打磨处理，避免终端附件冷缩时掺杂空气。半导体屏蔽层由于与主绝缘粘合较紧密，在剥去时注意刀痕，防止过多的损伤主绝缘，屏蔽层的切断处
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是应力比较集中的地方，这些地方场强比较强，因此此处的处理应使半导体屏蔽层切面整齐无毛刺。
（4）在主绝缘层未制作套管附件时，主绝缘上残留的半导体应充分打磨，绝缘层表面的刀痕也应做同样处理，保证主绝缘表面光滑无刀痕，冲洗后均匀涂抹硅脂，防止冷缩附件时带入空气等杂质。电缆终端的填充及防水措施应做好，使电缆终端无进水可能。
（5）填充电缆用的填充胶及防水胶应保证一定的厚度，且缠绕时保持一定的梯度，使附件冷缩时与填充胶紧密结合，保证电缆终端的密封性能。
（6）电缆冷缩套管在安装时，注意安装位置，应将冷缩套管的半导体层与电缆半导体层紧密连接，冷缩套管的应力锥部位按说明书安装，不可随意安装。
（7）电缆终端制作完成进行安装固定时，不可折弯电缆终端，避免由于外力使冷缩附件移位。电缆固定的卡子应位于电缆工艺的下部，不可与电缆冷缩附件有接触。 4 结语
通过对三起典型冷缩电缆终端事故的解剖分析，理论阐述电缆终端发生这三种事故的原因，结合冷缩电缆终端工艺制作的要求，提出在冷缩电缆终端工艺要点及注意事项，以求提高电缆终端制作工艺，提高电缆运行可靠性。 【参考文献】
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