淺談交聯(lián)電纜接頭故障原因及對策
一 交聯(lián)電纜接頭運(yùn)行狀況
6-10KV高壓動力電纜在水利工程和電力系統(tǒng)運(yùn)用非常廣泛,其完好的接頭和附件對機(jī)電設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行和供電安全是非常重要的。設(shè)計(jì)良好、施工合理的電纜接頭,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明,在大多數(shù)情況下是可以長期使用的。但交聯(lián)電纜由于載流能力強(qiáng),電流密度大,對導(dǎo)體連接質(zhì)量要求就更為嚴(yán)格。對接頭所要求機(jī)械的電氣的條件日益從嚴(yán)越來越高,特別是6-10KV電動機(jī)電纜,各種接頭將經(jīng)受很大的熱應(yīng)力和較高激烈程度與持續(xù)時(shí)間的短路電流的影響。所以說交聯(lián)電纜附件也不是附屬的,更不是次要的部件 ,它與電纜是同等重要,必不可少的部件,也是與安全運(yùn)行密切相關(guān)的關(guān)鍵產(chǎn)品。交聯(lián)電纜在國外已普遍應(yīng)用,國內(nèi)廣泛采用雖然僅10余年,目前還存在一些問題,但隨著技術(shù)的發(fā)展,附件的配套,質(zhì)量的提高,工藝的完善,交聯(lián)電纜已有替代油紙電纜的趨勢具有廣闊、深遠(yuǎn)的發(fā)展前景。
二 交聯(lián)電纜接頭故障原因分析
由于電纜附件種類、形式、規(guī)格較多;質(zhì)量參差不齊;施工人員技術(shù)水平高低不等;電纜接頭運(yùn)行方式和條件各異,致使交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障的原因各不相同。由于交聯(lián)電纜與油紙電纜的介質(zhì)不同,接頭發(fā)生故障的原因有很大的差異,油紙電纜接頭發(fā)生故障主要是絕緣影響,而交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障主要是導(dǎo)體連接。交聯(lián)電纜允許運(yùn)行溫度高,對電纜接頭就提出了更高的要求,使接頭發(fā)熱問題就顯得更為突出。接觸電阻過大、溫升加快、發(fā)熱大于散熱促使接頭的氧化膜加厚,又使接觸電阻更大,溫升更快。如此惡性循環(huán),使接頭的絕緣層破壞,形成相間短路,引起爆炸燒毀。造成接觸電阻增大的原因有以下幾點(diǎn)。
1、工藝不佳。主要是指電纜接頭施工人員在導(dǎo)體連接前后的施工工藝。
(1)連接金具接觸面處理不佳。無論是接線端子或連接管,由于生產(chǎn)或保管的條件影響,管體內(nèi)壁常有雜質(zhì)、毛刺和氧化層存在,這是不為人們重視的缺陷,但對導(dǎo)體連接質(zhì)量的影響,頗為嚴(yán)重。特別是鋁表面極易生成一層堅(jiān)硬而又絕緣的氧化鋁薄膜,使鋁導(dǎo)體的連接要比銅導(dǎo)體的連接增加不少麻煩,工藝技術(shù)的嚴(yán)格性也要高得多。造成連接(壓接、焊接和機(jī)械連接)發(fā)熱的主要原因,除機(jī)具、材料性能因素外,關(guān)鍵是工藝技術(shù)和責(zé)任心。施工人員不了解連接機(jī)理,沒有嚴(yán)格按工藝要求操作,就會造成連接處達(dá)不到電氣和機(jī)械強(qiáng)度。運(yùn)行證明當(dāng)壓接金具與導(dǎo)線的接觸表面愈清潔,在接頭溫度升高時(shí),所產(chǎn)生的氧化膜就愈薄,接觸電阻就愈小。
(2)導(dǎo)體損傷。交聯(lián)絕緣層強(qiáng)度較大剝切困難,環(huán)切時(shí)施工人員用電工刀左劃右切,有時(shí)干脆用鋼鋸環(huán)切深痕,往往掌握不好而使導(dǎo)線損傷。剝切完畢雖然不很嚴(yán)重,但在線芯彎曲和壓接蠕動時(shí),會造成受傷處導(dǎo)體損傷加劇或斷裂,壓接完畢不易發(fā)現(xiàn),因截面減小而引起發(fā)熱嚴(yán)重。
(3)導(dǎo)體連接時(shí)線芯不到位。導(dǎo)體連接時(shí)絕緣剝切長度要求壓接金具孔深加5mm,但因產(chǎn)品孔深不標(biāo)準(zhǔn),易造成剝切長度不夠,或因壓接時(shí)串位使導(dǎo)線端部形成空隙,僅靠金具壁厚導(dǎo)通,致使接觸電阻增大,發(fā)熱量增加。
2、壓力不夠?，F(xiàn)今有關(guān)資料在制作接頭工藝及標(biāo)準(zhǔn)圖中只提到電纜連接時(shí)每端的壓坑數(shù)量,而沒有詳述壓接面積和壓接深度。施工人員按要求壓夠壓坑數(shù)量,效果如何無法確定。不論是哪種形式的壓力連接,接頭電阻主要是接觸電阻,而接觸電阻的大小與接觸力的大小和實(shí)際接觸面積的多少有關(guān),與使用壓接工具的出力噸位有關(guān)。造成導(dǎo)體連接壓力不夠的主要原因有以下3點(diǎn)。
(1)壓接機(jī)具壓力不足。近年壓接機(jī)具生產(chǎn)廠家較多,管理混亂,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),特別是近年生產(chǎn)的機(jī)械壓鉗,壓坑不僅窄小,而且壓接到位后上下壓模不能吻合;還有一些廠家購買或生產(chǎn)國外類型壓鉗,由于執(zhí)行的是國外標(biāo)準(zhǔn),與國產(chǎn)導(dǎo)線標(biāo)稱截面不適應(yīng),壓接質(zhì)量難保證。
(2)連接金具空隙大?，F(xiàn)在交聯(lián)電纜接頭多數(shù)單位使用的連接金具,還是油紙電纜按扇型導(dǎo)線生產(chǎn)的端子和壓接管。從理論上講圓型和扇型線芯的有效截面是一樣的,但從運(yùn)行實(shí)際比較,二者的壓接效果相差甚大。由于交聯(lián)電纜導(dǎo)體是緊絞的圓型線芯,與常用的金具內(nèi)徑有較大的空隙壓接后達(dá)不到足夠的壓縮力。接觸電阻與施加壓力成反比,因此將導(dǎo)致增大。
(3)假冒偽劣產(chǎn)品質(zhì)量差。假冒偽劣金具不僅材質(zhì)不純,外觀粗糙,壓后易出現(xiàn)裂紋,而且規(guī)格不準(zhǔn),有效截面與正品相差很大,根本達(dá)不到壓接質(zhì)量要求,在正常情況下運(yùn)行發(fā)熱嚴(yán)重,負(fù)荷稍有波動必然發(fā)生故障。3、截面不足 將交聯(lián)電纜與油紙電纜的允許載流量,在環(huán)境溫度為25℃時(shí),進(jìn)行比較得出的結(jié)論是:ZQ2—3×240油紙銅芯電纜可用YJV22-3×150交聯(lián)銅芯電纜替代。因?yàn)閅JV22-3×150交聯(lián)電纜的允許載流量為476A;而ZQ2-3×240油紙電纜的允許載流量為420A,還超出56A。ZLQ2-3×240可用YJLV22-31×50替代,因?yàn)榻宦?lián)3×150鋁芯電纜的載流量為364A,而油紙3×240鋁芯電纜的載流量才320A,交聯(lián)電纜還超出44A。如果用允許載流量計(jì)算,150mm2交聯(lián)電纜與240mm2油紙電纜基本相同,或者說150mm2交聯(lián)電纜應(yīng)用240mm2的金具連接才能正常運(yùn)行。由此可見連接金具截面不足將是交聯(lián)電纜接頭發(fā)熱嚴(yán)重的一個(gè)重要原因。4、散熱不好。繞包式接頭和各種澆鑄式接頭,不僅繞包絕緣較電纜交聯(lián)絕緣層為厚,而且外殼內(nèi)還注有混合物,就是最小型式的熱縮接頭,其絕緣和保護(hù)層還比電纜本體增加一倍多。這樣無論何種型式的接頭均存在散熱難度。現(xiàn)行各種接頭的絕緣材料耐熱性能較差,J-20橡膠自粘帶正常工作溫度不超過75℃;J-30也才達(dá)90℃;熱縮材料的使用條件為-50～100℃。當(dāng)電纜在正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí),接頭內(nèi)部的溫度可達(dá)100℃ ,當(dāng)電纜滿負(fù)荷時(shí),電纜芯線溫度達(dá)到90℃,接頭溫度會達(dá)140℃左右,當(dāng)溫度再升高時(shí),接頭處的氧化膜加厚,接觸電阻隨之加大,在一定通電時(shí)間的作用下,接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物,導(dǎo)致故障發(fā)生。綜上所述增加連接金具接點(diǎn)的壓力、降低運(yùn)行溫度、清潔連接金屬材料的表面、改進(jìn)連接金具的結(jié)構(gòu)尺寸、選用優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的附件、嚴(yán)格施工工藝是降低接觸電阻的幾個(gè)關(guān)鍵因素。
三 提高交聯(lián)電纜接頭質(zhì)量的對策
由于交聯(lián)電纜接頭所處的環(huán)境和運(yùn)行方式不同,所連接的電氣設(shè)備及位置不同,電纜附件在材質(zhì),結(jié)構(gòu)及安裝工藝方面有很大的選擇余地,但各類附件所具備的基本性能是一致的,所以應(yīng)加強(qiáng)以下幾點(diǎn)措施來提高接頭質(zhì)量。(1)必須選用技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、質(zhì)量可靠、能適應(yīng)所使用的環(huán)境和條件的電纜附件。對假冒偽劣產(chǎn)品必須堅(jiān)決抵制,對新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品應(yīng)重點(diǎn)試驗(yàn),不斷總結(jié)提高,逐年逐步推廣應(yīng)用。(2)采用材質(zhì)優(yōu)良、規(guī)格、截面符合要求,能安全可靠運(yùn)行的連接金具。對于接線端子,應(yīng)盡可能選用堵油型,因?yàn)檫@種端子一般截面較大,能減小發(fā)熱,而且還能有效的解決防潮密封。連接管應(yīng)采用紫銅棒或1#鋁車制加工,規(guī)格尺寸應(yīng)同交聯(lián)電纜線芯直徑配合為好。近年長沙和沈陽電纜廠附件廠提供的交聯(lián)電纜接頭用壓接管,使用效果較好。(3)選用壓接噸位大、模具吻合好,壓坑面積足,壓接效果能滿足技術(shù)要求的壓接機(jī)具。做好壓接前的界面處理,并涂敷導(dǎo)電膏。(4)培訓(xùn)技術(shù)有素、工藝熟練、工作認(rèn)真負(fù)責(zé),能勝任電纜施工安裝和運(yùn)行維護(hù)的電纜技工。提高施工人員對交聯(lián)電纜的認(rèn)識,增強(qiáng)對交聯(lián)電纜附件特性的了解,研究技術(shù),改進(jìn)工藝,制定施工規(guī)范,加強(qiáng)質(zhì)量控制,保證安全運(yùn)行。由于交聯(lián)電纜推廣應(yīng)用時(shí)間較短,電纜附件品種雜亂,施工人員技術(shù)水平高低不等,加之接頭的接觸力和實(shí)際接觸面積是隨著接頭在運(yùn)行中所處的各種不同的運(yùn)行條件而在變化,所以交聯(lián)電纜各種接頭發(fā)生故障的原因也就各不相同,除發(fā)熱問題外,對于密封問題、應(yīng)力問題、聯(lián)接問題、接地問題等引起的接頭故障也應(yīng)予以重視。
6-10KV高壓動力電纜在水利工程和電力系統(tǒng)運(yùn)用非常廣泛,其完好的接頭和附件對機(jī)電設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行和供電安全是非常重要的。設(shè)計(jì)良好、施工合理的電纜接頭,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明,在大多數(shù)情況下是可以長期使用的。但交聯(lián)電纜由于載流能力強(qiáng),電流密度大,對導(dǎo)體連接質(zhì)量要求就更為嚴(yán)格。對接頭所要求機(jī)械的電氣的條件日益從嚴(yán)越來越高,特別是6-10KV電動機(jī)電纜,各種接頭將經(jīng)受很大的熱應(yīng)力和較高激烈程度與持續(xù)時(shí)間的短路電流的影響。所以說交聯(lián)電纜附件也不是附屬的,更不是次要的部件 ,它與電纜是同等重要,必不可少的部件,也是與安全運(yùn)行密切相關(guān)的關(guān)鍵產(chǎn)品。交聯(lián)電纜在國外已普遍應(yīng)用,國內(nèi)廣泛采用雖然僅10余年,目前還存在一些問題,但隨著技術(shù)的發(fā)展,附件的配套,質(zhì)量的提高,工藝的完善,交聯(lián)電纜已有替代油紙電纜的趨勢具有廣闊、深遠(yuǎn)的發(fā)展前景。
二 交聯(lián)電纜接頭故障原因分析
由于電纜附件種類、形式、規(guī)格較多;質(zhì)量參差不齊;施工人員技術(shù)水平高低不等;電纜接頭運(yùn)行方式和條件各異,致使交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障的原因各不相同。由于交聯(lián)電纜與油紙電纜的介質(zhì)不同,接頭發(fā)生故障的原因有很大的差異,油紙電纜接頭發(fā)生故障主要是絕緣影響,而交聯(lián)電纜接頭發(fā)生故障主要是導(dǎo)體連接。交聯(lián)電纜允許運(yùn)行溫度高,對電纜接頭就提出了更高的要求,使接頭發(fā)熱問題就顯得更為突出。接觸電阻過大、溫升加快、發(fā)熱大于散熱促使接頭的氧化膜加厚,又使接觸電阻更大,溫升更快。如此惡性循環(huán),使接頭的絕緣層破壞,形成相間短路,引起爆炸燒毀。造成接觸電阻增大的原因有以下幾點(diǎn)。
1、工藝不佳。主要是指電纜接頭施工人員在導(dǎo)體連接前后的施工工藝。
(1)連接金具接觸面處理不佳。無論是接線端子或連接管,由于生產(chǎn)或保管的條件影響,管體內(nèi)壁常有雜質(zhì)、毛刺和氧化層存在,這是不為人們重視的缺陷,但對導(dǎo)體連接質(zhì)量的影響,頗為嚴(yán)重。特別是鋁表面極易生成一層堅(jiān)硬而又絕緣的氧化鋁薄膜,使鋁導(dǎo)體的連接要比銅導(dǎo)體的連接增加不少麻煩,工藝技術(shù)的嚴(yán)格性也要高得多。造成連接(壓接、焊接和機(jī)械連接)發(fā)熱的主要原因,除機(jī)具、材料性能因素外,關(guān)鍵是工藝技術(shù)和責(zé)任心。施工人員不了解連接機(jī)理,沒有嚴(yán)格按工藝要求操作,就會造成連接處達(dá)不到電氣和機(jī)械強(qiáng)度。運(yùn)行證明當(dāng)壓接金具與導(dǎo)線的接觸表面愈清潔,在接頭溫度升高時(shí),所產(chǎn)生的氧化膜就愈薄,接觸電阻就愈小。
(2)導(dǎo)體損傷。交聯(lián)絕緣層強(qiáng)度較大剝切困難,環(huán)切時(shí)施工人員用電工刀左劃右切,有時(shí)干脆用鋼鋸環(huán)切深痕,往往掌握不好而使導(dǎo)線損傷。剝切完畢雖然不很嚴(yán)重,但在線芯彎曲和壓接蠕動時(shí),會造成受傷處導(dǎo)體損傷加劇或斷裂,壓接完畢不易發(fā)現(xiàn),因截面減小而引起發(fā)熱嚴(yán)重。
(3)導(dǎo)體連接時(shí)線芯不到位。導(dǎo)體連接時(shí)絕緣剝切長度要求壓接金具孔深加5mm,但因產(chǎn)品孔深不標(biāo)準(zhǔn),易造成剝切長度不夠,或因壓接時(shí)串位使導(dǎo)線端部形成空隙,僅靠金具壁厚導(dǎo)通,致使接觸電阻增大,發(fā)熱量增加。
2、壓力不夠?，F(xiàn)今有關(guān)資料在制作接頭工藝及標(biāo)準(zhǔn)圖中只提到電纜連接時(shí)每端的壓坑數(shù)量,而沒有詳述壓接面積和壓接深度。施工人員按要求壓夠壓坑數(shù)量,效果如何無法確定。不論是哪種形式的壓力連接,接頭電阻主要是接觸電阻,而接觸電阻的大小與接觸力的大小和實(shí)際接觸面積的多少有關(guān),與使用壓接工具的出力噸位有關(guān)。造成導(dǎo)體連接壓力不夠的主要原因有以下3點(diǎn)。
(1)壓接機(jī)具壓力不足。近年壓接機(jī)具生產(chǎn)廠家較多,管理混亂,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),特別是近年生產(chǎn)的機(jī)械壓鉗,壓坑不僅窄小,而且壓接到位后上下壓模不能吻合;還有一些廠家購買或生產(chǎn)國外類型壓鉗,由于執(zhí)行的是國外標(biāo)準(zhǔn),與國產(chǎn)導(dǎo)線標(biāo)稱截面不適應(yīng),壓接質(zhì)量難保證。
(2)連接金具空隙大?，F(xiàn)在交聯(lián)電纜接頭多數(shù)單位使用的連接金具,還是油紙電纜按扇型導(dǎo)線生產(chǎn)的端子和壓接管。從理論上講圓型和扇型線芯的有效截面是一樣的,但從運(yùn)行實(shí)際比較,二者的壓接效果相差甚大。由于交聯(lián)電纜導(dǎo)體是緊絞的圓型線芯,與常用的金具內(nèi)徑有較大的空隙壓接后達(dá)不到足夠的壓縮力。接觸電阻與施加壓力成反比,因此將導(dǎo)致增大。
(3)假冒偽劣產(chǎn)品質(zhì)量差。假冒偽劣金具不僅材質(zhì)不純,外觀粗糙,壓后易出現(xiàn)裂紋,而且規(guī)格不準(zhǔn),有效截面與正品相差很大,根本達(dá)不到壓接質(zhì)量要求,在正常情況下運(yùn)行發(fā)熱嚴(yán)重,負(fù)荷稍有波動必然發(fā)生故障。3、截面不足 將交聯(lián)電纜與油紙電纜的允許載流量,在環(huán)境溫度為25℃時(shí),進(jìn)行比較得出的結(jié)論是:ZQ2—3×240油紙銅芯電纜可用YJV22-3×150交聯(lián)銅芯電纜替代。因?yàn)閅JV22-3×150交聯(lián)電纜的允許載流量為476A;而ZQ2-3×240油紙電纜的允許載流量為420A,還超出56A。ZLQ2-3×240可用YJLV22-31×50替代,因?yàn)榻宦?lián)3×150鋁芯電纜的載流量為364A,而油紙3×240鋁芯電纜的載流量才320A,交聯(lián)電纜還超出44A。如果用允許載流量計(jì)算,150mm2交聯(lián)電纜與240mm2油紙電纜基本相同,或者說150mm2交聯(lián)電纜應(yīng)用240mm2的金具連接才能正常運(yùn)行。由此可見連接金具截面不足將是交聯(lián)電纜接頭發(fā)熱嚴(yán)重的一個(gè)重要原因。4、散熱不好。繞包式接頭和各種澆鑄式接頭,不僅繞包絕緣較電纜交聯(lián)絕緣層為厚,而且外殼內(nèi)還注有混合物,就是最小型式的熱縮接頭,其絕緣和保護(hù)層還比電纜本體增加一倍多。這樣無論何種型式的接頭均存在散熱難度。現(xiàn)行各種接頭的絕緣材料耐熱性能較差,J-20橡膠自粘帶正常工作溫度不超過75℃;J-30也才達(dá)90℃;熱縮材料的使用條件為-50～100℃。當(dāng)電纜在正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí),接頭內(nèi)部的溫度可達(dá)100℃ ,當(dāng)電纜滿負(fù)荷時(shí),電纜芯線溫度達(dá)到90℃,接頭溫度會達(dá)140℃左右,當(dāng)溫度再升高時(shí),接頭處的氧化膜加厚,接觸電阻隨之加大,在一定通電時(shí)間的作用下,接頭的絕緣材料碳化為非絕緣物,導(dǎo)致故障發(fā)生。綜上所述增加連接金具接點(diǎn)的壓力、降低運(yùn)行溫度、清潔連接金屬材料的表面、改進(jìn)連接金具的結(jié)構(gòu)尺寸、選用優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的附件、嚴(yán)格施工工藝是降低接觸電阻的幾個(gè)關(guān)鍵因素。
三 提高交聯(lián)電纜接頭質(zhì)量的對策
由于交聯(lián)電纜接頭所處的環(huán)境和運(yùn)行方式不同,所連接的電氣設(shè)備及位置不同,電纜附件在材質(zhì),結(jié)構(gòu)及安裝工藝方面有很大的選擇余地,但各類附件所具備的基本性能是一致的,所以應(yīng)加強(qiáng)以下幾點(diǎn)措施來提高接頭質(zhì)量。(1)必須選用技術(shù)先進(jìn)、工藝成熟、質(zhì)量可靠、能適應(yīng)所使用的環(huán)境和條件的電纜附件。對假冒偽劣產(chǎn)品必須堅(jiān)決抵制,對新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品應(yīng)重點(diǎn)試驗(yàn),不斷總結(jié)提高,逐年逐步推廣應(yīng)用。(2)采用材質(zhì)優(yōu)良、規(guī)格、截面符合要求,能安全可靠運(yùn)行的連接金具。對于接線端子,應(yīng)盡可能選用堵油型,因?yàn)檫@種端子一般截面較大,能減小發(fā)熱,而且還能有效的解決防潮密封。連接管應(yīng)采用紫銅棒或1#鋁車制加工,規(guī)格尺寸應(yīng)同交聯(lián)電纜線芯直徑配合為好。近年長沙和沈陽電纜廠附件廠提供的交聯(lián)電纜接頭用壓接管,使用效果較好。(3)選用壓接噸位大、模具吻合好,壓坑面積足,壓接效果能滿足技術(shù)要求的壓接機(jī)具。做好壓接前的界面處理,并涂敷導(dǎo)電膏。(4)培訓(xùn)技術(shù)有素、工藝熟練、工作認(rèn)真負(fù)責(zé),能勝任電纜施工安裝和運(yùn)行維護(hù)的電纜技工。提高施工人員對交聯(lián)電纜的認(rèn)識,增強(qiáng)對交聯(lián)電纜附件特性的了解,研究技術(shù),改進(jìn)工藝,制定施工規(guī)范,加強(qiáng)質(zhì)量控制,保證安全運(yùn)行。由于交聯(lián)電纜推廣應(yīng)用時(shí)間較短,電纜附件品種雜亂,施工人員技術(shù)水平高低不等,加之接頭的接觸力和實(shí)際接觸面積是隨著接頭在運(yùn)行中所處的各種不同的運(yùn)行條件而在變化,所以交聯(lián)電纜各種接頭發(fā)生故障的原因也就各不相同,除發(fā)熱問題外,對于密封問題、應(yīng)力問題、聯(lián)接問題、接地問題等引起的接頭故障也應(yīng)予以重視。
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