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电缆附件的发展: 设计、材料和制造

July 8, 2015 • Cable Accessories / 电缆附件, Weekly Article, 最近文章汇总

为了达到成本和性能的最佳平衡,中高压电缆附件的制造正在越来越多地使用量身定制的复合材料以及特殊的制造工艺。与此同时,电缆系统本身的发展也在影响着为当前和未来开发的电缆附件设计。 本文由Wacker公司的Jack Qin(中国)和Jens Lambrecht(德国)、Gardy 技术公司的Rainer Röder、Vogel模具机械公司的Gerhard Mais以及Pfisterer公司的Samuel Ansorge(后三位来自瑞士) 共同撰稿。文章概述了各种电缆附件总的市场趋势,以及目前制造电缆附件的弹性体材料所必须满足的关键性能。  概述 虽然在世界范围内,人们仍然看得到各种交替使用的电缆技术在运行,从气体绝缘式到充油式都有,但是从上世纪80年代后期以来,交联聚乙烯型开始在新的应用中占据主导地位。与此同时,在此期间,交联聚乙烯电缆的附件一直经历着长足的发展和改善,特别是最近的十年期间。例如,第一代电缆附件是充液式,而目前更加“环保”的干式附件正在成为首选。
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带有硅橡胶外套的高压终端代表了电缆附件产品的发展趋势。

  现在,要求电缆附件具备的其它特性包括适应性强和容易处理。例如,GIS或变压器的电缆终端一般要在现场安装,这意味着,GIS或变压器也必须在现场安装和测试,但这并非总是很便利的。最近生产出来的可插拔式终端可以消除必须进行的附加现场试验,而且在安装上也有其优势,即该终端独立于GIS或变压器,仅仅需要后者预设的插座。用户可以随后决定,该工程中电缆终端还是架空线路终端更合适。   现在,用于架空线路连接的可插拔式套管以及更加紧凑型可插拔式避雷器也已经面世,而且可以在电缆的任何位置进行连接-无论是水平、垂直还是介乎于两者之间。   可插拔式连接器系统的心脏部分是插座,必须能够控制电场,而且其设计能够满足不同应用的需求。因为插座将放入GIS或变压器中,插座将在油或 SF6中工作,而油和SF6具有不同的介电常数。因此,电场控制元件的设计必须能够涵盖不同应用环境下一定范围的不同电场强度。   电缆未来的发展将集中在更高电压、更大横截面以及开辟新的应用领域。虽然目前电缆的工作电压已经高达800 kV,但是在这种电压下,对电缆制造、运输和维护的要求都非常苛刻,这是挑战所在。增加电流能力将要求电缆的导体横截面由正在迅速普及的2500 mm² 增加到3000 mm²甚至更大。   向可再生能源发展的趋势也驱动着高至300 kV直流电缆的需求在增长,将海岸风力发电站与电网相连接。在这些应用中,需要附件具有不同的材料性能,制造商必须获得相关的现场经验,才能研发适合这一新兴市场的产品。   电缆附件的发展趋势 目前,多数中压电缆和越来越多的高压电缆装置使用挤压成型的聚乙烯绝缘。电缆内部的铝导体由导电聚乙烯制成的屏蔽层围绕,主要绝缘层和外部导电屏蔽层由聚乙烯制成,而外导体由外层套管覆盖。
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典型交联聚乙烯电缆的截面图。

在应用中,需要把不同长度的中高压电缆连接并且集成到变电站和架空线路中。这里是电缆接头和电缆终端主要的应用之处。 每当电缆被连接到架空线路或电气装置时,外部导体和屏蔽层必须被剥切,电缆绝缘必须用电缆终端覆盖。此处,电缆终端的主要任务包括: √ 控制剥切的外部屏蔽层端部的电场; √ 覆盖聚合物绝缘; √ 污染运行环境下提供所需的外部爬电距离。 几十年来,中压系统的电缆终端实质上一直由聚合物制成,例如三元乙丙橡胶和硅橡胶,更高电压下的发展趋势似乎与此相似,也是向聚合物外套过渡。和瓷相比,硅橡胶外套高压终端具有很多优势,包括更安全、降低环境风险以及缩短安装时间。例如,与瓷外套相比,安装聚合物终端所需要的时间估计可以缩短高达20%,根据电压等级而定。

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