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传统的电缆终端是基于自支撑的 陶瓷或复合绝缘子护套。
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170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计

April 5, 2017 • Cable Accessories / 电缆附件, Utility Practice & Experience, Weekly Article, 最近文章汇总

大部分较高电压等级户外电缆终端的传统设计基于空心绝缘子,由陶瓷或硅橡胶伞裙覆盖的复合管制成。这两种情况下 的绝缘子都配备由硅橡胶制成的电场控制元件,并填充绝缘液体或气体。
在寻求更方便的现场安装、更高运行稳定性和发生故障时更高安全性的推动下,上世纪90年代期间首次研发了完全干式的终端。本文由瑞士PFISTERER Ixosil公司的Matthias Freilinger供稿,探讨了干式电缆终端在材料、生产技术和量身定制设计方面最近的新发展
发展全新一代干式终端背后的主要目标之一是更好地满足客户的要求,实现安装方便和提高成本效率, 同时也继续保持目前使用中的户外终端的所有优点。然而,为了实现这一目标, 有必要探讨将终端的机械要求从其基本的电气设计中分离出来。
Frelinger-Article-layout-revised 电缆 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 1 Frelinger-Article-layout-revised-3 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 3
电气设计要求
新一代干式终端的电气设计是基于现有的电场控制设备, 因此依赖于与传统户外终端中相同类型的半导体应力控制部分。这确保了满足所有内部标准规定的硅橡胶内部以及终端与交联聚乙烯或乙丙橡胶电缆接口处的电场分布, 包括硅橡胶施加在电缆上的最大和最小的定义接触压力。
与此类似, 外部伞裙的设计必须遵循IEC60815-3 (2011) 中的原则, 同时考虑在把终端滑套到电缆上的过程中由终端膨胀引起伞裙形状的可能变化。此外, 也必须满足所有其他要求的标准,包括IEC60840 (170kV及以下高压电缆和附件) 和IEC60071-1 (绝缘配合)。
这种电气设计程序的最终结果是灵活的干式户外终端, 但没有自支撑功能。 Frelinger-Article-layout-revised-4 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 4 材料要求
找到合适的硅橡胶材料是实现这种产品理念的必要条件。例如, 不增加任何特殊的试剂将用于应力控制部分中的半导硅橡胶和用于绝缘的硅橡胶粘结在一起很重要, 以防止分裂脱层。在给定电缆绝缘直径不同的情况下, 交联硅橡胶的机械性能和弹性也是重要的参数。此外, 液态硅橡胶材料必须具有适当的粘度, 以实现生产过程中充分填充模具。
最后, 为了确保所要求的电气性能,必须依据IEC60587 (第3版, 严酷环境条件下使用的电气绝缘材料, 评估耐漏电起痕和耐腐蚀的测试方法) 对材料样品进行斜面测试。例如, 施加4.5kV的恒定电压, 该材料板的性能标准包括泄漏电流不超过60mA和底部电极25mm内没有漏电起痕。
最后, 为了帮助论证这一新概念的商业化, 做出了决定, 即用于新一代终端的变流器生产必须能够使用现有的成型和配料设备, 以及目前用于液态硅橡胶 (LSR) 制成的终端的生产技术。
机械要求
用新型干式终端替换标准户外电缆终端必须考察它们在设计上机械方面的不同。特别是, 标准终端中陶瓷或复合管的机械支撑功能必须由相邻的支柱绝缘子提供。这种基于硅橡胶伞裙模压在FRP芯棒上的解决方案, 是众所接受的、广泛应用于架空线电网的绝缘子技术。在上述情况下, 支柱绝缘子必须能够承受高至4或5kN的悬臂力, 来对抗最小相间净距下的最大短路电动力。
新型干式终端选用的支柱绝缘子进行悬臂负载测试 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 10

新型干式终端选用的支柱绝缘子进行悬臂负载测试

为了保证在所有安装和运行条件下终端呈完全笔直的状态以及补偿导线的所有热运动, 决定电缆必须在底部被夹具夹紧。此外, 顶部连接件装有特殊的弹簧设计。夹具和弹簧组件的组合提供了能够在安装后移动整个电缆系统的好处。
电缆屏蔽层被连接至单元的底板, 以实现典型的电缆终端设计。该底板具有360°旋转部件, 以确保在需要时电缆屏蔽层、支柱绝缘子和顶部接头均可以围绕终端转动, 使终端可以轻松地被吊装至铁塔。
生产设备
新型干式电缆终端的生产需要对常用设备的设置进行一些修改。例如,在用预加热硅橡胶填充模具之前,用于控制电场的半导体应力控制部分必须被嵌入到功能完备的硅橡胶终端并安装在芯棒上。这意味着对夹紧机器和配料元件的典型布局作出某些调整。
另一个在生产上需要考虑的是固化时间。新设计的干式终端增加了厚度, 因此硅橡胶材料的使用量更大。如果所有工艺参数保持不变, 这将意味着硫化时间加长以及每个夹紧单元生产能力下降。

Screenshot-2014-09-11-16.45.12 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Screenshot 2014 09 11 16 为了缩短硫化过程并最大限度提高现有设备的产量, 测试了一项新工艺并使用专利固化技术进行设置。其结果是显著降低了硫化时间, 相应增加了机器容量, 也提高了产品质量的稳定性。
吊装170kV干式户外终端,杆塔上无需脚手架。 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 15

吊装170kV干式户外终端,杆塔上无需脚手架。

应用于铁路系统的干式灵活户外终端。  170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 13

应用于铁路系统的干式灵活户外终端。

干式户外终端的优势
干式电缆终端在安装、安全性和降低项目总成本方面提供了一系列潜在的好处。例如, 设计为便于在地面上安装。安装导致的相关线路停电时间也减至最低。此外, 其稳定的结构能被轻松安全地吊装到铁塔上。
同时, 360°旋转支撑结构修正了电缆的扭转, 并确保快速固定被吊装的终端。由于干式设计的终端不再需要脚手架, 也节省了可观的建筑和安装成本。
关于性能, 由于不再需要执行对内部绝缘油的标准监控要求 (例如泄漏、防潮性能和环境温度的影响), 干式终端的设计将运行过程中所有常见的风险降至最低。内部没有油或气,就不存在当发生诸如短路这样的内部故障时由于流体热膨胀所引起的过压风险。因此, 干式电缆终端实现了‘防爆’的要求。
除了所有这些针对常规交联聚乙烯电力电缆的优势, 干式终端设计还提供了针对乙丙橡胶型电缆的解决方案。
应用
干式户外终端可以分为两大类, 灵活和自支撑, 并涵盖一系列应用。
预装可移动备用能源的解决方案,针对旁路输电线的方便和快速安装 170kv 170kV及 以下干式 电缆终端 的新设计 Frelinger Article layout revised 14

预装可移动备用能源的解决方案,针对旁路输电线的方便和快速安装

灵活干式户外终端
在电压等级52kV至72kV范围、导体横截面积1200mm2及以下, 无需增加支撑功能的灵活干式户外终端可以用在电力工业和铁路系统中。在这里, 终端的固定通常采用电缆夹和支耳完成, 而不是端部配件。
从72kV到170kV、导线横截面积2500mm2及以下, 灵活终端可以用于可移动测试电缆或为在完整电缆盘上建立工作站提供可移动供电系统。特别是, 安装的可移动式系统采用由灵活的第5类导线组成的乙丙橡胶电缆和干式户外终端, 其灵活但坚固的设计广为人知。
自支撑干式户外终端
现有的自支撑干式户外终端产品从72kV到170kV、导线横截面积2500mm2及以下, 用于电力系统或可移动备用能源的解决方案。
高悬臂力、防爆设计下的坚固结构和方便铁塔地面安装的功能, 共同实现了这一设计理念被迅速接受, 以取代170kV及以下较低电压范围中采用空心复合绝缘子的传统户外终端。

 

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