隨著我國(guó)城市電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)供電可靠性提出更高的要求。目前，配電電纜及環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)中大量應(yīng)用，配電電纜和電纜之間普遍采取熱縮或者冷縮的方式進(jìn)行連接。這種連接方式存在諸多不便，如：①施工不便利，對(duì)施工人員素質(zhì)要求較高，若安裝不良極易發(fā)生故障；②型號(hào)不統(tǒng)一，不同電纜之間需要不同型號(hào)的電纜附件進(jìn)行安裝；③作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，一次連接的時(shí)間需要停電數(shù)小時(shí)。

為解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的中壓電纜快速連接裝置。

1 總體思路

1.1 初步構(gòu)想

一個(gè)新型快速插接裝置的設(shè)計(jì)需要從結(jié)構(gòu)、接地、防水、電場(chǎng)分布等方面進(jìn)行綜合考慮，以確保裝置的安全可靠。綜合目前已有的技術(shù)方案，本文擬采取快速插頭加插座的結(jié)構(gòu)。

快速接頭包含了快速插頭和快速中間接頭兩部分，如圖1所示?？焖僦虚g接頭的內(nèi)部是導(dǎo)電紫銅管，實(shí)現(xiàn)電路導(dǎo)通；兩端設(shè)計(jì)有高壓均壓環(huán)，用于均壓端部電場(chǎng)強(qiáng)度，材質(zhì)為鋁；內(nèi)部的絕緣材質(zhì)選用優(yōu)質(zhì)硅橡膠，增強(qiáng)產(chǎn)品的絕緣性能；快速中間接頭的最外部使用鑄鋁殼體，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)橡膠絕緣體的機(jī)械保護(hù)，又能使產(chǎn)品全屏蔽接地，實(shí)現(xiàn)了中間接頭全絕緣可觸摸的特點(diǎn)，安全可靠。

圖1 快速中間接頭的結(jié)構(gòu)

1.2 快速插頭的安裝連接方式

快速插頭的安裝連接方式如圖2所示。

圖2 快速插頭的安裝連接方式

快速中間接頭的兩端設(shè)計(jì)有安裝孔，用于和快速插頭暗轉(zhuǎn)固定。快速插頭由觸頭、表帶觸指、壓緊錐、定位壓板、橡膠適配器、尾管法蘭等組成。整個(gè)裝置通過(guò)緊固螺栓進(jìn)行連接。

1.3 接地

為了實(shí)現(xiàn)快速插頭和快速中間接頭的可觸摸性能，鋁制的外殼必須接地，使用可伸縮彈簧接地線套接在快速中間接頭上，直接接入主接地排或者周?chē)慕拥伢w上。

1.4 防水

通過(guò)材料和結(jié)構(gòu)兩方面來(lái)確保防水等級(jí)。一方面通過(guò)橡膠固體壓縮實(shí)現(xiàn)絕緣配合，確保良好的密封性能；另一方面外部使用熱縮管進(jìn)行防護(hù)，避免機(jī)械應(yīng)力損傷快速插頭和快速中間接頭的外殼。

2 電場(chǎng)分析設(shè)計(jì)

2.1 中間接頭詳細(xì)結(jié)構(gòu)

中間接頭詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 中間接頭詳細(xì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)環(huán)網(wǎng)柜中最大截面的使用要求，采用匹配國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的、型號(hào)YJV22-8.7/15-1×400的交聯(lián)聚乙烯電纜規(guī)格，以滿足產(chǎn)品的通用一致性。

導(dǎo)電銅管，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工之后表面鍍銀，依照實(shí)際溫升要求，導(dǎo)電銅管規(guī)格選擇外徑55mm，壁厚5mm，截面積約為785mm2，施加693A（≥1.1Ir下），熱平衡以后溫升＜75K，滿足使用要求。

半導(dǎo)電層（內(nèi)屏蔽層），材質(zhì)為半導(dǎo)電橡膠，這部分控制局放，由于導(dǎo)電銅管需要機(jī)械加工，表面難免會(huì)有毛刺尖角，可能會(huì)出現(xiàn)局放超標(biāo)，影響產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行；要求材質(zhì)表面沒(méi)有任何劃痕、表面光滑、無(wú)飛邊毛刺，厚度必須不得小于2mm。

絕緣橡膠件（硅橡膠），硅橡膠屬于整個(gè)結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的部分，該部分弱化電場(chǎng)強(qiáng)度，在其生產(chǎn)硫化過(guò)程中不能出現(xiàn)氣泡，依照10kV電壓標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)厚度不得小于8mm。

金屬接地體、中間接頭與快速插頭的安裝端面均布置在整個(gè)中間接頭的外部，除了有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度外，還是良好的導(dǎo)電體，實(shí)現(xiàn)機(jī)械保護(hù)的同時(shí)具備外殼屏蔽接地，滿足外表面零電位可觸摸要求，兩者之間通過(guò)絲牙螺紋緊固。安裝端面的外端設(shè)計(jì)有3個(gè)M8的螺紋孔用于和插拔式電纜接頭緊固配合。

2.2 插拔式電纜接頭詳細(xì)結(jié)構(gòu)

插拔式電纜接頭，如圖4所示。

圖4 插拔式電纜接頭詳細(xì)結(jié)構(gòu)

圖4中電纜接頭的觸頭和彈簧觸指（表帶觸指），是導(dǎo)通電纜導(dǎo)體和中間接頭的導(dǎo)電銅管。銅編織線，用于實(shí)現(xiàn)電纜銅屏蔽層、鎧裝層的接地。電纜接頭定位圈，材質(zhì)為紫銅T2，防止電纜接頭上的應(yīng)力錐錯(cuò)位滑動(dòng)。

整個(gè)插拔接頭絕緣應(yīng)力錐，主要材質(zhì)同樣為絕緣硅橡膠，外部形狀尺寸配合中間接頭的絕緣層，應(yīng)力錐的下端設(shè)計(jì)有變導(dǎo)電體，有效搭接電纜的外屏蔽層，半導(dǎo)電體的外部設(shè)計(jì)有勻稱的R圓角，為了有效釋放應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)。

插拔式電纜接頭的外部固定尾管法蘭，保證插拔式電纜接頭本體和中間接頭有效配合并接地，實(shí)現(xiàn)插拔式電纜接頭的外表面零電位可觸摸要求。

2.3 電場(chǎng)分析

利用電場(chǎng)強(qiáng)度分析軟件ElecNet對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，了解設(shè)計(jì)中絕緣薄弱環(huán)節(jié)。設(shè)置條件如下：所有的接地體和接地體以外遠(yuǎn)離高壓側(cè)的所有物質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)置為0，所有有高壓的導(dǎo)體和與導(dǎo)體接觸的半導(dǎo)電層電場(chǎng)強(qiáng)度全部設(shè)置為最高場(chǎng)強(qiáng)，橡膠層的介電常數(shù)設(shè)置為2.8，設(shè)置工頻電壓為42kV，通過(guò)電腦分析計(jì)算得出電場(chǎng)分布圖，如圖5所示。

圖5 電場(chǎng)分布圖

經(jīng)過(guò)分析得知，整個(gè)裝配體電場(chǎng)強(qiáng)度最高處為7.34kV/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于橡膠層絕緣擊穿強(qiáng)度17kV/mm，設(shè)計(jì)合理，絕緣性能可靠。

2.4 熱穩(wěn)定計(jì)算（略）

選用YJV-8.7/15-1×400的電力電纜，參照GB/T 18889—2002《額定電壓6kV（Um=7.2kV）到35kV（Um=40.5kV）電力電纜附件試驗(yàn)方法》第11.2條、第12.2條規(guī)定，進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)算。通過(guò)計(jì)算可知，產(chǎn)品完全可以滿足動(dòng)熱穩(wěn)定試驗(yàn)20kA/4s。

3 生產(chǎn)工藝過(guò)程設(shè)計(jì)

快速中間接頭的導(dǎo)電銅管、金屬接地體、中間接頭與快速插頭的安裝端面全部屬于機(jī)械加工，依照?qǐng)D紙的公差要求，應(yīng)用車(chē)、銑、鉆等機(jī)械加工工藝完成，機(jī)械加工完成后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行表面處理，如電鍍、酸洗氧化處理等。

內(nèi)屏蔽層為使用半導(dǎo)電橡膠模壓硫化成型，前期完成產(chǎn)品外形尺寸設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具加工等。將模具固定在壓力機(jī)上，將導(dǎo)電銅管放入內(nèi)屏蔽層模具型腔指定位置后，通過(guò)高溫硫化成型，再進(jìn)行高溫烘箱熱處理。

制作完成后還需要清除表面毛刺，進(jìn)行X光射線探傷以確認(rèn)內(nèi)部無(wú)任何氣泡，再進(jìn)行表面電阻測(cè)量。

4 產(chǎn)品檢驗(yàn)

4.1 型式試驗(yàn)要求

電纜附件產(chǎn)品型式試驗(yàn)，屬于非常嚴(yán)格的環(huán)節(jié)，依照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體項(xiàng)目要求見(jiàn)表1。

表1 型式試驗(yàn)要求

5 結(jié)論

本文從解決目前中壓配電電纜連接不便、時(shí)間長(zhǎng)、規(guī)格型號(hào)繁多的問(wèn)題入手，設(shè)計(jì)一種中壓電纜快速插接頭裝置解決現(xiàn)有裝置的不足；從裝置的結(jié)構(gòu)、材料、工藝各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和模擬驗(yàn)證。從驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)初衷，為下一步的實(shí)際生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)使用提供了理論支持。