CN111817250A - 一种交联电力电缆终端连接头及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头及制作方法，包括外绝缘套管、应力控制体、内填充绝缘剂、上密封单元、下密封单元和支撑绝缘子；上密封单元包括电出线杆、上密封法兰、金属压盘、金属锁紧环、橡胶密封圈和金属均压罩；下密封单元包括下支撑法兰、金属密封套、橡胶密封圈、橡胶密封件、下密封压盘和接地尾管；应力控制体为绝缘层和半导电层熔接而成，半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥，部分交联应力锥根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线；制作成部分交联应力锥为后期应力控制体绝缘层与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电。

Description

一种交联电力电缆终端连接头及制作方法

技术领域

本发明涉及电力电缆输电系统领域的电缆附件，更具体地，涉及500kV及以下交联聚乙烯电力电缆终端连接头及制作方法。

背景技术

随着城市建设的发展，电力电缆的应用日趋广泛。高压单芯交联电缆通常由金属导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属护套和外保护层等组成。电缆终端是安装在电缆线路末端，具有一定绝缘和密封性能，用以将电缆与电网或其他电气设备相连接的电缆附件。电缆终端的核心组成分为：外绝缘套管、应力控制体、内填充绝缘剂、上密封单元、下密封单元和支撑绝缘子。目前，国内外电缆终端有三种结构，一种是预制式，将橡胶应力控制体工厂模制成型，现场套装到电缆上，依靠自身弹性保持应力控制体与电缆之间的应力和电气强度；另一种是采用弹簧紧压式，这种结构是在应力控制体上增加一套机械弹簧装置以保持应力控制体与电缆之间界面上的应力恒定，其次，由于环氧锥罩的作用，橡胶应力控制体与填充绝缘基本隔离，消除溶胀的可能性。第三种是自承式终端/支柱式终端，采用橡胶应力锥、环氧树脂、硅橡胶伞裙组合结构，插拔干式，具有复合套管同样的良好机械性能，不需要添加绝缘油、气体填充。

预制式橡胶应力控制体在高电场和热场作用下，材料老化会引起界面压力的松弛，从而降低电气强度。弹簧压紧式结构复杂，对制造和现场安装要求高，界面增加，风险有可能增加。自承式终端/支柱式终端生产工艺比较复杂，现场安装比较繁琐，重量较重；界面层数多，风险可能增加。前两种结构都需考虑内绝缘填充剂的材料问题，避免应力控制体与内绝缘填充剂发生溶胀导致绝缘性能下降。三者应力控制体均是由橡胶制作而成套装至电缆绝缘屏蔽断口处来弱化畸变场强，由于橡胶与电缆绝缘材料的不同造成活动界面的产生，活动界面位置存在一定的微气隙、微水、杂质等有害因素，在电场和热场共同作用下引发界面沿面放电，加速绝缘材料的老化最终导致绝缘击穿，制约着电缆系统的安全运行。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头及制作方法。所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，包括

外绝缘套管、应力控制体、内填充绝缘剂、上密封单元、下密封单元、和支撑绝缘子；

其中外绝缘套管是由高压电瓷材料或者橡胶材料制成的伞裙状的圆柱形套管，套管上下设置有钢性法兰支撑，内绝缘填充剂是绝缘油或者干燥绝缘气体，用于填充绝缘套管内部；

所述上密封单元包括电出线杆、上密封法兰、金属压盘、金属锁紧环、橡胶密封圈和金属均压罩；所述导电出线杆与电缆导体进行压接连接；所述上密封法兰上设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，所述上密封法兰与外绝缘套管进行螺栓连接；所述金属压盘中心设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，所述金属压盘与上密封法兰通过螺栓连接，并在金属压盘与上密封法兰之间放置橡胶密封圈，实现导电出线杆与上密封法兰之间的密封；所述金属锁紧环中间设置螺纹孔，与导电出线杆上外螺纹进行螺纹连接，并通过螺栓与金属压盘进行连接；所述金属均压罩中间设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，金属均压罩通过螺栓与上密封法兰进行连接固定；

所述下密封单元包括下支撑法兰、金属密封套、橡胶密封圈、橡胶密封件、下密封压盘和接地尾管；

所述金属密封套与下支撑法兰上沉头孔形成配合，所述下支撑法兰与外绝缘套管进行螺栓连接，并将金属密封套进行固定，在金属密封套上设置密封槽放置橡胶密封圈，实现下支撑法兰与金属密封套之间的密封；在金属密封套与电缆之间放置橡胶密封件，利用下密封压盘与金属密封套之间的连接，将橡胶密封件进行压紧，实现电缆与金属密封套之间的密封；所述接地尾管与下支撑法兰进行螺栓连接，并将其底部与电缆金属护套进行搪铅连接密封；

所述应力控制体为绝缘层和半导电层熔接而成，所述半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥，部分交联应力锥是根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线；制作成部分交联应力锥为后期应力控制体绝缘层与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电。

进一步的，在上密封法兰内侧设置密封槽和密封圈，实现上密封法兰与外绝缘套管之间的密封。

进一步的，应力控制体绝缘层采用可交联聚乙烯树脂材料，可交联聚乙烯树脂材料以聚乙烯树脂为主基料并含有交联剂和抗氧剂。

进一步的，所述应力控制体为绝缘层和半导电层利用绝缘成型模具熔接而成，熔接时在电缆主绝缘层上安装应力控制体绝缘成型模具，所述绝缘成型模具包括分流器模具、机体模具和金属镶件。

进一步的，按照工艺尺寸开剥电缆主绝缘层和绝缘屏蔽层；将下密封单元配件、部分交联应力锥和弹性橡胶衬套依次套入电缆上；利用绝缘成型模具熔接生成应力控制体。

本发明还提供一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头制作方法，包括如下步骤：

步骤一、应力控制体的半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥，部分交联应力锥是根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线，该应力锥曲线能够控制电缆绝缘屏蔽断口的畸变场强，弱化电缆绝缘屏蔽断口场强集中的问题，改善电缆内部场强分布均匀，提高电缆终端头运行的安全性和可靠性；制作成部分交联应力锥用于为后期应力控制体绝缘层与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电；应力控制体绝缘层采用可交联聚乙烯树脂材料，可交联聚乙烯树脂材料以聚乙烯树脂主基料并含有交联剂和抗氧剂；

步骤二、按照工艺尺寸开剥电缆主绝缘层和绝缘屏蔽层；将下密封单元、部分交联应力锥和弹性橡胶衬套依次套到电缆上；

步骤三、在电缆主绝缘层上安装应力控制体绝缘成型模具，将弹性橡胶衬套套装在应力控制体绝缘成型模具里面并固定，将电缆固定在应力控制体绝缘成型模具内腔正中位置，将部分交联应力锥推至应力控制体绝缘成型模具和弹性橡胶衬套内，并将金属镶件嵌入部分交联应力锥的内槽中，用螺栓与应力控制体绝缘成型模具可靠连接；预热应力控制体绝缘成型模具达到100-125℃时并保持温度，然后将挤出机加热达到105℃至125℃后，启动挤出机，将熔融状的可交联聚乙烯树脂挤注到应力控制体绝缘成型模具内，应力控制体绝缘成型模腔内注满填充绝缘后，逐渐进行升温加热交联，当温度达到180-200℃时保持1.5-4h，并保证预定压力使电缆主绝缘与应力控制体填充绝缘、部分交联应力锥之间相互熔融接枝结合成为应力控制体；待绝缘成型模具温度冷却至室温后，拆除所有模具和弹性橡胶衬套，对终端应力控制体进行打磨修型至表面光滑平整，应力控制体绝缘层无气孔、杂质和凹凸不平缺陷；采用半导电材料将应力控制体的应力锥和电缆绝缘屏蔽层无间隙熔融恢复；

步骤四、装上外绝缘套管，将下密封单元、上密封单元、和撑绝缘子可靠与外绝缘套管连接，并将套管内部采用绝缘油或者干燥绝缘气体填充，至此安装完成。

进一步的，所述步骤三中安装应力控制体绝缘成型模具还包括：

首先在电缆主绝缘层上安装分流器模具，然后将弹性橡胶衬套套装在分流器模具上并固定，再然后将机体模具通过卡槽的方式，与分流器模具进行连接；将部分交联应力锥推至应力控制体绝缘成型模具的弹性橡胶衬套内。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明的制作工艺操作方便，所制成的终端连接头解决因材料不同而产生的活动界面，避免绝缘间界面上的气隙、杂质放电引起的绝缘击穿问题，提高电缆系统运行稳定性，避免事故的发生。本发明突破了传统电缆终端连接头的设计理念，实现电缆终端连接头应力控制体与电缆本体无缝熔接，解决电缆绝缘屏蔽层断口处畸变场强的根本问题

附图说明

图1是本发明电缆终端连接头整体结构示意图；

图2是本发明电缆终端连接头上密封单元结构示意图；

图3是本发明电缆终端连接头下密封单元结构示意图；

图4是本发明电缆终端连接头应力控制体结构示意图；

图5是本发明电缆终端连接头绝缘成型模具结构示意图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参见图1，交联聚乙烯电力电缆终端连接头包括外绝缘套管3、应力控制体5、内填充绝缘剂4、上密封单元1、下密封单元6、接地尾管8和支撑绝缘子7。其中外绝缘套管3是由高压电瓷材料或者橡胶材料制成的伞裙状的圆柱形套管，套管上下设置有钢性法兰2支撑。内绝缘填充剂4可以是绝缘油或者干燥绝缘气体，用于填充绝缘套管3内部。

参见图2所示，上密封单元1包括导电出线杆11、上密封法兰16、金属压盘14、金属锁紧环13、橡胶密封圈15和金属均压罩12。所述导电出线杆11与电缆导体进行压接连接；所述上密封法兰16上设有通孔，导电出线杆11穿过该通孔，所述上密封法兰16与外绝缘套管3进行螺栓连接，且在上密封法兰16内侧设置密封槽和密封圈，实现上密封法兰16与外绝缘套管3之间的密封；所述金属压盘14中心设有通孔，导电出线杆11穿过该通孔，所述金属压盘14与上密封法兰16通过螺栓连接，并在金属压盘14与上密封法兰16之间放置橡胶密封圈15，实现导电出线杆11与上密封法兰16之间的密封；所述金属锁紧环13中间设置螺纹孔，与导电出线杆11上外螺纹进行螺纹连接，并通过螺栓与金属压盘14进行连接；所述金属均压罩12中间设有通孔，导电出线杆11穿过该通孔，金属均压罩12通过螺栓与上密封法兰16进行连接固定。

参见图3，所述下密封单元6包括下支撑法兰61、金属密封套62、橡胶密封圈63橡胶密封块64、下密封压盘65和接地尾管66。所述金属密封套62与下支撑法兰61上沉头孔形成配合，所述下支撑法兰61与外绝缘套管3进行螺栓连接，并将金属密封套62进行固定，在金属密封套62上设置密封槽621放置橡胶密封圈63，实现下支撑法兰61与金属密封套62之间的密封；在金属密封套62与电缆之间放置橡胶密封件64，利用下密封压盘65与金属密封套62之间的连接，将橡胶密封件64进行压紧，实现电缆与金属密封套62之间的密封；所述接地尾管66与下支撑法兰61进行螺栓连接，并将其底部与电缆金属护套进行搪铅连接密封。

参见图4，应力控制体5为绝缘层和半导电层熔接而成。

应力控制体5的半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥53，部分交联应力锥53是根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线，该曲线可以起到控制电缆绝缘屏蔽断口的畸变场强，弱化电缆绝缘屏蔽断口场强集中的问题，优化改善电缆内部场强分布均匀，提高电缆终端头运行的安全性和可靠性；制作成部分交联应力锥53为后期应力控制体绝缘层52与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电。应力控制体绝缘层52采用可交联聚乙烯树脂材料，可交联聚乙烯树脂材料以聚乙烯树脂为主基料并含有交联剂和抗氧剂。

按照工艺尺寸开剥电缆主绝缘层51和绝缘屏蔽层55；将下密封单元6配件(包括下支撑法兰61、金属密封套62、橡胶密封圈63橡胶密封块64、下密封压盘65和接地尾管66)、部分交联应力锥5和弹性橡胶衬套9依次套入电缆上；

参见图5，在电缆主绝缘层51上安装应力控制体5绝缘成型模具8，所述绝缘成型模具8包括分流器模具81、机体模具82和金属镶件83。首先在电缆主绝缘层51上安装分流器模具81，然后将弹性橡胶衬套9(起到热缓冲和提供压力的作用)套装在分流器模具81上并固定，再然后将机体模具82通过卡槽的方式，与分流器模具81进行连接；将部分交联应力锥53推至应力控制体5绝缘成型模具的弹性橡胶衬套9内，并将金属镶件83(避免部分交联应力锥受热后变形，也可以进行加热使得部分交联应力锥受热均匀)嵌入部分交联应力锥53的内槽中，用螺栓与机体模具82可靠连接；安装过程中，应保证电缆在绝缘成型模具8内腔正中位置。产品预热应力控制体5绝缘成型模具达到100-125℃时并保持温度，然后将挤出机加热达到105℃至125℃后，启动挤出机，将熔融状的可交联聚乙烯树脂挤注到应力控制体5绝缘成型模具8内，应力控制体5绝缘成型模腔内注满填充绝缘后，逐渐进行升温加热交联，当温度达到180-200℃时保持1.5-4h，并保证一定压力使电缆主绝缘51与应力控制体填充绝缘52、部分交联应力锥53之间相互熔融接枝结合成为应力控制体5；待绝缘成型模具8温度冷却至室温后，拆除所有应力控制体5绝缘成型模具8和弹性橡胶衬套9，对终端应力控制体5进行打磨修型至表面光滑平整，应力控制体绝缘层52无气孔、杂质和凹凸不平等缺陷。采用半导电材料54将应力控制体的应力锥53和电缆绝缘屏蔽层55无间隙熔融恢复。

装上外绝缘套管3，将下密封单元6、上密封单元1、和撑绝缘子7可靠与外绝缘套管连接，并将套管内部采用绝缘油或者干燥绝缘气体4填充，至此安装完成。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，其特征在于，包括

外绝缘套管、应力控制体、内填充绝缘剂、上密封单元、下密封单元、和支撑绝缘子；

其中外绝缘套管是由高压电瓷材料或者橡胶材料制成的伞裙状的圆柱形套管，套管上下设置有钢性法兰支撑，内绝缘填充剂是绝缘油或者干燥绝缘气体，用于填充绝缘套管内部；

所述上密封单元包括电出线杆、上密封法兰、金属压盘、金属锁紧环、橡胶密封圈和金属均压罩；所述导电出线杆与电缆导体进行压接连接；所述上密封法兰上设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，所述上密封法兰与外绝缘套管进行螺栓连接；所述金属压盘中心设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，所述金属压盘与上密封法兰通过螺栓连接，并在金属压盘与上密封法兰之间放置橡胶密封圈，实现导电出线杆与上密封法兰之间的密封；所述金属锁紧环中间设置螺纹孔，与导电出线杆上外螺纹进行螺纹连接，并通过螺栓与金属压盘进行连接；所述金属均压罩中间设有通孔，导电出线杆穿过该通孔，金属均压罩通过螺栓与上密封法兰进行连接固定；

所述下密封单元包括下支撑法兰、金属密封套、橡胶密封圈、橡胶密封件、下密封压盘和接地尾管；

所述金属密封套与下支撑法兰上沉头孔形成配合，所述下支撑法兰与外绝缘套管进行螺栓连接，并将金属密封套进行固定，在金属密封套上设置密封槽放置橡胶密封圈，实现下支撑法兰与金属密封套之间的密封；在金属密封套与电缆之间放置橡胶密封件，利用下密封压盘与金属密封套之间的连接，将橡胶密封件进行压紧，实现电缆与金属密封套之间的密封；所述接地尾管与下支撑法兰进行螺栓连接，并将其底部与电缆金属护套进行搪铅连接密封；

所述应力控制体为绝缘层和半导电层熔接而成，所述半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥，部分交联应力锥是根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线；制作成部分交联应力锥为后期应力控制体绝缘层与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电。

2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，其特征在于，

在上密封法兰内侧设置密封槽和密封圈，实现上密封法兰与外绝缘套管之间的密封。

3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，其特征在于，

应力控制体绝缘层采用可交联聚乙烯树脂材料，可交联聚乙烯树脂材料以聚乙烯树脂为主基料并含有交联剂和抗氧剂。

4.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，其特征在于，

所述应力控制体为绝缘层和半导电层利用绝缘成型模具熔接而成，熔接时在电缆主绝缘层上安装应力控制体绝缘成型模具，所述绝缘成型模具包括分流器模具、机体模具和金属镶件。

5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头，其特征在于，

按照工艺尺寸开剥电缆主绝缘层和绝缘屏蔽层；将下密封单元配件、部分交联应力锥和弹性橡胶衬套依次套入电缆上；利用绝缘成型模具熔接生成应力控制体。

6.一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、应力控制体的半导电层是采用与电缆相同的半导电屏蔽料在工厂预制成喇叭状型的部分交联应力锥，部分交联应力锥是根据不同电压等级的电场强度，设计不同大小的圆弧和直线段结合形成应力锥曲线，该应力锥曲线能够控制电缆绝缘屏蔽断口的畸变场强，弱化电缆绝缘屏蔽断口场强集中的问题，改善电缆内部场强分布均匀，提高电缆终端头运行的安全性和可靠性；制作成部分交联应力锥用于为后期应力控制体绝缘层与之熔融接枝交联结合，形成一体熔接结构，避免界面气隙放电；应力控制体绝缘层采用可交联聚乙烯树脂材料，可交联聚乙烯树脂材料以聚乙烯树脂主基料并含有交联剂和抗氧剂；

步骤二、按照工艺尺寸开剥电缆主绝缘层和绝缘屏蔽层；将下密封单元、部分交联应力锥和弹性橡胶衬套依次套到电缆上；

步骤三、在电缆主绝缘层上安装应力控制体绝缘成型模具，将弹性橡胶衬套套装在应力控制体绝缘成型模具里面并固定，将电缆固定在应力控制体绝缘成型模具内腔正中位置，将部分交联应力锥推至应力控制体绝缘成型模具和弹性橡胶衬套内，并将金属镶件嵌入部分交联应力锥的内槽中，用螺栓与应力控制体绝缘成型模具可靠连接；预热应力控制体绝缘成型模具达到100-125℃时并保持温度，然后将挤出机加热达到105℃至125℃后，启动挤出机，将熔融状的可交联聚乙烯树脂挤注到应力控制体绝缘成型模具内，应力控制体绝缘成型模腔内注满填充绝缘后，逐渐进行升温加热交联，当温度达到180-200℃时保持1.5-4h，并保证预定压力使电缆主绝缘与应力控制体填充绝缘、部分交联应力锥之间相互熔融接枝结合成为应力控制体；待绝缘成型模具温度冷却至室温后，拆除所有模具和弹性橡胶衬套，对终端应力控制体进行打磨修型至表面光滑平整，应力控制体绝缘层无气孔、杂质和凹凸不平缺陷；采用半导电材料将应力控制体的应力锥和电缆绝缘屏蔽层无间隙熔融恢复；

步骤四、装上外绝缘套管，将下密封单元、上密封单元、和撑绝缘子可靠与外绝缘套管连接，并将套管内部采用绝缘油或者干燥绝缘气体填充，至此安装完成。

7.根据权利要求6所述的一种交联聚乙烯电力电缆终端连接头制作方法，其特征在于，所述步骤三中安装应力控制体绝缘成型模具还包括：

首先在电缆主绝缘层上安装分流器模具，然后将弹性橡胶衬套套装在分流器模具上并固定，再然后将机体模具通过卡槽的方式，与分流器模具进行连接；将部分交联应力锥推至应力控制体绝缘成型模具的弹性橡胶衬套内。

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