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,，配電網(wǎng)大量采用配電電纜及環(huán)網(wǎng)柜，電纜頭普遍采用冷縮或熱縮方式進(jìn)行安裝，施工難度大,，施工時(shí)間長(zhǎng),，需要研發(fā)一種環(huán)網(wǎng)柜電纜快速插接頭裝置，以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的快速安裝,，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)聲譽(yù),。貴陽(yáng)供電局、歐瑪嘉寶（珠海）開(kāi)關(guān)設(shè)備有限公司的研究人員付濱,、杜雪,、劉兵、袁禾,、朱鐵鵬,，在2020年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，從快速插接頭裝置的設(shè)計(jì)思路開(kāi)始,，全流程探討如何實(shí)現(xiàn)快速插接頭裝置的設(shè)計(jì),、制造以及試驗(yàn)驗(yàn)證。

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,。快速中間接頭的內(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,?？焖俨孱^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圍的接地體上,。

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,、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,。