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      10k電力電纜中間接頭柔性防爆盒
       
              針對10kV高壓電纜中間接頭發生短路性故障,引起電纜絕緣材料、填充物和覆蓋層等材質燃燒、爆炸問題,設計了一種用硫化硅膠材質制作的電纜中間接頭柔性防爆盒,并對其進行了短路試驗和可燃性試驗,驗證了該柔性防爆盒的防火防爆性能,有效防止電力電纜中間接頭燃燒爆炸對其它電纜的破壞,從而保障電纜線路安全、穩定運行。
              配電網在建設、搶修過程中,普遍應用到電纜及電纜中間接頭,由于建設環境受限,多電纜共溝情況普遍存在[1]。而電纜共溝時,由于某一根電纜中間接頭故障時會產生巨大的沖擊力,并且造成環境溫度升高。另一方面,因為電纜溝內可能存在可燃性氣體,且一般情況下電纜本體的絕緣材料也為可燃物,因此一根電纜接頭故障也極易產生明火,導致其他共溝電纜受到波及,造成大范圍的停電,損失不可估量[2]。本文針對10kV電力電纜,設計了一種硫化硅材質的柔性防爆盒。
      1 電力電纜的故障分類及原因分析
       1.1電力電纜故障分類
              電力電纜經過長期運行后產生電纜故障的原因是復雜多樣的,按照常見的電纜故障性質可以分為以下幾類:
              (1)按照故障位置分類:電纜本體故障和電纜接頭故障。當電纜受到外界作用力破壞時,電纜本體故障發生的概率會比較高,而當故障電纜受到非外界作用力破壞時,故障往往會發生在電纜接頭處。
              (2)按照故障現象分類:封閉性故障和幵放性故障。而當故障點確定時,開放性故障查找起來會比較容易。
              (3)按照故障時間分類:運行故障和試驗故障。運行故障是由于電纜運行時,因絕緣擊穿或燒毀而使保護器動作導致停電的故障;試驗故障是進行預防試驗時發生絕緣不良或絕緣擊穿而必須進行停電檢修的故障。
              (4)按照接地現象分類:相間故障、斷路故障、單相接地故障和多相接地故障等。最常發生的故障一般是單相接地故障,多相接地故障主要也是由單相接地故障引發的,而相間故障和斷路故障一般很少發生。
              (5)按照絕緣電阻大小或線芯情況分類:短路(低阻)故障、開路故障、高阻故障和閃絡性故障等。
        1.2 故障原因分析
              電力電纜發生故障的原因往往是由多個因素下共同作用的結果,如若處理不當,會導致電氣事故頻繁發生,影響配網的安全穩定運行。因此結合電纜各類故障分析和總結,對電纜故障產生的原因進行分析,主要分以下幾種[5]:
              (1)絕緣擊穿。電纜絕緣擊穿的故障比較普遍,主要原因包括電纜及附件質量不合格、受潮、腐蝕和過熱。
              (2)機械損傷。機械損傷是導致運行中電纜故障的主要原因之一,包括直接外力損傷、自然現象造成的損傷。
              (3)過電壓。主要是指由于雷電等形成的大氣過電壓和電纜內部的過電壓。過電壓主要會引起電纜終端頭故障;而且還會加速有缺陷電纜發生故障。
        1.3 電纜爆炸火災原因分析
              普通電纜的絕緣材料、填充物和覆蓋層均為可燃物。對于阻燃電纜等特種電纜,在發生故障的同時,也會發生火災,只是電纜延燃范圍較小,在故障解除后,火會自然熄滅。引起電纜火災甚至爆炸的原因:據統計由于外界火源引起的電纜延燃的火災只占事故的5%;95%以上的事故是由于電纜本身故障引起的火災或爆炸事故。
       2柔性防爆盒的研制
          2.1 硫化硅膠
              近年來,作為橡膠行業中的新產品,硅橡膠已經應用于工業產品中,硅橡膠是單組分硅膠粘合劑,其主鏈由Si-O-Si 鍵組成,通過濕氣固化方式形成堅韌性的固體,特別是硫化后,操作溫度可從-24°C 到315°C,具有優良的電絕緣性,抗電弧、電暈、電火花性能強,防水、防潮、抗沖擊力、抗震性好,具有良好的防腐蝕性能;且能彎折,可根據安裝空間彎折布置。
              在硫化橡膠中添加阻燃劑,經檢測可知,該材料防火級別達到F-V0級別,能夠實現離火自熄,符合防爆盒的設計要求,有效確保產品的安全防護性能。
          2.2 結構設計與功能說明
              柔性防爆盒包括可拆卸的上盒蓋和下盒蓋,并通過多個強力扎帶連接;上盒蓋與下盒蓋均具有中間向外鼓起的弧形結構,上盒蓋和下盒蓋沿電纜軸線合扣。上盒蓋及下盒蓋均具有密封裙邊,且密封裙邊內襯有鋼板,鋼板嵌入密封裙邊內部。上盒蓋上具有沿其長度方向排列的多個通孔;通孔上貼附有感溫貼紙。多個通孔位于上盒蓋鼓起的弧形結構上,如圖1所示。
             柔性防爆盒結構的介紹,其特點有上盒蓋和下盒蓋均為一體結構,安裝方便,操作簡單。柔性防爆盒采用上盒蓋和下盒蓋沿電纜軸線合扣方式,無需從電纜端頭套入任何部件,適應電纜溝內安裝空間狹小的需要,且盒體兼具柔性和剛度支撐的需要,既有一定變形以適應接頭安裝的需要,又能滿足絕緣和剛性支撐的需要,經檢測,該柔性防爆盒可在保持一定柔軟度以方便安裝的前提下,其硬度也能保持在68邵爾A的水平(符合國家標準GB531的要求),具有一定的剛性和機械強度,上盒蓋1及下盒蓋4的抗撕裂強度達到30KN/M(符合國家標準GB529的要求)。
              此外,用于溫度檢測的通孔兼具卸壓孔功能,正常壓力時,溫度檢測紙將卸壓孔暨溫度檢測孔密封,并對超溫情況予以顯示。當柔性防爆接頭盒內部發生瞬時故障時,壓力從盒體較薄弱的溫度檢測紙密封處沖開,起到卸壓孔作用,避免爆炸事故的發生。溫度檢測紙可實現70—100℃的溫度監測,利于平常巡檢,以及提前發現安全隱患,有效降低事故發生機率,適用于不同安裝環境,從而能有效地隔離被保護電纜接頭,在被保護電纜接頭出現電氣事故時不損壞同坑道中的其它電纜。
          2.3生產流程
              上盒蓋和下盒蓋采用硫化橡膠一體成型制成。按常規方法將橡膠原料進行生膠塑煉、加配合劑混煉、停放、熱煉、硫化、修邊等步驟,所述硫化步驟實施前,將所述鋼板嵌入橡膠坯料的密封裙邊內部,一體進入硫化設備中進行硫化。按照上述生產流程所制備的上盒蓋和下盒蓋可耐酸堿腐蝕,具有良好的防腐蝕性能。
       3柔性防爆盒檢測試驗
          3.1 短路試驗
              為了驗證電纜中間接頭防爆盒的保護性能,設計了短路防爆試驗。試驗樣品包括:兩段10kV 10m長的型號為YJV*3-300電纜和一套新型硫化硅膠柔性防爆盒。試驗具體包括相對地短路故障、相間短路故障防爆檢測,試驗故障電流的有效值均不小于16kA(查閱當地調度記錄,當地10kV電纜最大短路電流為15.8kA),持續時間為1s。
          3.1.1故障模擬
              (1)單相接地短路故障
              首先,將電纜的外護套和鋼鎧剝離,同時剝切電纜的絕緣層和導體;其次,取銅編織線的一端,將其壓入電纜導體內,剩余一段則和銅帶或銅鎧連接到一起;最后,安裝中間接頭,安裝流程按照常規安裝工藝進行。
              (2)相間短路故障
             首先,剝離電纜的相關部件;其次,銅編織線一段壓入A相電纜導體中,另一端壓入B相電纜導體中,然后用絕緣帶將A、B兩相導體隔離;第三,使用銅編織線將A、B兩相的銅屏蔽層連接;最后,按照中間頭安裝工藝完成C相接頭的安裝。
            相間短路故障缺陷示意圖
          3.1.2 試驗過程
              先進行電力電纜中間接頭安裝,中間接頭內部采用單相短路方式,然后在中間頭位置安裝新型柔性防爆盒,并在防爆盒附近放置易燃紙片;最后,給電纜通電,將其電壓控制在10kV,短路電流控制為16kA,持續時間為1s,觀察中間接頭防爆盒及放置的紙片相關情況。
         3.1.3 試驗結果
              試驗之后,發現紙片未燃燒即中間接頭防爆盒具有防爆能力。此外,防爆盒未出現燃燒現象,且其內外均無開裂和其它損壞跡象。
              3.2 可燃性試驗
              3.2.1 氧指數
              氧指數(OI,Oxygen index)是指在規定的試驗條件下,試樣在氧氮混合氣流中,維持平穩燃燒(即進行有焰燃燒)所需的最低氧氣濃度,以氧所占的體積百分數的數值表示(即在該物質引燃后,能保持燃燒50mm長或燃燒時間3min時所需要的氧、氮混合氣體中最低氧氣的體積百分比濃度)。作為判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度。一般認為,OI<27的屬易燃材料,27≤OI<32的屬可燃材料,OI≥32的屬難燃材料。試驗采用HC-2型氧指數測定儀,測定儀的具體工作條件和技術指標要求。




             
       

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