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[摘 要]宝中铁路地处山区，地形复杂，隧道桥梁众多，管内电力贯通线路上的电缆占线路总长的近50%。1995年开通以来，因电缆故障造成的线路跳闸占总跳闸件数的70%以上，其中长大电缆在施工过程中因电缆中间接头较多、制作质量参差不齐，导致电缆头故障率最高。笔者通过剖析故障电缆头以及后期新作电缆头的制作工艺，总结了近年来电缆大修施工及故障电缆头处理过程中存在的问题，通过电气原理分析提出解决措施，以期在今后电缆施工、故障恢复中作为借鉴。
[关键词]10KV电缆接头 故障原因 解决措施
中图分类号：TV648 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0067-01
宝中铁路由于地处山区，地形复杂，管内电力贯通线路上电缆线路长、敷设密集，因电缆故障造成贯通线路跳闸影响信号电源可靠供电的情况时有发生，对铁路运输秩序造成干扰。运行实践证明，除施工等外部原因引发的电缆故障外，电缆自身故障90%发生在电缆中间接头和终端接头上。制作安装电缆头附件时留下的质量问题成为日后发生故障的隐患。其根本原因是中间接头和终端头附近的绝缘介质过早地发生了击穿。
1.尖端效应畸变电场及解决措施
因尖端效应造成的电缆短路故障主要发生在中间接头处，是在制作中间接头时留下的隐患，有的是线芯连接管问题，有的是液压钳模具和操作者问题。如有的连接管规格不标准，内径过小，线芯不能穿进。这时操作者往往掐断几根导线后在穿连接管，再压型，结果这几根导线在连接管外面翘起，尖锋外露。液压钳模具使用不当或模具变形都能使连接管变形严重，在管体上留下尖锋。
我们知道，带电体表面在介质中局部放电的现象，通常都发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导体的周围，带电体的尖端附近）。由于导体的曲率越大，曲率半径就越小；导体周围出现毛刺等不规则尖端时，导体外侧最尖端处也就是曲率半径最小的地方，其电荷密度最大，因电场强度与电荷密度成正比，故在导体的尖端处场强最大。所以当导体电势升高时，这些尖端处的局部场强继续增大，当尖锋附近电场强度达到绝缘介质最小击穿强度时，就会产生放电击穿绝缘介质。即使在还没有发生局部放电的临界情况下，绝缘介质也是在满载或过载状态下工作，介质损耗增大、发热，电气性能大大降低。当系统发生单相接地时，另外两相的相电压升高为线电压，局部电场强度进一步升高，很容易发生局部放电。出厂电缆在线芯导体外面挤包一层半导电屏蔽层，不仅增大了导体的半径，主要消除了多股导线绞合所产生的尖端，降低了导体表面的场强。因此，在制作中间接头时必须采取措施消除线芯和连接管上的尖锋，防止发生电场畸变导致电缆头放电击穿。最有效的措施就是压接连接管后消除尖锋，并恢复半导体结构，在连接管上增绕内半导体层，使线芯外有一层比较光滑平整的半导体电层，促使电场分布均匀，提高电缆头运行寿命。
2.边缘效应畸变电场及解决措施
制作终端头和中间接头时，多数操作者只注意导体结合部位绝缘层恢复质量，忽视对外半导体和铜带的处理，也会为电缆附件的安装埋下隐患。
10KV交联电缆线芯绝缘层外围，除半导电屏蔽层外，还有用铜带或网状铜丝包绕的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生接地或短路时，就会作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。我们在制作终端头和中间接头时，必须要剥除一段屏蔽层，其主要目的是用来保证高压对地的爬电距离的。但当电缆铜屏蔽剥开以后，靠近金属层边缘附近的电场发生畸变，电场强度显著增加。一般情况下，电缆附件绝缘介质的击穿强度低于工厂制造绝缘击穿强度。在工厂制造绝缘击穿之前，电场集中部位的介质会先行放电击穿。
所以，解决电缆头边缘效应畸变电场最有效的措施，是改善铜带屏蔽层附近的电场分布。先在中间接头绝缘层外侧恢复外半导体层；然后恢复好铜屏蔽带。使中间接头外半导体和工厂制造外半导体很好地连成一个整体，铜屏蔽带也连成一个整体。有些操作者在制作终端头时，外半导体层末端和铜屏蔽带末端往往距离很近，甚至铜屏蔽带末端散开后高出外半导体层。这种不合理的结构一旦被包裹在三指套里，就会成为电缆终端的故障隐患。合理的结构是外半导体层末端长于铜屏蔽带，并伸出三指套。
另外，安装附件时如果将外半导体扎伤也是产生边缘效应的一个原因，如钢丝、钢铠、卡具等都可能刺伤电缆绝缘结构，必须加以保护。
3.杂质和污物对附件的影响及解决措施
安装电缆附件时还容易忽视环境因素的影响，如工作场地条件差，电缆附件绝缘受到污染，操作者手脏，工器具不干净，金属锯沫混入等。这些物质混入绝缘层里时绝缘层变成了负荷介质，对接头质量造成不良影响。金属颗粒引起畸变电场，弱介质增加介损值，发热量增大，发生击穿的可能也增大。
安装电缆附件时经常发生刀痕过深的现象。这样的刀痕留在绝缘层上不能恢复，刀痕里的媒介最容易先期放電，导致沿刀痕方向上的击穿。
电场附件安装场地要清扫干净，应有防尘防水措施，电缆头要支撑到适当高度。电缆线芯要用清洁液擦拭。工器具齐全好用，削剥时避免伤害电缆主绝缘，最好使用电缆绝缘削剥专用工具。
4.水的危害及解决措施
线芯防水也是电缆施工中的一个重要环节。水分进入电缆线芯或绝缘层里将在电场作用下发生极化，介损能量值明显增加，产生的热量大。当产生的热量大于散热量时，电缆的温度升高，绝缘介质的介电性能大大下降，先发生局部放电，最终形成绝缘层的贯通性击穿。这种过程先期是缓慢的，后期是快速的，称为热击穿。水分留在线芯里将加重绝缘层中水树的生长，缩短交联电缆的运行寿命。
在储运和施工中要把电缆头封好。安装电缆附件是做好线芯的密封。户外终端是防水结构的，制作时要严格执行工艺。线鼻子和绝缘线芯结合部位用密封胶带缠好，以防线芯进水。中间接头制作时也要注意防水，新建线路应选晴朗天气作业，雨天抢修作业时要搭建防雨设施。
5.线鼻子和连接管压接不牢固
线鼻子和连接管压接不牢固将增大接触电阻，导致导体温度升高，从而引发绝缘介质热击穿。这也是电缆附件的常见故障。线鼻子、连接管材质和规格应符合电气规程。压线钳和模具都必须与线芯截面相适应，通常使用液压钳效果较好。
6.结语
减少10KV交联电缆接头附件故障发生率，将大大提高供电线路运行的可靠性，在电缆头上下功夫会取得事半功倍的效果。笔者认为应做好以下几个环节：（1）严把电缆附件选型关，电缆附件的结构设计要合理、材质好、制作安装工艺简单。（2）严把电缆头制作安装质量关，严格执行安装工艺，着重恢复好绝缘结构和屏蔽结构，彻底消除尖端效应和边缘效应的危害。（3）把好环境关，有必要采取防雨、防尘和防风设施，以免绝缘结构受到环境污染。（4）新作电缆头交工试验要执行《电气设备交接试验标准》（GB50150/91），绝缘电阻、耐压、泄漏电流等均应达标，不能够勉强投运。
参考文献
[1] TZ207-2007《铁路电力工程施工技术指南》.
[2] 10KV交联冷缩电缆中间头产品出厂说明书.
[关键词]10KV电缆接头 故障原因 解决措施
中图分类号：TV648 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0067-01
宝中铁路由于地处山区，地形复杂，管内电力贯通线路上电缆线路长、敷设密集，因电缆故障造成贯通线路跳闸影响信号电源可靠供电的情况时有发生，对铁路运输秩序造成干扰。运行实践证明，除施工等外部原因引发的电缆故障外，电缆自身故障90%发生在电缆中间接头和终端接头上。制作安装电缆头附件时留下的质量问题成为日后发生故障的隐患。其根本原因是中间接头和终端头附近的绝缘介质过早地发生了击穿。
1.尖端效应畸变电场及解决措施
因尖端效应造成的电缆短路故障主要发生在中间接头处，是在制作中间接头时留下的隐患，有的是线芯连接管问题，有的是液压钳模具和操作者问题。如有的连接管规格不标准，内径过小，线芯不能穿进。这时操作者往往掐断几根导线后在穿连接管，再压型，结果这几根导线在连接管外面翘起，尖锋外露。液压钳模具使用不当或模具变形都能使连接管变形严重，在管体上留下尖锋。
我们知道，带电体表面在介质中局部放电的现象，通常都发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导体的周围，带电体的尖端附近）。由于导体的曲率越大，曲率半径就越小；导体周围出现毛刺等不规则尖端时，导体外侧最尖端处也就是曲率半径最小的地方，其电荷密度最大，因电场强度与电荷密度成正比，故在导体的尖端处场强最大。所以当导体电势升高时，这些尖端处的局部场强继续增大，当尖锋附近电场强度达到绝缘介质最小击穿强度时，就会产生放电击穿绝缘介质。即使在还没有发生局部放电的临界情况下，绝缘介质也是在满载或过载状态下工作，介质损耗增大、发热，电气性能大大降低。当系统发生单相接地时，另外两相的相电压升高为线电压，局部电场强度进一步升高，很容易发生局部放电。出厂电缆在线芯导体外面挤包一层半导电屏蔽层，不仅增大了导体的半径，主要消除了多股导线绞合所产生的尖端，降低了导体表面的场强。因此，在制作中间接头时必须采取措施消除线芯和连接管上的尖锋，防止发生电场畸变导致电缆头放电击穿。最有效的措施就是压接连接管后消除尖锋，并恢复半导体结构，在连接管上增绕内半导体层，使线芯外有一层比较光滑平整的半导体电层，促使电场分布均匀，提高电缆头运行寿命。
2.边缘效应畸变电场及解决措施
制作终端头和中间接头时，多数操作者只注意导体结合部位绝缘层恢复质量，忽视对外半导体和铜带的处理，也会为电缆附件的安装埋下隐患。
10KV交联电缆线芯绝缘层外围，除半导电屏蔽层外，还有用铜带或网状铜丝包绕的金属屏蔽层，这个金属屏蔽层的作用，在正常运行时通过电容电流；当系统发生接地或短路时，就会作为短路电流的通道，同时也起到屏蔽电场的作用。我们在制作终端头和中间接头时，必须要剥除一段屏蔽层，其主要目的是用来保证高压对地的爬电距离的。但当电缆铜屏蔽剥开以后，靠近金属层边缘附近的电场发生畸变，电场强度显著增加。一般情况下，电缆附件绝缘介质的击穿强度低于工厂制造绝缘击穿强度。在工厂制造绝缘击穿之前，电场集中部位的介质会先行放电击穿。
所以，解决电缆头边缘效应畸变电场最有效的措施，是改善铜带屏蔽层附近的电场分布。先在中间接头绝缘层外侧恢复外半导体层；然后恢复好铜屏蔽带。使中间接头外半导体和工厂制造外半导体很好地连成一个整体，铜屏蔽带也连成一个整体。有些操作者在制作终端头时，外半导体层末端和铜屏蔽带末端往往距离很近，甚至铜屏蔽带末端散开后高出外半导体层。这种不合理的结构一旦被包裹在三指套里，就会成为电缆终端的故障隐患。合理的结构是外半导体层末端长于铜屏蔽带，并伸出三指套。
另外，安装附件时如果将外半导体扎伤也是产生边缘效应的一个原因，如钢丝、钢铠、卡具等都可能刺伤电缆绝缘结构，必须加以保护。
3.杂质和污物对附件的影响及解决措施
安装电缆附件时还容易忽视环境因素的影响，如工作场地条件差，电缆附件绝缘受到污染，操作者手脏，工器具不干净，金属锯沫混入等。这些物质混入绝缘层里时绝缘层变成了负荷介质，对接头质量造成不良影响。金属颗粒引起畸变电场，弱介质增加介损值，发热量增大，发生击穿的可能也增大。
安装电缆附件时经常发生刀痕过深的现象。这样的刀痕留在绝缘层上不能恢复，刀痕里的媒介最容易先期放電，导致沿刀痕方向上的击穿。
电场附件安装场地要清扫干净，应有防尘防水措施，电缆头要支撑到适当高度。电缆线芯要用清洁液擦拭。工器具齐全好用，削剥时避免伤害电缆主绝缘，最好使用电缆绝缘削剥专用工具。
4.水的危害及解决措施
线芯防水也是电缆施工中的一个重要环节。水分进入电缆线芯或绝缘层里将在电场作用下发生极化，介损能量值明显增加，产生的热量大。当产生的热量大于散热量时，电缆的温度升高，绝缘介质的介电性能大大下降，先发生局部放电，最终形成绝缘层的贯通性击穿。这种过程先期是缓慢的，后期是快速的，称为热击穿。水分留在线芯里将加重绝缘层中水树的生长，缩短交联电缆的运行寿命。
在储运和施工中要把电缆头封好。安装电缆附件是做好线芯的密封。户外终端是防水结构的，制作时要严格执行工艺。线鼻子和绝缘线芯结合部位用密封胶带缠好，以防线芯进水。中间接头制作时也要注意防水，新建线路应选晴朗天气作业，雨天抢修作业时要搭建防雨设施。
5.线鼻子和连接管压接不牢固
线鼻子和连接管压接不牢固将增大接触电阻，导致导体温度升高，从而引发绝缘介质热击穿。这也是电缆附件的常见故障。线鼻子、连接管材质和规格应符合电气规程。压线钳和模具都必须与线芯截面相适应，通常使用液压钳效果较好。
6.结语
减少10KV交联电缆接头附件故障发生率，将大大提高供电线路运行的可靠性，在电缆头上下功夫会取得事半功倍的效果。笔者认为应做好以下几个环节：（1）严把电缆附件选型关，电缆附件的结构设计要合理、材质好、制作安装工艺简单。（2）严把电缆头制作安装质量关，严格执行安装工艺，着重恢复好绝缘结构和屏蔽结构，彻底消除尖端效应和边缘效应的危害。（3）把好环境关，有必要采取防雨、防尘和防风设施，以免绝缘结构受到环境污染。（4）新作电缆头交工试验要执行《电气设备交接试验标准》（GB50150/91），绝缘电阻、耐压、泄漏电流等均应达标，不能够勉强投运。
参考文献
[1] TZ207-2007《铁路电力工程施工技术指南》.
[2] 10KV交联冷缩电缆中间头产品出厂说明书.