一種110kV戶外電纜終端的連接裝置及其安裝方法與流程
2023-11-06 17:26:27
本發明涉及一種110kV戶外電纜終端的連接裝置及其安裝方法，屬於電力系統設計、安裝和檢修技術領域。
背景技術：
目前，110kV戶外電纜終端的伸出端子為銅質，與架空鋁導線連接時，一般採用常規銅鋁過渡設備線夾的連接方式，銅鋁過渡設備線夾再與導線跳線連接。根據各地運行經驗，經紅外線測溫，伸出端子與常規銅鋁過渡設備線夾銜接處發熱、發黑現象比較普遍，以致影響線路的正常運行。已公開文獻介紹，主要是製造工藝、設計、施工環節存在問題，具體分析如下：
1、GB/T14315-2007《電力電纜導體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管》對35kV及以下電力電纜壓接型銅、鋁接線端子做出了技術規定。至今，國家尚未出臺110kV及以上電力電纜壓接型銅、鋁接線端子的技術規定。
2、「淺析110kV全乾式戶外電纜終端聯板發熱原因及反措[J]（電纜技術，2015.1：34-35，朱發萬.深圳供電局有限公司）」總結：一是線夾安裝不到位，導致接觸電阻過大；二是設計不合理，柔性的乾式戶外電纜終端未剛性固定，隨風搖擺，伸出端子與銅鋁過渡設備線夾銜接處不在一個平面上，出現縫隙，使接觸電阻變大而發熱；三是電纜終端下方沒有施工平臺，伸出端子與銅鋁過渡設備線夾銜接處不在一個平面上，安裝難度大，以致螺栓安裝不緊，出現縫隙，接觸面積小，使接觸電阻變大而發熱。措施是：電纜終端下方設安裝平臺，採用瓷護套避雷器剛性固定乾式戶外電纜終端。
3、目前，所有的110kV戶外全預製乾式電纜終端的伸出端子大多為扁腳銅質，設有兩個預留固定孔，與之相連的是1付常規銅鋁過渡設備線夾，常規銅鋁過渡設備線夾再與導線跳線銜接，而導線跳線是與導線耐張串連接的；當導線耐張串隨風擺動或隨導線覆冰舞動，導線跳線和常規銅鋁過渡設備線夾會受到搖曳力的作用；另外，導線跳線將架空導線的微風振動頻率、能量傳遞到銅鋁過渡設備線夾和乾式電纜終端的伸出端子上，天長日久，連接螺栓的螺母將會發生鬆動，以至於常規銅鋁過渡設備線夾和乾式電纜終端的伸出端子之間的接觸面變小，接觸電阻增大，進一步發熱、氧化和發黑。
4、GB149-90《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規範》第2.1.8條規定，母線與母線搭接面的處理應符合下列規定：1、銅與銅，室外高溫且潮溼或對母線有腐蝕性氣體的室內必須搪錫，在乾燥的室內可直接連接；2、鋁與鋁，可直接連接；3、銅與鋁，在乾燥的室內，銅導體應搪錫，室外或空氣相對溼度接近100%的室內，應採用銅鋁過渡設備線夾，銅面應搪錫；4、封閉母線螺栓固定搭接面應鍍銀。目前，市場上的銅鋁過渡設備線夾的銅面因市場競爭，為了壓低成本，大多未搪錫，這也是造成伸出端子與常規銅鋁過渡設備線夾銜接處發熱、發黑現象的原因之一。
5、GB50168-2006《電纜線路施工及驗收規範》中電纜連接金具截面宜為線芯截面的1.2～1.5倍，則電纜截面630mm2、800mm2和1000 mm2對應的計算截面分別為756mm2、960mm2和1200mm2，接觸面計算值分別為6029mm2、7406mm2和10158mm2，電纜伸出端子接觸面分別為7917mm2、11310mm2和15551mm2，架空側接觸面分別為8470mm 2、9470mm 2和10010mm 2，以上計算值未考慮鍍錫因素和固定孔去掉的接觸面。與電纜截面630mm2、800mm2和1000 mm2相匹配的架空側SYG-300/40A、SYG-400/35A、SYG-500/45A型銅鋁過渡設備線夾銅面的接觸面積分別為6615mm2（105mm×63mm）、6615mm2和6800 mm2（80mm×85mm）。明顯，現有的銅鋁過渡設備線夾銅面的接觸面積偏小。目前，因市場競爭為了減少成本，市場上的銅鋁過渡設備線夾的銅面的理論接觸面不足（個別廠家設計的單側接觸面為90mm×50mm=4500mm2）或理論接觸面足夠但運行經驗接觸面不足，這也是造成伸出端子與常規銅鋁過渡設備線夾銜接處發熱、發黑現象的原因之一。
6、銅導電膏（或電力複合脂）以超細銅粉和其他金屬原子以及各種抗氧化、抗腐蝕等添加劑組成的膏狀物質，是目前處理電力銅接頭的接觸面比較好的填充劑，但不能太厚，否則影響導電效果，並且膏狀遲早乾裂，壽命5～20年；導電膏的作用，俗稱「三七開」，三分導電，七份防腐蝕、抗氧化。
7、銅在弱酸性雨水中會發生化學反應：2Cu+O2+4H+=2Cu2++2H20，此反應是原電池反應，陽極：Cu→Cu2++2e-，陰極：O2+4H+→2H20。銅鋁過渡設備線夾在銅鋁結合處存在電位差，在較大電流下易發熱，而銅在發熱條件下與空氣中氧氣發生反應，生成黑色氧化銅，這樣乾式電纜終端的伸出端子與銅鋁過渡設備線夾之間接觸面因黑色氧化銅而導致接觸電阻增大，進一步發熱。因此，隔絕空氣中的氧氣和增大接觸面積是避免發熱的關鍵。
技術實現要素：
本發明的目的在於解決上述現有技術存在的不足之處，提供一種結構簡單有效、防止乾式電纜終端的出線端子與銅鋁過渡設備線夾銜接處發生氧化、發熱和發黑，達到全壽命周期的一種110kV戶外電纜終端的連接裝置及其安裝方法。
本發明是通過以下技術方案來實現的：
一種110kV戶外電纜終端的連接裝置，其特徵在於包括安裝於銅質接線端子2一面的銅鋁過渡設備線夾3，銅鋁過渡設備線夾3包括用於安裝導線跳線的壓接管10以及設於壓接管10下方的銅鋁過渡板11，銅鋁過渡板11包括鋁製基板14及緊貼銅質接線端子2的銅面層12，銅鋁過渡設備線夾3的銅鋁過渡板11上設有與銅質接線端子2的一面側壁相貼合的銅翼板9，銅鋁過渡板11的銅面層12、銅翼板9緊貼銅質接線端子2的兩面側壁，增加了接觸面積，降低接觸電阻的阻值，防止發熱，銅鋁過渡設備線夾3與銅質接線端子2通過緊固件4緊固為一體，銅質接線端子2與銅鋁過渡設備線夾3的外部套設有用於隔絕空氣且緊固各部件的桶式熱縮管5；
所述銅質接線端子2與銅面層12相貼合的一面的尺寸分兩種：200mm×100mm，並且電纜截面在400mm2～1000 mm2之間；300mm×150mm，並且電纜截面在1200mm2～2500 mm2之間；
為了進一步增加接觸面積，所述銅鋁過渡設備線夾3的銅面層12與銅質接線端子2之間夾設有壓延銅箔13；
所述壓延銅箔13的厚度為18um-110um；
所述銅鋁過渡設備線夾3上電氣連接有導線跳線6，導線跳線6與架空鋁導線電連接；
為了能使銅面層12、銅翼板9與銅質接線端子2外表面緊密貼合，防止各部件間相互移動，所述銅翼板9位於銅鋁過渡板11的一側，且與銅鋁過渡板11呈90°夾角；
所述銅翼板9的厚度與銅面層12連接為一體，且厚度相同，銅翼板9的寬度與銅質接線端子2的厚度相同，銅翼板9的高度與銅質接線端子2的高度相同；
所述緊固件4採用不鏽鋼防松螺栓，銅質接線端子2、銅鋁過渡板11、壓延銅箔13上均設有用於穿過不鏽鋼防松螺栓的通孔15；
一種110kV戶外乾式電纜終端連接裝置的安裝方法，其特徵在於包括以下步驟：
1、將導線跳線6的一端壓設於銅鋁過渡設備線夾3的壓接管10上；
2、將筒式熱縮管5由下而上套設於銅鋁過渡設備線夾3外部；
3、在銅質接線端子2的一側墊設壓延銅箔13，然後通過不鏽鋼防松螺栓將銅鋁過渡設備線夾3的銅鋁過渡板11、壓延銅箔13、銅質接線端子2緊固為一體，銅鋁過渡板11的銅面層12與壓延銅箔13相貼合；
4、將筒式熱縮管5套設於銅鋁過渡板11、銅質接線端子2、不鏽鋼防松螺栓的外部；
5、加熱筒式熱縮管5，筒式熱縮管5受熱後收縮，使筒式熱縮管5的內壁緊貼各部件。
本發明的一種110kV戶外電纜終端的連接裝置結構設計巧妙，銅質接線端子的一面與銅鋁過渡設備線夾的銅面層相接觸，銅質接線端子的一側與銅翼板相接觸，銅質接線端子與銅鋁過渡設備線夾的銅面層之間墊上壓延銅箔，上述部件採用不鏽鋼防松螺栓緊固為一體，上述結構不僅能增加接觸面積，而且能避免銅質接線端子和銅鋁過渡設備線夾的銅面層相對移動，連接更加牢固，最後採用筒式熱縮管封嚴銜接處的銅質接線端子、帶銅翼板的銅鋁過渡設備線夾和不鏽鋼防松螺栓。
本發明同已有技術相比可產生如下積極效果：
1、銅質接線端子一面與帶銅翼板的銅鋁過渡設備線夾的銅面層接觸，一個銅翼板緊貼於銅質接線端子的一側，不僅能進一步增加接觸面積，而且能避免銅質接線端子和銅鋁過渡設備線夾的銅面層相對移動，連接更加牢固；
2、銅質接線端子2的接觸面積是110kV電纜截面積的16～20倍,銅鋁過渡設備線夾的銅面層的接觸面積與銅質接線端子的接觸面積相同，從而徹底解決理論接觸面積足夠而運行後接觸面積不夠的問題。銅質接線端子和銅鋁過渡設備線夾均預留4個螺孔，4付緊固件均採用不鏽鋼防松螺栓，如此，接觸面結合更加牢固；
3、物理上分隔開的兩個銅板連接在一起，不可能完全接觸，表面非常光滑的銅板，在顯微鏡下仍能觀察到5～10um的凹凸點，現實運行的銅端子因表面氧化後的接觸電阻、電流過大導致發熱、發黑，需細砂紙打磨掉黑色氧化銅薄膜等化合物；打磨過程中，銅端子表面更加凹凸不平，不用顯微鏡觀察，肉眼就可以看出來，導致實際接觸面積大幅減少。本發明採用的壓延銅箔的物理特性好，不易裂紋，其厚度可以做到18～135um，導電性能優於導電膏，工作溫度可以達到260°C，將壓延銅箔置於銅質接線端子和銅鋁過渡設備線夾之間，螺栓壓緊，壓延銅箔一是可以部分填充凹凸不平的表面，從而增大了實際接觸面積，二是避免氧氣侵入，延緩電纜銅端子和銅鋁過渡設備線夾之間的氧化速度。銅箔厚度太薄，壓緊後已碎，銅箔厚度太厚，壓緊後不發生變形或變形很小，起不到填充銅板凸凹不平的縫隙，因此本發明的壓延銅箔厚度在18um～110um之間；
4、採用筒式熱縮管5隔絕空氣中的氧氣，避免銅質接線端子2和帶銅翼板9的銅鋁過渡設備線夾3的銅表面被氧化，可不採用GB149-90《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規範》第2.1.8條關於室外必須搪錫的規定；
5、採用不鏽鋼防松螺栓緊固銅質接線端子和帶銅翼板的銅鋁過渡設備線夾，不鏽鋼防松螺栓不生鏽，不會汙染銅接觸面，從而不會增大接觸電阻。
本發明的一種110kV戶外電纜終端的連接裝置及其安裝方法，能使110kV乾式電纜終端使用壽命可以提高50%以上，電網更加安全可靠運行，本發明適合於解決發電廠、變電站中電氣設備的端子發熱問題，因此，具有廣泛的推廣價值。
附圖說明
圖1：本發明一種110kV戶外電纜終端的連接裝置的結構示意圖；
圖2：本發明銅鋁過渡設備線夾的結構示意圖；
圖3：圖2的A-A剖結構示意圖；
圖4：圖2的B-B剖結構示意圖；
圖5：壓延銅箔的結構示意圖；
圖6：筒式熱縮管的結構示意圖；
圖7：銅質接線端子與銅鋁過渡設備線夾的銅面層、壓延銅箔相互配合的結構示意圖。
圖中：1、110kV戶外電纜終端；2、銅質接線端子；3、銅鋁過渡設備線夾；4、緊固件；5. 筒式熱縮管；6、導線跳線； 9、銅翼板；10、壓接管 ；11、銅鋁過渡板；12、銅面層；13、壓延銅箔；14、鋁製基板；15、通孔。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例1：參考圖1-7。本實施例的一種110kV戶外電纜終端的連接裝置，包括 110kV戶外全預製乾式電纜終端1、銅質接線端子2、銅鋁過渡設備線夾3、緊固件4、筒式熱縮管5、導線跳線6、銅翼板9、壓接管10、銅鋁過渡板11、銅面層12、壓延銅箔13、鋁製基板14、通孔15。
銅質接線端子2的接觸面積是110kV電纜截面積的16～20倍,銅鋁過渡設備線夾3的銅面層12的接觸面積與銅質接線端子2的接觸面積相同，從而徹底解決理論接觸面積足夠而運行後接觸面積不夠的問題。銅質接線端子2和銅鋁過渡設備線夾3均預留4個螺孔，4付緊固件4均採用不鏽鋼防松螺栓，如此，接觸面結合更加牢固。
安裝連接關係：一個銅鋁過渡設備線夾3分別安裝於銅質接線端子2的一側，銅鋁過渡設備線夾3包括用於安裝導線跳線的壓接管10以及設於壓接管10下方的銅鋁過渡板11，銅鋁過渡板11包括鋁製基板14及緊貼銅質接線端子2的銅面層12，一個銅鋁過渡設備線夾3的銅鋁過渡板11上設有與銅質接線端子2的側壁相貼合的銅翼板9，一個銅鋁過渡板11、一個銅翼板9緊貼銅質接線端子2的兩面側壁，可增加接觸面積，降低接觸電阻的阻值，防止發熱，一個銅鋁過渡設備線夾3與銅質接線端子2通過緊固件4緊固為一體，銅質接線端子2與一個銅鋁過渡設備線夾3的外部套設有用於隔絕空氣且緊固各部件的筒式熱縮管5；為了進一步增加接觸面積，銅鋁過渡設備線夾3的銅面層12與銅質接線端子2之間夾設有壓延銅箔13；壓延銅箔13的厚度為18微米至0.11毫米；一個銅鋁過渡設備線夾3上分別電氣連接有導線跳線Ⅰ6，導線跳線Ⅰ6與架空鋁導線電連接；為了能使銅面層12、銅翼板9與銅質接線端子2外表面緊密貼合，防止各部件間相互移動，銅翼板9安裝於銅鋁過渡板11的一側，且與銅鋁過渡板11呈90°夾角；銅翼板9的厚度與銅面層12合為一體且厚度相同，銅翼板9的寬度與銅質接線端子2的厚度相同，銅翼板9的高度與銅質接線端子2的高度相同；緊固件4採用不鏽鋼螺栓，銅質接線端子2、銅鋁過渡板11、壓延銅箔13上均設有用於穿過不鏽鋼螺栓的通孔15。
實施例2
本實施例的一種110kV戶外電纜終端的安裝方法，參考附圖1-7，安裝時，先將筒式熱縮管5預先套在帶銅翼板9的銅鋁過渡設備線夾3和導線跳線6上；其次，銅鋁過渡設備線夾3的銅翼板9位於、緊貼銅質接線端子2的一個側面，銅質接線端子2與銅鋁過渡設備線夾3的銅面層12之間墊上壓延銅箔13，然後用緊固件4緊固銅質接線端子2、壓延銅箔13和帶銅翼板9的銅鋁過渡設備線夾3；再次，加熱筒式熱縮管5，依次收縮封嚴銅質接線端子2、帶銅翼板9的銅鋁過渡設備線夾3和不鏽鋼防松螺栓，筒式熱縮管5隔絕了空氣中的溼氣，銅鋁過渡設備線夾3和乾式電纜終端端子的接觸面如同在戶內，銅鋁過渡設備線夾銅面就不需搪錫，節省成本。
本發明結構簡單有效，電纜終端出線端子與一個帶銅翼板的銅鋁過渡設備線夾的之間連接更加牢固，銅質接線端子與銅鋁過渡設備線夾之間墊上壓延銅箔，成倍增加接觸面積，防止乾式電纜終端出線端子與帶銅翼板的銅鋁過渡設備線夾銜接處氧化、發熱和發黑等不良現象，彌補了現有110kV戶外全預製乾式電纜終端伸出端子接觸面不足的缺陷，達到全壽命周期設計。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。