(1)將橡膠預(yù)制應(yīng)力錐機械擴(kuò)張后套在電纜絕緣上:
這種結(jié)構(gòu)的特點是應(yīng)力錐直接套在電纜絕緣上,依靠應(yīng)力錐材料自身的彈性保持應(yīng)力錐與電纜絕緣之間界面上的應(yīng)力和電氣強度。
110kV交聯(lián)電纜預(yù)制型終端結(jié)構(gòu)示意圖
圖1所示的國產(chǎn)戶外終端產(chǎn)品是這種結(jié)構(gòu)的典型。它的外絕緣是瓷套(GIS終端一般用環(huán)氧樹脂套管)。內(nèi)絕緣是一個合成橡膠(硅橡膠或乙丙橡膠)預(yù)模制應(yīng)力錐,瓷套(或環(huán)氧樹脂套管)內(nèi)注入合成絕緣油。
顯然,這種結(jié)構(gòu)簡單。但是存在兩個令人關(guān)心的技術(shù)問題:1)合成橡膠應(yīng)力錐與浸漬油的相容性;2)在高電場和熱場作用下,預(yù)模制的橡膠應(yīng)力錐老化會引起界面壓的變化(松弛),從而降低電氣強度。以上兩個問題實際上就是一個材料問題。合適的材料既可以使合成橡膠與浸漬油相容,又可以良好的老化性能。上述歐美國家的電纜制造廠商大量產(chǎn)品的長期安全運行經(jīng)驗可以證明這一點。
(2)采用彈簧壓緊裝置:
這種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點是在應(yīng)力錐上增加一套機械彈簧裝置以保持應(yīng)力錐與電纜之間界面上的應(yīng)力恒定(如圖2所示),輔以對付在高電場和熱場作用下,橡膠應(yīng)力錐老化后可能會引起的界面壓力的變化(松弛)。這種結(jié)構(gòu)還有一個很重要的特點,從圖2可以看到它的橡膠應(yīng)力錐與浸漬油基本隔離,從而消除了應(yīng)力錐材料溶漲的可能性。
110kV交聯(lián)電纜預(yù)制型戶外終端結(jié)構(gòu)示意圖
圖2所示的在應(yīng)力錐上增加彈簧裝置的結(jié)構(gòu)在設(shè)計上似乎更周全些。但是,結(jié)構(gòu)復(fù)雜了,對制造和現(xiàn)場安裝的要求都提高了,現(xiàn)場安裝的時間也增加。
(3)采用一種非橡膠應(yīng)力錐,在設(shè)計上它既能提供可靠的應(yīng)力控制又能避開應(yīng)力錐與電纜絕緣直接接觸:
典型的結(jié)構(gòu)是美國G&W公司設(shè)計的產(chǎn)品,在我國已經(jīng)有不少用戶。
138kV交聯(lián)電纜戶外終端結(jié)構(gòu)示意圖
圖3示出這種結(jié)構(gòu)的138kV交聯(lián)電纜戶外終端和GIS終端的結(jié)構(gòu)示意。它在工廠內(nèi)已經(jīng)把主要的零部件:瓷套管、應(yīng)力錐(成型鋁合金噴鍍環(huán)氧樹脂)、頂蓋、底盤和油壓調(diào)整裝置等都裝配好,并且充滿絕緣油。安裝時,當(dāng)把電纜端部準(zhǔn)備好后,把預(yù)制終端套入電纜即可。從使用角度來看,這種結(jié)構(gòu)可以允許配套電纜有較大的直徑和偏心度的制造公差。
圖3 138kV交聯(lián)電纜戶外終端結(jié)構(gòu)示意(應(yīng)力錐民電纜絕緣不直接接觸)1—導(dǎo)體引出桿 2—屏蔽罩 3—密封環(huán) 4—絕緣油補償裝置 5—電纜絕緣 6—絕緣油 7—瓷套管 8—應(yīng)力錐 9—密封環(huán) 10—支持絕緣子 11—尾管 12—環(huán)氧樹脂套管 13—鋁外殼 14—閥門 15—接地環(huán)。
上述三種結(jié)構(gòu)各有所長,均達(dá)到了實用化水平,都已經(jīng)有比較成熟的使用經(jīng)驗:
1、GIS終端和變壓器終端的基本結(jié)構(gòu)與各公司的戶外終端相似。由于GIS是在全封閉環(huán)境下運行,可以免受大氣條件和污穢的影響,加上SF6氣體的良好絕緣特性,所以GIS終端的外絕緣采用環(huán)氧樹脂套管,其尺寸比戶外終端瓷套小得多。它的內(nèi)絕緣用的應(yīng)力錐和絕緣油與戶外終端相似;
2、在圖1和圖3的GIS電纜終端的環(huán)氧樹脂套管內(nèi)充有絕緣油,稱為濕式(或充油式)GIS電纜終端。圖2的GIS終端內(nèi),不灌注絕緣油,稱干式GIS電纜終端;
3、為了規(guī)范GIS電纜終端與GIS開關(guān)設(shè)備的具體配合尺寸和明確電纜制造廠與開關(guān)制造廠的各自供貨的范圍,電工委員會制定了IEC859標(biāo)準(zhǔn)。因此,按照IEC859標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造的GIS電纜終端都可以安裝在任何廠商制造的標(biāo)準(zhǔn)型GIS設(shè)備上;
4、IEC859標(biāo)準(zhǔn)的早版本是1986年頒布的,當(dāng)時規(guī)定GIS電纜終端,不分濕式或干式,在電纜倉內(nèi)的高度Ls是相同的。例如,110kVGIS電纜終端的Ls=757±1mm。之后該標(biāo)準(zhǔn)又幾經(jīng)修改,1999年頒布的版本IEC60859-1999明確了GIS電纜終端分為濕式和干式兩種類型,110kV濕式GIS電纜終端的Ls仍為757±1mm。而110kV干式GIS電纜終端的Ls為470±1mm;
5、變壓器終端的基本結(jié)構(gòu)與GIS終端的基本結(jié)構(gòu)十分相似,但是變壓器油與SF6氣體的電容率(介電常數(shù))不同,因而整個終端的電場分布也不相同。另外,變壓器油的擊穿強度也較SF6氣體低。事實上,大多數(shù)制造廠采用的是改變變壓器終端套管高壓屏蔽罩的形狀調(diào)整電場分布,達(dá)到盡可能使變壓器終端與GIS終端相同的結(jié)構(gòu);
6、隨著硅橡膠在電氣絕緣領(lǐng)域成功的使用,人們開始把硅橡膠的應(yīng)用拓展到電纜終端的外絕緣領(lǐng)域。首先人們采用硅橡膠復(fù)合套管代替瓷套作為戶外終端的外絕緣。復(fù)合套管重量輕,有優(yōu)良的防爆性,保證了周圍的人員和設(shè)備的安全。因此,它的出現(xiàn)受到普遍地關(guān)注,特別是使用在人口或設(shè)備密集地點;
上世紀(jì)90年代末,一種的全預(yù)制干式合成絕緣戶外電纜終端問世。的戶外終端是集應(yīng)力錐、傘裙和絕緣層于一體,成為一個整體預(yù)制件。這種結(jié)構(gòu)地簡化了終端的安裝工序,即在通常處理完電纜并壓接好接線桿后,將整個終端預(yù)制件套入電纜的絕緣上即成。