【摘要】电缆附件是电力线路的重要组成部分和薄弱环节,因其制造质量、材料选用及安装工艺因素造成的事故原因占比高达60%~80%。为了深入研究电缆附件的技术特性，本文结合电力工程实践，对电缆附件介电常数等关键技术参数及参数间的制约关系,以及对材料、施工工艺、现场条件和产品的特性进行分析探讨，研发新型复合式高介电电缆附件改善电缆附件质量降低电力电缆故障率。
【关键词】电缆故障；电缆附件；高介电纳米材料 ；
0引言
电缆附件包括终端接头和中间接头，分别用于电缆与设备的连接终端和电缆与电缆间的连接处。它作为电力电缆线路的重要组成部分，是整个电缆线路的薄弱环节。国内外对交联聚乙烯电力电缆本体、中间接头及终端头绝缘事故率的统计表明，因第三方外力造成的电缆本体事故率达50%，附件的事故率为45%，非第三方外力破坏引起的电缆本体事故仅为5%。而且，随着电缆本体质量的逐步提高，电缆附件引发的事故在电力电缆故障中的占比将越来越大。
1 配网电缆附件常见问题
在电缆终端和接头处金属护套和屏蔽层断开，产生的电场分布比电缆本体复杂得多，电缆终端电场存在轴向应力，因此需要使用电缆附件来实现电缆的连续和驳接，即一个能满足一定绝缘与密封要求的连接装置。
电缆由导体、绝缘、屏蔽和护层等四个部分构成，电缆附件中作为电缆线路组成部分的电缆终端头、中间接头，必须使电缆的四个结构层分别得到延续，并且实现导体连接良好，绝缘可靠，密封良好和足够的机械强度，确保电缆终端和电缆接头的质量，才能保证整个电缆配电网络的供电可靠性。电缆头及附件运行显现问题：
(1) 中间头绝缘老化，内部侵入潮气后造成相间短路。电缆头常常处在污水横流的运行环境欠佳加快了附件老化，造成引发故障的外部因素。
(2) 电缆终端在制作过程中，由于安装人员在剥切外半导电层时用力过大，伤及电缆的主绝缘，导致刀口处绝缘降低，或者施工工艺不足，主绝缘开剥端口未作平滑处理，残留有明显的片状绝缘层，尖角从内部刺伤终端本体，从而导致电缆故障。
(3)由于目前普遍采用硅橡胶绝缘电缆附件，绝缘增强模式都是由硅橡胶材料本身的绝缘性能和安装时的密封来实现的，如果安装不到位或者不规范安装，都可能导致密封效果不佳，达不到规定的绝缘要求，引起绝缘击穿故障的发生。
2 新电缆附件研发思路
目前电力系统35kV及以下不同种类电缆附件型式的比较,基于中压电缆附件"预制化"、"简洁化"的发展方向,当前在电缆附件技术发展过程中的新材料和新技术研究、实践是解决电缆运行问题唯一出路。常用35kV及以下电缆终端和中间接头主要可分为绕包式、热缩式、冷缩式和预制式等四种。经研究发现如果电缆附件有高介电常数的材料，电场的强度会在电介质内有可观的下降。它具有导电能力较高、介电损耗较低等优点，能够疏散电缆屏蔽层断口处集中的电应力，使电场沿电缆方向成均匀分布，消除局放，提高绝缘水平，且能长期适用于高温、潮湿的环境中，从整体上提高电缆运行的安全稳定性，从而降低运维成本。
3 复合型高介电电缆附件的型式
3.1电缆附件改进思路
我们都知道，高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场。在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场。在剥去屏蔽层芯线的电力线向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，为解决这个问题采取分散这集中的电应力，用介电常数为20～30、电阻率为108～1012Ω/cm 的应力管，套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力，以保证电缆能可靠运行。
要使电缆可靠运行，电缆头制作中应力管非常重要，而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果。在电缆本体中，芯线外表面不可能是标准圆，芯线对屏蔽层的距离会不相等，根据电场原理，电场强度也会有大小，这对电缆绝缘也是不利的。为尽量使电缆内部电场均匀，芯线外有一外表面圆形的半导体层，使主绝缘层的厚度基本相等，达到电场均匀分布的目的。
在主绝缘层外，铜屏蔽层内的外半导体层，同样也是消除铜屏蔽层不平，防止电场不均匀而设置的。 为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会造成应力管的接触面不足，应力管上的电力线会传导不足（因为应力管长度是一定的），长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足。一般在20～25mm左右。 在制作中间接头时，必须把主绝缘层也剥去一部分，芯线用铜连接管压接后，用填料包平。
实际上，电缆绝缘材料的外半导在剥离过程中会存在尺寸的误差，制造的电缆附件也会存在误差。为解决尺寸误差带来的对屏蔽电场不利的影响，如果采用处于国际先进水平的三层共挤技术融合高介电材料来制作电缆附件，使得外屏蔽、主绝缘和内层高介电材料紧密结合，高介电材料可以发挥优良的性能避免气隙，减少局部放电，使绝缘寿命更长。同时，研究发现新型电缆附件内层电场控制采取直通式设计，允许安装公差加大、尺寸搭接长，简化施工工艺、缩小接头终端尺寸，操作安装方便，且采用的冷缩式防水材料防水效果好，密封性能好，操作方便，省时省力，从安装工艺程序上避免了人为失误造成的电缆接头运行隐患，从而切实提高城市配网建设质量安全与供电可靠性。
3.2 复合式高介电电缆附件材料的选取
为有效解决电缆头附件易发性问题，调查发现现有电应力控制材料中胶料多含纳米氧化锌、TiO2、BaTiO3、炭黑等，并且要在这些填料的高含量下形成复合材料介电常数才会达到较高数值。但长期高温条件下电应力控制器件受热而失效。因此，研究新型高介电耐高温电应力材料，成为提高电缆电应力控制成效的重要方向。
近年来，大量生产厂商实践发现，高介电材料因其具有介电性能良好这一特性对于电系统中的存储电荷和电能起到显著的控制作用，将高介电材料与易极化微纳米尺度无机颗粒和其它有机物融合后成为聚合物基复合介电材料。碳纳米管具有其力学、磁学和电学上的较为独特的效用，选择高介电常数的纳米填料，通过结构设计及界面调控手段，实现在低浓度用料下提高控制材料的高介电、耐高温特性，并满足其体积电阻率的控制要求。
相关研究表明：纳米级高介电陶瓷填料能有效增加高分子聚合物基体的介电常数，并保持基体良好的机械绝缘特性、机械特性和绝缘特性。因此，选择高介电常数的纳米填充料，提高电缆附件电应力控制器件用料的纯度，实现高压电缆电应力的有效控制，具有广泛的应用前景。
3.3新型复合式高介电电缆附件投运后运行效果
在广西电网公司青秀供电分局110kV云景站新建01线等配网基建工程中验证运行效果，新型10kV复合式冷缩高介电电缆附件与旧产品相比，新的肘型头内层采用三层共挤技术，采用纳米技术融高介电陶瓷粉末于高分子聚合物体中，并且高介电接触面积大，覆盖面积广，允许安装公差加大、尺寸搭接长，可以消除产品尺寸误差给局放带来的影响。
南方电网南宁供电局110kV云景变电站新建01线等电缆线路改造工程及新建配网工程采用新型复合式高介电电缆附件，经过运行观察及相关测试，效果良好：（1）经过定期检查测温，在连续高温环境运行下，电缆接头未出现过热现象。（2）对电缆绝缘屏蔽端口处定期进行局放试验，无局放。
4 新成果优缺点
为降低电缆线路故障率而研发出了新型复合式高介电电缆附件效果达到预期。新型复合式高介电电缆附件采用三层共挤技术，硅橡胶中使用纳米级高介电陶瓷填料能有效增加高分子聚合物基体的介电常数，并保持基体良好的机械特性和绝缘特性，实现在低浓度用料下提高控制材料的高介电、耐高温特性。 经验证，新型复合式高介电电缆附件各项试验数据证明该电缆附件具有以下优点：耐老化、抗污秽憎水性好、耐腐蚀、抗紫外线、抗大电流冲击等，其拉伸强度、抗撕裂强度、耐电漏起痕都比有了显著提升，并满足其体积电阻率的控制要求，在电缆附件新产品研发中取得了重大突破。
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5 未来展望
通过新型高介电电缆附件的实践效果可知，它不单只优化了现场电缆工程施工工艺流程，在效率与质量“双提升”的同时，也将显著提升配网地埋电缆运行的可靠性，减低了电缆头故障风险，延长电缆设备运行寿命。
参考文献
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