500kV及以下单芯交联电力电缆绝缘接头及制作工艺的制作方法

本发明涉及电缆接头领域，尤其是一种500kv及以下单芯交联电力电缆绝缘接头及制作工艺。

背景技术：

随着城市建设的发展，电力电缆的应用日趋广泛。高压单芯交联电缆通常由金属导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、缓冲层、金属护套和外保护层等组成。电缆的导体和金属护套之间，可以看作是一个空心变压器的初级绕组。当电缆的导体通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线将于金属护套铰链，是金属护套产生感应电压，感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。目前，减低单芯电缆金属护套感应电压的方法多是采用交叉互联接地方式，既将单芯电缆线路分成长度相等的三小段或三的倍数段，每小段之间装设绝缘接头，绝缘接头处三相外屏蔽之间用同轴电缆，经交叉互联箱进行换位连接，从降低线路上的感应电压。然而，现有的制作工艺复杂，且绝缘接头与电缆本体之间不易形成等效连接的特性，无法满足电缆本体的机械和电气性能，易产生的活动界面而活动界面内含有微气隙、微水、杂质等有害因素，极易导致界面极化、气隙沿面放电，给电网运行带来严重隐患。同时，现有的绝缘接头的线芯多是采用机械连接，连接处接触电阻较大，容易造成发热；也有采用成型装置制作绝缘接头，但目前的成型装置内部结构复杂，体积大，操作极不便，且成型的绝缘接头与电缆主体绝缘之间也易存在活动界面。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中的不足，从而提供一种500kv及以下单芯交联电力电缆绝缘接头及制作工艺。

本发明的技术方案如下：

一种500kv及以下单芯交联电力电缆绝缘接头制作工艺，包括如下步骤：

1)选取半导电屏蔽料在工厂制作成部分交联的喇叭状几何应力控制锥；

2)选取可交联聚乙烯树脂组合物为接头的主绝缘材料；

3)按照工艺尺寸开剥电缆导体、导体屏蔽层、电缆绝缘层、绝缘屏蔽层、金属护套和外保护层；将绝缘式铜外壳、热收缩管、部分交联几何应力控制锥和扩张后的橡胶弹性套管分别套在电缆上；采用熔焊的方式将两端电缆导体整体焊接，形成焊接端，并处理至与电缆导体尺寸一致；采用半导电屏蔽料制成的半导电带或半导电管进行导体屏蔽层恢复，并缠绕一层耐热隔离膜，装上对半加热模具并进行加热，将温度上升至设定交联温度，升温的过程中同步逐渐打紧模具，保温保压一定时间后，自然冷却至环境温度后进行拆模，对恢复的接头导体屏蔽层进行修型处理至光滑平整；

4)将挤注进胶模具安装至接头的一端，挤注进胶模具用于提供熔融胶料；将橡胶弹性套管收缩至接头位置，所述挤注进胶模具的出胶口与橡胶弹性套管的内侧腔连通；将挤注成型机体模具安装至接头的外周并与挤注进胶模具固定连接，所述挤注成型机体模具由两个对称的机体半模组成并形成接头模腔；将部分交联几何应力控制锥推至与橡胶弹性套管配合的一端，并将支撑加热镶件模具推至部分交联几何应力控制锥窝槽中，随后将支撑加热镶件模具与挤注成型机体模具固定连接；所述支撑加热镶件模具由两个对称的支撑加热镶件半模组成，所述支撑加热镶件半模包括支撑喇叭段、直线段，所述支撑喇叭段、直线段与部分交联几何应力控制锥的形状适配；

5)对挤注成型机体模具、支撑加热镶件模具和挤注进胶模具加热至挤注温度90-105℃时，启动预热后的挤塑机，可交联聚乙烯树脂组合物料通过挤塑机后形成可流动的胶体，再经过挤注进胶模具注入挤注成型机体模具，当胶体充满整个挤注成型机体模具后并有胶体从放胶口流出时，胶体将橡胶弹性胶管充大，由于橡胶弹性套管自身的弹性特性压紧内部胶体，且在挤注成型机体模具内部温度作用下胶体存在膨胀特性，使得设计的弹性橡胶套管可以提供内部稳定的压力，由于橡胶具有一定的耐热性，可避免挤注成型机体模具直接对胶体加热造成接头受到过热导致交联不良；

6)关闭挤塑机并对挤注成型机体模具和支撑加热镶件模具进行升温，并同时对接头处电缆导体加热进行升温，当电缆绝缘层温度升到140-160℃时，且部分交联几何应力控制锥表面温度达到135-155℃时，胶体在给定温度145-175℃、压力1.0-3.0pma和时间2h-6h条件下进行快速接枝交联反应，胶体发生接枝交联反应后与电缆绝缘层、部分交联几何应力控制锥和恢复的接头导体屏蔽层进行接枝熔融。

优选地，所述半导电屏蔽料主要由乙烯-醋酸乙烯共聚物、导电炭黑、抗氧剂和交联剂组成。

优选地，所述可交联聚乙烯树脂组合物主要由聚乙烯树脂、化学交联剂、抗氧剂与促交剂组成。

优选地，还包括步骤7)，自然冷却至室温后，拆除所有模具和橡胶弹性套管，对绝缘接头绝缘层进行打磨修型至表面光滑平整，应力控制锥覆盖绝缘层2-12mm形成两端电缆绝缘屏蔽层的绝缘段。

优选地，还包括步骤8)，采用半导电涂料从一端电缆的绝缘屏蔽层断口向应力控制锥方向的胶体上均匀涂抹，覆盖应力控制锥顶部不小于10mm，用半导电橡胶带半搭接缠绕在半导电涂料上，进行绝缘接头的绝缘屏蔽层的恢复；在半导电橡胶带上缠绕不少于一层铜网并固定牢靠；将绝缘式铜外壳推至绝缘接头处，绝缘式铜外壳的环氧绝缘段放置在绝缘接头绝缘屏蔽层的绝缘段处，采用封铅将两端的绝缘式铜外壳的铜管与电缆金属护套可靠连接，将高压阻燃胶均匀灌入绝缘式铜外壳内并密封好灌胶口，将热收缩管加热收缩至封铅位置并覆盖电缆外保护层和铜外壳保护层，形成电缆绝缘接头的外保护层恢复。

优选地，步骤5)中，所述挤塑机为微型单螺杆挤塑机。

优选地，步骤6)中，对接头处电缆导体加热采用涡流感应加热。

优选地，所述挤注进胶模具包括第一分流器、第二分流器、第一外模和第二外模；所述第一分流器为进胶端，所述第二分流器为进胶端的对端，所述第一分流器和第二分流器合并后外壁形成分流结构，所述分流结构与所述第一外模和第二外模的内壁配合形成流胶道，所述流胶道在由所述挤注分流器模具进胶后，形成环形均匀出胶，实现对所述挤注成型机体模具模腔的均匀挤注。

所述分流结构包括位于所述第一分流器的第一分流结构和位于所述第二分流器的第二分流结构；所述第一分流结构设置成使所述第一分流器与第一外模配合形成分流至两侧的第一流道以及两侧往中间逐渐均匀扩散的第二流道；所述第二分流结构设置成使所述第二分流器与所述第二外模形成两侧往中间逐渐均匀扩散的第三流道；所述第一流道、第二流道、第三流道合并形成所述流胶道；所述熔融胶料流出所述第一流道后，分别流至所述第二流道和第三流道，进而形成环形均匀出胶。

优选地，所述第一流道位于所述第一分流器的下端，所述第一外模上设置有进胶口，所述进胶口与所述两侧的第一流道连通。

一种绝缘接头，采用前述工艺制作。

本发明包括但不限于以下有益效果：

1)制作工艺操作方便，所制成的绝缘接头与电缆本体能够形成等效连接的特性，满足电缆本体的机械和电气性能；绝缘层与原电缆及其他恢复层交联良好，避免活动界面的产生；

2)绝缘接头成型装置结构简单易于现场组装，通过成型装置制作的接头工艺操作方便；

3)接头成型装置出胶均匀，成型效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的方案。

图1是本发明的接头成型模具及弹性橡胶套管安装示意图；

图2是本发明的接头成型模具内部充满胶体示意图；

图3是本发明绝缘接头主体结构示意图；

图4是本发明绝缘接头整体结构示意图；

图5是本发明制作的绝缘接头电位、电场分布图；

图6是本发明提供的接头成型装置结构示意图；

图7是本发明提供的挤注进胶模具结构示意图；

图8是本发明提供的第一分流器主视图；

图9是本发明提供的第二分流器主视图；

图10是本发明提供的第一分流器和第二分流器组合结构示意图；

图11是本发明提供的接头成型装置剖面图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图1-11并结合实施例来详细说明本发明的技术方案。

一种500kv及以下单芯交联电力电缆绝缘接头制作工艺，包括如下步骤：

1)选取半导电屏蔽料在在工厂制作成部分交联的喇叭状几何应力控制锥5(该制作为现有技术，不再赘述)，半导电屏蔽料主要由乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)、导电炭黑、抗氧剂和交联剂组成；

几何应力控制锥(可以具有不同形状大小，根据实际需要设计大小)是根据不同电压等级不同电缆规格进行设计，从而有效控制电缆绝缘屏蔽断口处的畸变场强；将半导电屏蔽料在在工厂制作成部分交联的几何应力控制锥，这样有利于后期与接头绝缘材料接枝熔融结合，并真空包装好。

2)选取可交联聚乙烯树脂组合物为接头的主绝缘材料，可交联聚乙烯树脂组合物主要由聚乙烯树脂、化学交联剂、抗氧剂与促交剂组成。

可交联聚乙烯树脂组合物和半导电屏蔽料制成的部分交联几何应力控制锥以及电缆原绝缘层可以在一定条件下进行交联接枝反应，无气隙熔融为一体，从而杜绝界面存在导致的局部放电的产生，且电气性能和耐热性能可以满足电缆系统的要求。

3)按照工艺尺寸开剥电缆导体9、导体屏蔽层6、电缆绝缘层4、绝缘屏蔽层1、金属护套13和外保护层12；将绝缘式铜外壳22、热收缩管15、部分交联几何应力控制锥5和扩张后的橡胶弹性套管400分别套在电缆上；采用熔焊的方式将两端电缆导体9整体焊接，形成焊接端10，并处理至与电缆导体9尺寸一致；采用半导电屏蔽料制成的半导电带或半导电管进行导体屏蔽层6恢复，并缠绕一层耐热隔离膜(避免半导电材料粘接在加热模具上)，装上对半加热模具并进行加热，将温度上升至设定交联温度，升温的过程中同步逐渐打紧模具，保温保压一定时间后，自然冷却至环境温度后进行拆模，对恢复的接头导体屏蔽层8进行修型处理至光滑平整；

4)将挤注进胶模具100安装至接头的一端，挤注进胶模具100用于提供熔融胶料；将橡胶弹性套管400(起到热缓冲和提供模具内部压力的作用)收缩至接头位置，所述挤注进胶模具100的出胶口与橡胶弹性套管400的内侧腔连通；将挤注成型机体模具200安装至接头的外周并与挤注进胶模具100固定连接，所述挤注成型机体模具200由两个对称的机体半模组成并形成接头模腔；将部分交联几何应力控制锥5推至与橡胶弹性套管400配合的一端，并将支撑加热镶件模具300(支撑部分交联几何应力控制锥5受热后不变形，也可以进行加热使得部分交联几何应力控制锥5受热均匀)推至部分交联几何应力控制锥5窝槽中，随后将支撑加热镶件模具300与挤注成型机体模具200固定连接；所述支撑加热镶件模具300由两个对称的支撑加热镶件半模组成，所述支撑加热镶件半模包括支撑喇叭段301、直线段302，所述支撑喇叭段301、直线段302与部分交联几何应力控制锥5的形状适配；

本实施例中，挤注进胶模具100的具体结构不作限定，只要能够实现进胶即可。本领域技术人员应当理解，可以由多种常规的结构能够实现该功能。

5)对挤注成型机体模具200、支撑加热镶件模具300和挤注进胶模具100加热至挤注温度90-105℃时(这个温度可交联聚乙烯树脂组合物中的交联剂为开始反应，且胶体流动性能良好)，启动预热后的挤塑机，可交联聚乙烯树脂组合物料通过挤塑机后形成可流动的胶体，再经过挤注进胶模具100注入挤注成型机体模具200，当胶体7充满整个挤注成型机体模具200后并有胶体从放胶口流出时，胶体7将橡胶弹性胶管400充大，由于橡胶弹性套管400自身的弹性特性压紧内部胶体7，且在挤注成型机体模具内部温度作用下胶体7存在膨胀特性，使得设计的弹性橡胶套管400可以提供内部稳定的压力，由于橡胶具有一定的耐热性，可避免挤注成型机体模具200直接对胶体7加热造成接头受到过热导致交联不良；

6)关闭挤塑机并对挤注成型机体模具200和支撑加热镶件模具300进行升温，并同时对接头处电缆导体9加热进行升温(即内外同时加热，对电缆导体9升温可以使得内部温度更加均匀，不会存在很大的温度梯度偏差，解决单一外部模具加热使得内部温度不均匀的缺点)，当(原)电缆绝缘层4温度升到140-160℃时，且部分交联几何应力控制锥5表面温度达到135-155℃时(这个温度下部分交联几何应力锥开始与可交联聚乙烯树脂组合物进行接枝交联，且可以实现两种相互熔融结合，无气隙融合)，胶体7(可交联聚乙烯树脂组合物)在给定温度145-175℃、压力1.0-3.0pma和时间2h-6h条件下进行快速接枝交联反应，胶体7发生接枝交联反应后与(原)电缆绝缘层4、部分交联几何应力控制锥5和恢复的接头导体屏蔽层8进行接枝熔融。

优选地，还包括步骤7)，自然冷却至室温后，拆除所有模具和橡胶弹性套管400，对绝缘接头绝缘层进行打磨修型至表面光滑平整，应力控制锥5覆盖绝缘层2-12mm形成两端电缆绝缘屏蔽层的绝缘段11。接头绝缘层无气孔、杂质和凹凸不平等缺陷。

优选地，还包括步骤8)，采用半导电涂料3从一端电缆的绝缘屏蔽层1断口向应力控制锥5方向的胶体7上均匀涂抹，覆盖应力控制锥5顶部不小于10mm，用半导电橡胶带2半搭接缠绕在半导电涂料3上，进行绝缘接头的绝缘屏蔽层的恢复；在半导电橡胶带2上缠绕不少于一层铜网17并固定牢靠；将绝缘式铜外壳22推至绝缘接头处，绝缘式铜外壳22的环氧绝缘段20放置在绝缘接头绝缘屏蔽层的绝缘段11处，采用封铅14将两端的绝缘式铜外壳的铜管与电缆金属护套13可靠连接，将高压阻燃胶21均匀灌入绝缘式铜外壳22内并密封好灌胶口19，将热收缩管15加热收缩至封铅14位置并覆盖电缆外保护层12和铜外壳保护层16，形成电缆绝缘接头的外保护层恢复；将同轴电缆内外芯分别与绝缘式铜外壳的两端接线柱18连接，通过交叉互联箱进行换位即可完成电缆线路护层感应电压的降低。

图5是利用本发明的工艺制作的单芯交联电缆绝缘接头电位、电场分布图，可以看出，接头内部的电位和电场分布比较均匀，且绝缘段位置的电场强度可以满足现场的使用要求，且应力控制锥可以很好的解决电缆绝缘屏蔽断口处的畸变场强，可以完全达到电缆本体的电气性能。

优选地，步骤5)中，所述挤塑机为微型单螺杆挤塑机。

优选地，步骤6)中，对接头处电缆导体9加热采用涡流感应加热。

优选地，所述挤注进胶模具100包括第一分流器101、第二分流器102、第一外模103和第二外模104；所述第一分流器101为进胶端，所述第二分流器102为进胶端的对端，所述第一分流器101和第二分流器102合并后外壁形成分流结构，所述分流结构与所述第一外模103和第二外模104的内壁配合形成流胶道109，所述流胶道109在由所述挤注分流器模具100进胶后，形成环形均匀出胶，实现对所述挤注成型机体模具200模腔的均匀挤注。

所述分流结构包括位于所述第一分流器101的第一分流结构107和位于所述第二分流器102的第二分流结构108；所述第一分流结构107设置成使所述第一分流器101与第一外模103配合形成分流至两侧的第一流道105以及两侧往中间逐渐均匀扩散的第二流道118；所述第二分流结构108设置成使所述第二分流器102与所述第二外模104形成两侧往中间逐渐均匀扩散的第三流道106；所述第一流道105、第二流道118、第三流道106合并形成所述流胶道109；所述熔融胶料流出所述第一流道105后，分别流至所述第二流道118和第三流道106，进而形成环形均匀出胶。为了构成所述第一流道、第二流道、第三流道，本实施例中，所述第一分流器设置成桃型分流器，所述第二分流器设置成山型分流器，当然，本领域技术人员也可以设置成其他形状，只要能够实现分流至两侧的第一流道、两侧往中间逐渐均匀扩散的第二流道以及两侧往中间逐渐均匀扩散的第三流道即可。

优选地，所述第一流道105位于所述第一分流器101的下端，所述第一外模103上设置有进胶口112(与注胶口连通)，所述进胶口112与所述两侧的第一流道105连通。

优选地，所述第一分流结构107包括分流凸起，所述进胶口112分别连通至所述分流凸起的两侧。当然，本领域技术人员也有可以不设置分流凸起，进胶口112直接连通至两侧所述第一流道105的连接处，熔融胶料进入后分流至两侧的第一流道105。

优选地，所述第二分流器102和第二外模104底部分别设置第一通孔110和第一螺纹孔111，利用螺栓或螺钉锁紧配合；所述第一分流器101和第一外模103采用同样的方式进行锁紧配合(即底部分别设置第一通孔和第一螺纹孔)。

优选地，所述第二分流器102和第二外模104分别包括第一法兰115和第二法兰116，所述第一通孔110和第一螺纹孔111分别设置于所述第一法兰115和第二法兰116；相应的，所述第一分流器101和第一外模103上的第一通孔和第一螺纹孔也分别设置于其上的法兰上。

优选地，所述第一外模103和第二外模104外壁分别设置有至少一个第一连接件113，所述第一连接件113设置有第二通孔114，利用螺栓和螺母将所述第一外模103和第二外模104连接。

优选地，所述第一外模103和第二外模104外壁分别矩形分布有四个所述第一连接件113，所述第一连接件113通过焊接连接于所述第一外模103和第二外模104外壁。

优选地，所述挤注进胶模具100和所述挤注成型机体模具200通过卡槽连接，所述支撑加热镶件模具300则通过螺栓或螺钉连接的方式安装于所述挤注成型机体模具200的尾端。

优选地，所述挤注成型机体模具200尾端圆周均布设置机尾固定螺纹孔；所述挤注成型机体模具200头端内壁设置第一环形凹槽202，相应地，所述第一环形凹槽202前端形成第一环形凸起201；所述挤注进胶模具100的出胶端外周设置有第二环形凹槽117，所述第一环形凸起201插入所述第二环形凹槽117内形成所述卡槽连接。

优选地，所述机体半模外壁设置有至少一个第二连接件203，所述第二连接件203设置有第三通孔204，通过螺栓与螺母将两个机体半模进行锁紧。

优选地，两个所述机体半模外壁分别矩形分布有四个所述第二连接件203，所述第二连接件203通过焊接连接于所述两个所述机体半模外壁。

优选地，所述支撑加热镶件模具300的圆周均布设置有第四通孔303，利用螺栓或螺钉穿过所述第四通孔303与机体半模的机尾固定螺纹孔配合，将支撑加热镶件模具300固定在挤注成型机体模具200。

一种绝缘接头，采用如上工艺制作而成。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。