隨著我國城市電力事業的蓬勃發展，對供電可靠性提出更高的要求。目前，配電電纜及環網柜在配電網中大量應用，配電電纜和電纜之間普遍采取熱縮或者冷縮的方式進行連接。這種連接方式存在諸多不便，如：①施工不便利，對施工人員素質要求較高，若安裝不良極易發生故障；②型號不統一，不同電纜之間需要不同型號的電纜附件進行安裝；③作業時間較長，一次連接的時間需要停電數小時。

為解決這些問題，本文設計了一種新型的中壓電纜快速連接裝置。

1 總體思路

1.1 初步構想

一個新型快速插接裝置的設計需要從結構、接地、防水、電場分布等方面進行綜合考慮，以確保裝置的安全可靠。綜合目前已有的技術方案，本文擬采取快速插頭加插座的結構。

快速接頭包含了快速插頭和快速中間接頭兩部分，如圖1所示。快速中間接頭的內部是導電紫銅管，實現電路導通；兩端設計有高壓均壓環，用于均壓端部電場強度，材質為鋁；內部的絕緣材質選用優質硅橡膠，增強產品的絕緣性能；快速中間接頭的最外部使用鑄鋁殼體，既能實現對橡膠絕緣體的機械保護，又能使產品全屏蔽接地，實現了中間接頭全絕緣可觸摸的特點，安全可靠。

圖1 快速中間接頭的結構

1.2 快速插頭的安裝連接方式

快速插頭的安裝連接方式如圖2所示。

圖2 快速插頭的安裝連接方式

快速中間接頭的兩端設計有安裝孔，用于和快速插頭暗轉固定。快速插頭由觸頭、表帶觸指、壓緊錐、定位壓板、橡膠適配器、尾管法蘭等組成。整個裝置通過緊固螺栓進行連接。

1.3 接地

為了實現快速插頭和快速中間接頭的可觸摸性能，鋁制的外殼必須接地，使用可伸縮彈簧接地線套接在快速中間接頭上，直接接入主接地排或者周圍的接地體上。

1.4 防水

通過材料和結構兩方面來確保防水等級。一方面通過橡膠固體壓縮實現絕緣配合，確保良好的密封性能；另一方面外部使用熱縮管進行防護，避免機械應力損傷快速插頭和快速中間接頭的外殼。

2 電場分析設計

2.1 中間接頭詳細結構

中間接頭詳細結構如圖3所示。

圖3 中間接頭詳細結構

根據環網柜中最大截面的使用要求，采用匹配國內標準的、型號YJV22-8.7/15-1×400的交聯聚乙烯電纜規格，以滿足產品的通用一致性。

導電銅管，經過機械加工之后表面鍍銀，依照實際溫升要求，導電銅管規格選擇外徑55mm，壁厚5mm，截面積約為785mm2，施加693A（≥1.1Ir下），熱平衡以后溫升＜75K，滿足使用要求。

半導電層（內屏蔽層），材質為半導電橡膠，這部分控制局放，由于導電銅管需要機械加工，表面難免會有毛刺尖角，可能會出現局放超標，影響產品的長時間可靠運行；要求材質表面沒有任何劃痕、表面光滑、無飛邊毛刺，厚度必須不得小于2mm。

絕緣橡膠件（硅橡膠），硅橡膠屬于整個結構中最為關鍵的部分，該部分弱化電場強度，在其生產硫化過程中不能出現氣泡，依照10kV電壓標準要求，設計厚度不得小于8mm。

金屬接地體、中間接頭與快速插頭的安裝端面均布置在整個中間接頭的外部，除了有較強的機械強度外，還是良好的導電體，實現機械保護的同時具備外殼屏蔽接地，滿足外表面零電位可觸摸要求，兩者之間通過絲牙螺紋緊固。安裝端面的外端設計有3個M8的螺紋孔用于和插拔式電纜接頭緊固配合。

2.2 插拔式電纜接頭詳細結構

插拔式電纜接頭，如圖4所示。

圖4 插拔式電纜接頭詳細結構

圖4中電纜接頭的觸頭和彈簧觸指（表帶觸指），是導通電纜導體和中間接頭的導電銅管。銅編織線，用于實現電纜銅屏蔽層、鎧裝層的接地。電纜接頭定位圈，材質為紫銅T2，防止電纜接頭上的應力錐錯位滑動。

整個插拔接頭絕緣應力錐，主要材質同樣為絕緣硅橡膠，外部形狀尺寸配合中間接頭的絕緣層，應力錐的下端設計有變導電體，有效搭接電纜的外屏蔽層，半導電體的外部設計有勻稱的R圓角，為了有效釋放應力場強。

插拔式電纜接頭的外部固定尾管法蘭，保證插拔式電纜接頭本體和中間接頭有效配合并接地，實現插拔式電纜接頭的外表面零電位可觸摸要求。

2.3 電場分析

利用電場強度分析軟件ElecNet對產品結構的合理性進行驗證，了解設計中絕緣薄弱環節。設置條件如下：所有的接地體和接地體以外遠離高壓側的所有物質電場強度設置為0，所有有高壓的導體和與導體接觸的半導電層電場強度全部設置為最高場強，橡膠層的介電常數設置為2.8，設置工頻電壓為42kV，通過電腦分析計算得出電場分布圖，如圖5所示。

圖5 電場分布圖

經過分析得知，整個裝配體電場強度最高處為7.34kV/mm，遠遠低于橡膠層絕緣擊穿強度17kV/mm，設計合理，絕緣性能可靠。

2.4 熱穩定計算（略）

選用YJV-8.7/15-1×400的電力電纜，參照GB/T 18889—2002《額定電壓6kV（Um=7.2kV）到35kV（Um=40.5kV）電力電纜附件試驗方法》第11.2條、第12.2條規定，進行了設計驗證計算。通過計算可知，產品完全可以滿足動熱穩定試驗20kA/4s。

3 生產工藝過程設計

快速中間接頭的導電銅管、金屬接地體、中間接頭與快速插頭的安裝端面全部屬于機械加工，依照圖紙的公差要求，應用車、銑、鉆等機械加工工藝完成，機械加工完成后根據相關標準要求進行表面處理，如電鍍、酸洗氧化處理等。

內屏蔽層為使用半導電橡膠模壓硫化成型，前期完成產品外形尺寸設計、模具設計、模具加工等。將模具固定在壓力機上，將導電銅管放入內屏蔽層模具型腔指定位置后，通過高溫硫化成型，再進行高溫烘箱熱處理。

制作完成后還需要清除表面毛刺，進行X光射線探傷以確認內部無任何氣泡，再進行表面電阻測量。

4 產品檢驗

4.1 型式試驗要求

電纜附件產品型式試驗，屬于非常嚴格的環節，依照產品結構性能以及相關標準，具體項目要求見表1。

表1 型式試驗要求

5 結論

本文從解決目前中壓配電電纜連接不便、時間長、規格型號繁多的問題入手，設計一種中壓電纜快速插接頭裝置解決現有裝置的不足；從裝置的結構、材料、工藝各個環節進行了設計和模擬驗證。從驗證結果來看達到了最初的設計初衷，為下一步的實際生產和現場使用提供了理論支持。