13. 4 接 头
如本章前面提到的， 终端可以被认为是半个接头。 因此， 设计和安装一个接头时要考虑得比设计终端时多一倍。
13. 4. 1 接头理论
理想的接头可以将它所连接的电缆在电气性能、 化学性能、 热学性能、 机械性能等方面都达到很平衡的匹配。 但在实际运行中， 达到理想情况经常是不够经济的， 所以通常只是尽量匹配。
理想状态下， 连接两根电缆的接头可以视为两个连在一起的终端。 从理论角度看， 接头和终端最大的不同在于接头更像是电缆的延伸和扩展。 接头简单地替代了电缆厂家做成电缆的各种器件。 纸绝缘铅套电缆和挤包绝缘电缆接头的两端都做成相同的样式， 除非是过渡接头。 用连接管代替两个与接头连接的端子。 与终端一样， 接头的两端， 即电缆屏蔽部件中断的位置要求将电应力消除。 图 13- 14 所示为绕包式接头及其部件。
图 13- 14 绕包式接头
连接管： 将两根导体连接在一起， 必须有很强的机械强度且与电缆导体等电
1） 给绕包带提供倾斜表面， 避免绕包过程中产生气泡。
2） 接管末端不能留有锋利的边缘， 避免出现电应力集中点。
反应力锥： 你会注意到， 在每个电缆的连接处的绝缘都是逐渐复原的。 这也就给绕包带提供了一个光滑的斜面， 可避免气泡出现。
绝缘： 此处用到橡胶带。 橡胶带用于在每一个接头的末端形成应力锥。 搭接带继续穿过连接器另一边。 接头中心的厚度是由电压等级决定的。
导电层： 接头两端绝缘层外是一层导电橡胶带， 连接在电缆绝缘屏蔽上。
金属屏蔽： 导电橡胶层外是一层光滑的编织层， 连接在两端的电缆金属部件上， 给导电带上可能产生的泄漏电流提供接地通路。
虽然图 13- 3 中没有显示出来， 但接头中应该有一根金属中性线穿过。 中性线可以是同心绞合铜导体， 或其他类似材料。 用途是使电缆金属中性线系统中的故障电流流过。
13. 4. 2 接头设计和绝缘
13. 4. 2. 1 电缆准备
电缆准备是整个运行过程中最重要的一步， 也是终端和接头安装的基础。 电缆末端处理不合适会导致内在故障。
电缆末端处理的允许误差取决于构成电缆的方式和材料。 要求通常包括电缆绝缘表面无污染、 无缺陷以及这些原因引起的屏蔽缺失。 挤包绝缘表面要尽量光滑，污染和水汽附着也要尽量少。 如果电缆绝缘屏蔽可以被剥除得很干净， 就不需要再在表面打磨。 若表面粗糙， 一定要将其处理至光滑状态。
为了获得无污染表面， 可能会用到清洁溶剂。 选择合适的溶剂要考虑对操作人员的影响， 以及对电缆材料的影响。
电缆屏蔽剥除要求最关键的区域是边缘位置。 绝缘切口不能重修， 必须剥除。对于预制式设备， 屏蔽边缘应是 “ 方的”， 垂直于电缆轴向。 连接到电缆金属屏蔽的金属连接件不能损坏电缆内的部件。 切进电缆绞线或更重要的实心导体都是不允许的。
终端长度的考量某种程度上取决于接头， 因为外部环境 （ 外部爬电通路） 不是接头涉及的问题。 内部爬电通路则要考虑。 如果研究 20 世纪 50 年代的资料[5] ，会发现运行电压 15kV 的纸绝缘电缆的接头每千伏会造成 1in 的爬电通路。 看一下预制式接头的设计， 会发现相同等级的电缆接头一共只有 1in 的爬电距离。 两个值都是正确的， 为什么会有这样的不同呢？ 纸绝缘电缆接头是手工绕包的， 绝缘纸和漆布都是。 两绝缘层之间有空气通路， 所以 1in / kV 是正确的。 而预制式接头十分紧密地覆盖在电缆绝缘上， 并利用弹性保证维持密封状态。 经验表明对于这样的接头， 7kV / in 是可靠的。
13. 4. 2. 2 导体连接
电缆导体通常是铜或铝。 在接头中铜是很好用的金属， 可以用多种方式连接两个铜导体： 紧压， 焊接， 热熔， 锡焊 （ 甚至在 75 年前架空线就有铰接的例子）等。 铝导体的连接不像铜导体那么简单。 对于铝导体要十分慎重地选择压接工具和接管。 1000kcmil 的导体更要对这些要考虑的值进行详细标注。 对于大尺寸导体要考虑的因素之一是馈电电缆更倾向于长时期高温运行及冲击负载情况， 尤其是中心电站系统中的电缆。 运行过程中要保证负载循环工作足够稳定， 能够在接头不发生热老化的情况下承载最大电流。
可能的话， 连接器的金属材料应与电缆导体材料相同。 在一些情况下做不到材料一致， 比如说要将铜导体连接在铝导体上。 可以将铝制连接器连在铜导体上， 但是铜制连接器不能接在铝导体上， 在负载循环中两种金属的相对延展比例不同， 会导致铝伸出接头造成连接不良。
如果不是预制式接头， 即连接器不处在屏蔽区域内， 那么连接器的形状是很重要的。 对于所有其他情况， 尤其是中高压电缆中， 要确保连接器电应力最小。 连接器要标明锥形凸肩及填充压头。 连接器上要有半导电层。
13. 4. 2. 3 接头绝缘
前面提到的接头绝缘应与电缆中的材料完全相容。 壁厚和与电缆绝缘的交界面应可安全承受压接处的电压。 老的纸绝缘电缆拇指定则是说电缆绝缘厚度要 “ 加倍”。 换句话说， 设计要求接头绝缘厚度等于电缆绝缘两倍的厚度。 在预制式装置中， 厚度大概是工厂绝缘的 150% 。 手工绕包接头绝缘 （ 叫做自粘式绝缘带） 主要是由三元乙丙橡胶制成， 但通常以丁基或聚乙烯为基材， 因为它们与电缆绝缘的热性能较匹配。 预制式接头大部分由乙烯橡胶混合物构成。 热缩接头由聚乙烯材料构成， 聚乙烯材料在辐照交联后性能会有所加强。 除非加热， 否则连接器上的材料可以保持更大直径。
加过多的绝缘不总是好事。 除了良好的电气绝缘， 这些材料也是良好的热障。
太多的绝缘会减小电缆接头内部承载电流的能力。
13. 4. 2. 4 屏蔽材料
屏蔽材料要与电缆其他部分相匹配， 还要有足够的电导率来消除感应电压、 充电电流和泄漏电流。 电磁感应电流和故障电流也应可以安全通过接头区域。
接头半导电屏蔽与电缆屏蔽类似， 通过在材料中添加一定量的炭黑 （ 约 30% ） 来获得电气屏蔽所需的性能。 不需要相互接触， 这些粒子就可以完成导电功能。
13. 4. 2. 5 接头护套
接头护套要有物理强度， 接头要密封阻水， 耐化学及其他环境影响因素。 由于金属中性线和屏蔽的腐蚀在接头位置更严重， 所以当有护套的电缆要链接在一起的时候接头处加护套是很重要的。
13. 4. 2. 6 预制式接头
图13- 15 所示的接头与绕包接头要求实际上是相同的。 这些装置是按照中压电缆的尺寸范围设计的。 事实上接头指定的电缆尺寸应该控制在规定的相应电缆尺寸范围内。 连接器安装之前接头部分应能穿过两端电缆中的一端， 并最终会被安装在接头中心位置。
图 13- 15 预制式接头 （ 由 Thomas Betts 公司提供）
这种形式的接头各部分简介如下：
接管： 图中所示接管是压接在导体上的。 另外， 导体的末端是不做成锥形的，即使加了接头屏蔽也是如此。
电缆末端制备： 接管处的电缆绝缘以合适的角度剥除到导体。 绕包的接头要将电缆末端制备成铅笔头状以便于绕包绝缘带。 但在预制式接头设计中不需要绝缘带， 也不需要制备成铅笔头状。 所有锋利的电缆边缘都要制成倒角， 既可避免接头内表面划伤， 还便于将接头放到正确位置。
接头屏蔽： 这一部分在绕包接头中没有， 但是对于预制式接头的性能来讲是很关键的。 屏蔽由导电橡胶材料构成。 为了消除接头的锋利边缘和接头与电缆绝缘之间的空气， 接头屏蔽必须与电缆导体保持电气连接来确保没有任何电势差。 当接头屏蔽与接头连接且电缆加电时， 接头和屏蔽材料保持等电势。 按照这种设计， 空气和接头边缘都不会发生放电。 图 13- 16 为接头屏蔽和其应用在接头上时的透视图。
绝缘： 接头屏蔽和外层屏蔽之间注入三元乙丙橡胶绝缘。
接头屏蔽： 接头屏蔽是一层很厚的导电橡胶。 它的设计初衷是与接头末端的电缆导电绝缘屏蔽搭接， 并卸载两端电缆末端的电应力。
接地孔： 中压预制式装置接头的每个末端都要求设置接地孔， 并将接地孔与电缆中性线连接。 给接头屏蔽提供一个并联的接地通道。
穿过接头的中性线： 通常由电缆中的同心绞线组成， 扭绞在一起， 在接头中心相互连接。 用于与连接在中性接头的模制孔和接头两端的同心绞线相连接。
在实际现场应用中， 这些绞线应螺旋状地绕在接头上， 并与接头外层接触。 通过给接头屏蔽提供可靠的金属接地来帮助定位故障点。
接头： 一些预制式接头的设计需要插入接头， 接头可以 “ 延长” 装在壳内的电缆。 还可以将两个尺寸上有很大差距的电缆连接在一起， 让使用者将电缆库存量最小化。 接头的配置很重要， 要避免出现电应力集中点。 接头在连接器安装前应用， 像其他预制式接头一样， 接头要在电缆连接之前安装， 然后移动到指定位置。