[发明专利]一种高压直流电缆中间接头应力锥设计方法

说明书

本发明提供一种高压直流电缆中间接头应力锥设计方法，该方法包括如下步骤：(1)确定电缆导体屏蔽半径a，电缆绝缘层交联聚乙烯外侧半径b，电缆绝缘层交联聚乙烯的电阻R₁、增强绝缘硅橡胶的电阻R₂；(2)计算电缆绝缘层与增强绝缘绝缘材料的界面处P点电势与导体电势之比；(3)计算应力锥端部到应力锥根部的垂直距离。本发明提供的技术方案根据不同的高压直流电缆附件的绝缘材料的电导率，使绝缘材料交界面的切向场强均匀分布。

技术领域

本发明涉及交联聚乙烯高压直流电缆附件设计领域，具体讲涉及一种高压直流电缆中间接头应力锥设计方法。

背景技术

高压直流输电技术的输电线路一般采用的是以聚合物为绝缘的塑料电缆。交联聚乙烯(XLPE)以其优越的性能以及在高压交流电缆上的成功运用而成为直流电缆绝缘材料的首选。

高压直流电缆通常需要与接头附件连接，连接时剥除绝缘屏蔽，从而使屏蔽末端电应力线集中，因此需要在附件中用装置应力锥消除应力。设置的应力锥增加了导体到屏蔽间的距离，使电力线展开并在高压区域增加了额外的绝缘。

高压电缆大多采用预制式应力锥，其中整体预制型接头的半导体内屏蔽、主绝缘和半导体外屏蔽及应力锥全都在工厂预制成型。应力锥对于附件降低电应力的功能至关重要。现有的应力锥的设计都沿用了交流电缆应力锥的设计方法，着眼于材料的介电常数，而没有考虑到直流电缆中附件电场分布主要和两种材料的电导率有关。

为解决高压直流电缆附件中使电场分布优化的目的，本发明提供了一种设计满足高压直流电缆附件要求的应力锥形状的方法。

发明内容

本发明的目的是设计出满足高压直流电缆附件要求的应力锥形状，优化高压直流电缆附件中电场分布。

为实现上述目的本发明提供一种高压直流电缆中间接头应力锥的设计方法所述设计方法包括以下步骤：

(1)确定电缆导体的参数；

(2)计算电缆绝缘层与增强绝缘绝缘材料的界面处P点电势与导体电势之比；

(3)计算应力锥端部到应力锥根部的垂直距离。

进一步的，所述参数包括屏蔽半径a，电缆绝缘层交联聚乙烯外侧半径b，电缆绝缘层交联聚乙烯的电阻R₁、增强绝缘硅橡胶的电阻R₂。

进一步的，所述步骤(1)中，将连接有电缆的预制式附件等效为同心圆柱体，电缆导体屏蔽半径a等于导体轴心到导体屏蔽层的长度，电缆绝缘层交联聚乙烯外侧半径b等于导体轴心到电缆绝缘层屏蔽的距离。

进一步的，所述步骤(2)中，按下式计算单位长度交联聚乙烯的电阻R₁和硅橡胶的电阻R2:

式中，R₁、R₂分别表示交联聚乙烯和硅橡胶的电阻；γ₁、γ₂分别表示交联聚乙烯和硅橡胶的电导率；y表示导体轴心到增强绝缘屏蔽的距离；

点P处电势U_P与导体电势U之比如下式所述：

进一步的，所述步骤(3)，根据电缆绝缘层的交联聚乙烯和增强绝缘的硅橡胶电导率的不同，计算应力锥端部到根部与同心圆柱体轴向平行的垂直距离x。

进一步的，如果交联聚乙烯的电导率γ₁和硅橡胶的电导率γ₂相同，即γ₁＝γ₂，则电势比如下式所示：