一種高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交聯(lián)聚乙烯高壓直流電纜附件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體講涉及一種高壓直流電 纜中間接頭應(yīng)力錐設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流輸電技術(shù)的輸電線路一般采用的是以聚合物為絕緣的塑料電纜。交聯(lián)聚 乙烯(XLPE)以其優(yōu)越的性能以及在高壓交流電纜上的成功運(yùn)用而成為直流電纜絕緣材料 的首選。
[0003] 高壓直流電纜通常需要與接頭附件連接，連接時(shí)剝除絕緣屏蔽，從而使屏蔽末端 電應(yīng)力線集中，因此需要在附件中用裝置應(yīng)力錐消除應(yīng)力。設(shè)置的應(yīng)力錐增加了導(dǎo)體到屏 蔽間的距離，使電力線展開(kāi)并在高壓區(qū)域增加了額外的絕緣。
[0004] 高壓電纜大多采用預(yù)制式應(yīng)力錐，其中整體預(yù)制型接頭的半導(dǎo)體內(nèi)屏蔽、主絕緣 和半導(dǎo)體外屏蔽及應(yīng)力錐全都在工廠預(yù)制成型。應(yīng)力錐對(duì)于附件降低電應(yīng)力的功能至關(guān)重 要。現(xiàn)有的應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)都沿用了交流電纜應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，著眼于材料的介電常數(shù)，而 沒(méi)有考慮到直流電纜中附件電場(chǎng)分布主要和兩種材料的電導(dǎo)率有關(guān)。
[0005] 為解決高壓直流電纜附件中使電場(chǎng)分布優(yōu)化的目的，本發(fā)明提供了一種設(shè)計(jì)滿足 高壓直流電纜附件要求的應(yīng)力錐形狀的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出滿足高壓直流電纜附件要求的應(yīng)力錐形狀，優(yōu)化高壓直流 電纜附件中電場(chǎng)分布。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明提供一種高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法所述 設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：
[0008] (1)確定電纜導(dǎo)體的參數(shù)；
[0009] (2)計(jì)算電纜絕緣層與增強(qiáng)絕緣絕緣材料的界面處P點(diǎn)電勢(shì)與導(dǎo)體電勢(shì)之比；
[0010] (3)計(jì)算應(yīng)力錐端部到應(yīng)力錐根部的垂直距離。
[0011] 進(jìn)一步的，所述參數(shù)包括屏蔽半徑a，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙烯外側(cè)半徑b，電纜絕緣 層交聯(lián)聚乙烯的電阻Ri、增強(qiáng)絕緣硅橡膠的電阻R 2。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中，將連接有電纜的預(yù)制式附件等效為同心圓柱體，電纜 導(dǎo)體屏蔽半徑a等于導(dǎo)體軸心到導(dǎo)體屏蔽層的長(zhǎng)度，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙烯外側(cè)半徑b等于 導(dǎo)體軸心到電纜絕緣層屏蔽的距離。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，按下式計(jì)算單位長(zhǎng)度交聯(lián)聚乙烯的電阻心和硅橡膠的 電阻R2:
[0014]
[0015]
[0016] 式中，1^、1?2分別表示交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠的電阻；γι、丫 2分別表示交聯(lián)聚乙烯和 硅橡膠的電導(dǎo)率;y表示導(dǎo)體軸心到增強(qiáng)絕緣屏蔽的距離；
[0017] 點(diǎn)階卜電熱Up與導(dǎo)體電熱於比如下式所i術(shù)：
[0018]
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟(3)，根據(jù)電纜絕緣層的交聯(lián)聚乙烯和增強(qiáng)絕緣的硅橡膠電導(dǎo) 率的不同，計(jì)算應(yīng)力錐端部到根部與同心圓柱體軸向平行的垂直距離X。
[0020] 進(jìn)一步的，如果交聯(lián)聚乙烯的電導(dǎo)率γι和硅橡膠的電導(dǎo)率γ 2相同，SP γι = γ 2， 則電勢(shì)比如下式所示：
[0021]
[0022]當(dāng)要滿足的電場(chǎng)優(yōu)化條件即切向電場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定時(shí)，電勢(shì)如下式所示：
[0023] UP = Etx
[0024] Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度；
[0025]應(yīng)力錐端部到根部與同心圓柱體軸向平行的垂直距離X如下式所示：
[0026]
[0027] U為電纜運(yùn)行的額定電壓，Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0028] 進(jìn)一步的，如果交聯(lián)聚乙烯的電導(dǎo)率γ 1和硅橡膠的電導(dǎo)率γ 2不相同，即γ 1矣 γ2,則應(yīng)力錐端部到根部與同心圓柱體軸向平行的垂直距離X如下式所示：
[0029]
[0030] γ :、γ 2分別表示交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠的電導(dǎo)率。
[0031] 進(jìn)一步的，需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度Et取1~3kV/mm。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的應(yīng)力錐設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同的高壓直流電纜附件的 交聯(lián)聚乙烯絕緣和附件增強(qiáng)橡膠絕緣電導(dǎo)率，達(dá)到使應(yīng)力錐下絕緣交界面切向場(chǎng)強(qiáng)均勻分 布的目標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1為設(shè)計(jì)方法的原理說(shuō)明圖；
[0034] 圖2為整體預(yù)制式附件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 其中，1-應(yīng)力錐半導(dǎo)電部分，2-增強(qiáng)絕緣，3-高壓屏蔽管，4-連接金具，5-增強(qiáng)絕緣 屏蔽，6-電纜絕緣層，7-電纜導(dǎo)體，8-電纜絕緣層屏蔽。 具體實(shí)施例
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：
[0037]圖1為整體預(yù)制式附件結(jié)構(gòu)示意圖，該中間接頭由外到內(nèi)依次為增強(qiáng)絕緣屏蔽5， 增強(qiáng)絕緣2,電纜絕緣層6;電纜之間連接處為剝?nèi)ル娎|絕緣層屏蔽8和電纜絕緣層6的電纜 導(dǎo)體7通過(guò)連接金具4固定，在連接金具4的外面包有高壓屏蔽管3;附件中的應(yīng)力錐半導(dǎo)電 部分1位于增強(qiáng)絕緣2中。
[0038]增強(qiáng)絕緣2所用材料為硅橡膠(SIR)，電纜絕緣層6所用材料為交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。
[0039] 附圖2為本實(shí)施例的原理說(shuō)明圖，將預(yù)制式附件結(jié)構(gòu)等效為同心圓柱體，a為軸線 到導(dǎo)體屏蔽(導(dǎo)體+導(dǎo)體屏蔽的厚度)的長(zhǎng)度，b為軸線到電纜絕緣層屏蔽的半徑長(zhǎng)度，R1、R2 分別為等效為同心圓柱體的電纜絕緣層6的電阻、電纜絕緣層6和附件增強(qiáng)絕緣2交界面到 應(yīng)力錐半導(dǎo)點(diǎn)部分1之間的電阻，界面處P點(diǎn)在電阻為R1和R2的交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠絕緣材 料交界處。
[0040] 按照同心圓柱電阻的計(jì)算方法計(jì)算單位長(zhǎng)度電阻R1和R2,如下式所示
[0041]
[0042]
[0043] 式中分別表示交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠的電阻；γ?、丫2分別表示交聯(lián)聚乙烯和 硅橡膠的電導(dǎo)率。
[0044] 兩絕緣材料交界處的點(diǎn)Ρ處電勢(shì)Up與導(dǎo)體電勢(shì)U之比由電阻的比值得出，如下式所 示：
[0045]
[0046] 如果電導(dǎo)率γι=γ2,則
[0047] a
a a
[0048] 當(dāng)要滿足電場(chǎng)優(yōu)化條件即切向電場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定時(shí)，應(yīng)有：
[0049] UP = Etx
[0050] Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度；
[0051]可以得到應(yīng)力錐端部到根部與同心圓柱體軸向平行的垂直距離X為
[0052]
[0053] U為電纜運(yùn)行的額定電壓，Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度，一般可取1~ 3kV/mm〇
[0054] 若交聯(lián)聚乙烯的電導(dǎo)率丫:和硅橡膠的電導(dǎo)率γ2不相同，即γ:# γ2，則有
[0055]
[0056] 上兩式即為電導(dǎo)率相同和不同時(shí)的應(yīng)力錐優(yōu)化設(shè)計(jì)公式。
[0057] 根據(jù)電纜絕緣層6和增強(qiáng)絕緣2的絕緣材料的電導(dǎo)率不同，計(jì)算出的應(yīng)力錐端部到 根部與同心圓柱體軸向平行方向的垂直距離X可以確定應(yīng)力錐的形狀，確保高壓直流電纜 附件中電纜絕緣層和增強(qiáng)絕緣兩絕緣材料交界面的切向場(chǎng)強(qiáng)均勻分布，優(yōu)化電場(chǎng)分布。 [0058]最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡 管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然 可以對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)方法包括W 下步驟： (1) 確定電纜導(dǎo)體的參數(shù)； (2) 計(jì)算電纜絕緣層與增強(qiáng)絕緣絕緣材料的界面P間的電勢(shì)與導(dǎo)體電勢(shì)之比； (3) 確定應(yīng)力錐端部到應(yīng)力錐根部的垂直距離。2. 如權(quán)利要求1所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述參 數(shù)包括屏蔽半徑曰，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙締外側(cè)半徑b，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙締的電阻Ri、增 強(qiáng)絕緣娃橡膠的電阻R2。3. 如權(quán)利要求2所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟（1)中，將連接有電纜的預(yù)制式附件等效為同屯、圓柱體，電纜導(dǎo)體屏蔽半徑a等于導(dǎo)體軸 屯、到導(dǎo)體屏蔽層的長(zhǎng)度，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙締外側(cè)半徑b等于導(dǎo)體軸屯、到電纜絕緣層屏 蔽的距離。4. 如權(quán)利要求2所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟(2)中，按下式計(jì)算單位長(zhǎng)度交聯(lián)聚乙締的電阻Ri和娃橡膠的電阻R2:式中，Ri、R2分別表示交聯(lián)聚乙締和娃橡膠的電阻；丫 1、丫 2分別表示交聯(lián)聚乙締和娃橡 膠的電導(dǎo)率;y表示導(dǎo)體軸屯、到增強(qiáng)絕緣屏蔽的距離； 點(diǎn)P處電勢(shì)Up與導(dǎo)體電勢(shì)U之比如下式所述：5. 如權(quán)利要求4所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步 驟(3)，根據(jù)電纜絕緣層的交聯(lián)聚乙締和增強(qiáng)絕緣的娃橡膠電導(dǎo)率的不同，計(jì)算應(yīng)力錐端部 到根部與同屯、圓柱體軸向平行的垂直距離X。6. 如權(quán)利要求5所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，如果交 聯(lián)聚乙締的電導(dǎo)率丫謝娃橡膠的電導(dǎo)率丫 2相同，即丫 1= 丫 2,則電勢(shì)比如下式所示：當(dāng)要滿足的電場(chǎng)優(yōu)化條件即切向電場(chǎng)強(qiáng)度保持恒定時(shí)，電勢(shì)如下式所示： Up 二 EtX Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度； 應(yīng)力錐端部到根部與同屯、圓柱體軸向平行的垂直距離X如下式所示：U為電纜運(yùn)行的額定電壓，Et為需要滿足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度。7. 如權(quán)利要求5所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，如果交 聯(lián)聚乙締的電導(dǎo)率丫 1和娃橡膠的電導(dǎo)率丫 2不相同，即丫 丫2,則應(yīng)力錐端部到根部與同 屯、圓柱體軸向平行的垂直距離X如下式所示：丫 1、丫 2分別表示交聯(lián)聚乙締和娃橡膠的電導(dǎo)率。8. 如權(quán)利要求6所述的高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，需要滿 足的交界面的切向電場(chǎng)強(qiáng)度Et取1~3kV/mm。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高壓直流電纜中間接頭應(yīng)力錐設(shè)計(jì)方法，該方法包括如下步驟：(1)確定電纜導(dǎo)體屏蔽半徑a，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙烯外側(cè)半徑b，電纜絕緣層交聯(lián)聚乙烯的電阻R1、增強(qiáng)絕緣硅橡膠的電阻R2；(2)計(jì)算電纜絕緣層與增強(qiáng)絕緣絕緣材料的界面處P點(diǎn)電勢(shì)與導(dǎo)體電勢(shì)之比；(3)計(jì)算應(yīng)力錐端部到應(yīng)力錐根部的垂直距離。本發(fā)明提供的技術(shù)方案根據(jù)不同的高壓直流電纜附件的絕緣材料的電導(dǎo)率，使絕緣材料交界面的切向場(chǎng)強(qiáng)均勻分布。
【IPC分類】H02G15/105
【公開(kāi)號(hào)】CN105514919
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510923066
【發(fā)明人】尚康良, 曹均正, 韓正一, 王海田
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日