[发明专利]一种优化XLPE电缆工厂接头应力锥场强集中的方法

说明书

本发明公开了一种优化XLPE电缆工厂接头应力锥场强集中的方法，所述方法包括以下步骤：(1)构建XLPE电缆工厂接头物理模型，引入非线性电导率控制层；(2)计算不同位置的本体和恢复层的场强；(3)获得控制层与本体以及恢复绝缘电导率与厚度的关系；(4)控制层长度参数设计。(5)控制层厚度参数设计。(6)确定控制层参数。本发明提供了一种XLPE电缆工厂接头应力锥电场强度集中的优化方法，通过引入非线性电导率控制层，改变其厚度和长度的方式，减少了接头应力锥处的电场强度，有效改善了接头绝缘内部的电场强度分布。本发明方法简单，易于计算和操作，普适性强，为电缆接头的设计和研发提供了有效的解决方法。

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，尤其指一种优化XLPE电缆工厂接头应力锥电场强度集中的方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快和经济的持续快速发展，电力消费需求日益剧增，为了适应快速增长的输电需求，新能源和直流负荷不断大量接入电力系统。在电力传输的过程中，交联聚乙烯(Cross-linked Polyethylene，XLPE)电缆因其电气性能优良、占地面积小等优点，已成为长距离、大容量电力传输的关键电力设备。近20年来，随着XLPE电缆绝缘材料技术的不断突破和电缆生产工艺的的持续进步，XLPE绝缘电缆已经应用于跨海输电、异步电网互联等国内外工程。在大长度的电缆输电的线路中，电缆接头作为电缆段连接的关键环节，其绝缘特性直接影响到整个电缆系统的安全稳定运行。尤其对高压大容量输电系统，电缆接头技术已经成为大长度大容量高压电缆系统发展的瓶颈,因此研究电缆的接头技术是发展大长度大容量高压电缆输电的关键。

目前电缆的中间接头主要有冷缩式、热缩式和预制式三种方式。这些接头采用屏蔽管或应力锥来管控电场，由于电缆本体XLPE绝缘和接头处引入的新绝缘材料电气参数不匹配，因此容易在复合绝缘界面形成电荷积累，畸变电场，严重时会引发绝缘击穿。目前工厂接头技术，采用与电缆本体绝缘材料相同的绝缘恢复材料，理论上可有效减少界面极化造成的空间电荷积累，并且接头的内外屏蔽层均按照电缆本体结构进行恢复，可避免应力锥和屏蔽管周围的电场集中问题。而实际上，虽然恢复绝缘材料与电缆本体绝缘材料相同，但在恢复绝缘材料的硫化过程中，由于其工艺和温度等环境条件无法保持与电缆本体绝缘一致，而且靠近新旧绝缘交界面处的本体绝缘存在再加热导致的二次硫化问题，所以工厂接头恢复绝缘和电缆本体绝缘的电气性能存在不同程度的差异，导致新旧绝缘交界面出现电场集中现象。现有研究表明现场制作工厂接头的工艺的交联温度和时间难以精确控制，恢复绝缘的交联度一般低于本体绝缘，对应的XLPE的电导率较大，而且在制作接头过程中恢复绝缘内极易引入杂质，再加上恢复绝缘脱气时间不足导致的自由基再交联不充分，这些都会导致恢复绝缘的直流电导率大于本体绝缘的直流电导率，进而对本体与恢复绝缘的界面电场产生影响，容易导致本体绝缘、恢复绝缘和屏蔽层的三结合点处的场强的集中，长时间运行在高场强下会导致绝缘的劣化，甚至绝缘击穿，严重影响电缆系统的安全稳定运行。因此，亟需一种有效可行的方法，优化工厂接头界面处场强集中，改善接头绝缘的电场分布，进而解决XLPE电缆工厂接头电场集中的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决XLPE电缆工厂接头应力锥处场强集中问题，提供一种非线性电导率控制层设计方法，可以有效改善电缆工厂接头应力锥处场强。本发明是通过在本体XLPE绝缘层和恢复XLPE绝缘层交界面处引入非线性电导率控制层，并设计合适的非线性电导率控制层的长度和厚度来实现的。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：

本发明首先公开了一种XLPE电缆工厂接头应力锥处场强集中的优化设计方法，其包含以下步骤：

步骤1：构建XLPE电缆工厂接头物理模型，在本体XLPE绝缘层和恢复XLPE绝缘层交界面处引入非线性电导率控制层；