[发明专利]一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法

权利要求书

1.一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、建立10kV电缆中间接头模型；

步骤2、设置电缆中间接头模型的几何参数及电气参数；

步骤3、根据电缆中间接头模型的几何参数及电气参数，计算电缆中间接头模型中的应力管沿着XLPE绝缘层表面的切向电场分布与法向电通量分布；

步骤4、采用移动渐进线优化算法对应力管的相对介电常数和电导率分布进行优化计算，得到介电梯度应力管；

所述步骤4的具体实现方法为：采用移动渐进线优化算法，以降低XLPE绝缘层沿面切向电场与法向电通量为优化目标，对电缆中间接头模型中的应力管的相对介电常数和电导率分布进行双优化计算，得到介电梯度应力管；

所述降低XLPE绝缘层沿面切向电场E_t与法向电通量D_n的方法及相关公式为：

其中：

其中，f₁、f₂、f₃分别为降低切向电场的目标函数、降低法向电通量的目标函数和惩罚项，C_ref1和C_ref2分别为目标函数f₁和f₂的参考系数，dl表示沿路径l积分，ρ_design为设计变量，其值范围0≤ρ_design≤1，h₀为初始网格尺寸，h_max为当前网格尺寸，q为权重系数，p为惩罚因子，l_AB为沿着XLPE绝缘层表面两点之间的长度；

所述应力管的相对介电常数ε_r和电导率σ的优化方法及相关公式为：

其中，σ_max和σ_min分别为电导率σ的最大值与最小值；ε_max和ε_min分别为相对介电常数ε_r的最大值与最小值；ρ_design为设计变量，其值范围0≤ρ_design≤1；p为惩罚因子；l_AB为沿着XLPE绝缘层表面两点之间的长度，z表示电缆中间接头轴向坐标。

2.根据权利要求1所述的一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其特征在于：所述10kV电缆中间接头模型是采用有限元仿真软件建立的。

3.根据权利要求1所述的一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其特征在于：所述10kV电缆中间接头模型的结构为：从内至外分别为导体、连接管、内屏蔽层、半导带、XLPE绝缘层、填充胶、外屏蔽层、应力管、绝缘管、半导管和铜屏蔽网。

4.根据权利要求1所述的一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其特征在于：所述步骤2的几何参数设置如下：导体外径为18.5mm，内屏蔽层厚度为0.8mm，XLPE绝缘层厚度为4.5mm，外屏蔽层厚度为0.7mm，应力管厚度为0.8mm，绝缘管厚度为4.5mm，半导管厚度为1mm，铜屏蔽网厚度为0.1mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其特征在于：所述电气参数包括相对介电常数和电导率；所述步骤2的电气参数设置如下：内屏蔽层、外屏蔽层、半导管和半导带的相对介电常数均为20，电导率均为5.88S/m；XLPE绝缘层、填充胶的相对介电常数均为2.1，电导率均为1×10^-11S/m；绝缘管的相对介电常数为2.78，电导率为1×10^-11S/m；应力管的相对介电常数为20，电导率为1×10^-8S/m。