[发明专利]一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法

说明书

本发明涉及一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其技术特点是：建立10kV电缆中间接头模型；计算应力管沿着XLPE绝缘层表面的切向电场分布与法向电通量分布；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。本发明通过采用移动渐进线优化算法实现了介电梯度应力管的相对介电常数和电导率的优化分布功能，降低了电缆屏蔽层切断处附近的电场强度。经试验证明，使用介电梯度应力管后，电缆屏蔽层切断处局部最高电场降低了88%左右，显著提升了电缆附件的耐电性能，进而提升电缆附件的使用寿命、促进电缆附件制造的小型化。

技术领域

本发明属于配电网技术领域，涉及配电网中的电缆附件，尤其是一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法。

背景技术

近年来，电缆线路凭借其地下敷设、无需架设杆塔和供电可靠性高等优势，已逐步取代架空线路成为城市配网供电的主要设备。电缆附件是连接电缆本体以及电缆与输电、用电装置的产品，是电缆线路不可或缺的组成部分。然而，配网电缆附件由于其散件供应、现场组合、结构复杂等特殊性，常常是整个电缆输电线路中最薄弱的环节。

电缆屏蔽层切断处电场分布不均匀是导致电缆附件绝缘破坏以及电缆附件运行寿命短的主要原因。目前，为了改善配电网中热缩型电缆附件屏蔽层电场集中现象，通常采用套装传统应力管的方法实现集中电场的调控功能。这种方法虽然使得屏蔽层切断处电场集中得到了一定的控制，但其效果有限，反而在一定程度上造成了应力管末端的电场增强。因此，如何设计并构建介电常数和电导率非均匀梯度分布的新型应力管，对电缆附件屏蔽层切断处附近的电场进行针对性调控，是达到缓解电场集中、提升电缆附件使用寿命的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，其通过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，从而降低电缆附件屏蔽层切断处沿着XLPE绝缘层表面的切向电场与法向电通量，提升电缆附件的耐电性能与运行寿命。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于电缆附件的介电梯度应力管设计方法，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、根据步骤2设置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。

而且，所述10kV电缆中间接头模型是采用有限元仿真软件建立的。

而且，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。

而且，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。

而且，所述电气参数包括相对介电参数和电导率；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。