電力電纜附件中電應(yīng)力控制方法探究

孫琦淼

【摘要】電力電纜是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的一部分，電纜運(yùn)行的可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著決定性的作用，而電纜附件中電應(yīng)力是否集中又在一定程度上影響著電纜運(yùn)行的可靠性。對(duì)此，本文基于電力電纜的結(jié)構(gòu)組成和電纜附件中的電場(chǎng)分布，詳細(xì)探討了電力電纜附件中電應(yīng)力控制方法。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);電纜附件;電應(yīng)力

電力在社會(huì)生產(chǎn)和人們的日常生活中都是必不可少的主要能量，電力系統(tǒng)是指通過(guò)電廠生產(chǎn)后，再由輸電線路和變配電所的升降壓變壓力等設(shè)備進(jìn)行輸送和分配，最后供給用戶使用。電力系統(tǒng)發(fā)揮著生產(chǎn)電能、分配電能和輸送電能的功能，必須確保其安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。而通過(guò)電力電纜能夠有效連接各種電氣設(shè)備及其附件，對(duì)于電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

1、電力電纜的結(jié)構(gòu)組成

輸電電路是電網(wǎng)的主要組成部分之一。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電力電纜的種類越來(lái)越多，然而它們的主要結(jié)構(gòu)基本一樣，電力電纜的結(jié)構(gòu)從里到外主要有導(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)層，第一，導(dǎo)體部分用于傳輸電流，主要由銅和鋁材料制成。第二，導(dǎo)體的外部是絕緣層，絕緣層用于隔離導(dǎo)體，以免其受到外界干擾，同時(shí)還能阻斷電流的泄露，并分擔(dān)一些電壓力，絕緣層通常使用聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯和油浸紙制成，以及近期推出的環(huán)保電纜，聚丙烯絕緣電纜，在絕緣層的內(nèi)部和外部都有屏蔽層，同來(lái)屏蔽電磁干擾，發(fā)揮保護(hù)電纜線芯和電纜絕緣層的功能。第三，保護(hù)層在絕緣層的外部，有內(nèi)護(hù)層和外護(hù)層之分，外護(hù)層從內(nèi)到外有內(nèi)襯層，鎧裝層和外被層。不同型號(hào)和用途的電纜，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不同，當(dāng)前市場(chǎng)比較常見的中低壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，在電力行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

2、電纜附件中的電場(chǎng)分布

在正常運(yùn)行的電纜中，電纜上的電場(chǎng)分布要和纜芯保持垂直，從而形成由纜芯指向屏蔽層的徑向電場(chǎng)分布，在這種情況下，電場(chǎng)可以均勻地分布，并且電纜能夠穩(wěn)定運(yùn)行。然而在電纜終端操作過(guò)程中，往往需要切斷電纜屏蔽層，該操作會(huì)對(duì)電纜電場(chǎng)的均勻分布造成一定影響，屏蔽層切斷位置的電場(chǎng)會(huì)發(fā)生畸變，而且會(huì)使斷面位置的場(chǎng)強(qiáng)分布發(fā)生不均勻變化，導(dǎo)致電纜中既有徑向電場(chǎng)分布，有在屏蔽層斷面出現(xiàn)軸向彎曲的電場(chǎng)線，而且集中在屏蔽層的斷面處，因此屏蔽層斷面處的電場(chǎng)強(qiáng)度非常高，很容易破壞電纜絕緣，從而導(dǎo)致電纜無(wú)法正常運(yùn)行。

3、電力電纜附件中電應(yīng)力控制方法

3.1應(yīng)力錐分散法

應(yīng)力錐分散法主要是指將電纜外部屏蔽層的斷口處向外進(jìn)行合理延伸，以形成弧形應(yīng)力錐狀，使其零電位形成向外擴(kuò)張的喇叭狀，從而擴(kuò)大電力線的弧度，并使集中的電場(chǎng)強(qiáng)度分散開，從而改善電場(chǎng)分布。從電氣方面來(lái)看，應(yīng)力錐分散法是最安全，也是最可靠的一種，然而該方法對(duì)電纜附件絕緣層尺寸的要求較高，而且在電纜接頭位置的安裝也比較復(fù)雜，需確保金具接管長(zhǎng)度小于接頭內(nèi)部屏蔽管長(zhǎng)度，并位于屏蔽管正中心。利用屏蔽管（一般為半導(dǎo)電材料）均化高電位電場(chǎng)。為減少氣隙或氣泡引起的局部放電，若為銅接管，壓接后需在金具外涂抹硅脂，以填充氣隙;若為鋁接管，需在接管內(nèi)部涂抹導(dǎo)電膏后再進(jìn)行壓接。應(yīng)力錐的絕緣材料主要由硅橡膠和三元乙丙橡膠制成，這兩種絕緣材料的性能有很大不同，根據(jù)研究表明，高溫下硅橡膠的體積電阻率比較低，而在25kV/ram電場(chǎng)強(qiáng)度下，該材料基本不會(huì)受到影響，因此當(dāng)前在超高壓電纜附件中的絕緣材料廣泛使用硅橡膠[1-2]。當(dāng)應(yīng)力錐施加到屏蔽層邊緣場(chǎng)強(qiáng)比較集中的位置時(shí)，其表面呈錐形曲面，而且和屏蔽層互相連接產(chǎn)生零電位，錐面為等位面。調(diào)整應(yīng)力錐曲線形狀的參數(shù)或者應(yīng)力錐端的曲率，能夠改變其內(nèi)部的電場(chǎng)分布，從而使電場(chǎng)均勻分布。現(xiàn)階段，通常使用有限元法對(duì)應(yīng)力錐曲線形狀的參數(shù)或者應(yīng)力錐端的曲率進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，該方法將分析對(duì)象細(xì)分為若干個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)又有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)一定邊界和初始條件對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)和其他有關(guān)量進(jìn)行解答，同時(shí)對(duì)電場(chǎng)分布進(jìn)行直觀分析，從而改變錐形參數(shù)或曲率，并改善電場(chǎng)分布[3]。（詳見圖1）

3.2電應(yīng)力層控制法

電應(yīng)力層的控制方法也就是指在電纜半導(dǎo)電屏蔽層的斷口位置引入一種具備高介電常數(shù)的復(fù)合電介質(zhì)層，根據(jù)調(diào)整電應(yīng)力層介質(zhì)的電氣參數(shù)對(duì)屏蔽層斷口位置的絕緣表面的電位分布進(jìn)行調(diào)控，從而改善電場(chǎng)分布電纜絕緣本體和表面的電阻、以及電容參數(shù)的變化。因?yàn)殡娎|屏蔽層被切斷破損后剩下的絕緣本體參數(shù)無(wú)法更改，僅能通過(guò)更改本段中的絕緣表面參數(shù)對(duì)電位進(jìn)行均化。而更改電纜末端絕緣表面的電阻可以有效地降低電位，然而也會(huì)由于表面泄漏的電流太多而導(dǎo)致電纜的絕緣表面逐漸變熱，從而使電纜加速老化，并縮短其使用期限。對(duì)此，應(yīng)增加電纜屏蔽位置絕緣表面的電容參數(shù)，降低其容抗值，從而使電位下降。

結(jié)語(yǔ)：

現(xiàn)階段，電力電纜逐漸朝著超高壓和特高壓方面發(fā)展，電壓等級(jí)越高，電纜終端處的電場(chǎng)變形就越明顯，因此，非常有必要解決電纜附件中電應(yīng)力集中的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)和制造電力電纜附件過(guò)程中，應(yīng)使用應(yīng)力錐分散法或電應(yīng)力控制層法對(duì)電纜屏蔽層斷口位置的變形電場(chǎng)進(jìn)行疏散，從而促進(jìn)電力電纜運(yùn)行的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐甜，賈超，徐嵩.高壓電力附件應(yīng)力錐尺寸制作研究方法——以500kV電纜為例[J].通信電源技術(shù)，2018，35（6）：41-43.

[2]朱智恩，陳龍嘯，楊黎明，等.柔性直流電纜附件應(yīng)力錐設(shè)計(jì)研究[J].絕緣材料，2019，52（6）：86-91.