關于高壓電纜附件的界面壓力相關因素研究

鄧雪

摘要：要想使電纜附件運行的可靠性及安全性得到有效保證，便有必要控制高壓電纜附件的界面壓力。而實踐工作發現，影響高壓電纜附件界面壓力的因素較多。因此，本文在分析高壓電纜附件的界面壓力影響因素的基礎上，進一步提出相對應的預防控制措施，以期提高高壓電纜附件運行的可靠性及安全性。

關鍵詞：高壓電纜附件;界面壓力;影響因素

近年來，在社會經濟穩步發展的背景下，我國電力輸配電工程事業發展迅速。而基于電力輸電線路層面來看，電纜附件在其中起到了很重要的作用。在確保電纜附件質量及安全性的基礎上，可以確保電力系統正常、穩定運行。但是，實踐工作發現存在較多的因素會對高壓電纜附件的界面壓力造成影響。考慮到電纜附件運行的可靠性及安全性，因此本文圍繞“關于高壓電纜附件的界面壓力相關因素”進行分析研究具備一定的價值意義。

1.????? 粗糙度影響因素及預防控制對策分析

1.1?? 粗糙度因素

材料的表面存在粗糙高低不平的情況，在兩類材料以直接的方式相接觸的情況下，易形成“半實半空接觸”的模式。同時，所存在的空隙，易導致界面呈現局部放電情況，使得電氣強度降低。在界面慢慢加壓之后，界面接觸面會變大，空隙缺陷會變少，界面電氣強度會慢慢提升。相關學者經對“乙丙橡膠 / 硅橡膠夾層界面的擊穿強度與面壓之間的關系”進行了研究，研究結果顯示：界面電氣強度會隨著面壓呈現線性增長勢態。基于理想狀態條件下，在外界壓力增加至一定值得情況下，界面接觸完好，沒有氣隙缺陷情況存在，這個時候界面電氣強度會趨近材料本體擊穿場強[1]。反之，如果界面壓力很低，在材料表面粗糙度越高的情況下，界面擊穿強度會降低，接近空氣擊穿強度。如下圖1所示，為界面電氣強度與界面壓力、材料表面光滑度的關系圖。

1.2?? 預防控制對策

結合上述因素分析，所以基于一定界面壓力條件下，考慮到界面介電特性的提升，需基于電纜附件安裝期間，針對電纜表面采取細砂打磨，使其光滑度得到有效提升。與此同時相關研究顯示，可采取≥400目砂紙打磨電纜絕緣表面。并且，因絕對光滑平整的材料表面難以有效實現，考慮到電纜附件界面擊穿強度的提升，通常需基于材料表面將硅脂涂覆上，使界面空隙能夠有效密封 / 填充。此外，考慮到電纜附件運行的可靠性，基于電纜附件設計期間，需將切線 / 沿面場強控制在<1kV/mm，典型值控制在0/4-0.7kV/mm。

2.????? 溫度影響因素及預防控制對策分析

2.1?? 溫度影響因素

基于電纜運行期間，隨著溫度的上升，會導致電纜絕緣性能減弱。以國際 AEIC 電纜應急運行規范為依據，針對 XLPE 絕緣電纜，基于負荷循環狀態條件下運行過程中，允許短期時間，比如在15分鐘運行溫度上升達到130℃。若 XLPE 材料熔點大概為108℃，而橡膠材料熔點>200℃，那么電纜附件終端或者接頭運行溫度將比電纜熔點更高。相關學者對XLPE 于乙丙橡膠材料基于不同溫度條件下的彈性模量進行測量，結果顯示在溫度上升的情況下，乙丙橡膠彈性模量不會發生變化，但是 XLPE 彈性模量會逐步降低;在溫度>105℃的情況下，XLPE 彈性模量會比乙丙橡膠彈性模量更低[2]。

2.2?? 預防控制對策

針對冷縮或者預制型電纜附件，通常和電纜過盈配合，使一定的界面壓力得到有效實現。如果運行溫度比電纜熔點更高，因 XLPE 彈性模量比乙丙橡膠的彈性模量更低，這個時候乙丙橡膠的硬度會高于 XLPE 材料，電纜絕緣會變成容易變形的彈性體。基于電纜附件絕緣過盈界面壓力影響下，會使得電纜 XLPE 絕緣壓縮變形;在溫度下降之后，形變呈現固化現象，出現“竹節”的情況，使電纜絕緣受到損壞。

考慮到上述的“竹節”情況的發生得到有效預防控制，需將高壓電纜附件界面壓力控制在≤0.3MPa。與此同時，由于溫度越高，界面壓力損失率會越大;所以，需合理控制溫度，將電纜工作溫度設置在<70℃。

3.????? 應力松弛影響因素及預防控制對策分析

3.1?? 應力松弛影響因素

附件所采取的高彈性硅橡膠，或乙丙橡膠等相關材料，處在高彈態的條件下，呈現出的力學特性會影響電纜附件和電纜絕緣之間的界面壓力。然而，該高彈性材料的發展存在時間依賴性，也就是“松弛特性”。如果橡膠材料長時間處在擴張的狀態條件下，其內應力會在時間的延長下，呈現由分子運動致使鏈段隨外力方向調整而漸漸減弱的現象，這一現象即為“應力松弛現象”，并且應力松弛會隨著溫度的上升而逐漸變快。

3.2?? 預防控制對策

國內相關學者對“附件硅膠絕緣安裝之后的擴張率”進行了研究，以時溫等效原理為依據，將附件絕緣基于40℃、70℃、90℃條件下的力學松弛特性（面壓下降率）反推出來[3]。結果顯示：隨著溫度的上升，應力松弛會使得界面壓力降低變快。時溫等效原理可以將附件絕緣長時間運行的使用壽命預測出來，同時可以對電纜附件安裝初始面壓的設計起到指導性作用。

結合上述研究，考慮到電纜附件能夠安全可靠地運行，需合理控制附件和電纜絕緣界面的最小界面壓力（應力松弛后），將其控制在≥0.1MPa。

4.????? 結語

綜上所述，高壓電纜附件界面壓力的影響因素較多，主要包括：材料粗糙度因素、溫度因素及應力松弛因素。需合理控制材料表面光滑度，將電纜工作溫度設置在合理可控范圍內，并對附件和電纜絕緣界面的最小界面壓力合理控制，以此使高壓電纜附件界面壓力避免受到諸多不良因素影響，進一步提升電纜附件運行的可靠性及安全性。

參考文獻：

[1]??? 黃亮.高壓電纜附件設計環節主要問題探究[J].低碳世界，2019，9（07）：119-120.

[2]??? 王霞，余棟，段勝杰，張宇巍，張文輝，吳鍇，屠德民.高壓電纜附件設計環節中幾個關鍵問題探討[J].高電壓技術，2018，44（08）：2710-2716.

[3]??? 謝強，王曉游，傅明利，惠寶軍，劉通.高壓電纜接頭過盈配合及硅橡膠附件力學性能計算[J].高電壓技術，2018，44（02）：498-506.