電力電纜附件中電應力控制方法探究

孫琦淼

【摘要】電力電纜是電力系統中關鍵的一部分，電纜運行的可靠性對電力系統的正常運行發揮著決定性的作用，而電纜附件中電應力是否集中又在一定程度上影響著電纜運行的可靠性。對此，本文基于電力電纜的結構組成和電纜附件中的電場分布，詳細探討了電力電纜附件中電應力控制方法。

【關鍵詞】電力系統;電纜附件;電應力

電力在社會生產和人們的日常生活中都是必不可少的主要能量，電力系統是指通過電廠生產后，再由輸電線路和變配電所的升降壓變壓力等設備進行輸送和分配，最后供給用戶使用。電力系統發揮著生產電能、分配電能和輸送電能的功能，必須確保其安全、可靠和穩定運行。而通過電力電纜能夠有效連接各種電氣設備及其附件，對于電力系統的正常運行至關重要。

1、電力電纜的結構組成

輸電電路是電網的主要組成部分之一。隨著科學技術的快速發展，電力電纜的種類越來越多，然而它們的主要結構基本一樣，電力電纜的結構從里到外主要有導體、絕緣層和保護層，第一，導體部分用于傳輸電流，主要由銅和鋁材料制成。第二，導體的外部是絕緣層，絕緣層用于隔離導體，以免其受到外界干擾，同時還能阻斷電流的泄露，并分擔一些電壓力，絕緣層通常使用聚乙烯、交聯聚乙烯和油浸紙制成，以及近期推出的環保電纜，聚丙烯絕緣電纜，在絕緣層的內部和外部都有屏蔽層，同來屏蔽電磁干擾，發揮保護電纜線芯和電纜絕緣層的功能。第三，保護層在絕緣層的外部，有內護層和外護層之分，外護層從內到外有內襯層，鎧裝層和外被層。不同型號和用途的電纜，其結構設計也不同，當前市場比較常見的中低壓交聯聚乙烯絕緣電力電纜，在電力行業中得到了廣泛應用。

2、電纜附件中的電場分布

在正常運行的電纜中，電纜上的電場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分布，在這種情況下，電場可以均勻地分布，并且電纜能夠穩定運行。然而在電纜終端操作過程中，往往需要切斷電纜屏蔽層，該操作會對電纜電場的均勻分布造成一定影響，屏蔽層切斷位置的電場會發生畸變，而且會使斷面位置的場強分布發生不均勻變化，導致電纜中既有徑向電場分布，有在屏蔽層斷面出現軸向彎曲的電場線，而且集中在屏蔽層的斷面處，因此屏蔽層斷面處的電場強度非常高，很容易破壞電纜絕緣，從而導致電纜無法正常運行。

3、電力電纜附件中電應力控制方法

3.1應力錐分散法

應力錐分散法主要是指將電纜外部屏蔽層的斷口處向外進行合理延伸，以形成弧形應力錐狀，使其零電位形成向外擴張的喇叭狀，從而擴大電力線的弧度，并使集中的電場強度分散開，從而改善電場分布。從電氣方面來看，應力錐分散法是最安全，也是最可靠的一種，然而該方法對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雜，需確保金具接管長度小于接頭內部屏蔽管長度，并位于屏蔽管正中心。利用屏蔽管（一般為半導電材料）均化高電位電場。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，需在接管內部涂抹導電膏后再進行壓接。應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電場強度下，該材料基本不會受到影響，因此當前在超高壓電纜附件中的絕緣材料廣泛使用硅橡膠[1-2]。當應力錐施加到屏蔽層邊緣場強比較集中的位置時，其表面呈錐形曲面，而且和屏蔽層互相連接產生零電位，錐面為等位面。調整應力錐曲線形狀的參數或者應力錐端的曲率，能夠改變其內部的電場分布，從而使電場均勻分布。現階段，通常使用有限元法對應力錐曲線形狀的參數或者應力錐端的曲率進行分析設計，該方法將分析對象細分為若干個單元，每個單元內又有若干個節點，根據一定邊界和初始條件對每個節點的電勢和其他有關量進行解答，同時對電場分布進行直觀分析，從而改變錐形參數或曲率，并改善電場分布[3]。（詳見圖1）

3.2電應力層控制法

電應力層的控制方法也就是指在電纜半導電屏蔽層的斷口位置引入一種具備高介電常數的復合電介質層，根據調整電應力層介質的電氣參數對屏蔽層斷口位置的絕緣表面的電位分布進行調控，從而改善電場分布電纜絕緣本體和表面的電阻、以及電容參數的變化。因為電纜屏蔽層被切斷破損后剩下的絕緣本體參數無法更改，僅能通過更改本段中的絕緣表面參數對電位進行均化。而更改電纜末端絕緣表面的電阻可以有效地降低電位，然而也會由于表面泄漏的電流太多而導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。對此，應增加電纜屏蔽位置絕緣表面的電容參數，降低其容抗值，從而使電位下降。

結語：

現階段，電力電纜逐漸朝著超高壓和特高壓方面發展，電壓等級越高，電纜終端處的電場變形就越明顯，因此，非常有必要解決電纜附件中電應力集中的問題。在設計和制造電力電纜附件過程中，應使用應力錐分散法或電應力控制層法對電纜屏蔽層斷口位置的變形電場進行疏散，從而促進電力電纜運行的安全性和可靠性。

參考文獻：

[1]徐甜，賈超，徐嵩.高壓電力附件應力錐尺寸制作研究方法——以500kV電纜為例[J].通信電源技術，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力錐設計研究[J].絕緣材料，2019，52（6）：86-91.