配電電纜附件復(fù)合絕緣界面缺陷類型和位置對電場分布的影響研究

李國倡 梁簫劍 魏艷慧 蘇國強(qiáng) 雷清泉

（1.青島科技大學(xué)先進(jìn)電工材料研究院 青島 266042 2.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院 濟(jì)南 250002）

0 引言

城市配電網(wǎng)的快速發(fā)展對電纜線路的需求日益增多，相比架空線路而言，電纜線路具有安全性好、可靠性高、受惡劣氣象條件影響小等優(yōu)點。配電網(wǎng)電纜附件作為配電電纜線路的關(guān)鍵部件，其絕緣性能直接關(guān)乎整個線路的安全運行。電纜附件是電纜線路中絕緣最為薄弱的部件[1-3]，導(dǎo)致電纜接頭故障在電纜運行故障部位分布中占有較大比例。據(jù)統(tǒng)計，造成電纜附件運行故障的原因較多，主要包括：附件密封性差導(dǎo)致絕緣受潮、復(fù)合界面壓力不匹配、復(fù)合界面在安裝過程中殘留固體雜質(zhì)以及操作不當(dāng)產(chǎn)生劃痕等[4-6]。

針對電纜附件運行故障，已有較多學(xué)者研究了受潮對電纜及附件絕緣性能的影響。李武強(qiáng)[7]分析了電力電纜受潮判斷方法和水樹形成機(jī)理，采用脈沖法和電橋法進(jìn)行電纜受潮段定位，并提出預(yù)防電纜受潮措施。賈志東等[8]用恒壓負(fù)荷循環(huán)試驗平臺，獲得了受潮電纜在潮氣排出前后的絕緣電阻和介質(zhì)損耗。李巍巍等[9]選取4 條不同程度受潮的終端頭的電纜，通過負(fù)荷溫升試驗，研究終端頭的絕緣電阻和介質(zhì)損耗受溫度、受潮程度影響的變化規(guī)律。通常，在電纜附件故障分析中，單純采用試驗手段較難復(fù)現(xiàn)故障狀態(tài)，且成本較高。

受到安裝條件、安裝技術(shù)以及運行環(huán)境、材料自身性能等因素的影響，在電纜施工過程中容易產(chǎn)生氣泡、雜質(zhì)、劃痕等缺陷，此外在電纜運行過程中，水分可能會進(jìn)入電纜接頭的內(nèi)部形成水珠和受潮等缺陷[10-12]。在電纜的長期運行中，上述因素往往是誘發(fā)電纜附件故障最直接的原因，開展仿真計算有助于全面掌握缺陷帶來的影響。He Jiahong 等[13]基于模擬電荷法針對電纜接頭中氣隙缺陷和水膜缺陷等進(jìn)行仿真，結(jié)合隨機(jī)游走理論描述了缺陷周圍電樹生長的隨機(jī)過程。曾莼[14]研究電纜附件受潮、外半導(dǎo)電斷口臺階、主絕緣劃傷等典型缺陷的電場分布，分析了不同缺陷的危害程度。電纜附件涉及電纜主絕緣、附件絕緣和應(yīng)力錐等多種界面結(jié)構(gòu)，復(fù)合絕緣的界面比本體更容易發(fā)生擊穿故障[15-16]。

目前，針對配電網(wǎng)電纜附件復(fù)合絕緣界面缺陷的對比研究較少。電纜附件安裝和運維過程中，復(fù)合絕緣界面氣泡、水膜、雜質(zhì)等不同缺陷類型會影響部件內(nèi)部電場分布規(guī)律，此外，相同的缺陷在不同位置引起的電場畸變也會發(fā)生改變。但由于電纜附件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其內(nèi)部準(zhǔn)確設(shè)計氣泡、水膜、雜質(zhì)等缺陷較為困難。在缺陷引入過程中，不可避免地容易在電纜絕緣本體、附件增強(qiáng)絕緣本體或界面其他位置引入新的缺陷，導(dǎo)致局放起始電壓、局部放電量不能準(zhǔn)確反映某一缺陷類型；此外，不同位置的缺陷引起的局放特征量相似，較難區(qū)分缺陷位置帶來的影響。因此，通過仿真手段系統(tǒng)開展電纜附件界面缺陷研究對預(yù)防不同類型接頭缺陷引發(fā)的絕緣故障以及事后故障分析具有重要意義。

本文圍繞配電網(wǎng)電纜附件復(fù)合絕緣XLPE/SIR界面，模擬電纜附件安裝和運行過程中出現(xiàn)的典型缺陷，設(shè)計了界面氣泡、氣隙、水珠、水膜、金屬雜質(zhì)、半導(dǎo)電雜質(zhì)和絕緣雜質(zhì)七種缺陷結(jié)構(gòu)，通過建立配電電纜附件界面缺陷電場仿真模型，研究了缺陷類型、大小和位置對電場分布的影響。

1 界面缺陷模型與計算方法

1.1 界面缺陷模型設(shè)計

電纜附件安裝過程中需要將電纜金屬屏蔽層與絕緣層剝離，導(dǎo)致斷口處電場較為集中，通過應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)可以有效地改善斷口處電場分布。而在電纜接頭制作和長期運行過程中，電纜主絕緣與應(yīng)力錐/硅橡膠絕緣界面不可避免地存在氣隙、雜質(zhì)等缺陷，會影響復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)界面電場分布，在電纜長期運行過程中，受沖擊電壓、極端溫度等因素的影響，界面缺陷會加劇電場畸變，嚴(yán)重時導(dǎo)致界面放電，影響電纜附件的安全運行。分析認(rèn)為按照復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)界面缺陷類型的不同，大致可以劃分為以下幾類：①電纜接頭制作操作過程中操作不當(dāng)或長期運行過程中絕緣材料電化學(xué)反應(yīng)引起的界面氣泡或者氣隙等氣體雜質(zhì)缺陷；②長期運行過程中電纜接頭受潮引起的界面水珠或水膜等液體雜質(zhì)缺陷；③電纜接頭打磨殘留的雜質(zhì)粉末或長期運行中絕緣材料老化導(dǎo)致的界面導(dǎo)電顆粒、半導(dǎo)電或絕緣微粒等固體雜質(zhì)缺陷。研究中針對上述三種典型缺陷類型進(jìn)行建模，圖1 為電纜附件界面缺陷模型示意圖。

圖1 電纜附件復(fù)合絕緣界面缺陷示意圖 Fig.1 Schematic diagram of composite insulation interface defects of cable accessories

研究中考慮缺陷類型、大小和位置對界面電場分布的影響。為了對比缺陷類型對界面電場的影響，設(shè)計中令氣泡、水珠和固體雜質(zhì)三種缺陷的形狀和大小相等，圖1a 為氣泡和水珠缺陷示意圖，橢圓長半軸為1.5mm，短半軸為0.5mm；圖1b 為氣隙缺陷示意圖，其長度為5mm，高度為0.1mm；圖1c 為水膜缺陷示意圖，水膜缺陷設(shè)置為若干個小水珠的連接與實際情況相對應(yīng)；圖1d 為固體雜質(zhì)缺陷示意圖，包括導(dǎo)電顆粒雜質(zhì)、半導(dǎo)電雜質(zhì)和絕緣雜質(zhì)。研究中，首先，固定缺陷的大小，將缺陷沿著界面方向從半導(dǎo)電層斷口處向應(yīng)力錐喇叭口方向逐漸移動，計算不同位置缺陷對界面電場的影響；其次，討論缺陷大小對電場分布的影響。

1.2 計算方法與仿真參數(shù)獲取

根據(jù)電磁場理論，當(dāng)電力設(shè)備尺寸遠(yuǎn)小于波長時，設(shè)備的電場可近似為靜電場。因此，本研究中工頻下電纜附件電場計算采用靜電場處理。電場計算中，通常將多層絕緣介質(zhì)等效為電阻-電容并聯(lián)的電路模型，電纜附件中主要涉及兩個復(fù)合絕緣界面：電纜主絕緣交聯(lián)聚乙烯（XLPE）與應(yīng)力錐的界面、XLPE 與附件增強(qiáng)絕緣硅橡膠（SIR）的界面，以及三者結(jié)合點。工頻電壓下，附件電場呈容性分布，主要取決于兩種介質(zhì)的介電常數(shù)[17-18]。

根據(jù)電磁場理論，不同絕緣介質(zhì)界面電感應(yīng)強(qiáng)度連續(xù)，滿足

式中，D為電感應(yīng)強(qiáng)度；x為距離。

電位和電場強(qiáng)度滿足

式中，E為電場強(qiáng)度；φ為電位。

研究中采用有限元法，將介質(zhì)連續(xù)區(qū)域離散化，對微分方程求解，計算得出電纜附件內(nèi)部電位、電場的分布特性。由于電纜接頭軸向?qū)ΨQ，為了簡化計算，采用二維電場進(jìn)行分析。本文主要研究配電網(wǎng)10kV 電壓等級電纜附件內(nèi)部電場分布，因此設(shè)置導(dǎo)體電位為10kV。

電場仿真所需要的絕緣材料介電常數(shù)采用Novocontrol 寬頻介電譜系統(tǒng)測量得到。測試樣品從電纜附件切片得到，樣品直徑為20mm，XLPE 和SIR 厚度分別為0.15mm 和0.3mm。實驗前，采用無水乙醇對試樣進(jìn)行表面清潔處理并烘干，測試頻率設(shè)置為1kHz，施加幅值為1V、頻率為50Hz 的電壓，考慮到附件實際運行溫度，溫度設(shè)置為25～90℃，測試結(jié)果如圖2 所示。

圖2 XLPE/SIR 介電常數(shù)隨溫度變化 Fig.2 The permittivity of XLPE/SIR varies with temperature

計算中取電纜平均運行溫度60℃時XLPE/SIR的相對介電常數(shù)，兩者相對介電常數(shù)分別為2.15 和2.81。

2 計算結(jié)果與分析

2.1 絕緣良好電纜附件的電場分布

圖3 為配電網(wǎng)電纜絕緣良好電纜附件內(nèi)部電位和電場分布圖。

圖3 絕緣良好電纜附件內(nèi)部電位和電場分布 Fig.3 Distribution diagram of potential and electric field inside well-insulated cable accessories

由圖3a 可以看出，內(nèi)部電位由導(dǎo)體向外部絕緣四周方向逐漸降低，電位沒有明顯突變，電纜導(dǎo)體電位為10 kV。由圖3b 可以看出電場線在應(yīng)力錐根部較為集中，最大畸變電場達(dá)到2.10kV/mm。圖4為電纜附件法向電場分布。沿附件法線方向，建立坐標(biāo)軸，坐標(biāo)原點兩側(cè)分別為電纜線芯、電纜主絕緣XLPE、應(yīng)力錐、增強(qiáng)絕緣SIR 和空氣域。可以看出附件內(nèi)部電場呈現(xiàn)梯度分布，主絕緣XLPE 承擔(dān)主要的電場應(yīng)力，最大電場強(qiáng)度為2.0kV/mm 左右；其次為增強(qiáng)絕緣SIR 最大電場強(qiáng)度為1.42kV/mm。這部分電場雖然不足以對電纜帶來直接破壞，但電纜長期運行中，較高的局部電場會造成材料損壞，引起絕緣材料的老化或劣化，降低絕緣性能，尤其是沖擊電壓、溫度梯度等極端條件會加劇絕緣材料被破壞。由于電纜接頭制作或安裝過程中會引入氣隙、雜質(zhì)等缺陷，原電場會與外界因素引起的新增電場疊加，從而造成局部電場畸變加劇。

圖4 電纜附件法向電場分布 Fig.4 Electric field distribution in normal direction of cable accessory

2.2 含氣泡缺陷電纜附件電場分布

電纜接頭制作和安裝的過程中，剝離外半導(dǎo)電層時用力不當(dāng)會使主絕緣表面殘留一些氣泡。設(shè)置氣泡為橢圓形，長半軸a為1.5mm，短半軸b為0.5mm。氣泡的相對介電常數(shù)設(shè)置為1，界面氣泡缺陷引起的電場分布計算結(jié)果如圖5 所示。

圖5 界面氣泡缺陷引起的電場分布 Fig.5 Electric field distribution caused by bubble defects at the interface

根據(jù)雙層絕緣介質(zhì)電路模型，介質(zhì)的介電常數(shù)與其承擔(dān)的電場成反比，由于氣體介電常數(shù)較小，其分擔(dān)的電場必然較高，圖5 為氣泡在應(yīng)力錐根部附近時的電場云圖。可以看出，氣泡的邊緣區(qū)域電場強(qiáng)度最高可以達(dá)到13kV/mm，遠(yuǎn)超過氣體的擊穿場強(qiáng)，容易引起電纜XLPE/SIR 界面局部放電。為了探究氣泡缺陷大小與位置對電場強(qiáng)度的影響，按照圖1a 所示的幾何模型，開展了進(jìn)一步仿真計算，結(jié)果如圖 6 所示，圖中，氣泡缺陷初始尺寸為2.36mm2（a=1.5mm；b=0.5mm），采用相對值描述氣泡缺陷尺寸的變化。

圖6 界面氣泡缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.6 Influence of bubble defect size and location on electric field

由圖6 可以看出，隨著氣泡缺陷與半導(dǎo)電斷層距離的增大，電場強(qiáng)度出現(xiàn)先增大再減小的趨勢。氣泡缺陷位于半導(dǎo)電斷口時電場畸變較為嚴(yán)重，達(dá)到7.2kV/mm 左右，這是由于外半導(dǎo)電斷口與應(yīng)力錐相接觸，氣泡缺陷與XLPE 絕緣、應(yīng)力錐構(gòu)成了復(fù)雜的界面結(jié)構(gòu)，改變了應(yīng)力錐原有結(jié)構(gòu)，降低了其均化電場的效果。隨著氣泡缺陷向應(yīng)力錐根部移動，氣泡缺陷所處位置的XLPE 主絕緣電場逐漸集中，導(dǎo)致缺陷造成的電場畸變越來越嚴(yán)重。在距半導(dǎo)電斷層20 mm 處，電場強(qiáng)度畸變達(dá)到最大值，這是因為氣泡缺陷在XLPE 絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三者界面處，導(dǎo)致電場強(qiáng)度較大，約為13kV/mm。隨著氣泡缺陷遠(yuǎn)離三者界面位置時，氣泡缺陷位于電纜主絕緣XLPE 和附件增強(qiáng)絕緣SIR 二者界面，電場畸變明顯變小，圖5 中藍(lán)色區(qū)域，平均約為1.50kV/mm。

此外，進(jìn)一步分析氣泡缺陷大小對電場分布的影響。在相同位置，隨著氣泡缺陷尺寸的增加，電場畸變呈小幅增大趨勢。XLPE 絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三者界面的位置最大畸變電場由13kV/mm（尺寸為2.36mm2）增加至13.7kV/mm（尺寸為4.72 mm2）；遠(yuǎn)離三結(jié)合點的位置，尺寸引起的電場強(qiáng)度變化不明顯，平均電場強(qiáng)度為1.50kV/mm。因此，工程中需要重點關(guān)注三結(jié)合點位置的處理，以減少該位置缺陷引起的界面電場畸變。

2.3 含劃痕氣隙電纜附件電場分布

在電纜接頭安裝過程中，特別是電纜主絕緣表面在應(yīng)力錐推動過程中容易留下劃痕，導(dǎo)致表面損傷而出現(xiàn)氣隙，從而引起局部放電。設(shè)置一個矩形的氣隙來模擬劃痕，長邊為5mm，短邊為0.15mm。氣隙的介電常數(shù)設(shè)為1，界面氣隙缺陷引起的電場分布計算結(jié)果如圖7 所示。

圖7 界面氣隙缺陷引起的電場分布 Fig.7 Electric field distribution caused by interfacial air gap defects

與氣泡缺陷相似，氣隙的介電常數(shù)較小，分擔(dān)的電場較高，而且氣體的擊穿電場強(qiáng)度較低，因此，放電會首先從氣體處開始。由圖7 可知，復(fù)合界面處氣隙缺陷引起的最大電場強(qiáng)度畸變?yōu)?.58kV/mm，高于空氣擊穿電場強(qiáng)度閾值。為了探究氣隙缺陷大小與位置對電場強(qiáng)度的影響，開展了進(jìn)一步仿真計算，結(jié)果如圖8 所示，圖8 中，氣隙缺陷初始尺寸為0.75mm2，并采用相對值描述氣隙缺陷尺寸的變化。

圖8 界面氣隙缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.8 Influence of size and location of interface air gap defects on electric field

經(jīng)過仿真計算可知，隨著氣隙缺陷與應(yīng)力錐根部的距離增大，電場強(qiáng)度出現(xiàn)先增大再減小的趨勢，在應(yīng)力錐根部處電場出現(xiàn)小幅升高，達(dá)到4.58kV/mm，這與復(fù)合絕緣界面結(jié)構(gòu)有關(guān)系；此外，界面氣隙缺陷的尺寸對電場強(qiáng)度的影響較小。

2.4 含界面受潮缺陷電纜附件電場分布

配電網(wǎng)電纜附件受潮、浸水誘發(fā)的故障所占比例較高，電纜附件受潮缺陷大致可以分為兩類：一是電纜接頭密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計缺陷或半導(dǎo)電阻水層受損，會導(dǎo)致水分或潮氣直接定向遷移滲入電纜附件內(nèi)部；二是電纜本體在運行過程中由于受到極端工況或溫度的變化會引起材料發(fā)生熱脹冷縮，導(dǎo)致電纜主絕緣與附件增強(qiáng)絕緣之間形成呼吸效應(yīng)，使大氣中的水分與潮氣進(jìn)入電纜附件內(nèi)部。此外，電纜管道或隧道環(huán)境潮氣會顯著加劇電纜接頭復(fù)合界面受潮的概率，使潮氣和遷移水分在界面凝結(jié)成水膜與水珠[19]。

研究中設(shè)置水珠為橢圓形，長半軸為1.5mm，短半軸為0.5mm。水珠的相對介電常數(shù)設(shè)置為81。界面水珠缺陷引起的電場分布計算結(jié)果如圖9 所示。

圖9 界面水珠缺陷引起的電場分布 Fig.9 Electric field distribution caused by water drop defects at the interface

由于水的相對介電常數(shù)較大，導(dǎo)致水珠缺陷內(nèi)部區(qū)域承擔(dān)的電場強(qiáng)度較低。在復(fù)合界面處水珠引起的最大畸變電場強(qiáng)度為2.94kV/mm，這主要是由水珠缺陷幾何結(jié)構(gòu)引起的電場畸變。為了探究水珠缺陷大小與位置對電場強(qiáng)度的影響，開展了進(jìn)一步仿真計算，結(jié)果如圖10 所示。圖10 中，水珠缺陷初始尺寸為2.36 mm2，采用相對值描述缺陷尺寸的變化。

圖10 界面水珠缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.10 Influence of the size and location of the interface water drop defect on the electric field

由圖10 可以看出，最大畸變電場出現(xiàn)XLPE 絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三結(jié)合點附近，距離半導(dǎo)電斷層約20mm 的位置，最大畸變電場為2.94kV/mm；且隨著缺陷的增大，電場畸變明顯加劇。當(dāng)尺寸增大至兩倍時，最大畸變電場達(dá)到3.49kV/mm。隨著水珠缺陷遠(yuǎn)離三結(jié)合點，電場畸變明顯減弱，且受尺寸影響變化較小。當(dāng)缺陷距離半導(dǎo)電層超過40mm 時，最大畸變電場僅為1.03kV/mm。

當(dāng)界面水珠較多時會形成水膜積聚。設(shè)置水膜為若干小水珠連接而成，以減小尖端效應(yīng)，每個小水珠都設(shè)置為橢圓形，長半軸為 0.2mm，短半軸為0.05mm，水膜總長為10mm。計算結(jié)果如圖11 所示。

圖11 界面水膜缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.11 Influence of interface water film defect size and location on electric field

由圖11 可以看出，當(dāng)水膜處于XLPE 絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三結(jié)合點附近時，對電場強(qiáng)度影響較大，最大電場畸變可以達(dá)到3.74kV/mm。進(jìn)一步討論水膜大小和位置對電場分布的影響，計算結(jié)果如圖12 所示。

圖12 界面水膜缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.12 Influence of interface water film defect size and location on electric field

由圖12 可以看出，最大畸變電場出現(xiàn)在XLPE絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三結(jié)合點附近，為3.74kV/mm；隨著缺陷的增大，電場畸變明顯加劇。當(dāng)尺寸增大至兩倍時，最大畸變電場達(dá)到4.34kV/mm。隨著水膜缺陷遠(yuǎn)離三結(jié)合點，電場畸變明顯減弱，且受尺寸影響變化較小。當(dāng)缺陷距離半導(dǎo)電層超過40mm 時，最大畸變電場僅為0.88kV/mm。相比界面水珠缺陷而言，界面水膜缺陷引起的電場畸變更為嚴(yán)重。

2.5 含雜質(zhì)缺陷電纜附件電場分布

電纜接頭打磨殘留的金屬碎屑或長期運行中絕緣材料老化引起的絕緣微粒會引起界面場強(qiáng)集中，從而導(dǎo)致局部放電[20]。研究中，為避免尖端效應(yīng)對電場的影響，這里設(shè)置雜質(zhì)為橢圓形，長半軸為1.5mm，短半軸為0.5mm。為了對比分析雜質(zhì)類型對電場分布的影響，計算中分別設(shè)計了導(dǎo)電雜質(zhì)、半導(dǎo)電雜質(zhì)和XLPE 絕緣雜質(zhì)，計算結(jié)果如圖13所示。

圖13 界面固體雜質(zhì)缺陷引起的電場分布 Fig.13 Electric field distribution caused by solid impurity defects at the interface

圖 13 給出了應(yīng)力錐根部，距離半導(dǎo)電斷層20mm 處三種雜質(zhì)引起的電場畸變，界面金屬和半導(dǎo)電雜質(zhì)引起的電場畸變近似，約為3.07kV/mm，這是由于缺陷部分與應(yīng)力錐根部重合，金屬雜質(zhì)和半導(dǎo)電雜質(zhì)均處于接地狀態(tài)，且二者的相對介電常數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絕緣材料。XLPE 絕緣雜質(zhì)引起的電場畸變明顯高于金屬和半導(dǎo)電的情況，這是由于絕緣材料的介電常數(shù)較小，導(dǎo)致缺陷區(qū)域承擔(dān)電場較高，電場強(qiáng)度畸變可達(dá)到8.74kV/mm。

進(jìn)一步研究了固體雜質(zhì)缺陷大小和位置對界面電場的影響，結(jié)果如圖14 所示。對比缺陷類型可以看出，金屬雜質(zhì)、半導(dǎo)電雜質(zhì)與XLPE 雜質(zhì)造成的最大畸變電場位置有所不同，這與復(fù)合絕緣界面結(jié)構(gòu)有關(guān)系。金屬雜質(zhì)與半導(dǎo)電雜質(zhì)造成的最大畸變電場均出現(xiàn)在距離半導(dǎo)電斷層約 22mm 處，約為3.67kV/mm；而XLPE 缺陷造成的最大場強(qiáng)畸變出現(xiàn)在距離半導(dǎo)電斷層約20mm 處，即圖13c 所示應(yīng)力錐根部位置。

圖14 界面固體雜質(zhì)缺陷大小和位置對電場的影響 Fig.14 Influence of the size and location of solid impurity defects on the electric field

金屬缺陷與半導(dǎo)電缺陷在離開應(yīng)力錐的過程中引起的電場畸變有小幅升高，由3.07kV/mm 升高至3.67kV/mm，這是因為缺陷在與應(yīng)力錐接觸時，應(yīng)力錐根部與缺陷部分重合，導(dǎo)致應(yīng)力錐根部的電場被削弱，而當(dāng)缺陷遠(yuǎn)離應(yīng)力錐根部時，應(yīng)力錐根部的電場畸變逐漸增強(qiáng)，在距應(yīng)力錐約2mm 處缺陷仍與應(yīng)力錐接觸，但缺陷已基本沒有與應(yīng)力錐相重合部分，此時電場強(qiáng)度達(dá)到最大值3.67kV/mm。相比而言，絕緣缺陷引起的最大畸變電場出現(xiàn)在應(yīng)力錐根部，隨著缺陷離開應(yīng)力錐周圍電場明顯下降，這是由于絕緣缺陷在移動的過程中與應(yīng)力錐的接觸界面逐漸縮小，導(dǎo)致缺陷內(nèi)部承擔(dān)的電場下降，當(dāng)絕緣缺陷逐漸遠(yuǎn)離應(yīng)力錐處于XLPE/SIR 界面上時，SIR承擔(dān)了較多的電場，缺陷承擔(dān)的電場逐漸降低。

3 結(jié)論

1）氣泡缺陷與氣隙缺陷在界面上引起的最大場強(qiáng)畸變分別為13kV/mm 和4.58kV/mm，均超過空氣擊穿閾值，相比良好絕緣附件而言，最大畸變電場分別增加了6.19 倍和2.48 倍。隨著氣泡缺陷尺寸的增加，電場畸變呈小幅增大趨勢；遠(yuǎn)離應(yīng)力錐的位置，尺寸變化引起的電場強(qiáng)度變化較小。

2）水珠缺陷和水膜缺陷引起的最大畸變電場均出現(xiàn)在XLPE 絕緣、SIR 絕緣與應(yīng)力錐三結(jié)合點附近，分別為2.94kV/mm 和3.74kV/mm。隨著缺陷尺寸的增大，電場畸變明顯加劇，當(dāng)尺寸增大為兩倍時，水珠和水膜引起的最大畸變電場分別提高了18.7%和16%；隨著水珠缺陷遠(yuǎn)離三結(jié)合點，電場畸變明顯減弱，且受尺寸影響變化較小。

3）金屬雜質(zhì)與半導(dǎo)電雜質(zhì)造成的最大畸變電場均出現(xiàn)在距離半導(dǎo)電斷層約 22mm 處，約為3.67kV/mm；相比而言，絕緣缺陷引起的最大電場畸變出現(xiàn)在應(yīng)力錐根部，約為8.74kV/mm，隨著缺陷遠(yuǎn)離應(yīng)力錐根部電場畸變呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。